如何控制混凝土構件預應力損失

　1、前言

　　普通鋼筋混凝土受拉或受彎構件中，由于混凝土的抗拉強度及極限拉應變都很低，即使混凝土發(fā)生體積變化時沒有受到外部的約束，混凝土內部已經有了微裂縫。在使用荷載作用下，通常是帶裂縫工作。由于混凝土終凝后，隨時間的推移而出現的因變形而引起的裂縫(如溫度的變化、收縮、膨脹;不均勻沉陷;因外部荷載作用引起的裂縫;因化學作用引起的裂縫等等)，此類裂縫產生的根源是由于混凝土發(fā)生體積變化受到約束，在其內部引起了過大拉應力(或拉應變)而產生的。為了避免鋼筋混凝土結構裂縫過早出現，并充分利用其高強度鋼筋及高強混凝土，可以在結構構件承受荷載前，使它產生預壓力來減小或抵消荷載所引起的混凝土拉應力，從而使結構構件的拉應力不大，甚至處于受壓狀態(tài)，因而產生了預應力混凝土。

　　預應力混凝土結構截面小，剛度大，抗裂性和耐久性好，在當今世界各地的建筑領域中得到廣泛應用，促進了混凝土的結構發(fā)展，因而，面對現在實況，我們有必要對其進行深入細致研究與分析，充分認識并發(fā)揮預應力混凝土的自身優(yōu)點，從而進一步提高預應力混凝土在工程中的應用，延長其使用壽命，提高綜合效益。

　　2、引起預應力損失的因素

　　2.1由于施工設備引起的預應力損失

　　由于臺座的強度和剛度不足，穩(wěn)定性較差，從而導致臺座發(fā)生變形，傾覆和滑移引起預應力損失。由于夾具本身的自鎖和自錨能力差，錐銷的強度、硬度小于預應力筋的強度、硬度，從而引起預應力的損失。

　　2.2由于混凝土材料引起的預應力的損失

　　由于混凝土的強度不高，預壓力大于混凝土抗壓應力，導致混凝土被壓碎，從而引起預應力的損失。由于混凝土自身具有收縮和徐變的特征，在混凝土收縮和徐變過大時引起預應力的損失。由于粗骨料粒徑的大小不當，引起預應力的損失。鋼筋(鋼絲)的強度不高引起預應力的損失。鋼筋(鋼絲)的塑性較差引起預應力的損失。鋼筋(鋼絲)表面粗糙程度不足引起預應力的損失。

　　2.3由于張拉控制應力引起的預應力損失

　　張拉控制應力的取值，直接影響預應力混凝土的使用效果。假若張拉控制應力取值過低，則預應力鋼筋經過幾種損失后對混凝土產生的預壓應力過小，不能有效提高預應力混凝土構件的抗裂度和剛度。

　　2.4由于溫度差引起的預應力損失

　　由于混凝土加熱養(yǎng)護時，受張拉的預應力鋼筋與承受拉力的設備之間的溫度差別從而引起的預應力損失。由于張拉時鋼筋與臺座的溫度相同均為t1，混凝土加熱養(yǎng)護時的zui高溫度為t2，此時由于鋼筋尚未與混凝土粘結，溫度由t1升為t2后可在混凝土中自由變形。當停溫養(yǎng)護時，混凝土已與鋼筋粘結在一起，鋼筋和混凝土將同時隨溫度變化而共同伸縮。因養(yǎng)護升溫所降低的應力已不可恢復，于是形成溫差應力損失。

　　2.5時間引起的損失

　　因混凝土徐變和收縮及鋼束的松弛，隨時間的推移將發(fā)生預應力的損失。在每個施工階段內考慮混凝土構件的時間依存性來計算由徐變及收縮引起的變形。然后用計算得到的變形量來考慮鋼束張拉應力的損失效應。在每個階段可以通過圖表來確認預應力損失的計算結果。當鋼束施加張拉應力，維持其一定的應變時，作用到鋼束上的張拉應力隨時間的推移逐漸地減小，這個現象稱之為松弛。由松弛引起的損失隨作用到的初始應力的大小、經歷的時間、制品的性質，其結果也是各不相同的。

　　2.6混凝土彈性變形引起的損失

　　給混凝土施加預應力，混凝土受壓，其長度變小。這樣，錨固于混凝土的鋼束的長度也會變小，鋼束的張拉應力也隨之變小。這樣的由彈性變形引起的損失在先張法和后張法都發(fā)生，只是其形態(tài)略有不同。采用先張法施工的時候，在把張拉力施加到構件的瞬間，鋼束就會發(fā)生彈性收縮，隨之長度變短，這樣就產生了預應力損失。后張法是與先張法不同，它是沒有專門的固定支架的，而是以已經凝固的混凝土為支撐，來張拉鋼束。這樣，混凝土構件收縮現象是與先張法相同的，只是因為鋼束的張力的測量是混凝土構件彈性收縮后進行的，因此不會有混凝土彈性變形引起的張力損失。

　　2.7預應力鋼筋與孔道間壁之間的摩擦引起的預應力損失

　　彎道引起的摩擦力。管道偏差引起的摩擦力。張拉曲線鋼筋時，由于預應力鋼筋和孔道壁之間的法向正應力引起摩擦阻力;預留孔道施工中某些發(fā)生凸凹不平，偏離設計位置，張拉鋼筋時，預應力鋼筋和孔道壁之間產生法向正應力引起摩阻力。

　　3、減少預應力損失的方法

　　選用強度高，剛度大，穩(wěn)定性良好的臺座，從而減少臺座發(fā)生變形，滑移和傾覆。使用自身和自錨能力均好的夾具，同時應使錐銷的強硬度大于預應力筋的強硬度。在先張拉法中盡量少使用墊板，因為每增加一塊墊板，錨具變形和鋼筋內縮值就增加1mm。盡可能增加(在條件允許下)臺座的長度。

　　選用強度高的混凝土。因為強度高的混凝土對采用先張法的構件可以提高鋼筋與混凝土之間的粘結力;對采用后張法的構件可提高錨固端的局部承壓承載力。采用高標號水泥，減少水泥用量，降低水灰比;采用級配較好的骨料，加強混凝土的振搗，提高混凝土密實性，從而減少混凝土的收縮徐變。

　　在允許范圍內，盡可能采用粒徑較大，表面粗糙的粗骨料，從而增強混凝土與鋼筋之間的粘結力。混凝土預應力的大小，取決于預應力鋼筋張拉壓力的大小，當采用高強度的鋼筋(鋼絲)時，由于超拉張，鋼筋(鋼絲)因強度不足產生斷裂，從而引起預應力損失。

　　盡量采用塑性良好的鋼筋(鋼絲)增強張拉應力，當去除張拉應力后，鋼筋(鋼絲)的收縮量與鋼筋(鋼絲)塑性有關，塑性好，收縮量大，從而產生預壓力大。在先張法構件中，當采用高強度鋼筋(鋼絲)時，在其表面應刻痕或壓波，采用普通鋼筋時，是變形鋼筋，從而增強混凝土與鋼筋(鋼絲)之間摩擦。

　　施工中為了減少應力松弛等原因造成的預應力損失，一般要進行超拉張，先控制張拉應力為1.05σ-1.1σ，持續(xù)荷載2-5min然后卸掉荷載，再施加張拉應力至σ，同時盡量使用熱軋鋼筋，少用碳素鋼絲，從而減少由于應力松弛引起預應力損失值。對于較長的構件可在兩端張拉，則在計算孔洞的長度時可以按構件一半長度計算，兩端張拉可以減少由于摩擦引起的損失。

　　在有彎道的構件中，預應力鋼絲表面應該盡可能光滑，必要時可以涂上油脂，從而減少由于彎道引起摩擦阻力。在預留孔道時，嚴格按照規(guī)范操作，盡可能減少孔道表面的凸凹不平，從而減少預應力損失。由于預應力筋對混凝土的擠壓，使環(huán)形構件的直徑有所減小，預應力筋中的拉應力就會降低，從而引起預應力損失。故盡可能采用較大直徑的環(huán)形構件，從而減少預應力損失。