决定预应力效果的因素

影响预应力损失的因素及减少预应力损失的措施

摘要：预应力混凝土构件中引起预应力损失的原因很多，本文根据预应力混凝土自身特点，比较全面的分析影响混凝土在施工过程中预应力损失的因素，同时提出较为实际改进预应力损失的方法和措施，使得预应力损失得到进一步的减少，对提高混凝土使用寿命有现实的实用价值；也供同行参考，在施工中尽量采取有力措施减少预应力损失。

关键词：影响,预应力,损失,因素,减少措施

1、概述

预应力损失是预应力混凝土的重要研究对象，早已受到关注，由于钢筋混凝土的材料特性及张拉工艺等因素的影响，使得预应力钢筋的张拉力从构件开始制作到构件安全使用的全过程都在不断降低，这些降低的应力值被称为“预应力损失”。

预应力损失的大小影响到已建立的预应力，当然也影响到结构的工作性能和使用寿命，普通混凝土受拉或受弯构件中，由于混凝土的抗拉强度及极限拉应变都很低，在正常使用荷载作用下，通常是带裂缝工作。但由于使用上不允许开裂的构件，受拉钢筋的应力只可能达到20～30N/mm2,不能充分利用其强度；对于允许开裂的构件，虽然受拉钢筋的应力可达到250N/mm2，但此时裂缝宽度已达到0.2～0.3mm，构件的耐久性有所降低。为了避免钢筋混凝土结构裂缝过早出现，并充分利用其高强度钢筋及高强度混凝土，可以在结构构件承受荷载前，使它产生预应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而使结构构件的拉应力不大，甚至处于受压状态，此时产生了预应力混凝土。

预应力混凝土结构截面小，刚度大，抗裂性和耐久性均好，在建筑领域得到广泛的应用，促进了混凝土的结构发展，同时由于受到技术水平的限制，施工工艺的不成熟和不完善，导致预应力混凝土在施工和使用时其预应力损失比较大，这样不但浪费材料，提高工程造价，而且限制来预应力混凝土充分发挥自身的有点。

2、 引起预应力损失的因素

2.1由于施工设备引起的预应力损失

a）由于台座的强度和刚度不足，稳定性较差，从而导致台座发生变形，倾覆和滑移引起预应力损失。

b）由于夹具本身的自锁和自锚能力差，摊销的强硬度小于预应力筋的强硬度。从而引起预应力的损失。

2.2由于混凝土材料引起的预应力的损失

a）由于混凝土的强度不高，预压力大于混凝土抗压应力，导致混凝土被压碎，从而引起预应力损失。

b）由于混凝土自身具有收缩和徐变的特征，在混凝土收缩和徐变过大时引起预应力的损失。

c）由于初骨料粒径的大小不当，引起预应力的损失。

d）钢筋（钢丝）的强度不高引起预应力的损失。

e）钢筋（钢丝）的塑性较差引起预应力的损失。

f）钢筋（钢丝）表面粗糙程度不足引起预应力的损失。

2.3由于张拉控制应力引起的预应力损失

张拉控制应力的取值，直接影响预应力混凝土的使用效果。假如张拉控制应力取值过低，则预应力钢筋经过几种损失后对混凝土产生的预压力过小，不能有效提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度。

2.4由于混凝土加热养护时，受拉的预应力钢筋与承受拉力的设备之间的温度差别从而引起的预应力损失

由于张拉时钢筋与台座的温度相同均为t1，混凝土加热养护时的最高温度为t2，此时由于钢筋尚未与混凝土粘结，温度由t1升为t2后可在混凝土中自由变形，使钢筋产生温差变形值a1t=a×（t2-t1）.L。当停温养护时，混凝土已与钢筋粘结在一起，钢筋和混凝土将同时随温度变化而共同伸缩。因养护升温所降低的应力已不可恢复，于是形成温差应力损失。

2.5 由于钢筋松弛（变形）引起的预应力损失

钢筋在持久不变的应力作用下，会产生随持续加荷时间延长而增加的徐变变形；钢筋在一定拉应力值下，将其长度固定不变，则钢筋中的应力将随时间延长而降低，词现象称为钢筋的松弛。

a） 钢筋初拉应力越高，其应力松弛越厉害。

b）钢筋松弛量的大小主要与钢筋的品质有关，热扎钢筋的松弛小于碳素钢丝的松弛。

c）钢筋松弛与时间有关，初期发展最快，以后渐趋稳定。

d）钢筋松弛与温度有关，它随温度升高而增加。

2.6预应力钢筋与孔道间壁之间的摩擦引起的预应力损失

a）弯道引起的摩擦力

b）管道偏差引起的摩擦力。

张拉曲线钢筋时，由于预应力钢筋和孔壁之间的法向正应力引起摩擦阻力；预留孔道施工中某些发生凹凸不平，偏离设计位置，张拉钢筋时，预应力钢筋与孔道壁之间产生法向正应力引起摩阻力。

2.7 混凝土d性压缩所引起的预应力损失

先张法构件的钢束张拉，与对混凝土施加预加压力时，是先后完全分开的两个工序，当钢筋束被松弛，混凝土所产生的全部d性压缩应变，将引起筋束的预应力损失。

2.8螺旋式预应力钢筋当作配筋的坏形构件，由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失

3、减少预应力损失的措施

1）选用强度高，刚度大，稳定性良好的台座，从而减少台座发生变形，滑移和倾覆。

2）使用自身和自锚能力均好的夹具，同时应使锥销的强硬度大于预应力的强硬度。

3）在先张法中尽量少使用垫板，因为每增加一块垫板，锚具变形和钢筋内缩值就增加1mm。

4）尽可能增加（在条件允许下）台座的长度。因为

5)选用强度高的混凝土。因为强度高的混凝土对采用先张法的构件可以提高钢筋与混凝土之间的粘结力；对采用后张法的构件可提高锚固端的局部承压承载力。

6）采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比；采用级配较好的骨料，加强混凝土的振捣，提高混凝土密实性，从而减少混凝土的收缩徐变。

7）在允许范围内，尽可能采用粒径较大，表面粗超的粗骨料，从而增加混凝土与钢筋之间的粘结力。

8）混凝土预应力的大小，取决于预应力钢筋张拉压力的大小，当采用高强度的钢筋（钢丝）时，由于超张拉，钢筋（钢丝）因强度不足产生断裂，从而引起预应力损失。

9）尽量采用塑性良好的钢筋（钢丝）增加张拉应力，当去除张拉应力后，钢筋（钢丝）的收缩量与钢筋（钢丝）塑性有关，塑性好，收缩量大，从而产生预压力大。

10）在先张法构件中，当采用高强度钢筋（钢丝）时，在其表面应刻痕或亚波，采用普通钢筋时，最好是变形钢筋，从而增加混凝土与钢筋（钢丝）之间摩擦。

11）施工中为减少应力松弛等造成预应力损失，一般要进行超张拉，先控制张拉应力为1.05σ～1.1σ，持续荷载2～5min然后卸掉荷载，再施加张拉应力至σ，同时尽量使用热轧钢筋，减少碳素钢丝，从而减少由于应力松弛引起预应力损失值。

12）对于较长的构件可在两端张拉，则在计算孔洞的长度可以按构件一半长度计算，两端张拉可以减少由于摩擦引起的损失。

13）在有弯道的构件中，预应力钢丝表面应该尽可能光滑，必要时可以涂上油脂，从而减少由于弯道引起摩擦阻力。

14）在预留孔道时，严格按照规范 *** 作，尽可能减少孔道表面的凹凸不平，从而减少预应力损失。

15）由于预应力筋对混凝土的挤压，使环形构件的直径有所减小，预应力筋中的拉应力就会降低，从而引起预应力损失。

当d＜3m时，σ损=30N/mm2

当d＞3m时，σ损=0N/mm2

故尽可能采用较大直径的环形构件，从而减少预应力损失。

4、结语

预应力损失的因素很多，而且有些因素引起的预应力损失还会随时间和环境的变化而变化，不仅如此，这些因素还相互制约，相互影响，在施工过程中尽量采取有力措施减少预应力损失是十分必要的，有重要的工程价值。

参考文献：

1、肖汝诚桥梁结构分析及程序系统[M].北京：人民交通出版社；

2、叶见曙.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社；

3、范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社；

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5、JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范[S]

6、郭杰.预应力损失计算及简化[J].济南大学学报；

7、邢志成.关于混凝土收缩和徐变引起的预应力损失计算的商榷[J].华东公路；

8、杨建江.关于预应力损失的几点思考[J].福建建筑；

桥梁设计软件有桥梁博士(Dr.Bridge)、有限元分析软件（Midas、ansys）。

一、桥梁博士(Dr.Bridge)

1.优点

该系统是一个集可视化数据处理、数据库管理、结构分析、打印与帮助为一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统。系统的编制完全按照桥梁设计与施工过程进行，密切结合桥梁设计规范，充分利用现代计算机技术，完全符合设计人员的习惯。对结构的计算是宁繁勿简，充分考虑了各种结构的复杂组成与施工情况，使用更方便，计算更精确；同时在数据输入的容错性方面作了大量的工作，使用户不会因一时的失误而造成不必要的工作损失。

2.作用

自1995年投向市场以来设计计算了钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁、刚构、连续拱、桁架梁、斜拉桥等多种桥梁。在设计过程中充分发挥了程序实用性强、可 *** 作性好、自动化程度较高等特点，对于提高桥梁设计能力起到了很好的作用。在设计应用过程中，通过实践校核及与其它软件的比较，桥梁博士进行了完善和扩充，进一步得到了稳定。

二、有限元分析软件（Midas）

作用：

MIDAS/Civil是针对土木结构，特别是分析象预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的桥梁结构形式，同时可以做非线性边界分析、水化热分析、材料非线性分析、静力d塑性分析、动力d塑性分析。为能够迅速、准确地完成类似结构的分析和设计，以填补土木结构分析、设计软件市场的空白，而开发的“土木结构专用的结构分析与优化设计软件”。

应用：

钢筋混凝土桥梁 : 板型桥梁、刚架桥梁、预应力桥梁 联合桥梁 : 钢箱型桥梁、梁板桥梁 预应力钢筋混凝土箱型桥梁 : 悬臂法、顶推法、移动支架法、满堂支架法 大跨度桥梁 : 悬索桥、斜拉桥、拱桥 大体积混凝土的水化热分析 : 预应力钢筋混凝土箱型桥梁、桥台、桥脚、防波堤 地下结构: 地铁、通信电缆管道、上下水处理设施、隧道 工业建筑: 水塔、压力容器、电力输送塔、发电厂 国家基础建设: 飞机场、大坝、港口。

优点：桥型都比较全，

缺点：结果就不是那么直观，要手动去组合荷载。

三、有限元分析软件（ansys）

优点：

ANSYS功能强大， *** 作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。目前，中国100多所理工院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。

缺点：

有限元建模，建模麻烦，容易出现边界条件模型本身错误。

摘　要：根据桥梁结构的相关理论．从恒载内力、活载内力、附加内力、荷载组合、强度及变形计算等方面对几种基本体系桥梁进行综合分析和比较，较系统地提供基本体系桥梁的结构分析方法，阐述各种桥梁结构受力的共性及各自的特点。

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