大跨徑連續(xù)梁施工過程中預(yù)應(yīng)力損失分析

任 慧

(山西交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

1 預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失

通過后張法預(yù)應(yīng)力對混凝土展開施工的過程中，進(jìn)行雙向張拉的時候，因為預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)在管道壁會形成較大摩擦力，進(jìn)而就會使預(yù)應(yīng)力筋中產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力造成張拉端相對更高，而中間部分緩慢變小的現(xiàn)場產(chǎn)生。上述這種因為摩擦而形成的預(yù)應(yīng)力損失可以直接用下述觀點來進(jìn)行描述：在鋼筋中的各個兩個截面中對應(yīng)應(yīng)力之間的差直接等于這兩點間產(chǎn)生的摩擦預(yù)應(yīng)力損失。

因為預(yù)應(yīng)力鋼筋普遍是通過曲線與直線兩端組合而成，因此在實際張拉環(huán)節(jié)內(nèi)，摩擦形成的預(yù)應(yīng)力損失是指孔道壁間與鋼筋間相互接觸產(chǎn)生的豎向壓力。由于材料在相同環(huán)境中其對應(yīng)的摩擦系數(shù)變化相對更小，也可以直接看做是常數(shù)，所以該常數(shù)能夠直接對摩擦力大小產(chǎn)生作用，并形成豎向壓力。當(dāng)屬于曲線段時，其對應(yīng)的摩擦阻力將明顯高于直線段，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因也正是因為孔壁摩擦與預(yù)應(yīng)力筋摩擦損失。

當(dāng)針對曲線分段摩擦阻力展開計算的過程中，若此時假設(shè)孔道壁與預(yù)應(yīng)力筋兩者完全接觸，選擇單位dl為主要分析對象，那么該對象對應(yīng)的彎曲角則是dθ，此時曲線半徑則是R1，若摩擦系數(shù)μ，那么可以得出下列公式。

dl=R1dθ

豎直方向的彎道壁徑與鋼筋間形成的壓力可以用如下公式表示

dP1≈Ndθ

那么對應(yīng)的摩擦力則是

dF1=μN(yùn)dθ

式中：N為預(yù)應(yīng)力筋對應(yīng)的張拉力;P1為單位長度之中彎道內(nèi)壁與預(yù)應(yīng)力筋兩者間形成的徑向壓力;F1為單位長度中彎道內(nèi)壁與預(yù)應(yīng)力間二者形成的摩擦力。

由于管道偏差形成的作用，所以可以直接帶入張拉邊界條件，即θ=θ0=0，l=l0=0，通過大量轉(zhuǎn)化與換算能夠得出摩擦力損失σl1即

σl1=σk·[1-e-(μθ+kx)]

式中：σk為錨下張拉控制對應(yīng)的應(yīng)力；Θ為曲線包角；x為根據(jù)張拉端到管道長度上對應(yīng)的投影長度；K為管道中每米對應(yīng)長度與局部偏差對整個摩擦產(chǎn)生的影響系數(shù)。

孔道壁與預(yù)應(yīng)力間摩擦產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失理論值比實測值更小。在具體施工過程中能夠運(yùn)用下面方式降低預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的損失：在預(yù)應(yīng)力表面涂潤滑劑、使用超張拉程序以及兩端張拉的手法，如此能夠防止預(yù)應(yīng)力筋生銹進(jìn)而產(chǎn)生的摩擦力上升，該方式在實際工程中已經(jīng)獲得了較好效果。

同時孔道壁與預(yù)應(yīng)力筋形成的摩擦預(yù)應(yīng)力損失還應(yīng)該考慮折線部分。在對上述內(nèi)容展開論述的過程中，能夠發(fā)現(xiàn)孔道壁與預(yù)應(yīng)力筋摩擦產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失需要根據(jù)管道長度與曲線包角兩個因素來決定，因此對這兩個因素進(jìn)行控制，能夠?qū)㈩A(yù)應(yīng)力控制在一個固定范圍內(nèi)。

2 預(yù)應(yīng)力筋和臺座間溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失

通過先張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)展開施工的過程中，如果使用蒸汽等對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，那么混凝土與鋼筋在開始結(jié)合的時候極有可能形成變形，所以必須保證鋼筋與混凝土之間存在一個較大的溫差。

按照相關(guān)部門提出的法規(guī)展開計算，能夠得出下列公式

Δlt=α·(t2-t1)·l

式中：Δlt為鋼筋溫差產(chǎn)生的變形；α為鋼筋線對應(yīng)的膨脹系數(shù)，在大多數(shù)情況下取一般取1×10-5；l為鋼筋對應(yīng)的有效長度；t1為張拉過程中的溫度；t2為養(yǎng)護(hù)過程中的溫度。

在混凝土養(yǎng)護(hù)過程中，如果張拉筋與混凝土兩者處于一同受熱的狀態(tài)，那么預(yù)應(yīng)力鋼筋伸長的幅度將與混凝土保持相同，此時不用考慮因為張拉筋本身約束產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力鋼筋縮進(jìn)，不然將需要展開相關(guān)計算。

因為溫差產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失計算相關(guān)公式為：σ=α·E(t2-t1)·K，該公式內(nèi)E表示的含義為鋼筋彈性模量，而K對應(yīng)的含義則是生產(chǎn)構(gòu)件的工藝因素系數(shù)。

在針對預(yù)應(yīng)力鋼絞線混凝土構(gòu)件與筋構(gòu)件兩部分對應(yīng)的K以及σ展開測定。隨后在實驗過程中得到兩種不同尺寸的預(yù)應(yīng)力混凝土試件，每一組中都有四塊，其中第一組設(shè)定的溫度一直不變，為85°，同時鋼筋也需要固定在臺座擋板上，不能移動位置。第二組在制作工程中將使用一個溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保證其中溫度會按照需要上升，同時也能夠檢測得到張拉筋對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力。在溫度不斷變化時，都需要使用拉伸鋼筋的方式，保證其一直為初始應(yīng)力，如此溫差將不會對鋼筋應(yīng)力產(chǎn)生作用。

因為溫差的最終實際應(yīng)力損失將于計算有著較為明顯的差距，因此在針對應(yīng)力損失展開計算的過程中，一定要注意大量不同的因素，而上述因素也將因為時間的變化，對最終應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生作用，使最終呈現(xiàn)出的效果并不是一個非線性效果。

4 預(yù)應(yīng)力筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失

預(yù)應(yīng)力筋于長久的作用之下，因為應(yīng)力的作用將導(dǎo)致本鋼筋伴隨時間演變而發(fā)生金屬蠕變，最為明顯的體現(xiàn)就是現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力筋于特定拉應(yīng)力的影響下，其長度不會發(fā)生變化，但筋束當(dāng)中的應(yīng)力會因為時間的演變而不斷減小，也就是我們說的鋼筋變松所導(dǎo)致的應(yīng)力丟失。

此類預(yù)應(yīng)力筋往往具有下列特征。

(1)鋼筋于開始張拉時其初始應(yīng)力越大，它的應(yīng)力變松程度就會越大，當(dāng)初始應(yīng)力低于鋼筋最大強(qiáng)度的1/2時，其變松程度極小，完全可以忽略不計；

(2)鋼筋的變松程度同采用鋼筋的質(zhì)量息息相關(guān)，通常情況下，低檢馳度的數(shù)值小于正常檢馳度鋼筋的1/3；

(3)鋼筋變松同時間有很大聯(lián)系，一般早期時間變化很快，24 h就可以達(dá)到其數(shù)值的1/2，后其就會趨向穩(wěn)定；

(4)應(yīng)用超張拉模式，同時維護(hù)數(shù)分鐘之后，再將其減小到設(shè)計規(guī)定數(shù)值，就能讓檢馳量降低大約1/2；

(5)鋼筋變松程度會由于溫度上升而增大。

依據(jù)相關(guān)的要求與標(biāo)準(zhǔn)，本段鋼筋變松所導(dǎo)致的應(yīng)力丟失能夠依據(jù)σl5=k·σk運(yùn)算得出，公式當(dāng)中k值會因為鋼筋各類的差別而所有變化：通常情況下，針對冷拉粗鋼筋進(jìn)一次性張拉其數(shù)值可使用0.05，進(jìn)行超張拉操作時其數(shù)據(jù)可以使用0.035；就普通型檢馳鋼絲抑或鋼絞線進(jìn)行一次性張拉操作，其值可選用0.07，實施超張拉操作，其值可選用0.045；就低松馳鋼絲抑或鋼絞線而言，能夠依據(jù)其出廠檢驗材料給出的極限檢馳率運(yùn)算得出，沒有材料可供參考時，可以把其值選用0.022。

5 混凝土收縮與徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失

對于混凝土來說，其出現(xiàn)的收縮與徐變現(xiàn)象是一個長久預(yù)應(yīng)力的丟失，并且伴隨時間推進(jìn)而持續(xù)變大，因為混凝土出現(xiàn)的收縮和徐變會致使構(gòu)件橫向變短，所以預(yù)應(yīng)力筋預(yù)先施加的相應(yīng)預(yù)應(yīng)力必須會在基構(gòu)件出現(xiàn)變短的狀況下出現(xiàn)極大損失，且隨著時間推進(jìn)而持續(xù)增大。不過因為混凝土出現(xiàn)的收縮和徐變現(xiàn)象會受到諸多因素的影響，例如外部溫度、施加載荷及其工程建筑質(zhì)量等等，這時它的預(yù)應(yīng)力丟失相關(guān)運(yùn)算就會關(guān)系到很多方面因素，在對其進(jìn)行運(yùn)算進(jìn)就會變得更加很雜，同時還會因為諸多要素的影響導(dǎo)致求算結(jié)果產(chǎn)生很大的誤差。

假如預(yù)應(yīng)力混凝土軸心承受拉力的構(gòu)件因為錨具形狀變化、鋼筋變松以及溫差等一系列第1批次預(yù)應(yīng)力丟失后相應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼筋中的對應(yīng)接力總和是Np1，此時預(yù)應(yīng)力鋼筋當(dāng)中的預(yù)先拉應(yīng)力是σp1與混凝土相關(guān)壓應(yīng)力為

6 結(jié) 論

橋梁作為能夠橫跨鐵路、山谷、海峽以及江海的建筑，在這幾年工程量、技術(shù)難度以及工藝復(fù)雜度都在不斷增大，同時由于其施工工程對應(yīng)的高服務(wù)質(zhì)量與負(fù)荷使得混凝土變形特性直接作用于整個工程的實際質(zhì)量。本文著重分析了大跨徑連續(xù)梁施工過程中預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間摩擦、預(yù)應(yīng)力筋和臺座間溫差、預(yù)應(yīng)力筋松弛等因素引起的預(yù)應(yīng)力損失，為確保大跨徑橋梁質(zhì)量提供參考。