第4章橋梁預(yù)應(yīng)力損失計算、結(jié)構(gòu)性能與構(gòu)造

第4章橋梁預(yù)應(yīng)力損失計算、結(jié)構(gòu)性能與構(gòu)造主要內(nèi)容：有效預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力預(yù)應(yīng)力損失及其估算9.31有效預(yù)應(yīng)力：張拉控制應(yīng)力：預(yù)應(yīng)力損失：9.324.1張拉控制應(yīng)力◆張拉控制應(yīng)力－預(yù)應(yīng)力筋張拉時允許達(dá)到的限值應(yīng)力。

張拉控制應(yīng)力是在張拉預(yù)應(yīng)力筋對構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力時，張拉設(shè)備（千斤頂油壓表）所控制的總張拉力Np,con除以預(yù)應(yīng)力筋面積Ap得到的應(yīng)力，記為scon。它是預(yù)應(yīng)力筋在在構(gòu)件受荷以前所經(jīng)受的最大應(yīng)力。9.33從節(jié)省預(yù)應(yīng)力筋的角度出發(fā)，張拉控制應(yīng)力的取值越高越好。因為張拉控制應(yīng)力取值越高，同樣面積的預(yù)應(yīng)力筋對混凝土的預(yù)壓作用越大，從而提高構(gòu)件的抗裂性，減小變形，可以使預(yù)應(yīng)力筋充分發(fā)揮作用。但從保證預(yù)應(yīng)力筋受力的可靠性角度出發(fā)，張拉控制應(yīng)力的取值又不能過高?！魋con的取值原則9.341Es有明顯屈服點鋼筋無明顯屈服點鋼筋取值原則：張拉控制應(yīng)力一般不大于比例極限；對于冷拉鋼筋張拉控制應(yīng)力不大于屈服強(qiáng)度。這樣規(guī)定是為保證計算張拉伸長值時按線性計算。9.35

fpk－預(yù)應(yīng)力筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；對于熱處理鋼筋fpk由屈服強(qiáng)度決定；鋼絲和鋼絞線的fpk由極限抗拉強(qiáng)度確定。張拉控制應(yīng)力限值s[con]允許的張拉控制應(yīng)力預(yù)應(yīng)力筋種類預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線精軋螺紋鋼0.75fpk

0.90fpk

一般超張拉時0.80fpk

0.95fpk

9.36因為對預(yù)應(yīng)力筋的張拉過程是在施工階段進(jìn)行的，同時張拉預(yù)應(yīng)力筋也是對它進(jìn)行的一次檢驗，所以表中[scon]是以預(yù)應(yīng)力筋的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度給出的，且[scon]可不受抗拉強(qiáng)度設(shè)計值的限制。[scon]可提高0.05

fpk，即進(jìn)行超張拉，是為了部分抵消應(yīng)力松弛、摩擦、分批張拉和溫差產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。為避免scon的取值過低，影響預(yù)應(yīng)力筋充分發(fā)揮作用，scon一般不應(yīng)小于0.4

fpk。9.374.2預(yù)應(yīng)力損失一.預(yù)應(yīng)力損失的種類及其分批和組合預(yù)應(yīng)力損失－預(yù)應(yīng)力筋張拉到控制應(yīng)力以后由于各種原因(混凝土和鋼材的性質(zhì)以及制作方法)，使得預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)的預(yù)應(yīng)力大小逐漸降低，并經(jīng)過相當(dāng)長的時間才會最終穩(wěn)定下來,這種現(xiàn)象就是預(yù)應(yīng)力損失。由于最終穩(wěn)定后的應(yīng)力值才對構(gòu)件產(chǎn)生實際的預(yù)應(yīng)力效果。因此，預(yù)應(yīng)力損失是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中的一個關(guān)鍵的問題。過高或過低估計預(yù)應(yīng)力損失，都會對結(jié)構(gòu)的使用性能產(chǎn)生不利影響。9.384.2.1總損失估算法（綜合估算法）估算法以簡便、實用而得到廣泛采用。1958年ACI-ASCE提出的“預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計建議”對混凝土彈性壓縮、收縮、徐變和鋼材松馳引起的總損失作出規(guī)定：先張法241Mpa后張法172MPa1963年ACI和AASHTO采納了以上規(guī)定，1975年作了修訂，如表4－2；1976年P(guān)TI也在其手冊中規(guī)定了總損失值，見表4－3。9.39林同炎提出總損失及各因素?fù)p失的平均值，用預(yù)加力百分比表示。

先張/%后張/%

先張/%后張/%混凝土彈性壓縮41鋼材損失88混凝土收縮76總損失2520混凝土徐變65

9.3104.2.2分項計算由于預(yù)應(yīng)力是通過張拉預(yù)應(yīng)力筋得到，凡是能使預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生縮短的因素，都將引起預(yù)應(yīng)力損失，我國《橋規(guī)JTGD62》和《橋規(guī)TB10002.3》采用累積疊加法計算預(yù)應(yīng)力損失，規(guī)定考慮以下6項因素引起的損失：9.311

摩擦損失：后張法構(gòu)件中，在預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中，預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦造成的損失。－后張構(gòu)件中存在錨具變形、預(yù)應(yīng)力筋回縮和接縫壓縮造成的損失：錨具變形引起預(yù)應(yīng)力筋的回縮、滑移以及接縫壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失。－先、后張構(gòu)件中存在。9.312溫差損失：先張法中的熱養(yǎng)護(hù)使得預(yù)應(yīng)力筋與臺座之間存在溫差而引起的損失。－先張構(gòu)件混凝土彈性壓縮損失：先張法構(gòu)件放松預(yù)應(yīng)力筋、后張法中后拉束對先張拉束造成的壓縮變形而產(chǎn)生分批張拉損失等。－先、后張構(gòu)件存在9.313松弛損失：長度不變的預(yù)應(yīng)力筋，在高應(yīng)力的長期作用下會產(chǎn)生松弛，會引起預(yù)應(yīng)力損失。－先、后張構(gòu)件中存在混凝土的收縮和徐變引起的損失。－先、后張構(gòu)件中存在9.3149.315預(yù)應(yīng)力損失的分批及組合預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件從預(yù)加應(yīng)力開始即需要進(jìn)行計算，而預(yù)應(yīng)力損失是分批發(fā)生的。因此，應(yīng)根據(jù)計算需要，考慮相應(yīng)階段所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。第一批損失

lI

－傳力錨固時（混凝土預(yù)壓前完成）的損失；第二批損失

lII

－傳力錨固（混凝土預(yù)壓）后完成的損失。根據(jù)上述預(yù)應(yīng)力損失發(fā)生時間先后關(guān)系，具體組合見表。9.3169.317二.預(yù)應(yīng)力損失的分析與計算1.摩擦損失sl1摩擦損失是指在后張法構(gòu)件張拉預(yù)應(yīng)力筋時，由于預(yù)應(yīng)力筋與周圍接觸的混凝土或套管之間存在摩擦，引起預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力隨距張拉端距離的增加而逐漸減少的現(xiàn)象。9.318直線預(yù)應(yīng)力筋曲線預(yù)應(yīng)力筋9.3199.3209.3219.3229.323q為張拉端與計算截面曲線部分的切線夾角（rad），該夾角很小，可近似取張拉端到計算截面的距離

rq

=x

，則摩擦損失sl1為：9.3249.3259.326預(yù)應(yīng)力孔道偏差影響系數(shù)和摩擦系數(shù)9.327摩擦損失的計算實例9.3289.3299.330一端張拉兩端張拉超張拉采用兩端張拉工藝；采用超張拉工藝；減小孔壁摩擦，如涂水溶性潤滑劑；提高施工質(zhì)量，減小孔道偏差；減少摩擦損失的措施9.331預(yù)應(yīng)力筋張拉后錨固時，由于錨具受力后變形、墊板縫隙的擠緊以及鋼筋在錨具中的內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失記為sl2。對直線預(yù)應(yīng)力筋：2.錨具變形、預(yù)應(yīng)力筋回縮和接縫壓縮引起的損失sl29.332曲線預(yù)應(yīng)力筋張拉錨固時，由于錨具變形和鋼筋內(nèi)縮，使預(yù)應(yīng)力筋有回縮的趨勢，從而產(chǎn)生反向摩擦力以阻止其內(nèi)縮。對于曲線預(yù)應(yīng)力筋－反摩擦的影響

9.333反向摩擦力只在一定的影響長度lf內(nèi)發(fā)生，即在距張拉端lf處，預(yù)應(yīng)力筋的內(nèi)縮值為零。用試算法確定一個等于的面積ABNa

9.334考慮反向摩擦后鋼筋應(yīng)力損失計算簡圖規(guī)范采用的簡化計算圖式，其核心是認(rèn)為由張拉端至錨固范圍內(nèi)由管道摩擦引起的預(yù)拉力損失沿梁長方向均勻分配，即將扣除管道摩阻損失后鋼筋應(yīng)力沿梁長方向的分布曲線簡化為直線9.335單位長度由管道引起的預(yù)應(yīng)力損失張拉端因回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失鋼筋的總回縮量等于各微段回縮累計量9.336單位長度由管道引起的預(yù)應(yīng)力損失單位長度由管道引起的預(yù)應(yīng)力損失將代入可得9.337當(dāng)Lf≤L時

當(dāng)Lf>L時

9.338減少錨固損失的措施采用回縮小的錨具；采用超張拉工藝；對于先張法，盡可能加大預(yù)制臺座長度。9.339為縮短先張法構(gòu)件的生產(chǎn)周期，常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)加快混凝土的凝結(jié)硬化。升溫時，新澆混凝土尚未結(jié)硬，鋼筋受熱膨脹，但張拉預(yù)應(yīng)力筋的臺座是固定不動的，亦即鋼筋長度不變，因此預(yù)應(yīng)力筋中的應(yīng)力隨溫度的增高而降低，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失sl3。降溫時，混凝土達(dá)到了一定的強(qiáng)度，與預(yù)應(yīng)力筋之間已具有粘結(jié)作用，兩者共同回縮，已產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失sl3無法恢復(fù)。3.溫差（熱養(yǎng)護(hù)）損失sl39.340設(shè)養(yǎng)護(hù)升溫后，預(yù)應(yīng)力筋與臺座的溫差為D

t℃，取鋼筋的溫度膨脹系數(shù)為a=1×10-5/℃，則有：減小溫差損失的措施－分階段升溫養(yǎng)護(hù)。9.341先張法構(gòu)件先張法構(gòu)件放張時，預(yù)應(yīng)力筋與混凝土一起受壓縮短，引起預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力降低。設(shè)混凝土預(yù)壓應(yīng)力在彈性范圍，則根據(jù)鋼筋與混凝土共同變形的條件，可得混凝土彈性壓縮引起的損失sl4為：4.混凝土彈性壓縮引起的損失sl49.3429.343對后張法構(gòu)件，當(dāng)一次張拉所有預(yù)應(yīng)力筋時，無彈性壓縮損失，當(dāng)有多束預(yù)應(yīng)力筋并采用分批張拉時，則張拉后批預(yù)應(yīng)力筋時在先批已張拉的預(yù)應(yīng)力筋處產(chǎn)生混凝土壓縮，從而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失。精確計算公式：后張法構(gòu)件9.344近似計算公式9.345松弛的定義在預(yù)應(yīng)力筋的長度保持不變的條件下，其內(nèi)應(yīng)力隨時間增長而逐漸降低，這種現(xiàn)象稱為松弛，亦稱徐舒。鋼筋的松弛實際上是鋼筋在高應(yīng)力長期作用下具有產(chǎn)生塑性變形的性質(zhì)。松弛的發(fā)展規(guī)律初期發(fā)展快，第一小時內(nèi)松弛最大，24h內(nèi)可完成總松弛的50％，《規(guī)范》按1000h完成100％考慮。影響松弛的主要因素與鋼筋品種、初始應(yīng)力大小、持荷時間、超張拉工藝、溫度等因素有關(guān)。5.松弛損失sl59.346松弛損失的計算根據(jù)應(yīng)力松弛的長期試驗結(jié)果，《規(guī)范》?。?.3479.348減小松弛損失的主要措施采用低松弛鋼筋；采用超張拉工藝。9.349混凝土的收縮和徐變，都會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件長度的縮短，預(yù)應(yīng)力筋隨