第3章 预应力钢筋张拉阶段有效应力及张拉伸长值计算

第3章预应力钢筋张拉阶段有效应力及张拉伸长值计算3．1 预应力钢筋的张拉控制应力预应力钢筋的张拉控制应力(controlled tensile stress Of prestressing steel reinforcement)是指张拉时预应力钢筋达到的最大应力值，也就是张拉设备(如千斤顶)所控制的总拉力除以预应力钢筋截面面积所得到的应力值，以acon表示。

对于变角张拉而引起变角张拉装置摩阻损失，ocon指经过变角张拉装置并扣除此摩阻力后的(锚具位置)应力值。

概括讲，ocon通指预应力钢筋张拉时锚具位置的控制应力。

从经济角度出发，对于相同截面的预应力筋束，采用愈大的张拉控制应力ocon将使管壁混凝土中建立的环向预压应力就愈大，其抗裂性就愈好；或者要达到同样的抗裂性时，预应力筋束的截面面积就可以减小。

然而张拉控制应力ocon值太高也将存在下述一些问题：1)ocon值愈高，预应力筋束的应力松弛损失将愈大。

2)由于预应力钢筋强度的离散性、张拉操作中的超张拉等原因，张拉时可能使钢筋应力接近甚至进入屈服阶段，产生塑性变形，反而达不到预期的预应力效果。

少数钢筋甚至发生脆断现象。

3)因张拉力的测量可能不够准确，容易发生安全事故。

因此，预应力钢筋的张拉控制应力ocon不能定得过高，应留有适当的余地。

一般宜在比例极限值之下。

研究表明，预应力钢筋的张拉控制应力ocon与所采用的钢筋品种有关。

对预应力钢绞线而言，其塑性较差，没有明显的屈服台阶，ocon应定得低一些。

综合分析《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057-1996)和《混凝土结构设计规范》(GB50010--2002)的规定[1，2]，预应力钢绞线的张拉控制应力值ocon：有粘结预应力技术体系不宜超过0．75fptk，无粘结预应力施工技术体系不宜超过0．70fptk，且不应小于0．4／Ptk。

当考虑部分抵消由于应力松弛、孔道摩擦、钢筋分批张拉等因素产生的预应力损失时，张拉控制应力允许值可提高0．05fptk。

3．2 预应力钢筋的预应力损失计算对于环形高效预应力混凝土结构，预应力钢筋的预拉应力沿管壁环向从张拉端到锚固端并不是一个恒定的值，受施工因素、材料特性及环境条件的影响，在施工和使用过程中随时间的推移会逐渐减小，从而使管壁混凝土预压应力相应减小，该现象称为预应力损失(loss of prestress)。

预应力钢筋逐渐降低的应力值为预应力损失值，以ol表示。

在所有预应力损失都发生之后，预应力钢筋中的应力降低至最终值，即有效预应力ope。

环形高效预应力混凝土结构是以扣除预应力损失ol后所确定的预应力钢筋有效预应力ope为依据进行设计和计算的。

由于引起预应力损失的因素很多，产生的时间也先后不一，第40页准确地估算预应力损失值是非常困难的。

有些因素，如混凝土的收缩、徐变及钢筋松弛引起的预应力损失值随着时间的增长和环境的变化而不断发生变化。

还有些因素之间互相影响，如混凝土收缩、徐变使管径缩小，钢筋回缩导致预拉应力降低，而混凝土预压应力减小又将减小徐变损失；钢筋的应力松弛也将引起徐变损失的减小。

我国现行规范中，一般采取单独计算各种因素引起的预应力损失值的简化计算方法，总预应力损失值等于各种因素产生的预应力损失值之和。

环形高效预应力混凝土结构设计所考虑的预应力损失主要有：锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失ol1、预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失ol2、预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失ol4，混凝土收缩徐变引起的预应力损失ol5以及管道收缩变形引起的预应力损失ol6等。

此外，还需根据实际情况考虑可能出现的预应力损失，如变角张拉装置摩阻损失[5]。

3．2．1 锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失在张拉锚固后，钢筋回缩也会引起预应力损失，该损失值在预应力锚固端往往占很大比例。

进行环形高效预应力混凝土结构设计时，锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失ol1计算可能包含4种曲线形式，即直线筋、圆弧形曲线筋、直线+一段圆弧形曲线筋和直线+两段圆弧形曲线筋。

当采用锚具的锚夹片不采用顶压压紧方式，丽为张拉时限位、张拉完成后随预应力钢筋回缩自动锚固方式时，可采取超张拉0．03ocon的施工措施以减小锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失。

(1)直线筋直线预应力钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失ol1按下列公式计算：对于环锚支撑张拉方式，由于主动张拉端和被动张拉端(固定端)集于环锚锚板一体，主动张拉端和被动张拉端的锚具变形和钢筋的内缩值应分别取为a／2。

(2)圆弧形曲线筋曲线形预应力钢筋回缩时的摩阻力方向与张拉时的摩阻力方向相反，故这种摩阻力也称为反摩阻力。

反摩阻力的产生范围是局部性的．因而钢筋回缩引起的预应力损失沿钢筋长度方向也是变化的，在有的区段甚至为零，这说明部分区段不受钢筋回缩影响。

因此在计算时，钢筋回缩的影响长度是一个重要的参数。

圆弧形曲线预应力钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失值ol1，应根据预应摘要：桥梁工程是公路工程中的控制性工程之一，桥梁的质量直接关系到结构安全和使用寿命。

由于桥梁属于多构件结构，工序繁多，结构复杂，工程质量问题也呈现出多样化的特点，本文重点讲述了桥梁上部结构中预应力钢筋张拉过程中所出现的质量问题及其原因分析，并就如何预防和处理进行了详细的阐述。

关键词：预应力钢筋张拉质量问题分析预防处理一、滑丝和断丝钢筋张拉过程中出现滑丝和断丝现象，其结果会使预应力钢筋受力不均，甚至使空心板不能达到足够的预应力。

（一）原因分析1、钢丝束存放不好，表面存在油污、锈斑等。

2、钢丝编束时，由于没有认真梳理，造成钢丝束交叉混乱。

3、锚具加工尺寸不准确，锥度误差大。

4、锚圈放洋不准，支承垫板倾斜，千斤顶安装不正。

（二）预防及处理措施1、在施工中要加强材料的检验，选择较好的锚具类型，施工时遵守操作规程。

2、滑丝和断丝现象如果发生在顶锚之前，应立即停止张拉，并使千斤顶回油，认真检查滑丝和断丝的原因，更换已断的钢丝或更换已损伤的夹片，再重新进行张拉。

3、滑丝和断丝现象如果发生在顶锚之后，其处理程序如下：（1）将千斤顶按张拉状态安装好。

（2）张拉钢丝。

当钢丝受力伸长时，夹片稍被带出，这时立即用钢纤卡住夹片，同时千斤顶回油，钢丝回缩，夹片因被卡住而不能与钢丝同时回缩。

千斤顶再次进油，如此反复的进行，直至夹片退出为止。

在退夹片时，钢丝的张拉应力不得超过钢丝的极限张拉应力的0.8倍。

（3）如钢丝已断，应更换钢丝束，重新张拉并锚固。

二、后张预应力结构孔道压浆不实后张预应力孔道压浆密实与否，直接关系到预应力构件永存内力的稳定性及耐久性。

据有关资料介绍，美国从地震垮塌的后张预应力桥梁构件上截取若干断面解剖测试，发现后张预应力结构存在因孔道压浆不密实而造成的预应力筋锈蚀、断面锐减、断丝及内力损失严重等致命的质量问题，为此，曾一度禁止后张预应力结构的应用。

由此看来，后张预应力孔道压浆的密实度，是后张预应力构件质量控制的主要环节。

孔道压浆不密实有如下几种表现；（一）压浆初凝后，从进浆孔或排气孔用探测棒可探测到不饱满，有空洞。

（二）计算浆体压进孔道总量小于孔道总空隙量。

（三）多波曲线孔道，特别是竖向多波曲线孔道波峰顶排气孔未冒浆。

（四）压浆增压时，不能保证恒定的压力。

（五）梁体因蜂窝.，孔洞，裂缝等内部隐蔽缺陷而漏浆。

（六）封锚不严而漏浆。

（七）上下或左右孔道串孔。

这些压浆不饱满，不密实的质量隐患，如未被及时发现并进行妥善处理，将直接影响结构物的使用寿命。

1、原因分析设计方面有以下原因可造成后张预应力结构孔道压浆不实：（1）穿入预应力钢筋后设计孔道空隙狭窄，水泥浆不易压入。

（2）设计孔道曲线长，曲率小，曲折点多。

（3）设计规定的成孔材料材质不佳，孔道内摩阻系数大。

施工工艺方面有以下原因可造成后张预应力结构孔道压浆不实；（1）施工中成孔质量不好，孔道直径粗细不匀或有偏孔、缩颈现象，预应力筋勉强可以穿入，但水泥浆无法通过。

（2）成孔材料材质选用不当，特别是抽拔棒成孔时操作不当，孔壁粗糙，坍落、掉皮，出现波浪等。

（3）孔道串孔，内漏，封锚不严，不能保压持荷。

（4）排气孔设置不当，特别是连续梁，多波段；竖曲线超长孔道若波峰处的排气孔不通，在某些曲段易形成空气滞留穴阻止进浆而造成空洞。

（5）预应力钢筋编束、捆扎时，扎丝过密或松弛，穿束时绑扎钢丝在孔道不畅处受阻，堆积挤压，形成网状塞栓，压浆时此处过水过气而不过浆。

（6）制浆不规范，稀稠失控或过滤不好，有硬块杂物造成孔道堵塞。

（7）水灰比不当，水灰比过大，不但强度降低，而且泌水率增大，当水被吸收或蒸发后，即形成空洞。

（8）外加剂用量不当，如膨胀剂，用量过小膨胀效果不明显，若膨胀系数小于水泥收缩系数，空缺未补实，就会造成压浆不饱满。

（9）压浆机性能不好，压力不够或无法保压持荷，致使孔道内水泥浆不能长距离远送，也无法借助压力使水泥浆充实到孔道各处不易通畅的细微空间位置，从而造成孔道压浆不饱满，不密实。

2、预防及处理措施治理孔道压浆不密实的措施，就是要针对以上所分析出的原因，对症下药，正确治理。

除此之外，对影响压浆质量的重要因素，严密进行控制，并改进施工工艺，方可取得明显效果。

（1）优选配合比。

水泥浆配合比是压浆质量的关键。

优良的配合比设计是控制孔道压浆质量的前提，优化组合的水泥浆配合比，既能有效地控制泌水率及有效膨胀系数。

（2)慎用膨胀剂。

在水泥浆凝固过程中，膨胀剂和水泥发生反应，产生气体，使水泥体积产生微膨胀。

（3）适当提高压浆稳压持荷压力。

压浆过程中，压力一般应保持在0.4—0.6MPa 之间，稳压持荷时间不少于5min，稳压压力应保持在0.6—0.8MPa之间。

（4）采用后期加压补浆法补充密实。

对于竖曲线锚固点处在上部的孔道，因泌水无法排出而占据孔道空间，水干后此处形成空洞（此缺陷在封锚前可从进浆孔用探条探测到），可用高压黄油枪或按此原则制手动压力补压充实。

对于长线连续结构竖向多波孔，不论锚固点在什么位置，其波峰处（孔道最高点）都有可能因泌水、浆体收缩而形成局部空洞。

排除这种隐蔽缺陷的方法是，在孔道波峰处事先设一排气、压浆两用管，压浆时排气，压完浆后，可以此管用探条检测，发现不密实，可从此管接上手动补浆泵进行后期补浆，效果较好。

（5）采用真空压浆。

三、预应力筋孔道漏浆致使穿束张拉受阻后张法预应力穿束困难或者无法穿束；已经穿束的预应力钢筋被泄露的混凝土浇浆液包裹，张拉时部分预应力钢筋受力不均，导致断丝现象；由于管道堵塞，压浆困难。

（一）原因分析由于采用波纹管作为后张法预应力孔道，在混凝土浇筑过程中，波纹管破裂，或者由于振捣时振动到波纹管导致混凝土浆进入孔道，造成张拉穿束困难。

（二）预防及处理措施1、用于制作波纹管的钢带应符合现行有关国家标准，其厚度应根据管道直径、形状、钢丝束设置时间而定，一般不宜小于0.3mm。