论文部分内容阅读
摘要 预应力混凝土组合T梁是一种简支T型梁结构，具有吊装重量轻、施工简单及投入设备少等特点，对软基中沉降量较大的桥梁较为合适，预应力混凝土是指在结构受外荷载之前，先对混凝土预加应力，人为的事先对结构造成一种应力状态，使之可以抵消由于外荷载产生的全部或部分拉应力。但是在预应力混凝土T梁的建设中，会产生一定的预应力损失，对桥梁建设的质量产生着一定的影响，因此必须了解混凝土预应力损失的主要原因，并能够将损失的预应力计算出来，保证桥梁建设的顺利进行。
关键词 预应力 混凝土 T梁 预应力损失
引言
预应力混凝土组合T型梁是一种简支T型梁结构，具有吊装重量轻、施工简单、投入设备少等特点。预应力混凝土构件是它在承受外荷载前，以人工方法使构件混凝土产生压应力，并能长久地存在着。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，因此，如何计算预应力损失值，是预应力混凝土结构设计的一个重要内容。引起预应力损失的原因很多，而且许多因素相互制约、影响，精确计算十分困难。
1.工程概况
芭蕉乡小河村位于恩施市芭蕉乡，属恩施州水布垭水库库区范围，水布垭水库蓄水后，小河水位上涨，淹没了跨河漫水桥，完全阻碍了小河两岸村民的交通，清江水布垭水电站库区交通复建恩施市小河桥及接线工程建设已势在必行。桥址位于小河下游河段，桥址区小河河床高程381～383m。工程区位于该向斜的南西翼近核部处。区域断裂构造有建始-恩施断裂及咸丰断裂。桥位区内构造较简单，为一单斜构造，桥址未发现断层通过。据地表工程地质测绘，岩层产状312°∠46°桥梁全长91，桥梁全宽为7米，上构采用4-20米的装配式后张法预应力混凝土T梁，横向由3片梁组成，中梁1片，边板2块，梁高为1.5米。上构采用交通部专家委员会编制的《公路桥梁通用图》。桥面铺装层采用10-15cm厚的C50防水混凝土。桥台采用U型桥台、扩大基础；桥墩采用双柱式墩、桩基础。墩身直径为1.2米，桩基顶部横系梁高度为1.2米，桩基为直径为1.4米。
2. 预应力混凝土T梁的预应力损失
2.1混凝土彈性压缩引起的预应力损失
2.1.1概述
预应力混凝土构件受到预压力后，就会立刻产生一种弹性压缩应变，此时已与混凝土构件共同作用的预应力筋，会产生与相应位置处混凝土一样的压缩应变，因此产生产生预应力损失，这种应力损失称为混凝土弹性压缩损失。
3.1.2计算
后张法梁当采用分批张拉时，先张拉的钢束由于张拉后批钢束产生的混凝土弹性压缩引起的应力损失，根据JTG D62-2004第6.2.5条规定，计算公式为：
式中：—在先张拉钢束重心处，由后张拉各批钢束而产生的混凝土法向应力，可按下式计算：
其中：，—分别为钢束锚固时预加的纵向力和弯矩，
—计算截面上钢束重心到截面净轴的距离，
本设计采用逐根张拉，张拉顺序为N4，N3，N2，1N。计算时从最后张拉
的一束逐步向前推进。
2.2混凝土收缩和徐变引起的预应力损失
2.2.1概述
混凝土的收缩是指混凝土体内水泥凝胶体中游离水蒸发而使本身体积缩小的一种物理化学现象，它是一种不依赖于荷载而与时间、气候等因素有关的干燥变形。混凝土的收缩应变值超过其轴心受拉峰值应变（）的 3～5 倍，成为其内部微裂缝和外表宏观裂缝发展的主要原因。混凝土的徐变是指在持续荷载作用下，混凝土结构变形将随时间增长而不断增加的现象。徐变在加载初期发展较快，而后逐渐减慢，其延续时间可达数十年。混凝土结构在受拉、受压、受弯时都会产生徐变，并且最终趋于收敛的极限徐变变形一般要比瞬时弹性变形大 1～3 倍。因此，在混凝土结构设计中混凝土收缩和徐变引起的预应力损失是引起桥梁预应力损失的一个重要原因。
2.2.2计算
按JTG D62-2004第6.2.7条规定，由混凝土收缩和徐变引起的应力损失可按下式计算：
式中：—全部钢束重心处由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失值；
—钢束锚固时，全部钢束重心处重心处由预加应力（扣除相应阶段的应力损失）产生的混凝土法向应力，并根据张拉受力情况，考虑主梁重力影响；
—配筋率，；
—本设计为钢束锚固时相应的净截面面积；
—本设计即为钢束群重心至截面净轴的距离；
—截面回转半径，本设计为；
—加载龄期为、计算龄期为时的混凝土徐变系数；
—加载龄期为、计算龄期为时的收缩系数；
（1） 徐变系数终极值和收缩应变终极值的计算
构件理论厚度计算公式为：
式中：—主梁混凝土截面面积；
—与大气接触的截面周边长度。
本设计考虑混凝土收缩和徐变大部分在成桥之前完成，和均采用预制梁的数据。对于混凝土毛截面，四分点和跨中截面上述数据完全相同，即：
故： cm
设混凝土收缩和徐变在野外一般条件（相对湿度为75%）下完成，受荷时混凝土加载龄期为20d。
按上述条件，查JTG D62-2004表6.2.7得到=1.85，
（2） 计算
预加力：kN
钢筋重心处混凝土应力：
MPa
，
收缩、徐变应力损失终极值：
MPa
2.3 混凝土弹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弹性压缩应变，将引起筋束的预应力损失。 2.4张拉控制应力引起的預应力损失
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。
2.5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。钢筋初拉应力越高，其应力松弛越厉害。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。钢筋松弛与时间以及温度有关，初期发展最快，以后渐趋稳定，且随温度升高而增加。
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
摩擦主要有两种：弯道引起的摩擦力和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。会导致预应力损失。
2.7热养护损失
为缩短先张法构件的生产周期，常采用蒸汽养护加快混凝土的凝结硬化。混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起预应力损失。
升温时，新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热膨胀，但张拉预应力筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因此预应力筋中的应力随温度的增高而降低，产生预应力损失sl3。降温时，混凝土达到了一定的强度，与预应力筋之间已具有粘结作用，两者共同回缩，已产生预应力损失sl3无法恢复。
设养护升温后，预应力筋与台座的温差为Δt ℃，取钢筋的温度膨胀系数为1×10-5/℃，则有，
减少此项损失的措施：采用两次升温，先常温养护至混凝土强度达到一定等级，然后再升温；钢模上张拉。
2.5预应力损失的组合
预应力混凝土构件从预加应力开始即需要进行计算，而预应力损失是分批发生的。因此，应根据计算需要，考虑相应阶段所产生的预应力损失。
⑴混凝土预压前完成的损失slI；
⑵混凝土预压后完成的损失slII。
根据上述预应力损失发生时间先后关系，具体组合见表。
结语
由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果。因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题。预应力损失的大小影响建立的有效预应力的大小，过高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用性能产生不利影响，进而影响整个构件乃至整个结构的性能。除混凝土原因产生的预应力损失以外，锚固损失、摩擦损失、松弛损失都对预应力损失产生一定的影响。在今后的桥梁建设中，还要不断的注重对预应力损失的研究，保证桥梁施工安全以及质量。
参考文献
[1]张利梅.赵顺波.黄承逵.预应力高强混凝土梁抗裂度和裂缝宽度试验研究[J].建筑结构.2004年08期.
[2]张利梅.高效预应力混凝土梁受力性能及延性研究[D].大连理工大学.2004年（07）.4-6.
关键词 预应力 混凝土 T梁 预应力损失
引言
预应力混凝土组合T型梁是一种简支T型梁结构，具有吊装重量轻、施工简单、投入设备少等特点。预应力混凝土构件是它在承受外荷载前，以人工方法使构件混凝土产生压应力，并能长久地存在着。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，因此，如何计算预应力损失值，是预应力混凝土结构设计的一个重要内容。引起预应力损失的原因很多，而且许多因素相互制约、影响，精确计算十分困难。
1.工程概况
芭蕉乡小河村位于恩施市芭蕉乡，属恩施州水布垭水库库区范围，水布垭水库蓄水后，小河水位上涨，淹没了跨河漫水桥，完全阻碍了小河两岸村民的交通，清江水布垭水电站库区交通复建恩施市小河桥及接线工程建设已势在必行。桥址位于小河下游河段，桥址区小河河床高程381～383m。工程区位于该向斜的南西翼近核部处。区域断裂构造有建始-恩施断裂及咸丰断裂。桥位区内构造较简单，为一单斜构造，桥址未发现断层通过。据地表工程地质测绘，岩层产状312°∠46°桥梁全长91，桥梁全宽为7米，上构采用4-20米的装配式后张法预应力混凝土T梁，横向由3片梁组成，中梁1片，边板2块，梁高为1.5米。上构采用交通部专家委员会编制的《公路桥梁通用图》。桥面铺装层采用10-15cm厚的C50防水混凝土。桥台采用U型桥台、扩大基础；桥墩采用双柱式墩、桩基础。墩身直径为1.2米，桩基顶部横系梁高度为1.2米，桩基为直径为1.4米。
2. 预应力混凝土T梁的预应力损失
2.1混凝土彈性压缩引起的预应力损失
2.1.1概述
预应力混凝土构件受到预压力后，就会立刻产生一种弹性压缩应变，此时已与混凝土构件共同作用的预应力筋，会产生与相应位置处混凝土一样的压缩应变，因此产生产生预应力损失，这种应力损失称为混凝土弹性压缩损失。
3.1.2计算
后张法梁当采用分批张拉时，先张拉的钢束由于张拉后批钢束产生的混凝土弹性压缩引起的应力损失，根据JTG D62-2004第6.2.5条规定，计算公式为：
式中：—在先张拉钢束重心处，由后张拉各批钢束而产生的混凝土法向应力，可按下式计算：
其中：，—分别为钢束锚固时预加的纵向力和弯矩，
—计算截面上钢束重心到截面净轴的距离，
本设计采用逐根张拉，张拉顺序为N4，N3，N2，1N。计算时从最后张拉
的一束逐步向前推进。
2.2混凝土收缩和徐变引起的预应力损失
2.2.1概述
混凝土的收缩是指混凝土体内水泥凝胶体中游离水蒸发而使本身体积缩小的一种物理化学现象，它是一种不依赖于荷载而与时间、气候等因素有关的干燥变形。混凝土的收缩应变值超过其轴心受拉峰值应变（）的 3～5 倍，成为其内部微裂缝和外表宏观裂缝发展的主要原因。混凝土的徐变是指在持续荷载作用下，混凝土结构变形将随时间增长而不断增加的现象。徐变在加载初期发展较快，而后逐渐减慢，其延续时间可达数十年。混凝土结构在受拉、受压、受弯时都会产生徐变，并且最终趋于收敛的极限徐变变形一般要比瞬时弹性变形大 1～3 倍。因此，在混凝土结构设计中混凝土收缩和徐变引起的预应力损失是引起桥梁预应力损失的一个重要原因。
2.2.2计算
按JTG D62-2004第6.2.7条规定，由混凝土收缩和徐变引起的应力损失可按下式计算：
式中：—全部钢束重心处由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失值；
—钢束锚固时，全部钢束重心处重心处由预加应力（扣除相应阶段的应力损失）产生的混凝土法向应力，并根据张拉受力情况，考虑主梁重力影响；
—配筋率，；
—本设计为钢束锚固时相应的净截面面积；
—本设计即为钢束群重心至截面净轴的距离；
—截面回转半径，本设计为；
—加载龄期为、计算龄期为时的混凝土徐变系数；
—加载龄期为、计算龄期为时的收缩系数；
（1） 徐变系数终极值和收缩应变终极值的计算
构件理论厚度计算公式为：
式中：—主梁混凝土截面面积；
—与大气接触的截面周边长度。
本设计考虑混凝土收缩和徐变大部分在成桥之前完成，和均采用预制梁的数据。对于混凝土毛截面，四分点和跨中截面上述数据完全相同，即：
故： cm
设混凝土收缩和徐变在野外一般条件（相对湿度为75%）下完成，受荷时混凝土加载龄期为20d。
按上述条件，查JTG D62-2004表6.2.7得到=1.85，
（2） 计算
预加力：kN
钢筋重心处混凝土应力：
MPa
，
收缩、徐变应力损失终极值：
MPa
2.3 混凝土弹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弹性压缩应变，将引起筋束的预应力损失。 2.4张拉控制应力引起的預应力损失
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。
2.5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。钢筋初拉应力越高，其应力松弛越厉害。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。钢筋松弛与时间以及温度有关，初期发展最快，以后渐趋稳定，且随温度升高而增加。
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
摩擦主要有两种：弯道引起的摩擦力和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。会导致预应力损失。
2.7热养护损失
为缩短先张法构件的生产周期，常采用蒸汽养护加快混凝土的凝结硬化。混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起预应力损失。
升温时，新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热膨胀，但张拉预应力筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因此预应力筋中的应力随温度的增高而降低，产生预应力损失sl3。降温时，混凝土达到了一定的强度，与预应力筋之间已具有粘结作用，两者共同回缩，已产生预应力损失sl3无法恢复。
设养护升温后，预应力筋与台座的温差为Δt ℃，取钢筋的温度膨胀系数为1×10-5/℃，则有，
减少此项损失的措施：采用两次升温，先常温养护至混凝土强度达到一定等级，然后再升温；钢模上张拉。
2.5预应力损失的组合
预应力混凝土构件从预加应力开始即需要进行计算，而预应力损失是分批发生的。因此，应根据计算需要，考虑相应阶段所产生的预应力损失。
⑴混凝土预压前完成的损失slI；
⑵混凝土预压后完成的损失slII。
根据上述预应力损失发生时间先后关系，具体组合见表。
结语
由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果。因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题。预应力损失的大小影响建立的有效预应力的大小，过高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用性能产生不利影响，进而影响整个构件乃至整个结构的性能。除混凝土原因产生的预应力损失以外，锚固损失、摩擦损失、松弛损失都对预应力损失产生一定的影响。在今后的桥梁建设中，还要不断的注重对预应力损失的研究，保证桥梁施工安全以及质量。
参考文献
[1]张利梅.赵顺波.黄承逵.预应力高强混凝土梁抗裂度和裂缝宽度试验研究[J].建筑结构.2004年08期.
[2]张利梅.高效预应力混凝土梁受力性能及延性研究[D].大连理工大学.2004年（07）.4-6.