混凝土结构预应力损失问题解剖.doc

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预应力损失与桥博预应力损失的计算 鲁金玉 摘 要 通过个方面的资料收集,本文总结了预应力损失的计算理论和公式,并通过实例对各项预应力损失的理论进行计算分析,最后通过现行通用桥梁设计程序《桥梁博士》对文实例的预应力损失的计算,进行核对。 关键词 预应力损失 桥梁博士 1 预应力损失的组成 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而且许多因素相互制约、影响,要精确计算十分困难。我国《混凝土以及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ D62-2004)以下简称为“桥规”,采用分项计算预应力损失,然后把分项损失相加便可得出总损失的计算方法。桥规中把预应力损失分为了6个分项,根据具体的工程,我们去其中的分项来进行叠加已求得总的损失。全部损失由两部分组成,即瞬时损失和长期损失。其中,瞬时损失包括摩擦损失、锚固损失(包括锚具变形和预应力筋滑移) 和混凝土弹性压缩损失。长期损失包括混凝土的收缩、徐变和预应力钢材的松弛等三项,它们需要经过较长时间才能完成。我们可以将总的预应力损失的各项分类与总预应力损失的关系,用图1来表示: 瞬时损失 长期损失 图1:预应力损失的组成 2、预应力损失理论分析与计算公式 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62一2004)中规定,预应力混凝土构件在持久状态正常使用极限状态计算时,应考虑下列因素引起的预应力损失。 2.1 预应力钢筋与管道壁间摩擦引起的应力损失 在预应力混凝土结构中,一般是通过后张法工艺施加预应力的。在后张法构件中,由于张拉钢筋时预应力钢筋与管道壁之间接触而产生摩擦阻力,此项摩擦阻力与张拉力方向相反,因此,钢筋中的实际应力较张拉端拉力计中的读数要小,即造成钢筋中的应力损失。摩擦阻力引起的预应力损失与很多因素有关,例如钢筋表面形状、管道材料、管道形状和施工质量等。摩阻损失,主要由管道的弯曲和管道位置偏差两部分影响所产生。对于直线管道,由于施工中位置偏差和孔壁不光滑等原因,在钢筋张拉时,局部孔壁仍将与钢筋接触而引起摩擦损失,一般称此为管道偏差影响(或称长度影响)摩擦损失,其数值较小;对于弯曲部分的管道,除存在上述管道偏差影响之外,还存在因管道弯转,预应力对弯道内壁的径向压力所起的摩擦损失,称此为弯道影响摩擦损失,其数值较大并随钢筋弯曲角度之和的增加而增加。曲线部分摩擦损失是由以上两部分影响所形成,故要比直线部分摩擦损失大得多。 (1)弯道影响引起的摩阻损失 设钢筋与管道内壁相贴,并取微分段去为隔离体,相应的圆心角为 (如图2)。 假设其左端沿切线方向作用的拉力为,右端沿切线作用的力为+,式中是由弯曲影响引起的摩察阻力。从微分段力的平衡条件可知,作用于二端切线方向的拉力N和+,将产生一个指向弯曲中心的径向压力F,若忽略去微分段,内张拉力微小变化对径向压力的影响,则径向压力F为: 摩擦阻力又等于径向压力乘以摩擦系数,其方向与拉力方向相反: =- (2)管道偏差引起的摩阻损失 管道局部偏差所引起的摩阻损失,在曲线段和直线段均应加以考虑。假设每米长度管道局部偏差对摩擦阻力的影响系数为k,则在去范围内由管道局部偏差而产生的摩阻力为: =-,这样总的摩阻力为: =+= -(+) 移项后得: 对上式进行积分,即可求得经过摩阻损一失后的任意点n的有效预加力, 这样就可以得到从张拉施力点到任意计算点n点的摩阻损失。 通过计算公式,可以看到的变化趋势: (4)减小摩擦损失措施 为了减小摩擦损失,一般采用如下措施: 1)采用两端张拉。对于纵向对称配筋的情况,最大应力损失发生在中间截面,管道长度x和曲线段切线夹角均减小一半。 2)对钢筋进行超张拉。张拉端首先超张拉5%一10%,使得中间截面的预应力也相应提高,但张拉端到控制应力时,由于受到反向摩擦力的影响,这个回缩的应力并没有传到中间截面,使得中间截面仍可保持较大的张拉应力。超张拉程序应符合有关施工规范的规定。 2.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩 预应力钢筋张拉后锚固时,锚具将受到相当大的压力,一方面使锚具本身及锚具下垫板压密产生变形;另一方面混凝土结构的接缝缝隙在压力的作用下也将压密变形。这些变形导致预应力钢筋向内回缩,产生预应力损失,其值随钢筋为直线或曲线形面有所不同;对于拼装式混凝土结构的接缝,在锚固后也将继续被压密变形。

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