预应力损失的原因分析及预防措施

由于预应力在桥梁等结构中应用越来越广泛，随着高速公路的全面建设和汽车工业的迅猛发展，车辆荷载对桥梁结构的安全影响越来越大，从而对预应力混凝土桥梁的结构安全提出了更高的要求。在高速公路的建设过程中，由于受张拉设备、施工工艺控制不严、理论计算的误解和结构本身存在的混凝土徐变等影响，造成预应力出现不同程度的损失，对桥梁结构承载力造成一定的影响，也对桥梁结构的整体性能造成一定的影响。

1 预应力损失含义

由于预应力是在结构承受外荷载之前，预先对外荷载作用下的受拉区进行施加压应力，从而改善结构使用的性能。预应力损失顾名思义就是在预应力构件的施工及使用过程中，由于张拉工艺和材料特性及施工环境影响等原因造成应力降低的现象。

2 预应力损失对构件的影响

2．1 耐久性降低

预应力结构中混凝土因预应力筋应力施加其受压能力增强，结构受拉主要由预应力筋承担，由于应力的损失造成预应力筋受拉的能力降低，造成应受压的混凝土部分转变为受拉，因混凝土受拉能力较弱，导致混凝土变形加大而造成结构耐久性降低。

2．2 安全性降低

由于应力损失造成混凝土受力性能转变而导致预应力混凝土构件整体受力变化，进一步加快混凝土变形而造成结构安全性能降低。

3 预应力损失原因分析

3．1 人为疏忽造成的应力损失

1)张拉设备校对错误。预应力筋在张拉前，必须对张拉设备进行专业校对，并根据校对提出张拉设备张拉伸长量和油泵压力表之间的理论关系计算公式。由于专业校对人员的疏忽，造成了理论计算公式错误而导致张拉应力计算错误。

2)理论计算错误。预应力筋张拉伸长量计算应以两锚具夹片(后张法)或张拉横梁(先张法)之间的预应力筋长度为准。但由于技术人员的疏忽和误解，在理论计算时未考虑锚具厚度而以未封锚前的构件长度(后张法)或直接以构件长度(先张法)为理论计算长度依据，造成了理论计算长度依据与实际张拉长度不一致而出现应力错误导致的应力损失。

3．2 施工工艺影响造成的应力损失

1)混凝土强度影响。按照现行桥涵规范规定，对后张法预应力结构，其混凝土强度必须达到75%以上及设计要求后方可进行张拉。按照标准试件强度作为张拉依据对构件进行张拉时，由于构件的实际强度未达到设计或规范要求，而造成预应力筋张拉应力虽达到设计要求，但因构件本身强度不足导致后期应力损失较大而造成的应力损失。

2)压浆影响。对于后张法构件来说，经张拉后需对预应力筋管道进行压浆以保证预应力筋与管道的密实性。在施工过程中由于:a．压浆压力不足造成管道空洞而导致预应力筋与管道接触面减少及管道内浆液密实程度不一致;b．浆液本身强度不足而造成预应力筋与管道的摩擦不足;c．水泥浆液流动性差或水灰比不合理造成的压浆困难等原因造成的应力损失。

3)放张影响。无论先张法还是后张法预应力构件，放张必须按照规范要求进行操作，但在具体操作过程中，由于不同程度的存在:a．未能按规范要求进行对称分次放张造成预应力筋受力不匀;b．放张时直接采用电焊对锚固端以外的预应力筋进行烧断，且烧割位置距离锚具较近而造成锚固处预应力筋软化，导致不能有效锚固等造成应力不同程度的损失。

4)张拉台座影响。对于先张法构件来说，张拉前必须设置具有足够强度的张拉台座和具有足够抗折、抗弯的张拉横梁，以确保张拉时台座不发生挤压变形和张拉横梁不出现受弯变形。但在具体操作中由于台座强度不足或因横梁强度不够，往往造成张拉时发生台座挤压破碎或横梁受弯变形导致应力损失。

3．3 气温影响

1)台座温差变化影响(先张法)。由于气温冷热交替作用，造成台座冷缩热胀现象发生，张拉横梁随台座“冷缩热胀”现象带动预应力筋随之发生收缩和拉长，导致应力在一定程度上的损失。同时由于预应力构件初期养生条件与外界温度的差异，造成混凝土与预应力筋之间粘结力尚未完全建立，预应力筋将因受热而伸长，而预应力筋的温度升高值大于张拉台座，导致预应力筋伸长而放松，即发生应力降低，引起预应力损失。在降温过程中，混凝土与预应力筋已经粘结成整体，故两者共同回缩，由于钢筋与混凝土热膨胀系数相近，预应力筋中应力损失将无法恢复。

2)混凝土收缩徐变影响。由于混凝土受材料、养生条件、外界气温变化及构件内钢筋配置、混凝土浇筑条件等各个因素的影响，造成了混凝土不同程度存在收缩徐变现象产生，导致预应力筋随构件混凝土收缩徐变影响一并发生应力变化而造成应力损失。

3．4 材料影响

1)锚具、夹片变形影响。由于后张法施工的预应力混凝土构件，当张拉完毕并开始锚固时，锚具本身将受到很大的压力而变形，锚下垫板缝隙也将被压密而变形;或由于夹片几何尺寸不合格，硬度不均匀及夹片与锚环孔几何尺寸不吻合、不匹配等因素影响锚固效果造成应力损失。

2)预应力钢筋应力松弛。应力松弛是指钢材受到一定的张拉力之后，在长度保持不变的条件下，钢材的应力随时间的增长而降低的现象，其降低值称为应力松弛损失。造成此现象的原因是由于金属内部错位运动使一部分弹性变形转化为塑性变形而引起的，由于应力松弛造成应力的损失。

3．5 其他影响

1)预应力钢筋与管道的摩擦(后张法)。钢筋与管道的摩擦主要为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;预留孔道施工中由于某些地方存在凹凸不平，管道偏离设计位置，张拉时预应力筋与孔道壁之间产生法向正应力引起摩阻力。

2)混凝土弹性压缩。先张法构件的预应力筋张拉与对混凝土施加压力是先后完全分开的两个工序，当预应力筋放张后，混凝土会不同程度的产生弹性压缩应变现象，由此造成预应力损失。

4 预应力损失预防措施

4．1 提高作业人员的业务和技术水平

提高作业人员的业务和技术水平，杜绝出现由于业务水平问题而出现设备校对和计算失误。

4．2 施工工艺的控制

1)混凝土浇筑过程中，应制取标准养生和同期养生试块，张拉时以同期养生试块强度作为张拉依据，不应以标准养生强度为张拉依据。

2)做好压浆工艺的控制。a．做好水泥浆水灰比的控制(一般为0．4～0．45)。b．做好压浆压力的控制。c．做好水泥浆强度的控制。

3)做好养生和放张工作。a．结构物强度在做好混凝土用各类材料质量和配合比及浇筑工序控制的前提下，加强养生条件及养生工作是控制强度强弱的主要条件之一。b．放张工作应该遵循“分阶段、对称、相互交错”原则，尽量做到结构物受力均匀;同时要根据结构物特点选择合理的放张方法，避免采用电焊直接烧割进行放张。

4)加强张拉台座制作(先张法)。台座制作必须做到强度高、刚度大、稳定性良好，在具体制作过程时，可通过提高台座混凝土强度、增加钢筋、钢板及加大截面面积等措施，以减少由于张拉受力造成台座发生受压挤变，滑移和倾覆现象。同时要做好张拉横梁刚度的计算，一般可选用I，H型钢作为横梁。

5)做好张拉控制。施工中为减少应力松弛等造成预应力损失，一般要进行超张拉，先控制张拉应力为1．05σ～1．1σ，持续荷载2 min～5 min，然后卸掉荷载，再施加张拉应力至σ，同时尽量使用热轧钢筋，减少碳素钢丝，从而减少由于应力松弛引起预应力损失值。

6)张拉方法选择。对于较长的构件可选择两端张拉，可以减少由于摩擦引起的损失。在理论计算时长度按构件1/2长度进行计算。

7)预留孔道及预应力筋的处理。在施工过程中，必须采取孔道疏通措施减少孔道表面凹凸不平或堵塞现象，提高张拉效果;同时预应力筋布设为弯道的构件中，对预应力筋表面可采取涂油脂等措施增加表面光滑度，减少由于弯道引起摩擦阻力。

4．3 做好材料的选择

1)选择自身和自锚能力均好的夹具，同时应使锥销的强硬度大于预应力筋的强硬度。2)选用强度高的混凝土，以提高钢筋与混凝土之间的粘结力(先张法)及锚固端局部承压承载力(后张法)。3)采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比;采用级配较好的骨料，加强混凝土的振捣，提高混凝土密实性，从而减少混凝土的收缩徐变。4)在允许范围内，尽可能采用粒径较大，表面粗糙的粗骨料，以增加混凝土与钢筋之间的粘结力。5)尽量采用塑性良好的钢筋(或钢丝)。由于钢筋(或钢丝)的收缩量与钢筋(或钢丝)塑性有关，塑性好，则收缩量大，放张后因有较好塑性，则产生较大的收缩从而产生预压力大。6)在先张法构件中，对高强度钢筋(或钢丝)表面可采用刻痕或压波措施，增加混凝土与钢筋(钢丝)之间的摩擦。

5 结语

影响预应力损失的原因是诸方面的，在具体实施过程中，除了做好设计方面的完善外，如何做好施工工艺控制、材料选择是主要因素。如何预防和减少应力损失，还需要设计和建设者从设计、施工、运行等各个方面通过不断分析、总结和努力，提出相应的预防措施，以减少由于应力损失造成对结构物的安全影响，确保结构物使用安全。

［1］JTJ 041-2000，公路桥涵施工技术规范［S］．

［2］王 锐．高速铁路桥梁预应力混凝土的连续施工工艺［J］．山西建筑，2010，36(8):329-330．