预应力钢绞线张拉应力损失原因及对策

李宝珍

(山西振兴公路监理有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

预应力钢绞线被广泛应用于桥梁施工的箱梁、T 梁、空心板梁、盖梁等主要受力构件中。从施工工艺上划分可分为现浇预应力钢筋混凝土和预制预应力钢筋混凝土。从钢绞线张拉的时间顺序分，可分为先张法和后张法两种。

无论是先张法还是后张法，无论是现浇预应力还是预制预应力钢筋混凝土构件，都会产生预应力损失的问题。

本文结合工程实际仅对后张法预应力构件张拉应力损失进行分析。

1 工程概况

山西某六车道高速公路，全长60 km，全线共有二十多座大桥，十几座中桥，都是预应力后张法箱梁先简支后连续的结构。有很多箱梁的张拉伸长值、起拱度偏低。本人作为监理全程参与了其原因分析。除温度影响、混凝土弹性模量及人为影响外，预应力的损失也是一个主要原因。

2 产生预应力损失的原因

1)千斤顶本身的精度低。

根据JTG/TF 50—2011 公路桥涵施工技术规范规定，千斤顶必须进行标定，标定条件是:a.进入新工地的时候;b.使用300 次;c.使用6 个月;d.千斤顶经过修理。根据本人十几年来4 000 多箱梁张拉的实践经验，经数据分析、使用千斤顶时间过长、次数过多，千斤顶的实际拉力将小于油表(压力表)读数。这就是说千斤顶使用过长，可能导致钢绞线张拉应力不足。

2)钢绞线与波纹管壁之间的摩擦。

波纹管的直径比预应力钢绞线束的外径仅仅大5 mm～10 mm，由于波纹管的坐标无论是水平方向还是竖直方向都不是直线，因此，钢绞线束与波纹管壁必然存在摩擦。问题主要是钢绞线与波纹管的摩擦损失究竟应该怎么确定。《公路桥涵施工技术规范》和设计文件中，一般会给定一个参考值，K=0.001 5，μ=0.25。但是实际施工过程中，根本不可能达到这一理想状态。因施工误差导致的摩擦损失预应力的程度比理论值大得多。造成这种情况的原因主要有:a.波纹管的坐标不准确造成各点的角度与设计值不符。b.波纹管固定不牢固，在随后的混凝土浇筑过程中波纹管上下起伏，形成波浪形，线形不圆顺，摩擦力加大，预应力损失就加大。c.波纹管内漏浆，导致波纹管管径局部变细，穿束困难，加大了摩擦力，增加了预应力的损失。

3)预应力钢绞线的实际截面面积与理论截面面积不同。

钢绞线的理论截面面积为140 mm2，但是，不同的钢绞线生产厂家，不同的生产批次，钢绞线的截面面积不相等。如果实际钢绞线的截面面积大于理论横截面面积，张拉值不够，导致预应力损失。根据本人检测数据统计，钢绞线的横截面面积的误差会引起张拉力2%左右影响。

4)箱梁混凝土的弹性模量未达到设计值。

由于台座数量不足，工期压力太大，实际施工过程中，往往以混凝土的强度达到设计规定的值便开始张拉(大部分设计规定为90%的设计强度，规范规定无要求时按80%)，根本不考虑弹性模量的影响。部分技术人员误认为混凝土的强度达到后，其弹性模量也相应达到了。其实不然，诚然混凝土的弹性模量与强度有一定的关系，但不能对等。混凝土的弹性模量不仅与强度有关，还与龄期有直接关系。有资料显示，混凝土的弹性模量与龄期呈指数函数关系，混凝土强度越高，其弹性模量早期增长就越快，但影响不大，并且随着时间的延长，其变异系数趋于减少。一般来说，C40 混凝土3 d 弹性模量大约是28 d 弹性模量的90%，7 d 弹性模量是28 d 的95%，如果弹性模量不足，混凝土变形较大，造成预应力损失。

5)钢绞线松弛引起预应力损失。

钢绞线松弛是材料的特性，是不可避免的，尽管目前多使用低松弛预应力，但只能减少因钢绞线松弛造成的预应力损失，截至目前，尚未找到钢绞线松弛对预应力损失的定量分析。作者对以往钢绞线的检测报告分析，钢绞线的弹性模量偏大的材料，其松弛系数一般较小，但缺乏众多数据应证，只是一管之见，愿与前辈专家学习。

6)锚具变形，钢绞线回缩引起预应力损失。

锚具变形，钢绞线回缩是从张拉结束，油泵回油便开始的，并持续较长时间才能完成。《公路桥涵施工技术规范》(以下简称桥规)有专门的规定。这一损失一般可达到4 mm～6 mm 左右，张拉结束后，量测钢绞线的伸长量，夹片锁死后再量测钢绞线的伸长量即可确定钢绞线的回缩量。作者认为这一损失不是夹片锁死后钢绞线的回缩，锚具的压缩便结束，而要到压浆后浆体的强度达到设计才能结束。

7)压力表的精度不足，引起预应力损失。

千斤顶与压力表在标定时，会确定一回归方程，利用回归方程计算各个阶段的张拉应力值，一般是精确到小数点后一位小数，但是压力表的最小分度值不同:有的是1，有的是2，有的是0.5。分度值越大，精确度越低，十分位的读数完全由操作人员估读。很容易引起张拉应力不足，造成预应力损失。

8)混凝土弹性压缩，引起预应力损失。

钢绞线受拉时，混凝土处于受压状态因受压而压缩，削减了张拉应力。钢绞线的伸长量读数，除了钢绞线本身伸长量外，还包括梁体混凝土的压缩量。混凝土的弹性压缩与混凝土的弹性模量密切相关，混凝土的弹性模量越大，其弹性压缩越小，预应力的损失越小，这就是预应力构件设计文件中强调张拉不宜过早的原因之一。

9)混凝土徐变引起预应力损失。

混凝土徐变引起混凝土强度降低，变形增加，裂缝加大，弹性模量损失，必然引起预应力损失。因其作用机理非常复杂，检测难度大，本文不深入探讨。

10)预应力筋锚固后外露长度过短，热应力影响造成预应力损失。

钢绞线张拉结束后，要切除多余钢绞线，剩余的钢绞线不能太长，也不能太短，太长影响构件的安装，太短因切割过程中发热波及到钢绞线内部，造成预应力损失。

11)钢绞线与台座之间的温差引起预应力损失。

钢绞线与台座之间存在温差，主要是先张法，对于先张法如果采用蒸汽养生，很容易引起预应力损失。如果不采用蒸汽养生可不考虑这一影响。

12)持荷时间太短，张拉力达到100%后不得立即回油，旧“桥规”规定为持荷2 min，新“桥规”规定持荷时间3 min～5 min，必须按现行的规范执行。

3 减少预应力钢绞线张拉损失的相应对策

1)及时进行千斤顶的标定。合理安排千斤顶、压力表的标定时间，不要等到张拉使用到期再进行标定，甚至继续使用。使用次数越多，其精度越低，误差越大。

2)严格控制波纹管的坐标，确保波纹管线形圆顺，减少钢绞线与管道的摩阻力，减少预应力的损失。

目前绝大多数技术人员认为波纹管直线段固定的点可以放宽一点，连设计单位也认为将直线段的固定距离定为1 m，曲线段定为0.5 m，根据本人十几年来的经验，直线段更容易因混凝土坍落度不合适造成波浪形线形，坍落度大，混凝土振捣后，上浮力大，波纹管向上拱。反之亦然，可参照发明专利《箱梁标准图改进》解决这一问题。

3)张拉应力计算时，必须以现场使用的钢绞线的实际截面面积、弹性模量进行计算，不能以理论值代替。设计文件中标定的各项指标是控制指标，是参考值，不能作为取定值。

4)严格控制张拉时间。决定箱梁张拉的条件一个是强度要求，一个是混凝土弹性模量，弹性模量以时间控制。目前，大多数设计文件规定张拉时，箱梁的龄期保证7 d 以上，有的设计文件规定为10 d，这是有依据的，也是必要的。

5)根据张拉的实际伸长量调整张拉的应力值。如果钢绞线张拉后，伸长量(考虑到回缩量)在理论计算伸长量±6%范围内，可不进行调整。如果偏小，可按比例调整张拉应力值，并重新进行试张拉。直到合适为止。

6)使用防振动、高精度压力表。压力表是控制张拉力的依据，必须精确，建议使用0.5 的分度值的压力表。

7)尽量避免偏心受压。采取的措施是，a.使用4 个千斤顶左右对称张拉;b.锚具紧贴锚垫板凹槽;c.夹片必须锁紧，不得有错台。

8)箱梁钢筋绑扎前，必须对台座进行打磨处理，刷好隔离剂，减少台座表面与梁体之间的摩擦。

9)预应力钢绞线锚固后的外露长度要适中，严禁用氧焊、电焊切割。

10)对于利用砂箱放张的先张法构件，应选用级配良好的石英砂，装置宜为砂箱长度的1/3～2/5。保证预应力施加后砂箱的压缩值不大于0.5 mm。

11)严格控制施工工艺，保证原材料合格，采用高标号水泥和优质高效的外加剂，控制水泥用量，必须控制在500 kg/m3内。

12)保证持荷时间3 min～5 min。

4 结语

造成预应力钢绞线张拉应力损失的原因很多，在后续施工过程中，从人、材、机、工、管等各个细节加以控制，并勤于分析，强化管理，落实到位，预应力的损失有了大量的减少。