浅析预应力构件应力损失的产生及减损方法

第３６卷第９期　２　０　１　０年３月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥ　ＵＲＩ　Ｖ０１．３６　Ｎｏ．９　Ｍａｒ．２０１０　・６ｌ・　文章编号：１００９—６８２５（２０１０）０９．００６１—０２　浅析预应力构件应力损失的产生及减损方法　孙　炜　摘要：对施工过程中预应力构件的应力损失的产生原因进行了分析，分别从加热养护、锚具变形、钢筋应力松弛、孔道　摩擦四个方面进行了论述，并根据现场施工经验对各种应力损失提出了减损方法，以达到减少构件开裂，提高其耐久性　的目的。　关键词：预应力构件，应力损失，控制应力　中图分类号：ＴＵ３７８．１　文献标识码：Ａ　在工程建设中，混凝土被广泛应用于桥梁、房屋等建筑的受　２．２减少盯，，损失的方法　弯构件的施工中，但由于混凝土的抗拉强度和极限应变都很低，　１）从公式中可以看出，　２与Ｚ成反比，故可以通过增加台座　每米混凝土只能被拉长０．１　ｍｍ～０．５　ＦＤＡＴＩ，所以在荷载作用下，　长度来减少　２损失；　经常会开裂，极易造成钢筋锈蚀，降低构件的耐久性。而裂缝主　２）选择变形较小的锚具，尽量减少垫板用量。　要产生于受弯构件的受拉侧，单纯地依靠提高截面尺寸和钢筋用　３预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失　３　量会增加构件自重，对裂缝的控制并不能产生很好的效果。因　此，为了更好的控制裂缝的产生和发展，一般都会在构件受力前　预先对混凝土施加压力，用以抵消受荷后产生的拉力，甚至使整　个构件只受压力作用。　然而在预应力混凝土构件的施工和使用过程中，由于各种原　因会使预应力减小，称为预应力损失。这些损失往往不能使构件　达到我们预期的预压效果，在使用过程中依然会产生裂缝。本文　根据作者以往的一些经验，总结出了下面几种预应力损失以及减　少损失的方法。　一３．１　产生原因　在高应力作用下，钢筋有如下特性：在长度保持不变的情况　下，钢筋的应力会随时间逐渐降低，称之为钢筋的应力松弛；在应　力保持不变的情况下，钢筋的应变会逐渐增加，称之为钢筋的徐　变。由于这两种特性产生了钢筋预应力损失　３。　３．２减少　，　损失的方法　采用超张拉法，对钢筋施加短时间的高应力，这样会使钢筋　短时间内产生在低应力长时间作用下的松弛值。具体步骤是：第　次施加１．０５ａ￣－－１．１　的荷载（　为控制应力）大约２　ｍｉｎ　１　混凝土加热养护时的预应力损失　１　１．１　产生原因　在混凝土加热养护的过程中，由于温度的升高会使预应力钢　５　ｍｉｎ，然后卸荷再次张拉至　。　４由于预应力钢筋与孔道之间的摩擦而产生的预应力　损失　４　４．１　产生原因　６ｒｌ　主要产生于后张法施工过程中。预应力钢筋的表面形状，　筋产生温度应变，钢筋的膨胀会产生预应力损失。但是这种损失　只存在于钢筋与受拉构件的线膨胀系数不等的情况下，若钢筋锚　固在钢模上，则不必考虑该损失。　设受张拉的钢筋与台座之间的温度差为　（℃），钢筋的线　膨胀系数０／＝０．００１℃，由温度变化引起的长度改变为△ｚ，Ｅ为　钢筋的弹性模量，则由Ａｌ＝ａｌＡｔ，￡＝　Ｏｌｌ＝　得：　Ｌ５　ｂ　孔道在加工过程中产生的偏心距，钢筋焊接接头质量等因素都会　使钢筋在张拉过程中与孔道壁产生摩擦阻力，从而使预应力损　失，而且这种损失在离张拉端越远的截面越大（公式中可以得　出）。摩擦阻力分为以下两种，分别计算后相加：　１）孔道的偏差产生的摩擦阻力（见图１）。　ａｌ１＝ａＡｔＥ，＝２Ａｔ。　１．２减少　¨损失的方法　１）采用两次升温养护。先在常温下养护，当混凝土达到一定　强度时再升高温度。此时可认为钢筋与混凝土已经结合而不会　引起应力损失。２）采用钢质台座。因钢质台座与钢筋的温度改　变量相同（即Ａｔ＝０），故可以不考虑应力损失。　（ｄ—ｄａ）Ａｏ　２预应力构件锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失　ｆ２　２．１　产生原因　在张拉时，锚具和垫板之间的空隙减小或锚具滑移会使预应　图１　孔道　图２　由预应力　偏差产生的摩擦阻力　钢筋对孔道内壁的法向压力　力钢筋产生内缩。设内缩值为ａ，应力损失｛Ｔｌ２（Ｎ／ｍ２），按下式　计算：　ｄ　ｄＦ１＝ｋａＡ　ｄｘ。　２）由预应力钢筋对孔道内壁的法向压力产生（见图２）。　ｄＦ２＝／ｚｐｄｘ。　号Ｅｓｃ　根据两个方向的合力列方程得：　其中，　为钢筋内缩值，ｍｍ；ｚ为张拉端与锚固端的距离，　ｍｍ；Ｅ为预应力钢筋的弹性模量，Ｎ／ｍｒｎ２。　收稿日期：２００９—１２—０８　∑ｚ＝０，ｄａＡｐｃ。ｓ　＝一（ｋａＡ　ｄｘ＋　）。　作者简介：孙炜（１９８１一），男，助理工程师，河北省高速公路承秦筹建处基建科，河北秦皇岛０６６１００　・６２・　第３６卷第９期　２　０　１　０年３月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖ０１．３６　Ｎｏ．９　Ｍａｒ．　２Ｏ１０　文章编号：１００９—６８２５（２０１０｝０９—００６２—０２　浅析影响建筑物结构用钢量的因素　林凤钦　摘要：以力学概念和丰富的工程经验为基础，从结构整体和局部中的两个方面对结构设计中影响建筑物结构用钢量的　宏观因素及微观因素作出分析，以期有效控制结构用钢量，达到降低工程造价的目的。　关键词：结构设计，用钢量，宏观因素，微观因素　中图分类号：ＴＵ３１８　文献标识码：Ａ　１　影响用钢量的宏观因素　２００２高层混凝土结构技术规程（以下简称《高规》）４．３．３条规定　１）结构体系的选择：应从建筑、结构、施工技术、建材、经济、　范围内的平面长宽比较大的狭长的建筑物，由于两主轴方向的整　体刚度相差甚远，在水平力（风力或地震）作用下，两向构件受力　机电等专业综合考虑。按结构设计的要求，一般建筑结构可根据　的不均匀性造成配筋不均匀，使得其单位面积用钢量相对于平面　房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度等因素初步选　应满足《高规》４．３条　择结构体系。结构体系的不同选择，直接左右着含钢量的大小。　长宽比接近的建筑物也要多。４）平面形状：要想降低含钢量，必须要进行多方案比较。如美国纽约１０２层的　规定，若平面较规则、传力明确简单，用钢量就少，不规则凹凸多，　帝国大厦采用的是框架一剪力墙体系，用钢量２０６　ｋｇ／ｍ２，而芝加　传力路线复杂，容易引起结构较大的扭转和一些部位的应力集　中，往往须在转角处增设板带及应力集中处加强配筋以抵抗扭转　哥１１０层的西尔斯大厦，采用束筒体系，用钢量仅１６１　ｋｇ／ｍ２，比　帝国大厦降低了２０％。在结构设计中，结构体系方案选择不合理　而增加用钢量。５）竖向高宽比：这主要针对高层建筑而言，根据　造成的浪费，往往比配筋计算的不精确造成的浪费要大得多。２）　《高规》４．２．３条的规定，高宽比大的建筑，为了保证结构的刚度、　势必要设置较刚较强的抗侧力　平面长度尺寸：即结构单元是否超长。在具体工程中应根据建筑　整体稳定并控制结构的侧向位移，功能的不同要求做综合考虑，设伸缩缝或留后浇带。在不影响建　构件来提高结构的侧向刚度，这类构件的增多自然会增多用钢　筑功能的情况下尽可能设置伸缩缝。３）平面长宽比：即使在ＧＢ　５００１１—２００１抗震设计规范（以下简称《抗规》）６．１．６条及ＪＧＪ　３一　量。６）立面形状：即外挑或内收程度以及竖向刚度有否突变等，　根据《高规》４．２条的规定，这是考量结构竖向体型的规则性和均匀　∑　：０，２　ｐｓｉｎ　ｄＯ＝ｐｄｚ。　另：　＝　一　＝　［　一　］。　其中，　为从张拉端到计算截面的孑Ｌ道长度，ｍｍ；０为张拉端　苗。　且当　一０时，ｓｉｎ　ｄＯ一　ｄＯ，ｃＯｓ　一１，原式得：　＝一预应力钢筋切线与计算截面预应力钢筋切线的夹角，ｒｄ；ｋ为孔　ｅ道每米长度偏差的摩擦系数；　为预应力钢筋与孔道的摩擦系　数；　为张拉控制应力。　（　＋ｅ）ｄ０。　４．２减少　损失的措施　１）可采取两端张拉的方法，这样可以大大降低因摩擦产生的　应力损失，但与此同时，由于两端都加设锚具，Ｏ＂１２也会增加。所以　两边积分得：　Ｊ　ｄ　ｌｎｄ＝一（ｋＲ＋　＇。　ｒ￣０。ｄＯ　究竟采用一端张拉还是两端张拉，应视构件长度而定，长度越大，　两端张拉越能有效地减少Ｏ＂ｌ　。　２）采用超张拉。张拉顺序为：　１．１　０．８５　。　＝－－（ｋＲ＋ｐ）　。　参考文献：　则得：　［１］　苏国华．钢筋混凝土构件的裂缝与变形分析［Ｊ］．山西建筑，　２００８。３４（１９）：５８—５９．　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ＯＮ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｒｅｓｓ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ＳＵＮＷｅｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　１ＯＳＳ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｔ　ｔｈｅ　Ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ　ｆｒｏｍ　ｆｏｕｒ　ａｓｐｅｃｔｓ：ｈｅａｔｉｎｇ　ｃｕｒｉｎｇ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎｃｈｏｒ　ｄｅｖｉｃｅ，ｓｔｒｅｓｓ　ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｂａｒ　ａｎｄ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｗａｌｌ　ｏｆ　ｄｕｃｔ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｉｓ　ｍａｄｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔＯ　ｆｉｅｌｄ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｓｔｒｅｓｓ　ｌｏｓｓｅｓ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔＯ　ｒｅ—　ｄｕｃｅ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｏｆ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｔＯ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ｓｔｒｅｓｓｌｏｓｓ，ｃｏｈｔｒｏｌ　ｓｔｒｅｓｓ　收稿日期：２００９．１２—０５　作者简介：林凤钦（１９６６一），男，工程师，一级注册结构工程师，二级注册建筑师，厦门水务规划设计研究有限公司，福建厦门３６１００９