三种预应力形式张拉锚固损失对比试验研究

三种预应力形式张拉锚固损失对比试验研究

张国华

中铁开发投资集团有限公司云南昆明650000

摘要：预应力结构的预应力损失是造成预应力失效的关键问题。为精确分析预应力张拉锚固损失情况与预应力形式的关系，设计了预应力张拉试验梁，测量了无粘结预应力钢棒、精轧螺纹钢、预应力钢绞线三种不同预应力施加形式的有效预应力及钢束伸长量，试验结果表明：三种形式预应力筋张拉伸长量实测值与理论值的差值基本在6%以内，实测值与理论值吻合良好；钢棒、精轧螺纹钢、预应力钢绞线张拉锚固后预应力损失值呈现依次增大的趋势，其中钢棒Φ16的平均预应力损失值为3.29%，精轧螺纹钢Φ32的为13.90%，预应力钢绞线Φ15.24的为20.62%。钢棒预应力损失值明显小于精轧螺纹钢和钢绞线，且钢棒施工工艺简单，建议可将无粘结预应力钢棒应用于实际结构中。

关键词：预应力损失；精轧螺纹钢；预应力钢绞线；无粘结预应力钢棒

Comparativeexperimentalstudyontensionandanchorageprestressloss

ofthreedifferentprestressingforms

***1

（1.***，***）

Abstract：Prestresslossofprestressingstructureisthekeycauseofprestressingfailure.Inordertoaccuratelyanalyzetherelationshipbetweentensionandanchorageprestresslossandprestressingform，aprestressingtensiontestbeamwasdesigned.Theeffectiveprestressingforceandtheelongationofprestressingtendonsinthreedifferentforms，whichwere.unbondedprestressedsteelbar，finish-rolledscrewsteelandprestressedstrand，weremeasured.Thetestresultsshowedthatthedifferencebetweenthemeasuredvaluesandthetheoreticalvaluesofthethreetypesofprestressingtendonswaswithin6%，andthemeasuredvalueswereingoodagreementwiththetheoreticalvalues.Aftertensionandanchorageofsteelbar，finish-rolledthreadedsteelandprestressedstrand，theprestresslossvalueincreasedinturn.TheaverageprestresslossvalueofsteelbarΦ16was3.29%，thatoffinish-rolledthreadedsteelΦ32was13.90%，andthatofprestressedstrandΦ15.24was20.62%.Theprestresslossofsteelbarisobviouslylessthanthatoffinish-rolledthreadedsteelandprestressedstrand，andtheconstructiontechnologyissimple.Itissuggestedthatunbondedprestressedsteelbarcanbeappliedtoactualstructure.

Keywords：prestressloss；finish-rolledthreadedsteel；prestressedstrand；unbondedprestressedsteelbar

引言

预应力损失是指在预应力混凝土结构及预应力钢结构中，实际存在于预应力钢筋或钢材内的有效预应力与张拉控制应力的差值，根据预应力筋应力损失发生的时间可分为：瞬间损失和长期损失。张拉阶段的瞬间损失包括孔道摩擦损失、锚固损失、弹性压缩损失等。张拉后的长期损失包括预应力筋的应力松弛损失和混凝土收缩徐变损失等。桥梁混凝土结构预应力筋施工中，常因张拉锚固及锚固过程中的预应力损失不能有效控制，易造成预应力不满足设计要求甚至失效导致混凝土开裂[1，2]，对于预应力筋的锚固损失的准确把握至关重要。

目前，预应力筋形式有预应力钢绞线、精轧螺纹钢以及无粘结预应力钢棒，这三种形式预应力筋各具优势：精轧螺纹钢施工工艺简单、操作简便，预应力钢绞线强度高、性能好，钢棒具有高韧性、低松弛的特点，但三者均会产生不同大小的预应力损失。

因此，本文通过合理设计预应力张拉试验梁模型，对三种预应力筋分别进行张拉锚固，测试有效预应力及钢束伸长量，并综合特定结构自身构造特点、施工工艺等多方面因素，对比研究三者预应力损失情况，以期对实桥结构中预应力筋形式的选取提供依据，保证桥梁结构的安全性与经济性。

1试验设计

基于某特大桥索塔锚固结构，综合考虑预应力张拉试验用钢棒、精轧螺纹钢、预应力钢绞线的规格型号及张拉力值等因素，按等效原则设计制作合适比例的预应力混凝土梁试验模型。

（b）断面布置图

图1预应力筋及传感器布置图

Fig.1Layoutsoftheprestressingtendonsandsensors

注：荷载P单位为kN，应变Δε单位为με。

根据钢棒、精轧螺纹钢、预应力钢绞线三种预应力筋的锚固形式及吨位大小选择适当的油压千斤顶进行加载，试验前将油压千斤顶在MTS1000kN试验机上进行标定，选取测试值中线性度及重合度较好的数据进行平均，并对平均值进行线性回归做出千斤顶标定结果曲线，确保测试精度。油压千斤顶标定结果如表2所示。

表2油压千斤顶标定结果

3.3预应力损失

表5给出了9个预应力传感器测试的有效预应力及预应力损失值，可知1#~9#传感器测得的预应力损失呈现钢棒、螺纹钢、钢绞线依次增大趋势，钢棒平均预应力损失3.29%，螺纹钢平均预应力损失13.90%，钢绞线平均预应力损失20.62%。

表5传感器测试的预应力损失结果

Table5Prestresslossresultofsensortesting

注：表中采用换算后的力值表示有效预应力。

4结论

本文通过合理设计等效缩尺模型，对三种预应力筋分别进行张拉锚固，测试有效预应力及钢束伸长量，计算出三种不同预应力形式的预应力损失情况，得到了以下结论：

（1）三种形式预应力筋张拉伸长量实测值与理论值的差值基本在8%以内，实测值与理论值吻合良好。

（2）钢棒、精轧螺纹钢、预应力钢绞线张拉锚固后预应力损失值呈现依次增大的趋势，其中钢棒Φ16的平均预应力损失值为3.3%，精轧螺纹钢Φ32的为13.9%，预应力钢绞线Φ15.24的20.6%。

（3）由于试验测定的是单根预应力筋张拉到位后锚固过程的瞬间损失，且张拉过程是按张拉力进行控制，其余预应力筋张拉对本预应力筋有效预应力的影响不在测定范围内，由此可不计三种不同预应力张拉过程中相互影响带来的损失偏差。

（4）钢棒预应力损失值明显小于精轧螺纹钢和钢绞线，且钢棒施工工艺简单，但由于试验等效模型偏小且采集数据量偏少，且钢棒的抗拉强度较其他两种材料偏低，建议在小型构件中采用。

参考文献

[1]周永江，何思明，杨雪莲.预应力锚索的预应力损失机理研究[J].岩土力学，2006，27（8）：1353-1356.

ZHOUYong-jiang，HESi-ming，YANGXue-lian.Studyonprestresslossofanchorcablesunderlong-termloading[J].RockandSoilMechanics，2006，27（8）：1353-1356.

[2]张元海，刘世忠.后张法预应力混凝土梁钢束预应力损失研究[J].中国公路学报，2002，15（2）：76-78.

ZHANGYuan-hai，LIUShi-zhong.Studyofthelossofpre-stressoftendoninpost-tensionedprestressedconcretebeams[J].ChinaJournalofHighwayandTransport，2002，15（2）：76-78.