jA竖向预应力损失.ppt

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1、jA竖向预应力损失 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望大跨预应力混凝土箱梁桥的发展大跨预应力混凝土箱梁桥存在的问题竖向预应力损失问题？纵向预应力损失“时-步”分析法分项预应力损失预应力总损失竖向预应力损失混凝土箱梁竖向预应力损失混凝土箱梁竖向预应力损失箱梁腹板竖向预应力损失现场测试箱梁腹板竖向预应力损失现场测试箱梁腹板竖向预应力损失计算箱梁腹板竖向预应力损失计算其它因素对竖向预应力损失的影响其它因素对竖向预应力损失的影响小结小结箱梁腹板竖向预应力损失现

2、场测试箱梁腹板竖向预应力损失现场测试箱梁腹板竖向预应力损失现场测试箱梁腹板竖向预应力损失现场测试图1 箱梁腹板竖向预应力测试截面 图2 箱梁腹板竖向预应力布置图 图3 张拉端和锚固端大样图 图4 传力锚固后的测试结果（对数X轴）现场测试中，张拉现场测试中，张拉W1W1、W2W2号竖向预应力时，其张拉端的实际号竖向预应力时，其张拉端的实际张拉力仅至张拉力仅至495kN495kN（相应的应力为（相应的应力为615.5MPa615.5MPa）。）。从测试结果中看出，对于从测试结果中看出，对于W1W1、W2W2竖向预应力筋：竖向预应力筋：张拉锚固时的各项损失总和分别达到张拉锚固时的各项损失总和分别达到

3、151.1MPa151.1MPa和和164.4MPa164.4MPa；张拉完毕后至灌浆后张拉完毕后至灌浆后1 1天内的损失分别为天内的损失分别为71.3MPa71.3MPa和和32.8MPa32.8MPa；传力锚固后的总损失分别为传力锚固后的总损失分别为70.9MPa70.9MPa和和61.1MPa61.1MPa，且在，且在500500天后，天后，该项损失逐渐趋于稳定。该项损失逐渐趋于稳定。摩擦损失 W1W1、W2W2号预应力筋与管道壁之间由摩擦引起号预应力筋与管道壁之间由摩擦引起的损失分别为的损失分别为6.1MPa 6.1MPa 和和5.0MPa5.0MPa（分别占初始张拉（分别占初始张拉应

4、力的应力的1.0%1.0%和和0.8%0.8%）。如管道每米局部偏差对摩）。如管道每米局部偏差对摩擦的影响系数擦的影响系数k k按预埋金属波纹管取为按预埋金属波纹管取为0.00250.0025，则，则至锚固端的预应力损失为：至锚固端的预应力损失为：箱梁腹板竖向预应力损失计算箱梁腹板竖向预应力损失计算箱梁腹板竖向预应力损失计算箱梁腹板竖向预应力损失计算锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩损失 并按规范中给出的相应公式进行计算，其预并按规范中给出的相应公式进行计算，其预应力损失为：应力损失为：考虑到锚固后实际存在的反向摩擦的影响，两竖考虑到锚固后实际存在的反向摩擦的影响，两竖向预应力筋由于锚具变形、钢筋回

5、缩引起的锚固向预应力筋由于锚具变形、钢筋回缩引起的锚固端预应力损失应为端预应力损失应为154.3MPa154.3MPa，与，与W1W1的实测值的实测值139.9Mpa139.9Mpa（占初始张拉应力的（占初始张拉应力的22.7%22.7%）和）和W2W2的的实测值实测值155.4MPa155.4MPa（占初始张拉应力的（占初始张拉应力的25.2%25.2%）均）均较为吻合。较为吻合。混凝土弹性压缩损失混凝土弹性压缩损失 图5 ANSYS计算模型图6 分批张拉各预应力对W1、W2的影响 图7 张拉W2W14对W1的影响 竖向预应力竖向预应力W1W1、W2W2弹性压缩损失的理论值与实测值基本吻合。

6、弹性压缩损失的理论值与实测值基本吻合。W1W1的理论值与实测值分别为的理论值与实测值分别为5.2 MPa5.2 MPa和和5.1 MPa5.1 MPa（占初始张拉应（占初始张拉应力的力的0.83%0.83%）；）；W2W2的理论值与实测值均为的理论值与实测值均为4.0 MPa4.0 MPa（占初始张拉（占初始张拉应力的应力的0.65%0.65%）。）。综上，综上，W1W1和和W2W2号预应力筋在传力锚固时的总损号预应力筋在传力锚固时的总损失分别为失分别为151.1MPa151.1MPa和和164.4MPa164.4MPa，分别占初始张，分别占初始张拉应力的拉应力的24.5%24.5%和和26.

7、7%26.7%，其中绝大部分是由于，其中绝大部分是由于锚具变形和钢筋回缩引起的损失（分别占传力锚锚具变形和钢筋回缩引起的损失（分别占传力锚固时总损失的固时总损失的92.6%92.6%和和94.3%94.3%），因此要控制竖），因此要控制竖向预应力传力锚固时的损失，主要是解决预应力向预应力传力锚固时的损失，主要是解决预应力的锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩问题，而对竖的锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩问题，而对竖向预应力筋进行二次张拉即在预应力筋灌浆前进向预应力筋进行二次张拉即在预应力筋灌浆前进行补偿张拉是减小这一损失的有效措施之一。行补偿张拉是减小这一损失的有效措施之一。传力锚固后的损失传力锚固后的损

8、失pp时步模型时步模型 时步模型采用线性叠加时步模型采用线性叠加原理，混凝土任意时刻的应原理，混凝土任意时刻的应变为：变为：pp收缩徐变模型的选取收缩徐变模型的选取图8 徐变系数计算 图9 收缩应变计算 图10 W2时间相关预应力损失计算结果与实测值比较 从图中可以看出，收缩徐变模型的选取对预应力传力锚固从图中可以看出，收缩徐变模型的选取对预应力传力锚固后损失的计算是至关重要的，采用各模型计算出的预应力后损失的计算是至关重要的，采用各模型计算出的预应力损失值相差较大，其发展趋势也有所不同。整体上表现最损失值相差较大，其发展趋势也有所不同。整体上表现最好的是好的是GL2000GL2000模型，其

9、计算曲线与实测曲线大致吻合，模型，其计算曲线与实测曲线大致吻合，其次是其次是JTG D62-2004JTG D62-2004模型，其它三种模型表现均不理想，模型，其它三种模型表现均不理想，因此在缺乏试验资料的情况下进行竖向预应力长期损失的因此在缺乏试验资料的情况下进行竖向预应力长期损失的计算，本文推荐采用计算，本文推荐采用GL2000GL2000模型和模型和JTG D62-2004JTG D62-2004模型。模型。从表中可以看出，当计算时刻为从表中可以看出，当计算时刻为884884天时天时W2W2号竖向预应力号竖向预应力筋的实测损失值为筋的实测损失值为61.1MPa61.1MPa（占初始预应

10、力的（占初始预应力的9.9%9.9%），），与采用与采用GL2000GL2000模型计算出的结果模型计算出的结果55.6 MPa55.6 MPa相差最小，同相差最小，同时按铁路桥规计算出的与时间相关的总损失与实测值也较时按铁路桥规计算出的与时间相关的总损失与实测值也较为接近，表明按规范计算的与时间相关的损失能够基本反为接近，表明按规范计算的与时间相关的损失能够基本反映实际情况。映实际情况。从中可以看出从中可以看出W1W1、W2W2号竖向预应力筋传力锚固时总损失的号竖向预应力筋传力锚固时总损失的理论值与实测值均较为接近，占预应力总损失的理论值与实测值均较为接近，占预应力总损失的57.2%57.2

11、%。对。对于传力锚固后的损失，按时步模型计算出的结果与实测值大于传力锚固后的损失，按时步模型计算出的结果与实测值大致吻合，占预应力总损失的致吻合，占预应力总损失的23.9%23.9%，而其它因素引起的损失，而其它因素引起的损失占总损失的占总损失的18.9%18.9%。对于箱梁腹板竖向预应力筋，按现行铁路桥规中的纵向预应对于箱梁腹板竖向预应力筋，按现行铁路桥规中的纵向预应力损失计算的相关规定计算的力损失计算的相关规定计算的5 5种损失均能基本反应竖向预种损失均能基本反应竖向预应力实际情况。应力实际情况。实测数据同时表明，对于采用后张法施工的竖向预应力，还实测数据同时表明，对于采用后张法施工的竖向

12、预应力，还存在着其它的因素影响其损失，且影响较大。存在着其它的因素影响其损失，且影响较大。水化热对竖向预应力的影响水化热对竖向预应力的影响 从本次测试数据中可以发现，从本次测试数据中可以发现，W1W1、W2W2号竖向预应力号竖向预应力筋张拉完后，在管道压浆之前即传力锚固时的损失全部完筋张拉完后，在管道压浆之前即传力锚固时的损失全部完成之后，两竖向预应力筋中的预应力分别为成之后，两竖向预应力筋中的预应力分别为464.4MPa464.4MPa和和451.1MPa451.1MPa。张拉完毕即进行孔道压浆，而孔道压浆张拉完毕即进行孔道压浆，而孔道压浆1 1天天之后，两者预拉力分别变为：之后，两者预拉力

13、分别变为：393.1MPa393.1MPa和和418.3MPa418.3MPa，平，平均减少均减少52.1MPa52.1MPa，其损失占初始张拉应力的，其损失占初始张拉应力的8.5%8.5%。即使。即使计入传力锚固后的预应力损失（按照铁路桥规计算出的钢计入传力锚固后的预应力损失（按照铁路桥规计算出的钢筋松弛引起的预应力损失终极值的一半为筋松弛引起的预应力损失终极值的一半为8.2MPa8.2MPa，按照，按照现行公桥规计算出的混凝土收缩徐变引起的预应力损失为现行公桥规计算出的混凝土收缩徐变引起的预应力损失为4.9MPa4.9MPa），也达不到），也达不到52.1MPa52.1MPa。因此这一损失

14、可能是孔。因此这一损失可能是孔道压浆后但预应力筋与混凝土之间尚未形成可靠粘结力这道压浆后但预应力筋与混凝土之间尚未形成可靠粘结力这一期间预应力筋相对其张拉时刻的温升所引起，而引起该一期间预应力筋相对其张拉时刻的温升所引起，而引起该相对温升的原因可能是梁段混凝土及预应力筋孔道水泥浆相对温升的原因可能是梁段混凝土及预应力筋孔道水泥浆体的水化热。体的水化热。其它因素对竖向预应力损失的影响其它因素对竖向预应力损失的影响其它因素对竖向预应力损失的影响其它因素对竖向预应力损失的影响图11 温度测点布置（单位：cm）图12 各测点水化热温度变化 图13 各测点水化热温度变化 图14 ANSYS计算模型 图1

15、5 测点2理论值与实测值比较 图16 测点3理论值与实测值比较 从中可以看出各测点的温度变化规律趋于一致：（从中可以看出各测点的温度变化规律趋于一致：（1 1）都）都经历了快速升温缓慢降温快速降温相对稳定的四个经历了快速升温缓慢降温快速降温相对稳定的四个阶段；（阶段；（2 2）在入模后）在入模后10-2010-20小时内出现最高温度，实测最小时内出现最高温度，实测最高温度为高温度为68.068.0，温度升高近，温度升高近4040，随后以，随后以0.1-0.40.1-0.4/h/h的的速率降温；（速率降温；（3 3）在）在4-54-5天后各测点温度趋于稳定。此外还天后各测点温度趋于稳定。此外还可

16、以发现各理论值与实测值变化规律基本保持一致，在数可以发现各理论值与实测值变化规律基本保持一致，在数值上相差不大，表明本文计算方法及各计算参数的取值是值上相差不大，表明本文计算方法及各计算参数的取值是合理的，可以较为准确的模拟箱梁混凝土水化热。合理的，可以较为准确的模拟箱梁混凝土水化热。根据大体积混凝土水化热研究经验，水化热温度特性主要根据大体积混凝土水化热研究经验，水化热温度特性主要与水泥品种、配合比、温控措施、外界温度和块体尺寸等与水泥品种、配合比、温控措施、外界温度和块体尺寸等多种因素有关，水泥用量越多、结构尺寸越大，内部的水多种因素有关，水泥用量越多、结构尺寸越大，内部的水化热温度越高。

17、不同的混凝土结构具有不同的温度特性，化热温度越高。不同的混凝土结构具有不同的温度特性，但是，对于混凝土的温度变化规律基本上都是一致的，因但是，对于混凝土的温度变化规律基本上都是一致的，因此本文采用以上计算方法及各计算参数，对东阳渡湘江大此本文采用以上计算方法及各计算参数，对东阳渡湘江大桥桥18#18#梁段的水化热进行了模拟，同时还考虑了竖向预应梁段的水化热进行了模拟，同时还考虑了竖向预应力筋孔道灌浆，以此得到竖向预应力筋的温度变化。力筋孔道灌浆，以此得到竖向预应力筋的温度变化。图17 梁段混凝土腹板温度变化 图18 梁段竖向预应力筋温度变化 从图中可以看出，预应力钢筋的温度在灌浆后从图中可以看

18、出，预应力钢筋的温度在灌浆后4 4小时达到小时达到最高，温度上升最高，温度上升17.617.6，随后温度开始下降，至灌浆后一，随后温度开始下降，至灌浆后一天其温度仍升高天其温度仍升高13.613.6，而此时管道内的水泥浆已有较高，而此时管道内的水泥浆已有较高的强度并和预应力筋粘结成整体，若钢材的温度线膨胀系的强度并和预应力筋粘结成整体，若钢材的温度线膨胀系数和弹性模量分别取为数和弹性模量分别取为1.0101.010-5-5/和和2.0102.0105 5MPaMPa，温差，温差为为 t t，则该损失为，则该损失为2 2 t t，即竖向力损失达，即竖向力损失达27.2MPa27.2MPa，与，与

19、W2W2的实测值的实测值32.8MPa32.8MPa较为接近。较为接近。值得提出的是，值得提出的是，W2W2号竖向预应力筋与号竖向预应力筋与1818号梁段的边缘仅号梁段的边缘仅28cm28cm，其周边混凝土的水化热较易传递到，其周边混凝土的水化热较易传递到1717号梁段，因号梁段，因此其周边混凝土的温升较此其周边混凝土的温升较W7W7号竖向预应力筋周边混凝土号竖向预应力筋周边混凝土的温升要低，即的温升要低，即W7W7号预应力筋的温差号预应力筋的温差 t t会更大，其损失会更大，其损失相应会更大；此外本文以上计算的箱梁腹板仅为相应会更大；此外本文以上计算的箱梁腹板仅为50cm50cm，而一般大跨

20、预应力混凝土梁桥根部截面腹板厚度可达而一般大跨预应力混凝土梁桥根部截面腹板厚度可达1m1m左右，其左右，其 t t同样会增大，造成的损失也会更大，可见这一同样会增大，造成的损失也会更大，可见这一损失不容忽视。损失不容忽视。日照温差对竖向预应力的影响日照温差对竖向预应力的影响图19 日照温差对竖向预应力的影响（单位：MPa）锚具变形和钢筋回缩引起的损失占竖向预应力总损失的比锚具变形和钢筋回缩引起的损失占竖向预应力总损失的比重较大。就所测试的预应力筋而言，该项损失的实测值约重较大。就所测试的预应力筋而言，该项损失的实测值约占全部预应力损失实测值的占全部预应力损失实测值的53.5%53.5%。对于采

21、用后张法的箱梁腹板竖向预应力筋，按铁路桥规中对于采用后张法的箱梁腹板竖向预应力筋，按铁路桥规中确定纵向预应力损失的相关方法计算箱梁腹板竖向预应力确定纵向预应力损失的相关方法计算箱梁腹板竖向预应力筋相应的筋相应的5 5种损失，所得结果与相应各项损失的实测值基本种损失，所得结果与相应各项损失的实测值基本吻合。但实测结果表明，这吻合。但实测结果表明，这5 5项损失的总和仅占全部损失的项损失的总和仅占全部损失的81.1%81.1%，如在梁段混凝土由于水化热产生的温度场还未完全，如在梁段混凝土由于水化热产生的温度场还未完全稳定的情况下张拉并随即进行管道压浆和封锚，则还需要稳定的情况下张拉并随即进行管道压浆和封锚，则还需要考虑温度对竖向预应力损失的影响。考虑温度对竖向预应力损失的影响。小结小结小结小结谢谢各位专家！谢谢各位专家！