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预应力混凝土棱柱体的预应力损失评估
摘要：
本篇文章提出了一个实验性的研究，对先张的预应力混凝土预应力损失进行评估。这个实验项目包括变量如混凝土混合料配比设计、试样横截面大小和混凝土预应力传递龄期。制造几个先张预应力混凝土棱柱体并使用ECADA 测试方法进行测试,这个方法基于测量预应力钢筋的加固力量来测试。此外,标本被程序化以使其在任何时候都能得到纵向混凝土张拉截面。测量值和测量技术都使用超过一年。计算预应力损失包括弹性压缩损失和随时间发生的混凝土收缩和徐变损失。一个系数被提出，用于解释测量出来的预应力损失和实际混凝土压缩变形的预应力损失之间的关系。最后实验结果与基于多种准则的测量方法得出的预测预应力损失相比较。
关键字：混凝土;先张法;预应力损失;徐变;收缩;转移;张拉力
1、前言
有两种方法给混凝土构件施加预应力，即:后加拉力和预加拉力。 在这两种情况下,应用于预应力钢筋加固的初始拉伸应力通过多种渠道流失。 最初的预应力和预应力钢筋的拉应力之间的差别t被定义为总的预应力损失(TPLt)。 通常情况下,TPLt被量化为初始张应力的百分比。
人们普遍认为预应力损失对极限设计强度和先张混凝土构件的能力影响甚微,但是,预应力损失会影响构件使用条件[1]。 在实际构件使用以及设计中,高估预应力损失会导致过度的弯度和低效的设计,而低估了预应力损失会导致过度偏转和意想不到的裂缝。
可以通过分析和实验确定预应力损失。预应力的损失估计方法可以分为以下几个等级,按复杂性和准确性列出的上升序列[2]和[3]:(1)一次性或近似方法来估计TPL(初步设计过于简单化的方法);(2)精制或详细的方法来分别估算每个特定源的预应力损失，特定源（通常用于基于基本信息材料属性和环境条件的设计）(3)精确确定累计损失的时间步长法,涉及历史荷载知识。(在任何关键时间对于多级桥梁结构都是有效的)。
用于确定预应力损失的实验技术包括几个类型学[4],[5],[6]和[7]:(1)监测预应力钢筋重心处混凝土纵向压力随时间的拉伸;(2)负载测试来确定裂纹萌生或裂缝重启负载，获得下构件翼缘的合适的压应力;(3)在钢筋上放置应变仪后，将预应力钢筋切割成典型的暴露长度来分离预应力钢筋;(4)当知道一个典型的暴露长度上施加的重力时，将记录下的竖向偏差与预应力钢筋的张力相联系。(5)决定要关闭构件翼缘钻下的小圆柱孔状诱导裂缝的侧压力。
所有这些实验技术要求用理论力学概念的测试数据来反演计算预应力损失。 方法1要求构件铸造的仪器化,它可用于确定预应力损失。 方法2和3是破坏性测试并且只在现有的预应力钢筋应力测试的时候提供信息(预应力损失经常考虑理论而不是测量获得的初始预应力钢筋应力)。 方法4是局部破坏测试,需要准确地确定暴露长度计算。方法5是一种非破坏性技术，涉及到通过数值程序确定一个适当的系数。
这个实验研究工作的主要目的是使用测试技术分析在先张预应力混凝土中随时间变化的预应力损失,允许同时应用上述方法1和预应力加固力的连续测量。 为此,建立了一个一年段的实验性项目与几个不同的先张预应力混凝土棱柱体，这些柱体建造依据混凝土混合料配合比设计、混凝土试样横截面大小和预应力转移龄期。 ECADA 测试方法[8]被用来测量有效预应力。 此外,已检测标本来确定机械的纵向混凝土表面应变计点。 实验结果与预测预应力损失用现有方法进行比较。
2 背景
2.1 预应力损失的来源
(a)先张预应力混凝土构件的制造过程包括以下主要阶段:首先，通过使用临时锚地伸展预应力钢筋，使其在铸造机床保持张拉。瞬时的锚定座位，弹性损失发生(引起的预应力损失从弹性损失顶到最初——锚定)。 这引起的预应力损失可以确定设备和制造系统的特征,通常他们被overjacking全部或部分赔偿。
(b)接下来,预应力钢筋的张弛损失发生时,混凝土构件是强化预应力钢筋，其他因素如温度养护方法增加松弛引起的预应力损失(包括预应力损失来——预应力前转移)。
(c)最后,当达到足够的强度的混凝土,临时锚地释放结束,预应力钢筋会缩短。 预应力钢筋周围的混凝土在的预应力作用下变短,造成与其相连的混凝土缩短。预应力的损失是由于发生在混凝土构件中央区域的弹性压缩(从预应力损失到——初始有效应力、预应力后转移),一个从构件自由端的零到的变化的预应力钢筋压力终端区间一定是存在的。这些终端区域的长度定义为传输长度[1]。
预应力随着时间的推移而转移,一些按时间到的预应力损失逐渐由下列渠道发生:混凝土收缩，混凝土质量、体积减少;混凝土在持续压力下蠕变增加;和预应力钢筋拉伸应力作用下持续伸长后松弛度降低,(随着混凝土收缩和徐变，预应力钢筋缩短，这是一个不明显的缩短现象而不是固有长度和温度变化导致的。) 因此, 在所有允许的预应力损失后，有效的压力将会从变为最后一个值。 在任何时候t,有效应力,可以表示如下:
( )
因此与[9], 范围从20%到35%。 预应力损失源于结构设计、制造工艺、材料特性、环境条件在使用寿命和运行的时间。
等式。(1) precasters对此很有兴趣。不作用于混凝土;因此,其他表达式可以通过在等式上用或替换。(1)获得的主要对设计师仅占的部分的表达，用于阐释TPL仅有的现实意义。适用于预应力钢筋混凝土的可获得的拉应力是,并在预应力转移后迅速转换成，当所有应力全部消失时转化为。效率比率可以被定义为任何时间t,特别是从长远来看[10]:
2.2 之前的预应力损失研究
人们过去进行了无数次研究测量先张预应力混凝土构件的预应力损失，比较这些损失和设计原则估计量。在这些研究中,有几个实验室测试现有桥梁的老化。这些实验研究的作品包括制造、测试和现场监测下先张混凝土构件的工作技能。表1[5]和表6[11]总结引用一个广泛的文献回顾,先张预应力混凝土构件识别(类型、旧时间),测试,实验技术,研究和测量时间的损失。观察到这些表, 在某些案例里，计算预应力损失超过规范代码预测的损失。另一方面,预应力混凝土梁的计算预应力损失,符合当前代码取得的预期的值,这个梁超过了许用压应力极限[12]。
此外,几项研究已经进行了预应力损失的计算分析[2]、[13]和概率评估[14]、[15]。
2.3估算预应力损失的方法
预应力损失的确定通常涉及复杂艰苦的过程，因为时间与预应力损失是相互依赖的[16]。由于混凝土收缩和徐变应力的变化,预应力钢筋松弛不断改变。反过来,由于预应力钢筋应力的变化，混凝土徐变不断地改变。此外,混凝土收缩和徐变运动特别受预应力钢筋的约束。
逐步执行时间引起的预应力损失, 如果在初始时间全部作用于混凝土，混凝土蠕变t小于由于预应力损失引起的的蠕变。 这种现象经常占的老龄化系数小于整体,这个整体可以包含在一个混凝土的年龄调整的有效弹性模量[17]和[18]。
几种方法和使用老化系数的经验方程或者是当前基于简化编码分析的预测预应力损失方法是可取的。
图例1 预拉伸结构样式
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