浅谈预应力钢绞线.doc

浅谈预应力钢绞线设计课 程 论 文预应力混凝土结构施工技术专 业 土 木 工 程 学生姓名 陶 文 超 班 级 B 土 木 085 学 号 0810501512 指导教师 尹 红 宇 完成日期 2011年4月16日 浅谈预应力钢绞线设计陶文超(盐城工学院，盐城，江苏224000)摘要:介绍钢绞线的性能参数，先张法预应力钢绞线施工过程中的预应力损失和减少各种损失的措施，预应力钢绞线的破坏分析等内容。受益于国家大规模基础建设，我国预应力钢绞线行业得到高速发展，满足了建筑业的需要。目前，在我国，预应力技术得到了广泛的应用，预应力结构已经成为我国工程建设领域中的一种主要结构材料，预计在未来将会得到越来越大的发展。预应力钢绞线是预应力行业中应用较广的金属制品,因此我们需要对钢绞线有一定的了解。关键词: 钢绞线 预应力损失 破坏分析The discussion of prestressed stee l strand designTao Wenchao (Yancheng Institute of Technology,Yancheng224000,China)Abstract: To introduce the performance parameter of strand, loss of prestress in the construction process of pretensioning prestressed stee l strand and measures of reduce losses, failure analysis of prestressed stee l strand and so on.Due to the large- scale basic construction in China, the domestic prestressed strands industry had been well developed and met the demands of the architectural industry. At present, in China, prestressed technique has been widely used. Prestressed structure has become in the field of construction in China, a major structural materials. Expected within the next will get bigger and bigger development. Prestressed steel strand is prestressed industry wide application in metal products,so we need to have certain knowledge of strand.Keywords: strand loss of prestress failure analysisE-mail:1 概述目前，预应力技术已经在世界范围内被推广应用。在我国桥梁工程、水工结构、海工结构、港口码头以及特种结构中，预应力技术也得到了广泛的应用。预应力结构已经成为我国工程建设领域中的一种主要结构材料，预计在未来将会得到越来越大的发展。采用钢绞线的预应力结构中， 钢绞线(束)是关键的承载构件。使用预应力钢绞线，其经济效益和社会效益是十分显著的，至少可节省钢材1 /3以上，经过近年的推广使用和经验总结，现在应用范围越来越广泛。所以对钢绞线的设计是非常重要的。2 钢绞线的性能参数2.1 几何参数指公称尺寸、截面特性及允许误差，包括公称直径、公称面积、公称米重、捻距及公差范围等。捻距是指一根边丝绕中心丝旋转一周的绞线长度，标准中规定的捻距是指该长度与钢绞线直径的比值。2.2 表面状态表面缺陷指是否有涂覆层等，一般规定不得存在有害的伤痕及其它缺陷，表面不得附着油污及其它杂物，允许有不引起点蚀程度的表面浮锈。2.3 松散性在不绑扎的情况下切断钢绞线，钢丝不弹出或弹出的钢丝用手能复位被认为是不松散的。2.4 断裂载荷或抗拉强度断裂载荷指做拉伸试验时的最大破断力。断裂载荷与钢绞线的公称面积之比为抗拉强度，一般标准中都规定了最小断裂载荷和抗拉强度。2.5 条件屈服载荷或条件屈服应力由于高碳钢没有明显的屈服点，一般用两种方法来测定屈服载荷。一种是测定钢绞线加荷下伸长1%时的载荷为屈服载荷，一种是测定钢绞线残余伸长为0. 2%或0. 1%时的载荷为屈服载荷。屈服载荷除以钢绞线的公称面积即为条件屈服应力。2.6 伸长率钢绞线拉断时的标距最大伸长量与拉伸前的标距长度的比值。2.7 松弛施加在物件上的预应力随时间的推移而减少的现象为应力松弛。给钢绞线施加一定的初始载荷，保持钢绞线长度不变，经过一定时间后测定载荷值，应力松弛值= (初始应力- 最终应力) 初始应力100%。2.8 屈强比屈强比是指条件屈服载荷与断裂载荷的比值。2.9 弹性模量在弹性范围内，单位应变时的应力增量即为弹性模量。所有标准对弹性模量都不作明确的规定，仅英国标准BS5896中注有“除非制造厂标明，弹性模量取195 10% kN /mm2 ”。弹性模量对于施工时的张拉量有实际意义。3 先张法预应力钢绞线施工过程中的预应力损失3.1 张拉端锚具的变形和预应力筋回缩引起的损失在张拉端，当预应力张拉达到 con ( 张拉控制应力) 后，将卸走张拉机械，预应力钢绞线回缩，锚具产生变形，这将使预应力筋的张紧程度降低，即引起预应力钢绞线的应力损失。减少预应力损失的措施有：（1）选择锚具变形小或预应力钢绞线回缩小的锚具、夹片，尽量减少连接钢筋的长度；（2）待预应力张拉达到 con停留5 mim后，再关闭油泵，锁死螺母，移开张拉器具。3.2 预应力钢绞线与张拉箱壁间、底座、垫块、压杆等摩擦所引起的损失当对先张法预应力钢绞线进行张拉时，钢绞线在被拉长的同时会沿着张拉端进行螺旋式的伸长，势必与张拉箱壁间、底座、垫块、压杆等部位产生摩擦，从而产生摩阻力，引起预应力损失。减少摩阻力所造成的预应力损失，一般采取的措施有：（1）采用滑润剂，以减少摩擦系数( 底座及张拉器具多采用此方法) ；（2）采用两端张拉，摩擦损失减少近一半；（3）尽量减少钢绞线的布置长度。3.3 张拉后的预应力钢绞线受温差引起的损失由于先张法施工的特殊性，预应力钢绞线一般多在夜间或非正常施工时间进行张拉，以避免钢绞线崩断伤人。由于承德地处北方山区，昼夜温差较大，当温差较大或受蒸汽养护影响时，张拉完毕的预应力钢绞线因热胀冷缩的原理而伸长，这样，张拉完毕的预应力钢绞线中的拉应力将降低，产生了预应力损失。减少温差所引起的预应力损失，一般采取以下措施：（1）尽量避免在昼夜温差较大的条件下进行张拉；（2）构件在蒸汽养生时采用逐渐升温的方法，即在常温下养护，当混凝土达到一定的抗压强度时再逐渐继续升温。3.4 预应力钢绞线松弛引起的损失钢绞线在高应力下，当钢绞线长度保持不变时，应力会随时间的增长而逐渐降低。而当钢绞线的应力保持不变时，应变会随时间增长而逐渐增大。两个方面统称为钢绞线的松弛损失。此外，由于钢绞线的长度较长( 多为110 m)，钢绞线的紧绷程度与钢绞线的自重也会引起钢绞线的自松弛。对于钢绞线松弛引起的损失可以采取以下措施：(1)采用超张拉工艺以减少损失值。在短时间内，按5% 设计应力超张拉钢绞线，保持5 min，然后降至设计控制应力值，可使构件中由预应力钢绞线松弛而引起的应力损失减小约40%；(2)多放垫木，抵抗钢绞线自重作用，从而降低钢绞线的松弛程度；(3)加快施工进度，使混凝土强度快速形成，增加混凝土握裹力，从而降低松弛引起的损失。3.5 先张法中张拉设备所引起的损失在先张法的整体张拉、放张的预应力施工工艺中，初张拉一般采用穿心式千斤顶，控制张拉采用顶推式千斤顶。穿心式千斤顶与顶推式千斤顶可能存在应力不同步的问题。对于同一张拉控制应力，穿心式千斤顶的实际控制应力如果不同于顶推式千斤顶的实际控制应力，初应力调整完毕，进行控制张拉时，当油表读数达到与理论初应力相同的理论控制应力时，钢绞线本应开始伸长，但由于应力不同步的问题，当顶推式千斤顶的实际控制应力大于实际初应力时，钢绞线才开始伸长，这就造成了一定的应力损失。长时间、高强度的使用千斤顶可能会出现油封老化的现象，导致千斤顶漏油，无法进行持荷，难以达到要求的张拉控制应力。油表受到外力碰撞或受热、受潮过度等，更会出现故障，与千斤顶的对应关系发生改变也会产生应力损失。在实际计算中，张拉应力的计算精确达到了小数点的后2 位，而一般油表的精度仅为1 Mpa，实际施工中，张拉精度往往靠操作人员的目测估算。因此，张拉机械操作人员很容易受到施工环境、机械震动等原因的影响而不可避免地产生误差，造成应力损失。针对以上情况的出现，为了减少应力损失，张拉设备在使用过程中要注意特别保护，要专人保养，专人操作，对于张拉环境要及时进行整理和维护，避免在风沙、潮湿、低温、雨雪、酷暑、嘈杂的环境下施工。当千斤顶使用超过6 个月或200 次或在使用过程中出现不正常现象或检修以后应重新检验校正。张拉设备的检校应尽量由资质等级高、信誉好的试验检测机构完成。3.6 预应力钢绞线挤压混凝土引起的损失在放张时，由于预应力钢绞线回缩而挤压周围的混凝土，使混凝土发生局部压陷而引起预应力降低。当然这种损失，如在混凝土达到设计强度进行放张一般是可以忽略不计的。但是，如果混凝土强度不够、强度不均匀或失效位置、长度发生变化，这种损失却是致命的，甚至造成预制构件的报废。4 预应力钢绞线的破坏分析4.1 破坏分类（1） 机械性破坏：指外置钢绞线张拉及服役时发生的机械破坏。（2）腐蚀破坏：因防护不当及环境因素造成的各种腐蚀破坏。（3）热损害：火灾、电焊等热因素造成的钢绞线损害。按破坏现象还可分类为断裂、腐蚀、变形、机械性损伤等。4.2 钢绞线的断裂断裂原因：（1）因锚具质量问题或施工技术问题导致锚具的工作效率不足。（2）因设计或施工原因导致的钢绞线受力不当。（3）断裂发生在热损伤或机械损伤处。（4）材料的冶金缺陷。（5）钢绞线规格与需求出现偏差(如级别不对)。拉拔造成的钢绞线方向性结构组织使其横向性能与纵向性能差别很大，侧压力的作用会降低钢绞线的强度，使断裂提早发生。曲线孔道、钢绞线交错、锚具及千斤顶安装操作不当均可能增大侧压力。接近400的稳定化处理已经减少了热力学的不稳定性，若再次受热，在400的较长时间加热会使位错运动加快并减少，强度开始下降，537的短时间加热也会破坏拉拔形成的纤维结构，使强度明显下降，完全退火后可能降至1100MPa以下。4.3 机械性破坏（1）钢绞线变形：钢绞线受重压时产生局部变形；线卷被碰撞、摔扔；从车上卸下时钢绞线被挂住猛拉，严重者会造成断丝。（2）擦伤：一般由搬运时的摩擦导致，钢绞线虽较硬，但石英砂即足以造成严重的擦伤。对轻微的痕迹可以忽略，轻度损伤对耐疲劳性能有影响，到一定程度就会降低抗拉强度。擦伤也可能在运输途中发生，防护不当或发生意外时，钢绞线卷可能因互相撞击和摩擦导致损坏。4.4 热损害预应力钢材的热损害一般由电焊导致的放电或发热、火灾、火焰割炬和金属热红渣的飞溅等因素造成，这类破坏的最大危害是有时肉眼无法发现。一个小的焊点或熔渣就足以导致局部淬火，从而引起张拉断丝。（1）放电可能发生在预应力筋与模板、固定装置、钢的放线架或笼、波纹管或其他金属之间。国外已开始采用塑料波纹管，其绝缘特性避免了管道内的放电损伤，并可提高防腐和降低摩阻。在江西、湖南、广东、浙江及上海等工地均发生过热和放电损伤。（2）钢绞线运输及存放期间发生火灾，时间虽短，但有铝牌都被小部分烧熔的现象。火焰使钢绞线稳定的位错状态被改变，严重时发生再结晶过程。若能确定火焰大和时间长的部位，即可鉴定火灾的影响程度。通常会增大松弛率、降低屈服强度，持续时间长时强度也会下降。聚丙烯编织布虽不易燃烧，一旦到燃点火焰蔓延就很快，因此应注意防火。4.5 腐蚀钢绞线的腐蚀也是主要的破坏形式之一。文献【2】,将预应力钢丝的腐蚀分类为：（1）一般侵蚀：没有不连续的阳极及阴极区域存在时发生的均匀腐蚀；（2）局部侵蚀：表面出现分离的电池单元；（3）应力腐蚀/氢脆：局部腐蚀及外部或内部静态拉应力造成；（4）细菌攻击：由厌氧环境中去硫酸盐菌的代谢过程产生；（5）腐蚀疲劳：腐蚀和周期应力的共同作用效果；（6）弥散电流：接地电流离开结构处产生的一种腐蚀；（7）摩擦腐蚀：周期性小应力幅的接触性运动导致的磨损。5 结语预应力钢绞线已广泛应用于桥梁、建筑、水利水电、岩土锚固、工业及民用的特殊结构工程