鋼材鬆弛

預力鋼材試驗，沿一段期間保持恆定不變的伸長量，經指出該應力預力將不斷降低。此降低量依時間與f_pi/f_py比而定。此種預力損失稱為鋼材鬆弛損失。

基本介紹

• 中文名：鋼材鬆弛
• 外文名：steel relaxation
• 運用場合：機械工程
• 對象：鋼材
• 內容：鋼材拉應力隨時間發生的變化

概念

鋼材的鬆弛是鋼材在長度和溫度維持固定不變的狀態下，預應力筋中的拉應力隨時間而發生的損失。鋼材的鬆弛損失一般由試驗測得。可以認為“鬆弛”是材料受到外力“襲擊”的一種“自衛”反應。

鬆弛與時間的關係

鋼材的鬆弛損失都是通過試驗得到的，試驗採用的初始應力範圍常為，溫度則以20°C為準。當初始拉應力不超過時， 鬆弛損失很小， 一般可忽略不計；但隨著初始預應力·或溫度的提高，鬆弛損失有劇烈的增長。

鬆弛的發展比較慢，要經歷很多年時間才能完成。所以，習慣上都把1000小時發生的短期鬆弛作為推斷長期鬆弛的依據。對各種鋼材的長期鬆弛還沒有資料， 根據1000小時的實測數值，鬆弛隨時間發展(溫度為20°)的大致致規律如圖1所示。

圖1

由圖1可見，鬆弛的發展，開始比較快， 以後逐步衰減。國際上曾對鬆弛進行過大量的實驗和理論研究工作，發表有大量的文獻。不少學者認為，50年的長期鬆弛損本大約為1000小時鬆弛損失的2.4~4.0倍。對實際設計， 可取用等於1000小時的3倍。

預應力鋼材最大鬆弛值

國際市場上供應的各種鋼材的鬆弛損失差別較大，但從設計實用出發，認為大體上可以分為兩類。每類鋼材在各種初始應力(以初始拉應力與抗拉強度的比值表示)下，經1000小時(溫度為20°C)的最大鬆弛值如圖2所示。

圖2

鬆弛損失按近於第一類的有應力消除的高強鋼絲與鋼絞線；接近於第二類的有低鬆弛的鋼絲與鋼絞線以及某些鋼筋。我國天津鋼廠生產的應力消除高強鋼絲及、鋼絞線，其鬆弛損火接近與第一類。我國各鋼廠生產的各種鋼筋接近於第二類。有些國家生產的鋼絲與鋼絞線可能介於第一與第二類之間。

鋼材鬆弛損失方程

表示鋼材鬆弛損失的方程如下：

圖3

AIC規範容許初始預力（在鋼腱錨定之後）為。如圖3所示，雖然更高的，持續不斷的應力級位，將形成較高的鬆弛損失。此為限制初始最大應力的一種原因。故使用低鬆弛的鋼索，能相當大的減輕損失。所以鋼索被較廣泛的套用。許多設計情勢，可選擇此材料的使用，降低鬆弛損失（最大約為3.5%），雖其成本較應力解除鋼索較高。

預應力混泥土結構鋼材鬆弛損失

分項計算預應力筋的各項損失，然後再疊加的方法，不僅繁瑣，也難以做到精確。為了簡化，對一般用的預應力高強鋼材與混凝土，在一般氣候環境下製作與使用的預應力混凝土結構，其平均總損失值和各分項的平均損失值用百分比表達，具體如圖4所示。

鋼絞線鬆弛損失

能否正確預計預應力損失並設法減少預應力的損失，是保證預應力閘墩構件質量的關鍵，其各項損失初估如下：

一端張拉，鋼絞線為低鬆弛材料：

(1)鋼材鬆弛損失4.5%；

(2)混凝土收縮、徐變損失3.5%；

(3)直線段摩阻損失4%；

(4)錨固損失及彎曲段摩阻損失，與直線段長度、彎曲半徑有關(已考慮3%的錨口損失)

總預應力損失大致範圍：16%～23%。

不同鋼材的應力鬆弛曲線

鋼材的鬆弛試驗一般使用很長的試件(數米至數十米)水平放置，一端固定在台座上，另一端在施加拉力後固定住，保持試件的長度不變。為了保證試驗的準確性，一般在溫濕度變化較小的地下室進行試驗。試驗開始時，試件的控制應力為，以後試件的應力隨時間而減小，量測得應力鬆弛值。一般取應力持續1000h的鬆弛值()作為標準。如圖5所示，是4種鋼筋的應力鬆弛試驗結果。

圖5