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摘要:预应力梁具有明显的节约钢材、减少结构自重、提高使用功能、工艺简单等优点。本文结合工程实例从施工及经济性等方面,对有粘结预应力技术在大跨度梁的工程实践中的应用进行了探讨。
关键词:大跨度；预应力梁；施工技术
预应力混凝土是指在构件承受荷载前,用某种方法在混凝土的受拉区预先施加压应力,产生预压力,当结构承受由荷载产生的拉应力时,必须先抵消混凝土的预压应力,然后才能随着荷载的增加使混凝土受拉,只要混凝土的预压应力足以完全抵消或部分抵消由承受荷载产生的拉应力,混凝土大部分时间处于受压状态,就不会出现或减少产生混凝土裂缝。由于预应力技术在大跨度结构中的优越性,目前在工程实践中得到了广泛的应用,现以某科技文化综合楼为例,从施工、经济性等方面分别予以探讨。
1 工程概况
某科技综合楼地下一层,地上五层,其中三层、四层由于建筑上对于大空间的要求,抽柱后形成19m跨度的梁,设计中采用有粘结预应力框架梁。
2 预应力梁的施工
2.1预应力梁的施工顺序:
模板安装、预应力分项工程备料、下料→摆设普通钢筋底筋→摆设面筋→绑扎箍筋→预应力筋放入钢筋笼内→预应力筋定位→绑扎腰筋、吊筋等→预应力筋张拉端、固定端预埋件定位→安装灌浆管→检查及隐蔽验收→浇砼→拆侧模、养护、安装锚具→张拉(砼达到强度后张拉)→灌浆→切除端部多余钢绞线→锚具防腐处理→端部封堵。
2.2 预应力筋的制作
（1）预应力筋的检验
预应力筋制作前应成批进行验收,对钢绞线首先应进行外观检查,钢绞线表面不得有裂缝、小刺、劈裂,机械损伤、氧化铁皮和油迹,然后从此批盘中截取三根试件进行力学性能检验,试验结果应符合GB/T5224-2003的标准要求。
（2）预应力筋固定端锚具的安装
采用液压挤压器挤压成型的方法在固定端上安装挤压锚具,挤压安装时要注意保持挤压模内表面干净并经常涂抹黄油,挤压完成后进行锚具静载锚固性能试验,其结果必须符合GB/T14370的标准要求。
（3）预应力筋的下料长度
本工程的预应力筋采用一端固定,一端张拉的方法设置。固定端采用挤压锚,张拉端采用夹片式群锚,用穿心式千斤顶放在构件上张拉,钢绞线固定端锚固长度为900mm,则钢绞线下料长度L可以按下式计算:
L=L1+L2+L3+L4
L1——构件的孔道长度(波纹管曲线长度加钢绞线张拉锚固长度)
L2——夹片式工作锚厚度
L3——穿心式千斤顶长度
L4——张拉端外留钢绞线长度
钢绞线的下料采用砂轮机切割下料。
钢绞线下料完毕进行编束,用20#铁丝绑扎,间距1～1.5m,编束时先将钢绞线理顺,并尽量使各根钢绞线松紧一致。
2.3预应力筋的安装
本工程有粘结预应力的施工特点为需套波纹管及灌浆,先将编束扎好的钢绞线套入金属波纹管中,波纹管接头处采用接头管连接,然后将套好管的预应力束在预应力梁中安装固定,在预应力布束直至浇捣砼前要不时检查金属波纹管是否有破损,接头处是否密实,如有破损应及时用止水胶带扎紧,以防漏浆。
预应力梁中预应力筋的位置直接决定了预应力筋的受力状态,为保证准确地对混凝土构件受拉部位施加压应力,必须严格按照预应力筋曲线方程施工孔道(波纹管),从而保证预应力筋的准确位置。在施工中我们根据预应力方程画出预应力曲线,同时按1∶1的比例在梁侧模上放出大样,有效地保证了预应力筋的准确位置,然后对波纹管进行加固固定。对单端张拉的预应力筋,固定端应有足够的钢绞线锚固长度。本工程钢绞线锚固长度≥900mm。
2.4混凝土浇捣
因预应力梁与次梁、板等构件同时浇捣,一般可以沿次梁方向浇捣砼,预应力梁内禁止设置施工缝,浇捣预应力梁时每层砼厚度不大于300mm,充分捣实,浇捣至波纹管高度应先将管底砼充分振捣出浆后才能覆盖波纹管浇捣,防止波纹管底部出现空隙,浇捣砼时严禁碰坏震破或移动波纹管、灌浆管及端部锚固部件。本工程采用泵送砼,骨料级配合理、和易性好、易振捣,一般部位我们采用ZX—50型插式振动器,为使张拉端、固定端等钢筋密集,埋件较多部位的砼浇捣密实,我们采用ZX-35型插式振动器(振动棒外径为35mm),对上述部位加强振捣。
浇捣砼的同时,按规定要求留置砼试块,并进行同期同条件养护,为后续张拉工序做准备。预应力构件在砼强度达到设计要求后进行施加预应力工序,此前构件基本处于无筋或少筋状态,因此加强构件养护特别重要,我们按要求在张拉前进行不间断养护。
2.5预应力筋的张拉
(1)张拉准备
a.张拉机具的准备:张拉前对油压千斤顶、油压表进行读数率定校正,确保油压表的读数能准确反应张拉力。b.张拉伸长值的计算:预应力张拉施工中,质量控制以油压表读数控制(即张拉应力控制)为主,同时对张拉伸长值进行校核,因此张拉前应先计算预应力筋的理论伸长值,作为实际张拉过程中伸长值对比的依据,从而判断张拉力是否足够,张拉力损失情况以及预应力束是否正常等。
预应力筋张拉伸长值：
△L=N·Lt∕ApEs
式中；
N——有效张拉控制力
LT——预应力曲线筋实际长度
Ap——预应力筋截面面积
Es——预应力筋弹性模量
实际计算结果,本工程预应力筋的理论伸长值在145～167mm之间。通过对同条件养护的砼试块的试压,预应力梁必须在砼实际强度达到C30后,才能进行施加预应力施工,本工程经对第11天同条件养护下试块的试压,全部达到设计强度的100%,于是第十二天开始进行张拉。
(2)张拉方法
根据本工程预应力筋的张拉吨位适中,曲线较为平缓以及孔道磨擦系数较小,锚具内缩量小的特点,设计采取单端张拉。为了提高固定端的应力,采用对称布置张拉端及超张拉3%的方法,同时也抵消了部分孔道磨擦及松驰等预应力损失。
2.6 孔道灌浆
预应力筋张拉后,为减少应力松驰损失以及预应力筋在高应力状态下出现锈蚀,必须及时进行灌浆施工。
灌浆前应先打通高点的灌浆管,以使灌水、排水、排气、排浆。先用清水清洗湿润孔道,在出水畅通时,方可安排灌浆。灌浆应采用标号不低于32.5的普通硅酸盐水泥,水灰比约为0.4,并适当掺入膨胀剂及减水剂。灌浆要严格按配合比配料,并用筛网过滤。在灌满孔道并封闭排气孔后,宜再继续加压,稍后再封闭灌浆孔。
3 现浇预应力梁施工注意事项
1、由于梁的跨度及截面尺寸均较大,施工时对梁底模应适当起拱,一般约1.0～1.5‰。
2、在绑扎柱筋及梁面筋时,应注意竖向钢筋的位置,须留出足够的空间以便安装预应力波纹管及端部预埋件。
3、浇捣砼时,应避免改变预应力筋的位置,避免损伤波纹管,在张拉及锚固部位应振捣密实,严禁出现蜂窝孔洞。
4、根据现场同条件养护试块的强度来判定砼实际强度是否达到张拉的要求。
5、灌浆时应根据配合比进行,并保证其密实性。
6、张拉机具应事先校准,并在其有效期内使用。张拉时采用双控,以张拉应力控制为主,对伸长值进行校核。
4 经济性
从本工程的实际情况看,梁的跨度为19m,在采用预应力技术后,降低了梁的截面高度,从而在不减小净空的情况下可以降低层高约700mm。另一方面,当梁跨度较大时,若采用普通钢筋砼梁,为了控制梁的裂缝宽度及挠度,除了满足承载力要求外,尚须配置相当数量的普通钢筋。在采用预应力钢筋砼后,由于预应力筋除了能通过产生的等效荷载以控制梁的裂缝及挠度外,其本身亦能与普通钢筋一同发挥承载作用,从而节约了工程造价。
5 结束语
綜上所述，预应力混凝土相对普通钢筋砼，改善和提高了构件的力学性能。因为预应力的作用,提高了构件的抗拉能力,可以按照构件受力特点和使用条件,控制砼出现裂缝和裂缝开展程度。由于预应力的作用,使梁、板构件产生一定的向上反挠度(反拱),构件承受荷载后,向下弯曲的程度减少,提高了构件的刚度。采用预应力能根据构件的使用条件,控制混凝土出现裂缝的时间和裂缝开展程度,从而提高了构件的抗渗性,抗腐蚀性及耐久性。对露天结构或对耐久性有较高要求的结构具有特别重要的意义。
参考文献
[1] 黄春明，无粘结预应力梁板施工技术与质量控制[J]广东建材，2007.08
[2] 卢秀荣，大跨度有粘结预应力梁后张法施工技术[J]福建建筑，2005.12
关键词:大跨度；预应力梁；施工技术
预应力混凝土是指在构件承受荷载前,用某种方法在混凝土的受拉区预先施加压应力,产生预压力,当结构承受由荷载产生的拉应力时,必须先抵消混凝土的预压应力,然后才能随着荷载的增加使混凝土受拉,只要混凝土的预压应力足以完全抵消或部分抵消由承受荷载产生的拉应力,混凝土大部分时间处于受压状态,就不会出现或减少产生混凝土裂缝。由于预应力技术在大跨度结构中的优越性,目前在工程实践中得到了广泛的应用,现以某科技文化综合楼为例,从施工、经济性等方面分别予以探讨。
1 工程概况
某科技综合楼地下一层,地上五层,其中三层、四层由于建筑上对于大空间的要求,抽柱后形成19m跨度的梁,设计中采用有粘结预应力框架梁。
2 预应力梁的施工
2.1预应力梁的施工顺序:
模板安装、预应力分项工程备料、下料→摆设普通钢筋底筋→摆设面筋→绑扎箍筋→预应力筋放入钢筋笼内→预应力筋定位→绑扎腰筋、吊筋等→预应力筋张拉端、固定端预埋件定位→安装灌浆管→检查及隐蔽验收→浇砼→拆侧模、养护、安装锚具→张拉(砼达到强度后张拉)→灌浆→切除端部多余钢绞线→锚具防腐处理→端部封堵。
2.2 预应力筋的制作
（1）预应力筋的检验
预应力筋制作前应成批进行验收,对钢绞线首先应进行外观检查,钢绞线表面不得有裂缝、小刺、劈裂,机械损伤、氧化铁皮和油迹,然后从此批盘中截取三根试件进行力学性能检验,试验结果应符合GB/T5224-2003的标准要求。
（2）预应力筋固定端锚具的安装
采用液压挤压器挤压成型的方法在固定端上安装挤压锚具,挤压安装时要注意保持挤压模内表面干净并经常涂抹黄油,挤压完成后进行锚具静载锚固性能试验,其结果必须符合GB/T14370的标准要求。
（3）预应力筋的下料长度
本工程的预应力筋采用一端固定,一端张拉的方法设置。固定端采用挤压锚,张拉端采用夹片式群锚,用穿心式千斤顶放在构件上张拉,钢绞线固定端锚固长度为900mm,则钢绞线下料长度L可以按下式计算:
L=L1+L2+L3+L4
L1——构件的孔道长度(波纹管曲线长度加钢绞线张拉锚固长度)
L2——夹片式工作锚厚度
L3——穿心式千斤顶长度
L4——张拉端外留钢绞线长度
钢绞线的下料采用砂轮机切割下料。
钢绞线下料完毕进行编束,用20#铁丝绑扎,间距1～1.5m,编束时先将钢绞线理顺,并尽量使各根钢绞线松紧一致。
2.3预应力筋的安装
本工程有粘结预应力的施工特点为需套波纹管及灌浆,先将编束扎好的钢绞线套入金属波纹管中,波纹管接头处采用接头管连接,然后将套好管的预应力束在预应力梁中安装固定,在预应力布束直至浇捣砼前要不时检查金属波纹管是否有破损,接头处是否密实,如有破损应及时用止水胶带扎紧,以防漏浆。
预应力梁中预应力筋的位置直接决定了预应力筋的受力状态,为保证准确地对混凝土构件受拉部位施加压应力,必须严格按照预应力筋曲线方程施工孔道(波纹管),从而保证预应力筋的准确位置。在施工中我们根据预应力方程画出预应力曲线,同时按1∶1的比例在梁侧模上放出大样,有效地保证了预应力筋的准确位置,然后对波纹管进行加固固定。对单端张拉的预应力筋,固定端应有足够的钢绞线锚固长度。本工程钢绞线锚固长度≥900mm。
2.4混凝土浇捣
因预应力梁与次梁、板等构件同时浇捣,一般可以沿次梁方向浇捣砼,预应力梁内禁止设置施工缝,浇捣预应力梁时每层砼厚度不大于300mm,充分捣实,浇捣至波纹管高度应先将管底砼充分振捣出浆后才能覆盖波纹管浇捣,防止波纹管底部出现空隙,浇捣砼时严禁碰坏震破或移动波纹管、灌浆管及端部锚固部件。本工程采用泵送砼,骨料级配合理、和易性好、易振捣,一般部位我们采用ZX—50型插式振动器,为使张拉端、固定端等钢筋密集,埋件较多部位的砼浇捣密实,我们采用ZX-35型插式振动器(振动棒外径为35mm),对上述部位加强振捣。
浇捣砼的同时,按规定要求留置砼试块,并进行同期同条件养护,为后续张拉工序做准备。预应力构件在砼强度达到设计要求后进行施加预应力工序,此前构件基本处于无筋或少筋状态,因此加强构件养护特别重要,我们按要求在张拉前进行不间断养护。
2.5预应力筋的张拉
(1)张拉准备
a.张拉机具的准备:张拉前对油压千斤顶、油压表进行读数率定校正,确保油压表的读数能准确反应张拉力。b.张拉伸长值的计算:预应力张拉施工中,质量控制以油压表读数控制(即张拉应力控制)为主,同时对张拉伸长值进行校核,因此张拉前应先计算预应力筋的理论伸长值,作为实际张拉过程中伸长值对比的依据,从而判断张拉力是否足够,张拉力损失情况以及预应力束是否正常等。
预应力筋张拉伸长值：
△L=N·Lt∕ApEs
式中；
N——有效张拉控制力
LT——预应力曲线筋实际长度
Ap——预应力筋截面面积
Es——预应力筋弹性模量
实际计算结果,本工程预应力筋的理论伸长值在145～167mm之间。通过对同条件养护的砼试块的试压,预应力梁必须在砼实际强度达到C30后,才能进行施加预应力施工,本工程经对第11天同条件养护下试块的试压,全部达到设计强度的100%,于是第十二天开始进行张拉。
(2)张拉方法
根据本工程预应力筋的张拉吨位适中,曲线较为平缓以及孔道磨擦系数较小,锚具内缩量小的特点,设计采取单端张拉。为了提高固定端的应力,采用对称布置张拉端及超张拉3%的方法,同时也抵消了部分孔道磨擦及松驰等预应力损失。
2.6 孔道灌浆
预应力筋张拉后,为减少应力松驰损失以及预应力筋在高应力状态下出现锈蚀,必须及时进行灌浆施工。
灌浆前应先打通高点的灌浆管,以使灌水、排水、排气、排浆。先用清水清洗湿润孔道,在出水畅通时,方可安排灌浆。灌浆应采用标号不低于32.5的普通硅酸盐水泥,水灰比约为0.4,并适当掺入膨胀剂及减水剂。灌浆要严格按配合比配料,并用筛网过滤。在灌满孔道并封闭排气孔后,宜再继续加压,稍后再封闭灌浆孔。
3 现浇预应力梁施工注意事项
1、由于梁的跨度及截面尺寸均较大,施工时对梁底模应适当起拱,一般约1.0～1.5‰。
2、在绑扎柱筋及梁面筋时,应注意竖向钢筋的位置,须留出足够的空间以便安装预应力波纹管及端部预埋件。
3、浇捣砼时,应避免改变预应力筋的位置,避免损伤波纹管,在张拉及锚固部位应振捣密实,严禁出现蜂窝孔洞。
4、根据现场同条件养护试块的强度来判定砼实际强度是否达到张拉的要求。
5、灌浆时应根据配合比进行,并保证其密实性。
6、张拉机具应事先校准,并在其有效期内使用。张拉时采用双控,以张拉应力控制为主,对伸长值进行校核。
4 经济性
从本工程的实际情况看,梁的跨度为19m,在采用预应力技术后,降低了梁的截面高度,从而在不减小净空的情况下可以降低层高约700mm。另一方面,当梁跨度较大时,若采用普通钢筋砼梁,为了控制梁的裂缝宽度及挠度,除了满足承载力要求外,尚须配置相当数量的普通钢筋。在采用预应力钢筋砼后,由于预应力筋除了能通过产生的等效荷载以控制梁的裂缝及挠度外,其本身亦能与普通钢筋一同发挥承载作用,从而节约了工程造价。
5 结束语
綜上所述，预应力混凝土相对普通钢筋砼，改善和提高了构件的力学性能。因为预应力的作用,提高了构件的抗拉能力,可以按照构件受力特点和使用条件,控制砼出现裂缝和裂缝开展程度。由于预应力的作用,使梁、板构件产生一定的向上反挠度(反拱),构件承受荷载后,向下弯曲的程度减少,提高了构件的刚度。采用预应力能根据构件的使用条件,控制混凝土出现裂缝的时间和裂缝开展程度,从而提高了构件的抗渗性,抗腐蚀性及耐久性。对露天结构或对耐久性有较高要求的结构具有特别重要的意义。
参考文献
[1] 黄春明，无粘结预应力梁板施工技术与质量控制[J]广东建材，2007.08
[2] 卢秀荣，大跨度有粘结预应力梁后张法施工技术[J]福建建筑，2005.12