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摘要:预应力混凝土适用于大跨度、重荷载、长悬臂等结构,在现代建筑结构中有着广阔的应用和发展前景,文章主要从3方面探讨了预应力混凝土的施工技术及方法要领。
关键词:建筑施工;预应力;混凝土;技术探讨
中图分类号:TU757 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)24-0024-03
预应力混凝土构件与普通混凝土构件相比,除能提高构件的抗裂度和刚度外,还具有能增加构件的耐久性、节约材料、减少自重等优点。但是在制作预应力混凝土构件时,增加了张拉工作,相应增添了张拉机具和锚固装置,以致制作工艺也较为复杂。
1先张法施工技术
先张法是先张拉预应力筋,后浇筑混凝土的预应力混凝土生产方法。这种方法需要专用的生产台座和夹具,以便张拉和临时锚固预应力筋,待混凝土达到设计强度后,放松预应力筋。先张法适用于预制厂生产中小型预应力混凝土构件,预应力是通过预应力筋与混凝土间的粘结力传递给混凝土的。
预应力混凝土构件先张法(台座)生产原理:首先将预应力筋一端用锚固夹具固定在台座上,另一端用张拉机械进行张拉,张拉后也用锚固夹具固定在台座的横梁上,然后浇筑及养护混凝土,这时只有预应力筋有应力,混凝土没有应力。把混凝土养护至一定强度,一般达到混凝土设计强度的75 %后,放松预应力筋。由于预应力筋和混凝土之间存在黏结力,故在预应力筋弹性回缩时使混凝土产生预压应力,见图1。
图1先张法施工示意图
先张法施工可采用台座法和机组流水法:台座法是构件在台座上生产,即预应力筋的张拉、固定、混凝土浇筑、养护和预应力筋的放松等工序均在台座上进行。机组流水法是利用钢模作为固定预应力筋的承力架,构件连同模板通过固定的机组,按流水方式完成其生产过程。先张法适用于生产定型的中小型构件,如空心板、屋面板、吊车梁、檩条等。先张法施工中常用的预应力筋有钢丝和钢筋两类。
2后张法施工技术
后张法施工工艺流程图,见图2。
图2后张法施工工艺流程图
2.1混凝土构件成型
准备工作清理现场,如平基;模板清理、打油;钢筋对号入库;机械、脚手架等有序入场,三通及安全防备到位。
安装底模根据施工图放样并安装底模。安装底模时注意平整度、稳定性和可操作性(位置准确和操作台足够)。
安装钢筋骨架根据施工图要求,在搭设的底座上安装钢筋骨架。安装时注意钢筋位置的准确性、钢筋的保护层、各接头的焊接长度和焊缝质量以及埋管位置的预留。
埋管根据施工图埋管的坐标要求,埋设好钢管,波纹、塑料管或胶管等。埋设过程中,注意坐标,若有弯曲,注意弯曲半径和弯曲位置,尤其是管的固定,一般用钢筋或钢管,每隔50～100 cm焊接或绑扎一个孔道支架加以固定。
支模钢筋安装完毕,管道预埋结束,经检查无误后,按照施工图要求支侧模。支模过程中注意模板的加固和嵌缝以及管端位置的留设,以防浇捣混凝土时爆模或漏浆。
浇捣混凝土。钢筋、模板验收合格并签字后方可浇筑混凝土。浇捣混凝土时,注意混凝土配合比的粒径级配、投料顺序及和易性。振捣时注意振捣方法,尽量避免接触预埋管,以免将预埋管振移位或管内漏浆,导致后续工作难以进行。
混凝土的养护、拆模和抽管。混凝土浇捣完毕24 h后必须按照施工规范要求养护,不得间断,当混凝土强度符合施工验收规范时即可拆边模。预埋的管道若需抽出,必须注意抽出时间、顺序和方法。抽管顺序和方法:抽管顺序宜先上后下进行。抽管方法可以是人工或卷扬机。抽管时必须速度均匀,边抽边转,并与孔道保持在一条直线上。抽管后应及时检查孔道情况,并做好孔道的清理工作,以防穿筋时发生困难。
2.2预应力筋的制作、安装和张拉
2.2.1张拉锚具
锚具是在后张法结构或构件中,为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上的永久性锚固装置。锚具必须具有可靠的锚固性能,足够的强度、刚度,同时还要求其构造简单、施工方便、成本低廉、预应力损失小,后张法锚具种类较多,不同类型的预应力筋所配用的锚具也不相同,常用的有螺丝端杆锚具、帮条锚具、镦头锚具、钢制锥形锚具、JM形锚具、多孔夹片锚固体系、挤压锚具、压花锚具和精轧螺纹钢锚具等。
2.2.2螺丝端杆锚具
螺丝端杆锚具适用于锚固直径不大于36 mm的冷拉HRB335级、HRB400级钢筋,也可作先张法夹具使用,螺丝端杆锚具是由螺丝端杆、螺母及垫板组成,见图3。
(说明:1、螺丝端杆;2、钢筋;3、垫板;4、对焊接头;5、焊接接头;6、螺帽)
图3螺丝端杆锚具
使用时,螺丝端杆与预应力筋对焊,用张拉设备张拉螺丝端杆,然后用螺母锚固,拉力由螺母传至螺丝端杆与预应力筋。螺丝端杆与预应力筋的焊接,应在预应力筋冷拉前进行,冷拉后螺丝端杆不得发生塑性变形。螺丝端杆锚具的强度,不得低于预应力筋抗拉强度实测值。
2.2.3帮条锚具
帮条锚具可作为冷拉HRB335级、HRB400级钢筋固定端锚具用,它由一块方形衬板与3根帮条组成,见图4。衬板采用Q235钢,帮条用与预应力筋同级别的钢筋。帮条安装时,3根帮条与衬板相接触的截面应在一个垂直面上,以免受力时产生扭曲,帮条的焊接,可在预应力筋冷拉前或冷拉后进行。
图4帮条锚具
2.2.4镦头锚具
这种锚具适用于锚固钢丝束。张拉端采用锚环,固定端采用锚板。先将钢丝端头镦粗成球形,穿入锚杯孔内,边张拉边拧紧锚杯的螺帽。每个锚具可同时锚固几根到100多根Ф5与Ф7的高强钢丝,也可用于单根粗钢筋。采用这种锚具时,要求钢丝的下料长度精度较高,否则会造成钢丝受力不均。
2.2.5钢制锥形锚具
用于锚固钢丝束或钢绞线束,通常同时锚固12根直径为5 mm、7 mm、9 mm的钢丝,或12根直径为12 mm、15 mm的钢绞线。锚具由带锥孔的锚环和锥形锚塞两部分组成,如图5所示,该锚具为法国的弗来西奈发明,张拉时采用专门的双作用或三作用弗氏千斤顶,三作用弗氏千斤顶除具有在张拉的同时顶紧锚塞的作用外,还有将夹持钢绞线或钢丝的楔块自动松脱的装置。
(说明:1、锥形塞;2、锚环;3、喇叭管;4、金属管;5、钢垫板)
图5锥塞式锚具
3无粘结预应力筋施工工艺
后张法预应力混凝土中,预应力筋分为“有黏结”预应力筋与“无黏结”预应力筋两种。凡是预应力筋张拉后,通过灌浆或其他措施使预应力筋与混凝土产生黏结力,在使用荷载作用下,构件的预应力筋与混凝土不发生纵向相对滑动的,称为“有黏结”预应力筋。反之凡是预应力筋张拉后,永久地允许预应力筋与其周围的混凝土产生纵向相对滑动的,称做“无黏结预应力筋”。
无黏结预应力混凝土的施工方法是:在预应力筋的表面刷涂料并包塑料管后,如同普通钢筋一样先铺设在安装好的模板内,然后浇筑混凝土,待混凝土达到设计要求强度后,进行预应力筋张拉锚固。这种预应力工艺的优点是不需要预留孔道和灌浆,施工简单,张拉时摩擦阻力小,预应力筋易弯成曲线形状,适用于曲线配筋的结构。无黏结预应力混凝土结构的混凝土强度等级,对于板不应低于C30,对于梁及其他构件不宜低于C40,无黏结预应力筋涂料层应采用防腐油脂,其性能应符合下列要求:①在-20 ℃～+70 ℃范围内,不流淌,不裂缝变脆,并有一定韧性;②使用期内,化学稳定性好;③对周围材料(如混凝土、钢材和外包材料)无侵蚀作用;④不透水、不吸湿、防水性好;⑤防腐性能好;⑥润滑性能好,摩阻力小。
3.1无黏结预应力筋的制作技术
无黏结预应力筋是由7根Ф5碳素钢丝组成的钢丝束或用7根碳素钢丝扭结而成的钢绞线,通过专门设备以防腐油脂作涂料层,由聚乙烯塑料作护套而构成的一种新型无黏结预应力筋。无黏结预应力筋外包层材料,应采用聚乙烯或聚丙烯,严禁使用聚氯乙烯,其性能应符合以下要求:①在-20 ℃～+70 ℃范围内,低温不脆化,高温化学稳定性好;②必须具有足够的韧性、抗破损性;③对周围材料(如混凝土、钢材)无侵蚀作用;④防水性好。
钢丝束、钢绞线涂料层及包裹层的制作工艺为:并束→涂油→包塑→冷却→牵引→收盘,单根无黏结预应力筋的涂料层防腐油脂应完全填充预应力筋与外包层之间的环形空间,塑料外包层宜采用塑料注塑机注塑成形。成束无黏结筋可用防腐沥青或防腐油脂作涂料层。当使用防腐沥青时,应用密缠塑料带作外包层,塑料带各圈之间的搭接宽度不小于带宽的1/2,缠绕层数不应少于4层。
黏结预应力筋的铺设要求:①无黏结预应力筋的定位应牢固,浇筑混凝土时不应出现移位和变形;②端部的预埋锚垫板应垂直于预应力筋;③内埋式、固定式端垫板不应重叠,锚具与垫板应夹紧;④无黏结预应力筋成束布置时应能保证混凝土密实并能裹住预应力筋;⑤无黏结预应力筋的护套应完整,局部破损处应采用防水胶带缠绕紧密。
3.2锚具的封闭保护
锚具的封闭保护应符合设计要求,当设计无具体要求时,应符合下列规定:①应采取防止锚具腐蚀和免受机械损伤的有效措施;②凸出式锚固端锚具的保护层厚度不应小于50 mm;③外露预应力筋的保护层厚度,处于正常环境时,不应小于20 mm;处于易受腐蚀的环境时,不应小于50 mm。
4结束语
总之,在预应力混凝土施工中,只有熟练掌握先张法施工技术、后张法技术与无黏结预应力筋施工工艺,才能提高施工质量与水平。
参考文献
1 王洪健等主编.建筑施工技术.哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,2000
2 彭 勍.浅析土方工程施工要点[J].今日科苑,2009.11.08
Prestressed Concrete Construction Technique Discussion
Wu Shaozhuang
Abstract:The prestressed concrete is suitable for the great span, the heavy load, long bracket isostructuralism, has the broad application and the prospects for development in the modern architecture structure, the article mainly has discussed the prestressed concrete construction technique and the method main point from three aspects.
Key words:construction; pre-stressed; concretes; the technology discusses
关键词:建筑施工;预应力;混凝土;技术探讨
中图分类号:TU757 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)24-0024-03
预应力混凝土构件与普通混凝土构件相比,除能提高构件的抗裂度和刚度外,还具有能增加构件的耐久性、节约材料、减少自重等优点。但是在制作预应力混凝土构件时,增加了张拉工作,相应增添了张拉机具和锚固装置,以致制作工艺也较为复杂。
1先张法施工技术
先张法是先张拉预应力筋,后浇筑混凝土的预应力混凝土生产方法。这种方法需要专用的生产台座和夹具,以便张拉和临时锚固预应力筋,待混凝土达到设计强度后,放松预应力筋。先张法适用于预制厂生产中小型预应力混凝土构件,预应力是通过预应力筋与混凝土间的粘结力传递给混凝土的。
预应力混凝土构件先张法(台座)生产原理:首先将预应力筋一端用锚固夹具固定在台座上,另一端用张拉机械进行张拉,张拉后也用锚固夹具固定在台座的横梁上,然后浇筑及养护混凝土,这时只有预应力筋有应力,混凝土没有应力。把混凝土养护至一定强度,一般达到混凝土设计强度的75 %后,放松预应力筋。由于预应力筋和混凝土之间存在黏结力,故在预应力筋弹性回缩时使混凝土产生预压应力,见图1。
图1先张法施工示意图
先张法施工可采用台座法和机组流水法:台座法是构件在台座上生产,即预应力筋的张拉、固定、混凝土浇筑、养护和预应力筋的放松等工序均在台座上进行。机组流水法是利用钢模作为固定预应力筋的承力架,构件连同模板通过固定的机组,按流水方式完成其生产过程。先张法适用于生产定型的中小型构件,如空心板、屋面板、吊车梁、檩条等。先张法施工中常用的预应力筋有钢丝和钢筋两类。
2后张法施工技术
后张法施工工艺流程图,见图2。
图2后张法施工工艺流程图
2.1混凝土构件成型
准备工作清理现场,如平基;模板清理、打油;钢筋对号入库;机械、脚手架等有序入场,三通及安全防备到位。
安装底模根据施工图放样并安装底模。安装底模时注意平整度、稳定性和可操作性(位置准确和操作台足够)。
安装钢筋骨架根据施工图要求,在搭设的底座上安装钢筋骨架。安装时注意钢筋位置的准确性、钢筋的保护层、各接头的焊接长度和焊缝质量以及埋管位置的预留。
埋管根据施工图埋管的坐标要求,埋设好钢管,波纹、塑料管或胶管等。埋设过程中,注意坐标,若有弯曲,注意弯曲半径和弯曲位置,尤其是管的固定,一般用钢筋或钢管,每隔50～100 cm焊接或绑扎一个孔道支架加以固定。
支模钢筋安装完毕,管道预埋结束,经检查无误后,按照施工图要求支侧模。支模过程中注意模板的加固和嵌缝以及管端位置的留设,以防浇捣混凝土时爆模或漏浆。
浇捣混凝土。钢筋、模板验收合格并签字后方可浇筑混凝土。浇捣混凝土时,注意混凝土配合比的粒径级配、投料顺序及和易性。振捣时注意振捣方法,尽量避免接触预埋管,以免将预埋管振移位或管内漏浆,导致后续工作难以进行。
混凝土的养护、拆模和抽管。混凝土浇捣完毕24 h后必须按照施工规范要求养护,不得间断,当混凝土强度符合施工验收规范时即可拆边模。预埋的管道若需抽出,必须注意抽出时间、顺序和方法。抽管顺序和方法:抽管顺序宜先上后下进行。抽管方法可以是人工或卷扬机。抽管时必须速度均匀,边抽边转,并与孔道保持在一条直线上。抽管后应及时检查孔道情况,并做好孔道的清理工作,以防穿筋时发生困难。
2.2预应力筋的制作、安装和张拉
2.2.1张拉锚具
锚具是在后张法结构或构件中,为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上的永久性锚固装置。锚具必须具有可靠的锚固性能,足够的强度、刚度,同时还要求其构造简单、施工方便、成本低廉、预应力损失小,后张法锚具种类较多,不同类型的预应力筋所配用的锚具也不相同,常用的有螺丝端杆锚具、帮条锚具、镦头锚具、钢制锥形锚具、JM形锚具、多孔夹片锚固体系、挤压锚具、压花锚具和精轧螺纹钢锚具等。
2.2.2螺丝端杆锚具
螺丝端杆锚具适用于锚固直径不大于36 mm的冷拉HRB335级、HRB400级钢筋,也可作先张法夹具使用,螺丝端杆锚具是由螺丝端杆、螺母及垫板组成,见图3。
(说明:1、螺丝端杆;2、钢筋;3、垫板;4、对焊接头;5、焊接接头;6、螺帽)
图3螺丝端杆锚具
使用时,螺丝端杆与预应力筋对焊,用张拉设备张拉螺丝端杆,然后用螺母锚固,拉力由螺母传至螺丝端杆与预应力筋。螺丝端杆与预应力筋的焊接,应在预应力筋冷拉前进行,冷拉后螺丝端杆不得发生塑性变形。螺丝端杆锚具的强度,不得低于预应力筋抗拉强度实测值。
2.2.3帮条锚具
帮条锚具可作为冷拉HRB335级、HRB400级钢筋固定端锚具用,它由一块方形衬板与3根帮条组成,见图4。衬板采用Q235钢,帮条用与预应力筋同级别的钢筋。帮条安装时,3根帮条与衬板相接触的截面应在一个垂直面上,以免受力时产生扭曲,帮条的焊接,可在预应力筋冷拉前或冷拉后进行。
图4帮条锚具
2.2.4镦头锚具
这种锚具适用于锚固钢丝束。张拉端采用锚环,固定端采用锚板。先将钢丝端头镦粗成球形,穿入锚杯孔内,边张拉边拧紧锚杯的螺帽。每个锚具可同时锚固几根到100多根Ф5与Ф7的高强钢丝,也可用于单根粗钢筋。采用这种锚具时,要求钢丝的下料长度精度较高,否则会造成钢丝受力不均。
2.2.5钢制锥形锚具
用于锚固钢丝束或钢绞线束,通常同时锚固12根直径为5 mm、7 mm、9 mm的钢丝,或12根直径为12 mm、15 mm的钢绞线。锚具由带锥孔的锚环和锥形锚塞两部分组成,如图5所示,该锚具为法国的弗来西奈发明,张拉时采用专门的双作用或三作用弗氏千斤顶,三作用弗氏千斤顶除具有在张拉的同时顶紧锚塞的作用外,还有将夹持钢绞线或钢丝的楔块自动松脱的装置。
(说明:1、锥形塞;2、锚环;3、喇叭管;4、金属管;5、钢垫板)
图5锥塞式锚具
3无粘结预应力筋施工工艺
后张法预应力混凝土中,预应力筋分为“有黏结”预应力筋与“无黏结”预应力筋两种。凡是预应力筋张拉后,通过灌浆或其他措施使预应力筋与混凝土产生黏结力,在使用荷载作用下,构件的预应力筋与混凝土不发生纵向相对滑动的,称为“有黏结”预应力筋。反之凡是预应力筋张拉后,永久地允许预应力筋与其周围的混凝土产生纵向相对滑动的,称做“无黏结预应力筋”。
无黏结预应力混凝土的施工方法是:在预应力筋的表面刷涂料并包塑料管后,如同普通钢筋一样先铺设在安装好的模板内,然后浇筑混凝土,待混凝土达到设计要求强度后,进行预应力筋张拉锚固。这种预应力工艺的优点是不需要预留孔道和灌浆,施工简单,张拉时摩擦阻力小,预应力筋易弯成曲线形状,适用于曲线配筋的结构。无黏结预应力混凝土结构的混凝土强度等级,对于板不应低于C30,对于梁及其他构件不宜低于C40,无黏结预应力筋涂料层应采用防腐油脂,其性能应符合下列要求:①在-20 ℃～+70 ℃范围内,不流淌,不裂缝变脆,并有一定韧性;②使用期内,化学稳定性好;③对周围材料(如混凝土、钢材和外包材料)无侵蚀作用;④不透水、不吸湿、防水性好;⑤防腐性能好;⑥润滑性能好,摩阻力小。
3.1无黏结预应力筋的制作技术
无黏结预应力筋是由7根Ф5碳素钢丝组成的钢丝束或用7根碳素钢丝扭结而成的钢绞线,通过专门设备以防腐油脂作涂料层,由聚乙烯塑料作护套而构成的一种新型无黏结预应力筋。无黏结预应力筋外包层材料,应采用聚乙烯或聚丙烯,严禁使用聚氯乙烯,其性能应符合以下要求:①在-20 ℃～+70 ℃范围内,低温不脆化,高温化学稳定性好;②必须具有足够的韧性、抗破损性;③对周围材料(如混凝土、钢材)无侵蚀作用;④防水性好。
钢丝束、钢绞线涂料层及包裹层的制作工艺为:并束→涂油→包塑→冷却→牵引→收盘,单根无黏结预应力筋的涂料层防腐油脂应完全填充预应力筋与外包层之间的环形空间,塑料外包层宜采用塑料注塑机注塑成形。成束无黏结筋可用防腐沥青或防腐油脂作涂料层。当使用防腐沥青时,应用密缠塑料带作外包层,塑料带各圈之间的搭接宽度不小于带宽的1/2,缠绕层数不应少于4层。
黏结预应力筋的铺设要求:①无黏结预应力筋的定位应牢固,浇筑混凝土时不应出现移位和变形;②端部的预埋锚垫板应垂直于预应力筋;③内埋式、固定式端垫板不应重叠,锚具与垫板应夹紧;④无黏结预应力筋成束布置时应能保证混凝土密实并能裹住预应力筋;⑤无黏结预应力筋的护套应完整,局部破损处应采用防水胶带缠绕紧密。
3.2锚具的封闭保护
锚具的封闭保护应符合设计要求,当设计无具体要求时,应符合下列规定:①应采取防止锚具腐蚀和免受机械损伤的有效措施;②凸出式锚固端锚具的保护层厚度不应小于50 mm;③外露预应力筋的保护层厚度,处于正常环境时,不应小于20 mm;处于易受腐蚀的环境时,不应小于50 mm。
4结束语
总之,在预应力混凝土施工中,只有熟练掌握先张法施工技术、后张法技术与无黏结预应力筋施工工艺,才能提高施工质量与水平。
参考文献
1 王洪健等主编.建筑施工技术.哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,2000
2 彭 勍.浅析土方工程施工要点[J].今日科苑,2009.11.08
Prestressed Concrete Construction Technique Discussion
Wu Shaozhuang
Abstract:The prestressed concrete is suitable for the great span, the heavy load, long bracket isostructuralism, has the broad application and the prospects for development in the modern architecture structure, the article mainly has discussed the prestressed concrete construction technique and the method main point from three aspects.
Key words:construction; pre-stressed; concretes; the technology discusses