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【摘要】本文筆者介绍了“无粘结预应力钢筋混凝土大跨度框架梁施工技术”在某大厦工程施工中的应用,以求给类似工程施工提供一些施工经验,对大空间、大跨度房屋结构提供新的施工技术,减小了大跨度框架梁的截面尺寸,增大了大跨度框架梁的承载力,体现了结构优势。
【关键字】无粘结预应力，钢筋混凝土，大跨度框架梁，施工技术
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
一．前言
某大厦工程总建筑面积16 248m2,钢筋混凝土框架结构,是集娱乐、住宿、餐饮、办公于一体的三星级宾馆。大厦由高跨、低跨二部分组成。高跨为十层,整体高度为41m;低跨为三层,设计6榀无粘结预应力钢筋混凝土大跨度框架梁在低跨部分的大厅,5-7轴无粘结预应力钢筋混凝土大跨度框架梁全长15.6m,截面尺寸为400×1 000,共2榀; B-D轴无粘结预应力钢筋混凝土大跨度框架梁全长13.8m,截面尺寸为400×1 000,共4榀。钢筋混凝土强度为C40。
二．设计要求以及施工技术的特点
1.设计要求
某大厦工程中设计的无粘结预应力钢筋混凝土大跨度框架梁预应力筋采用钢绞线(d=15.2,7φ5);预应力筋外包层材料采用聚乙烯;张拉方式采用一端固定,一端张拉,张拉端采用夹片锚具,凹进钢筋混凝土表面,固定端采用夹片镦锚具;无粘结预应力筋张拉完毕后,先切除无粘结预应力筋多余长度,然后在锚具及承压板表面涂防水涂料,用C45膨胀钢筋混凝土密封(见图1)。
图1 预应力筋分布图
2．施工技术特点
（一）预应力筋张拉力的传力途径不同
传统的“有粘结预应力钢筋混凝土技术”预应力筋张拉后需灌浆,其预应力的张拉力由锚具及灌浆体共同作用传递给钢筋混凝土构件。而新的“无粘结预应力钢筋混凝土技术”的预应力筋与钢筋混凝土构件之间没有任何介质粘结,全靠锚具承受并传递预应力。故钢绞线及锚具必须终身不生锈,对材料的材质要求很高,费用较大。
（二）施工工序有所不同
“有粘结预应力钢筋混凝土技术”在钢筋混凝土构件浇筑时需要预留孔,然后,铺穿预应力筋进行张拉,最后灌浆填孔。而“无粘结预应力钢筋混凝土技术”在钢筋混凝土构件钢筋绑扎时同步按设计要求布置呈抛物线状的无粘结预应力筋,张拉后无需灌浆,简化了工序,加快了施工进度。由于预应力束能曲线布置,使预应力筋按设计要求在构件受力部位发生最大效能,故特别适用于在大跨度梁中的运用。
三．材料、设备及技术
1．材料、设备
无粘结预应力钢筋混凝土的施工因为它不需要施工时进行留孔,更不需要进行灌浆等施工,它需在混凝土强度达到设计强度75%以上时进行张拉就行,所以它对材料的材质要求较高,尤其是对两端锚具的要求很高,故在材料的选择上一定要认真仔细。根据工程特点,本工程预应力筋采用标准强度fptk=1570 N/mm2,公称直径Φ=15.24mm,弹性模量Ey=1.95×105MPa的高强低松弛无粘强钢绞线,分别采用一端张拉一端固定。无粘结预应力筋标准强度等级确定后,对预应力筋-锚具组装件的静载锚具性能进行试验,要同时满足锚具效率系数(ηa)等于或大于0.95和极限延伸率(εapu)等于或大于2%的两项要求。锚具的静载锚固性能,应由预应力筋-锚具组装件静载试验测定的锚具效率系数(ηa)和达到实测极限拉力时组装件客观存受力长度的总应变(εapu)确定,锚具效率系数ηa)按下式计算:
ηa= fapu/(ηp×fpm)
式中:fapu———预应力筋,锚具组装件的实测极限拉力;
Fpm———预应力筋的实际平均极限抗拉力,由预应力钢材试件实测破断荷载平均值计算得出;
ηp———预应力筋和效率系数。ηp按下列规定取用:预应力筋—锚具组装件中预应力
钢材为1到5根时,ηp=1,6到12根时,ηp=0.99。
通过上述公式计算,最后确定本工程锚固体系采用HVM锚固体系,包括锚垫板、螺旋筋、锚环和夹片。锚具质量应符合《钢筋混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50240-2002)、《无粘结预应力混凝土结构技术规程》(JGJ92-2004)及《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T14370-2002)有关规定的要求。在选择无粘结预应力锚具时必须符合现行国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370的规定。锚固体系采用HVM15,张拉端采用HVM15-Ⅰ型,固定端采用HVM15P-Ⅰ型。张拉设备配套采用YCN-23型液压千斤顶及配套高压油泵,油压精度1.5级,挤压设备采用GYJ-4500液压挤压机。
2.预应力工程施工技术
（一）预应力筋的加工制作
按设计长度用砂轮切割机切断材料,不得使用气割或电焊切割,采用挤压机制作固定端,挤压模磨损后,锚固头直径不宜超差0.3mm。
（二）安放锚垫板
根据大跨度框架梁的的截面尺寸、梁柱的钢筋排布等具体情况,调节承压板处柱主筋的间距、梁的锚筋位置,以不碰撞预应力筋和承压板为宜。柱钢筋绑扎完毕后,初步安放承压板并固定,要求位置精确。
（三）预应力的预埋施工
铺放于普通钢筋的上筋并预埋管线,预应力工种穿预应力筋、螺旋筋等,再扎腰筋、吊筋,当预应力筋穿入锚垫板后,应将锚垫板固定在边模板上。调整预应力筋的定位标高,其允许误差为垂直±10mm,孔道支架焊在钢箍上,支架间距应符合设计要求(一般为6 0 0到1 000mm)。梁若要起拱,则孔道随梁起拱,梁起拱要小于非预应力梁的起拱高度,一般为0.05%。大跨度框架梁非预应力钢筋绑扎完毕。
按照梁的无粘结筋“矢高控制图”(如图2)安放矢高控制架。矢高控制架间隔不宜大于2 m并应用铁丝将其与无粘结预应力筋扎紧。也可以用铁丝将无粘结预应力筋与非预应力钢筋绑扎牢固,以防止无粘结预应力筋在浇筑钢筋混凝土过程中发生位移,绑扎点的间距为0.7到1.0m。控制架所用的钢筋,必须用无齿锯定长切割,严格控制尺寸。也可以直接将矢高架焊接在梁的箍筋上。支架固定完毕后,检查验收,控制水平方向偏差±30mm,矢高±5mm,重点控制反弯处矢高架焊接好后,无粘结预应力筋穿入相应的位置(无粘结钢绞线走向应平行,防止互相扭绞),最后用钢丝绑扎于支架上。锚垫板与模板应贴紧固定。内埋式挤压锚的挤压套与锚板的连接应紧密不松动。锚垫板背面的钢筋应尽可能靠近垫板,以加强局部受拉和承压强度,锚垫板中心位置允许偏差5mm。
图2矢高控制架
（四）预应力张拉作业
由于二连如意大厦工程中共有9榀无粘结预应力钢筋混凝土大跨度框架梁,梁长均不足25m,张拉方式采取一端锚固,一端张拉。并且无粘结预应力施工技术不影响施工工期,所以无粘结预应力筋的张拉时间待9榀无粘结预应力梁非预应力筋钢筋钢筋混凝土全部施工完后,高跨结构施工至8层时,此时所有无粘结预应力钢筋混凝土大跨度框架梁钢筋混凝土强度均达到设计强度75%以上。成型构件不允许有裂缝、空洞、蜂窝等不良现象,强拉时应做到孔道、锚环与千斤顶三对中,张拉过程应均匀,张拉前应清理预留槽口及穴模,除去承压板板面钢筋混凝土,由于采用夹片锚,应剥去锚具外无粘结预应力筋的塑料护套管,洗去油脂。
四．无粘结预应力施工控制
1．无粘结预应力筋下料控制
下料长度按下式计算:一端强拉L = l+l1+2(H+a)+H1;
其中:l———无粘结预应力筋在构件内的长度;
l1———穿心式千斤顶长度;
H、H1———工作锚、工具锚的锚环高度;
a———无粘结预应力筋的外露长度,取
a=100mm。
2．无粘结预应力筋的铺设
首先在大跨度框架梁侧模上标注无粘结预应力筋的编号及心线位置,然后按照预应力筋各处的垂直高度(坐标)安装固定架,并与箍筋绑扎结实,以保证预应力筋位置,规格尺寸符合设计要求。当非预应力筋绑扎完毕,开始用人工将无粘结预应力筋从梁的一端向另一端牵拉,敷设,在牵拉过程中要防止预应力筋外包材料损坏,如发现外包层有破损,应补注润滑脂后,用水密性粘膠缠绕修补。
3．钢筋混凝土浇筑
无粘结预应力筋安放完毕,检查合格后,进行框架梁侧模的安装,安装完侧模后要二次检查无粘结预应力筋的矢高控制点,承压板和固定锚具的位置。在浇筑钢筋混凝土时,要保证预应力筋形状及锚具的位置准确,振捣时要防止锚具、固定架位置偏移,严禁触碰无粘结预应力筋的聚乙烯外皮,大跨度框架梁预应力筋端部承压区钢筋混凝土必须振捣实心密实,钢筋混凝土采用硅酸盐或普通硅酸盐水泥拌制,不准掺入引气剂和含有氯离子的外加剂,以防止预应力筋锈蚀。
4.张拉端构造处理
无粘结预应力筋端部300mm区段内应保证预应力筋与承压板垂直,承压板与端模板贴紧并用钉子或螺栓固定好。张拉锚固后用砂轮切除超长部分的预应力筋,严禁用电弧切割。然后在承压板上涂刷界面处理剂,用自制的塑料盖帽内装防腐润滑脂进行封锚,并用C45微膨胀钢筋混凝土封闭穴槽,确保封闭严密,防止锚固系统锈蚀。
五．结束语
经过精心组织,精心施工,该工程无粘结预应力大跨度框架梁技术圆满完成。实践证明,无粘结预应力混凝土施工技术在解决大跨度,大空间方面的结构优势,加快了施工进度,从而在节约工程施工成本方面起到了一定的推动作用。
参考文献：
[1]李响; 姜峰; 王斌 大跨度预应力框架梁施工技术土木建筑学术文库(第11卷)2009-08-01中国会议
[2]冯大斌 混凝土及预应力混凝土技术篇工程建设技术发展研究报告2006-06-01中国会议
【关键字】无粘结预应力，钢筋混凝土，大跨度框架梁，施工技术
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
一．前言
某大厦工程总建筑面积16 248m2,钢筋混凝土框架结构,是集娱乐、住宿、餐饮、办公于一体的三星级宾馆。大厦由高跨、低跨二部分组成。高跨为十层,整体高度为41m;低跨为三层,设计6榀无粘结预应力钢筋混凝土大跨度框架梁在低跨部分的大厅,5-7轴无粘结预应力钢筋混凝土大跨度框架梁全长15.6m,截面尺寸为400×1 000,共2榀; B-D轴无粘结预应力钢筋混凝土大跨度框架梁全长13.8m,截面尺寸为400×1 000,共4榀。钢筋混凝土强度为C40。
二．设计要求以及施工技术的特点
1.设计要求
某大厦工程中设计的无粘结预应力钢筋混凝土大跨度框架梁预应力筋采用钢绞线(d=15.2,7φ5);预应力筋外包层材料采用聚乙烯;张拉方式采用一端固定,一端张拉,张拉端采用夹片锚具,凹进钢筋混凝土表面,固定端采用夹片镦锚具;无粘结预应力筋张拉完毕后,先切除无粘结预应力筋多余长度,然后在锚具及承压板表面涂防水涂料,用C45膨胀钢筋混凝土密封(见图1)。
图1 预应力筋分布图
2．施工技术特点
（一）预应力筋张拉力的传力途径不同
传统的“有粘结预应力钢筋混凝土技术”预应力筋张拉后需灌浆,其预应力的张拉力由锚具及灌浆体共同作用传递给钢筋混凝土构件。而新的“无粘结预应力钢筋混凝土技术”的预应力筋与钢筋混凝土构件之间没有任何介质粘结,全靠锚具承受并传递预应力。故钢绞线及锚具必须终身不生锈,对材料的材质要求很高,费用较大。
（二）施工工序有所不同
“有粘结预应力钢筋混凝土技术”在钢筋混凝土构件浇筑时需要预留孔,然后,铺穿预应力筋进行张拉,最后灌浆填孔。而“无粘结预应力钢筋混凝土技术”在钢筋混凝土构件钢筋绑扎时同步按设计要求布置呈抛物线状的无粘结预应力筋,张拉后无需灌浆,简化了工序,加快了施工进度。由于预应力束能曲线布置,使预应力筋按设计要求在构件受力部位发生最大效能,故特别适用于在大跨度梁中的运用。
三．材料、设备及技术
1．材料、设备
无粘结预应力钢筋混凝土的施工因为它不需要施工时进行留孔,更不需要进行灌浆等施工,它需在混凝土强度达到设计强度75%以上时进行张拉就行,所以它对材料的材质要求较高,尤其是对两端锚具的要求很高,故在材料的选择上一定要认真仔细。根据工程特点,本工程预应力筋采用标准强度fptk=1570 N/mm2,公称直径Φ=15.24mm,弹性模量Ey=1.95×105MPa的高强低松弛无粘强钢绞线,分别采用一端张拉一端固定。无粘结预应力筋标准强度等级确定后,对预应力筋-锚具组装件的静载锚具性能进行试验,要同时满足锚具效率系数(ηa)等于或大于0.95和极限延伸率(εapu)等于或大于2%的两项要求。锚具的静载锚固性能,应由预应力筋-锚具组装件静载试验测定的锚具效率系数(ηa)和达到实测极限拉力时组装件客观存受力长度的总应变(εapu)确定,锚具效率系数ηa)按下式计算:
ηa= fapu/(ηp×fpm)
式中:fapu———预应力筋,锚具组装件的实测极限拉力;
Fpm———预应力筋的实际平均极限抗拉力,由预应力钢材试件实测破断荷载平均值计算得出;
ηp———预应力筋和效率系数。ηp按下列规定取用:预应力筋—锚具组装件中预应力
钢材为1到5根时,ηp=1,6到12根时,ηp=0.99。
通过上述公式计算,最后确定本工程锚固体系采用HVM锚固体系,包括锚垫板、螺旋筋、锚环和夹片。锚具质量应符合《钢筋混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50240-2002)、《无粘结预应力混凝土结构技术规程》(JGJ92-2004)及《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T14370-2002)有关规定的要求。在选择无粘结预应力锚具时必须符合现行国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370的规定。锚固体系采用HVM15,张拉端采用HVM15-Ⅰ型,固定端采用HVM15P-Ⅰ型。张拉设备配套采用YCN-23型液压千斤顶及配套高压油泵,油压精度1.5级,挤压设备采用GYJ-4500液压挤压机。
2.预应力工程施工技术
（一）预应力筋的加工制作
按设计长度用砂轮切割机切断材料,不得使用气割或电焊切割,采用挤压机制作固定端,挤压模磨损后,锚固头直径不宜超差0.3mm。
（二）安放锚垫板
根据大跨度框架梁的的截面尺寸、梁柱的钢筋排布等具体情况,调节承压板处柱主筋的间距、梁的锚筋位置,以不碰撞预应力筋和承压板为宜。柱钢筋绑扎完毕后,初步安放承压板并固定,要求位置精确。
（三）预应力的预埋施工
铺放于普通钢筋的上筋并预埋管线,预应力工种穿预应力筋、螺旋筋等,再扎腰筋、吊筋,当预应力筋穿入锚垫板后,应将锚垫板固定在边模板上。调整预应力筋的定位标高,其允许误差为垂直±10mm,孔道支架焊在钢箍上,支架间距应符合设计要求(一般为6 0 0到1 000mm)。梁若要起拱,则孔道随梁起拱,梁起拱要小于非预应力梁的起拱高度,一般为0.05%。大跨度框架梁非预应力钢筋绑扎完毕。
按照梁的无粘结筋“矢高控制图”(如图2)安放矢高控制架。矢高控制架间隔不宜大于2 m并应用铁丝将其与无粘结预应力筋扎紧。也可以用铁丝将无粘结预应力筋与非预应力钢筋绑扎牢固,以防止无粘结预应力筋在浇筑钢筋混凝土过程中发生位移,绑扎点的间距为0.7到1.0m。控制架所用的钢筋,必须用无齿锯定长切割,严格控制尺寸。也可以直接将矢高架焊接在梁的箍筋上。支架固定完毕后,检查验收,控制水平方向偏差±30mm,矢高±5mm,重点控制反弯处矢高架焊接好后,无粘结预应力筋穿入相应的位置(无粘结钢绞线走向应平行,防止互相扭绞),最后用钢丝绑扎于支架上。锚垫板与模板应贴紧固定。内埋式挤压锚的挤压套与锚板的连接应紧密不松动。锚垫板背面的钢筋应尽可能靠近垫板,以加强局部受拉和承压强度,锚垫板中心位置允许偏差5mm。
图2矢高控制架
（四）预应力张拉作业
由于二连如意大厦工程中共有9榀无粘结预应力钢筋混凝土大跨度框架梁,梁长均不足25m,张拉方式采取一端锚固,一端张拉。并且无粘结预应力施工技术不影响施工工期,所以无粘结预应力筋的张拉时间待9榀无粘结预应力梁非预应力筋钢筋钢筋混凝土全部施工完后,高跨结构施工至8层时,此时所有无粘结预应力钢筋混凝土大跨度框架梁钢筋混凝土强度均达到设计强度75%以上。成型构件不允许有裂缝、空洞、蜂窝等不良现象,强拉时应做到孔道、锚环与千斤顶三对中,张拉过程应均匀,张拉前应清理预留槽口及穴模,除去承压板板面钢筋混凝土,由于采用夹片锚,应剥去锚具外无粘结预应力筋的塑料护套管,洗去油脂。
四．无粘结预应力施工控制
1．无粘结预应力筋下料控制
下料长度按下式计算:一端强拉L = l+l1+2(H+a)+H1;
其中:l———无粘结预应力筋在构件内的长度;
l1———穿心式千斤顶长度;
H、H1———工作锚、工具锚的锚环高度;
a———无粘结预应力筋的外露长度,取
a=100mm。
2．无粘结预应力筋的铺设
首先在大跨度框架梁侧模上标注无粘结预应力筋的编号及心线位置,然后按照预应力筋各处的垂直高度(坐标)安装固定架,并与箍筋绑扎结实,以保证预应力筋位置,规格尺寸符合设计要求。当非预应力筋绑扎完毕,开始用人工将无粘结预应力筋从梁的一端向另一端牵拉,敷设,在牵拉过程中要防止预应力筋外包材料损坏,如发现外包层有破损,应补注润滑脂后,用水密性粘膠缠绕修补。
3．钢筋混凝土浇筑
无粘结预应力筋安放完毕,检查合格后,进行框架梁侧模的安装,安装完侧模后要二次检查无粘结预应力筋的矢高控制点,承压板和固定锚具的位置。在浇筑钢筋混凝土时,要保证预应力筋形状及锚具的位置准确,振捣时要防止锚具、固定架位置偏移,严禁触碰无粘结预应力筋的聚乙烯外皮,大跨度框架梁预应力筋端部承压区钢筋混凝土必须振捣实心密实,钢筋混凝土采用硅酸盐或普通硅酸盐水泥拌制,不准掺入引气剂和含有氯离子的外加剂,以防止预应力筋锈蚀。
4.张拉端构造处理
无粘结预应力筋端部300mm区段内应保证预应力筋与承压板垂直,承压板与端模板贴紧并用钉子或螺栓固定好。张拉锚固后用砂轮切除超长部分的预应力筋,严禁用电弧切割。然后在承压板上涂刷界面处理剂,用自制的塑料盖帽内装防腐润滑脂进行封锚,并用C45微膨胀钢筋混凝土封闭穴槽,确保封闭严密,防止锚固系统锈蚀。
五．结束语
经过精心组织,精心施工,该工程无粘结预应力大跨度框架梁技术圆满完成。实践证明,无粘结预应力混凝土施工技术在解决大跨度,大空间方面的结构优势,加快了施工进度,从而在节约工程施工成本方面起到了一定的推动作用。
参考文献：
[1]李响; 姜峰; 王斌 大跨度预应力框架梁施工技术土木建筑学术文库(第11卷)2009-08-01中国会议
[2]冯大斌 混凝土及预应力混凝土技术篇工程建设技术发展研究报告2006-06-01中国会议