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摘要:预应力施工是一项专业性很强、质量要求严格的施工作业,一项工程从进场材料检验和预应力制备安装、张拉、封锚防护等各工序中进行流水作业,严格控制施工质量和工作质量,保证工程质量和按工期顺利完工,取得了较好的社会和经济效益,预应力筋和锚具的共同合作完成了高强度、大跨度混凝土建筑的形成,使预应力在未来世界运用越来越广泛,本文着重探讨后张法施工工艺。
关键词: 预应力;张拉;锚固
中图分类号:C35文献标识码: A
一、什么是预应力混凝土
预应力混凝土就是给钢筋施加预先的拉应力,使原本受拉区的混凝土在承受荷载前受压,当施加荷载后,受拉区拉压应力相互抵消,以减小或者消除混凝土的破坏开裂,提高混凝土的使用性能。
二、预应力混凝土的特点
预应力混凝土是改善构件抗裂性能的有效途径,在混凝土构件承受外荷载之前对其受拉区预先施加一定的压应力,就成为预应力混凝土结构。预压应力可以部分或全部抵消外荷载产生的拉应力,因而可推迟甚至避免裂缝的出现,保证构件在设计使用年限内不会出现质量问题,待预应力张拉工作结束,进行压浆封锚,以备吊装使用。
预应力混凝土可以在要求大跨径工程中应用,预应力混凝土可以适当减小构件截面积,减少混凝土的用量,降低工程成本。
三、后张法施工概念与工艺流程
后张法是指先浇筑混凝土构件后张拉,浇筑混凝土前预先留有孔道,待混凝土达到设计强度后,往孔道内穿入钢绞线,然后进行张拉锚固,最后往孔道内注入合适比例的水泥浆。
具体步骤如下:首先,绑扎钢筋骨架时在指定的位置安放波纹管,监理验收合格后,浇筑混凝土,当混凝土的强度达到要求之后再将钢绞线从波纹管穿入;然后,将千斤顶支撑在混凝土构件端部对钢绞线进行张拉,与此同时,构件同样也受到其产生的反力的压缩,当钢绞线张拉到张拉控制应力以后用特制的锚具将钢绞线锚固在混凝土构件之上,混凝土获得的预应力能够长久的保持;最后,在预先留好的套管中压入水泥浆,封锚。这样才能保护钢绞线不被锈蚀,并且使钢绞线束与混凝土形成一个高强度的整体。
张拉法基本采用两端张拉,孔道越长两端张拉误差就会越小,预应力损失也减小,有些设计有一端固定的或者有一端无法实施张拉工作的施工时该端就会做固定处理,采用一端张拉。张拉施工的工作顺序:穿束→安装锚具→安装千斤顶及张拉设备→张拉、锚固→拆除千斤顶及张拉设备→压浆→存梁。
后张法的优缺点:后张法能直接在混凝土构件上进行张拉,不需要台座设备,不受地点限制,灵活性大,尤其适用于现场施工,比如现场制作大型构件,现浇结构(大跨度预应力混凝土框架结构、井式梁板结构等)和特殊结构(如电视塔、筒仓结构等)。但凡事都有两方面,它的美中不足及时锚固加工要求高,锚具不能重复使用,耗钢量大,费用较高,施工工序多,工艺较为复杂等。
四、后张法构件预应力钢筋布置的具体要求
后张法构件的预应力钢筋和锚具之间的净距与保护层厚度需要根据浇筑混凝土、施加预应力以及钢筋锚具等要求进行确定,其具体规定如下:预应力混凝土构件的部分预应力钢筋,应该在靠近端锚支座区域横向对称的加以弯起,且尽可能使其沿着梁的端面均匀布置,在梁的端部附近,设置间距较密的纵向钢筋和箍筋,还必须要符合T型梁和箱型梁对纵向钢筋和箍筋的要求。
预应力张拉工序技术质量要求
(1)锚夹具、钢绞线必须有厂家产品合格证,并经规定的试验验收程序方可使用;
(2)保证锚垫板安装精度及张拉固定端混凝土浇筑质量;
(3)锚束管内、锚夹具表面不得有水泥浆、油污、铁屑、泥沙等杂物;
(4)张拉系统安装必须认真做到孔道、锚具、千斤顶三对中,穿入锚环的钢绞线保持顺直对中,无扭结现象;
(5)张拉施工必须细心操作,做好张拉记录;
(6)夹片安装要平齐,必要时用工具轻轻打齐,切忌重敲损伤夹片;
(7)在锚板锥孔表面涂抹少量退锚灵或其它润滑剂,以便夹片跟进、退锚,防止断丝。
五、预应力施工过程中张拉应力的控制
所谓张拉控制应力是指张拉设备所显示的总的张拉力与预应力钢筋截面面积的商值。张拉控制应力的大小对预应力构件优越性的发挥具有直接的影响作用,控制应力太小则钢筋在经历各种应力损失后对混凝土产生的预压应力太小,起不到提高预应力构件抗裂性能和刚度的作用;但是张拉控制应力也不宜设置的过大,如果设置的过大构件产生裂缝时的承载力和破坏时的承载力就会相当接近,这样构件产生破坏时就不会有明显的预兆,这对安全事故的防范是十分不利的,所以在施工过程中应尽量避免。不仅如此,由于张拉时不准确现象的存在且预应力钢筋的实际屈服强度并非各个相同,这样就会使一些钢筋达到其自身的屈服强度并出现塑性变形,这种情况无疑是事与愿违,所以张拉控制应力必须控制在一个合理的范围内。《桥规》(JTG D62-2004)中規定钢丝、钢绞线的张拉控制应力应小于等于预应力钢筋抗拉强度标准值的0.75倍;对于精轧螺纹钢筋张拉控制应力应小于等于预应力钢筋抗拉强度标准值的0.9倍。
六、预应力筋张拉时的控制要点及注意事项
(1)夹片与锚环孔不可黏附泥浆或其它杂物,且不允许锈蚀(若有轻微浮锈,应彻底清除);
(2)对表面有锈的钢绞线,张拉前应彻底除锈,以较少摩擦损失;
(3)锚具安装到位后,应及时张拉,以防止因锈蚀而产生滑丝、断丝;
(4)限位板应根据钢绞线的实际外径选择;
(5)工作锚板夹片与工具锚夹片不能混用(工作锚具不能重复使用);
(6)工具锚夹片对表面和锥孔内表面使用前应涂退锚灵以便退锚灵活;
(7)张拉系统使用前应进行标定;
(8)张拉锚固后应及时压浆,一般应在48小时内完成,如情况特殊不能及时压浆者,应采取保护措施,及钢绞线不被锈蚀,以防滑丝;
(9)灌浆后三天不得切割钢绞线以及碰击锚具;
(10)切割多余钢绞线,一般应用砂轮切割机,如确需用热方法切割时,应采取保护方法使锚具夹片不因受热退火而滑丝;
(11)张拉前应检查张拉系统安全可靠,张拉时应有安全措施,张拉千斤顶后面严禁站人;
(12)后张法施工的张拉构件要达到规定的强度后方可进行张拉。
七、预应力应用的发展探讨
(1)预应力钢筋混凝土是在外荷载作用下,预先建立内应力的混凝土,混凝土的预压应力一般是在结构或者构件受拉区域,通过对预应力筋进行张拉,锚固,放松,借助钢筋的弹性回缩,使受拉区混凝土事先获得预压应力来实施的。
(2)当预应力钢丝改为无粘结预应力钢绞线,与管道混凝土一次浇筑成型,整体性好,预应力筋外保护层比喷浆层均匀、牢固、强度高、抗腐蚀能力强,钢绞线采用机械化后张法施工,对实际张拉值、设计张拉值、锚定值比电热法张拉更直观更易掌控质量。预应力混凝土结构采用高强度且有一定塑性性能的钢材,目前能满足塑性性能要求的钢材极限强度为1800-2000Mpa,钢材的低松弛也是预应力钢筋的重要技术指标。虽然预应力钢材的本身性质无重大进展,但在耐久性、新材料预应力筋和大吨位预应力锚具及张拉设备方面均有所发展,并且对预应力筋的张拉力、张拉顺序、张拉程序、张拉方法应符合工程设计及施工技术方案的要求。
八、总结
预应力在工程中的施工工艺知识博大精深,并非短短篇幅就可以说清道明,预应力混凝土的特点,预应力施工过程中张拉应力的控制,预应力的发展方向探讨等几方面的内容简单阐述预应力在桥梁工程中的施工工艺应用,其中,运用所学的知识及实践过程中所积累的工作经验对工程施工中常见的问题作出处理措施,不管预应力的施工过程遇到多少难题,其最根本的原理都应该是相同的,从异同中发现相同是解决一切难题的通法,固其根本才能在此基础之上延伸和发展更好更优的新技术、新工艺,为建设工程的发展作出巨大贡献。
关键词: 预应力;张拉;锚固
中图分类号:C35文献标识码: A
一、什么是预应力混凝土
预应力混凝土就是给钢筋施加预先的拉应力,使原本受拉区的混凝土在承受荷载前受压,当施加荷载后,受拉区拉压应力相互抵消,以减小或者消除混凝土的破坏开裂,提高混凝土的使用性能。
二、预应力混凝土的特点
预应力混凝土是改善构件抗裂性能的有效途径,在混凝土构件承受外荷载之前对其受拉区预先施加一定的压应力,就成为预应力混凝土结构。预压应力可以部分或全部抵消外荷载产生的拉应力,因而可推迟甚至避免裂缝的出现,保证构件在设计使用年限内不会出现质量问题,待预应力张拉工作结束,进行压浆封锚,以备吊装使用。
预应力混凝土可以在要求大跨径工程中应用,预应力混凝土可以适当减小构件截面积,减少混凝土的用量,降低工程成本。
三、后张法施工概念与工艺流程
后张法是指先浇筑混凝土构件后张拉,浇筑混凝土前预先留有孔道,待混凝土达到设计强度后,往孔道内穿入钢绞线,然后进行张拉锚固,最后往孔道内注入合适比例的水泥浆。
具体步骤如下:首先,绑扎钢筋骨架时在指定的位置安放波纹管,监理验收合格后,浇筑混凝土,当混凝土的强度达到要求之后再将钢绞线从波纹管穿入;然后,将千斤顶支撑在混凝土构件端部对钢绞线进行张拉,与此同时,构件同样也受到其产生的反力的压缩,当钢绞线张拉到张拉控制应力以后用特制的锚具将钢绞线锚固在混凝土构件之上,混凝土获得的预应力能够长久的保持;最后,在预先留好的套管中压入水泥浆,封锚。这样才能保护钢绞线不被锈蚀,并且使钢绞线束与混凝土形成一个高强度的整体。
张拉法基本采用两端张拉,孔道越长两端张拉误差就会越小,预应力损失也减小,有些设计有一端固定的或者有一端无法实施张拉工作的施工时该端就会做固定处理,采用一端张拉。张拉施工的工作顺序:穿束→安装锚具→安装千斤顶及张拉设备→张拉、锚固→拆除千斤顶及张拉设备→压浆→存梁。
后张法的优缺点:后张法能直接在混凝土构件上进行张拉,不需要台座设备,不受地点限制,灵活性大,尤其适用于现场施工,比如现场制作大型构件,现浇结构(大跨度预应力混凝土框架结构、井式梁板结构等)和特殊结构(如电视塔、筒仓结构等)。但凡事都有两方面,它的美中不足及时锚固加工要求高,锚具不能重复使用,耗钢量大,费用较高,施工工序多,工艺较为复杂等。
四、后张法构件预应力钢筋布置的具体要求
后张法构件的预应力钢筋和锚具之间的净距与保护层厚度需要根据浇筑混凝土、施加预应力以及钢筋锚具等要求进行确定,其具体规定如下:预应力混凝土构件的部分预应力钢筋,应该在靠近端锚支座区域横向对称的加以弯起,且尽可能使其沿着梁的端面均匀布置,在梁的端部附近,设置间距较密的纵向钢筋和箍筋,还必须要符合T型梁和箱型梁对纵向钢筋和箍筋的要求。
预应力张拉工序技术质量要求
(1)锚夹具、钢绞线必须有厂家产品合格证,并经规定的试验验收程序方可使用;
(2)保证锚垫板安装精度及张拉固定端混凝土浇筑质量;
(3)锚束管内、锚夹具表面不得有水泥浆、油污、铁屑、泥沙等杂物;
(4)张拉系统安装必须认真做到孔道、锚具、千斤顶三对中,穿入锚环的钢绞线保持顺直对中,无扭结现象;
(5)张拉施工必须细心操作,做好张拉记录;
(6)夹片安装要平齐,必要时用工具轻轻打齐,切忌重敲损伤夹片;
(7)在锚板锥孔表面涂抹少量退锚灵或其它润滑剂,以便夹片跟进、退锚,防止断丝。
五、预应力施工过程中张拉应力的控制
所谓张拉控制应力是指张拉设备所显示的总的张拉力与预应力钢筋截面面积的商值。张拉控制应力的大小对预应力构件优越性的发挥具有直接的影响作用,控制应力太小则钢筋在经历各种应力损失后对混凝土产生的预压应力太小,起不到提高预应力构件抗裂性能和刚度的作用;但是张拉控制应力也不宜设置的过大,如果设置的过大构件产生裂缝时的承载力和破坏时的承载力就会相当接近,这样构件产生破坏时就不会有明显的预兆,这对安全事故的防范是十分不利的,所以在施工过程中应尽量避免。不仅如此,由于张拉时不准确现象的存在且预应力钢筋的实际屈服强度并非各个相同,这样就会使一些钢筋达到其自身的屈服强度并出现塑性变形,这种情况无疑是事与愿违,所以张拉控制应力必须控制在一个合理的范围内。《桥规》(JTG D62-2004)中規定钢丝、钢绞线的张拉控制应力应小于等于预应力钢筋抗拉强度标准值的0.75倍;对于精轧螺纹钢筋张拉控制应力应小于等于预应力钢筋抗拉强度标准值的0.9倍。
六、预应力筋张拉时的控制要点及注意事项
(1)夹片与锚环孔不可黏附泥浆或其它杂物,且不允许锈蚀(若有轻微浮锈,应彻底清除);
(2)对表面有锈的钢绞线,张拉前应彻底除锈,以较少摩擦损失;
(3)锚具安装到位后,应及时张拉,以防止因锈蚀而产生滑丝、断丝;
(4)限位板应根据钢绞线的实际外径选择;
(5)工作锚板夹片与工具锚夹片不能混用(工作锚具不能重复使用);
(6)工具锚夹片对表面和锥孔内表面使用前应涂退锚灵以便退锚灵活;
(7)张拉系统使用前应进行标定;
(8)张拉锚固后应及时压浆,一般应在48小时内完成,如情况特殊不能及时压浆者,应采取保护措施,及钢绞线不被锈蚀,以防滑丝;
(9)灌浆后三天不得切割钢绞线以及碰击锚具;
(10)切割多余钢绞线,一般应用砂轮切割机,如确需用热方法切割时,应采取保护方法使锚具夹片不因受热退火而滑丝;
(11)张拉前应检查张拉系统安全可靠,张拉时应有安全措施,张拉千斤顶后面严禁站人;
(12)后张法施工的张拉构件要达到规定的强度后方可进行张拉。
七、预应力应用的发展探讨
(1)预应力钢筋混凝土是在外荷载作用下,预先建立内应力的混凝土,混凝土的预压应力一般是在结构或者构件受拉区域,通过对预应力筋进行张拉,锚固,放松,借助钢筋的弹性回缩,使受拉区混凝土事先获得预压应力来实施的。
(2)当预应力钢丝改为无粘结预应力钢绞线,与管道混凝土一次浇筑成型,整体性好,预应力筋外保护层比喷浆层均匀、牢固、强度高、抗腐蚀能力强,钢绞线采用机械化后张法施工,对实际张拉值、设计张拉值、锚定值比电热法张拉更直观更易掌控质量。预应力混凝土结构采用高强度且有一定塑性性能的钢材,目前能满足塑性性能要求的钢材极限强度为1800-2000Mpa,钢材的低松弛也是预应力钢筋的重要技术指标。虽然预应力钢材的本身性质无重大进展,但在耐久性、新材料预应力筋和大吨位预应力锚具及张拉设备方面均有所发展,并且对预应力筋的张拉力、张拉顺序、张拉程序、张拉方法应符合工程设计及施工技术方案的要求。
八、总结
预应力在工程中的施工工艺知识博大精深,并非短短篇幅就可以说清道明,预应力混凝土的特点,预应力施工过程中张拉应力的控制,预应力的发展方向探讨等几方面的内容简单阐述预应力在桥梁工程中的施工工艺应用,其中,运用所学的知识及实践过程中所积累的工作经验对工程施工中常见的问题作出处理措施,不管预应力的施工过程遇到多少难题,其最根本的原理都应该是相同的,从异同中发现相同是解决一切难题的通法,固其根本才能在此基础之上延伸和发展更好更优的新技术、新工艺,为建设工程的发展作出巨大贡献。