王杰

后張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)在屋框梁施工中的應(yīng)用

王杰

（中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安 271000）

在預(yù)應(yīng)力屋框梁的施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉施工對(duì)屋框梁質(zhì)量起著決定性作用。預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉，一般采用張拉力和伸長(zhǎng)值雙控，要求實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值誤差不得超過(guò)±6％，而在實(shí)際施工中，不經(jīng)復(fù)核直接取用設(shè)計(jì)給出的理論伸長(zhǎng)值，將造成實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值誤差超出±6％的要求。結(jié)合曹妃甸西站機(jī)務(wù)整備棚工程實(shí)例，總結(jié)了現(xiàn)澆梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算方法。

預(yù)應(yīng)力；張拉；伸長(zhǎng)值；鋼絞線

1 工程概況

曹西機(jī)務(wù)整備棚位于河北省唐山市曹妃甸工業(yè)區(qū)曹妃甸西站，共1層，長(zhǎng)92 m，寬26 m，總高度9.95 m，主要用于列車(chē)檢修?？拐鹪O(shè)防烈度7度0.15g，耐火等級(jí)2級(jí)，設(shè)計(jì)使用50年。主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架形式，屋框梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，長(zhǎng)27.2 m，梁端高度2.0 m，梁端中部高度1.8 m，寬0.5 m，需進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工，預(yù)應(yīng)力筋采用極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 860 MPa的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，直徑=15.2 mm，張拉錨下控制應(yīng)力1 395 MPa，超張拉 3%，屋框梁橫截面如圖1所示，屋框梁立面如圖2所示。

圖1 屋框梁橫截面示意圖

圖2 屋框梁立面示意圖

2 理論伸長(zhǎng)值計(jì)算

屋框梁錨下控制應(yīng)力為1 395 MPa，實(shí)際數(shù)值應(yīng)考慮鋼絞線在錨圈口處的摩阻損失，計(jì)算鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)值時(shí)需減去千斤頂段鋼絞線伸長(zhǎng)值后再與理論伸長(zhǎng)值比較，由于鋼絞線進(jìn)行張拉時(shí)同時(shí)受到預(yù)應(yīng)力管道彎曲和管道偏差引起的摩擦力影響，導(dǎo)致錨下控制應(yīng)力出現(xiàn)損失，即向跨中方向逐漸減小，因此鋼絞線每部位的伸長(zhǎng)值也不同。因此需要根據(jù)鋼絞線的彎曲情況進(jìn)行分段，分別計(jì)算每段的伸長(zhǎng)值后，進(jìn)行累計(jì)得出整束鋼絞線的理論伸長(zhǎng)值。每段鋼絞線伸長(zhǎng)值按式（1）計(jì)算：

△=P/PP（1）

式（1）中：為預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度，m；P為預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力，N；P為預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積，mm2；P為預(yù)應(yīng)力鋼筋彈性模量，MPa。

同時(shí)，由于應(yīng)力損失每段鋼絞線兩端應(yīng)力也不相同，需計(jì)算該段平均張拉力P，平均張拉力按式（2）計(jì)算：

P=（1－﹣（kL+μθ））/（+） （2）

式（2）中：為預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力，N；為自然對(duì)數(shù)；為孔道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)，m；為從張拉端到計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度，m；為預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁的摩擦系數(shù)；為從張拉端到計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，rad。

第一段起點(diǎn)張拉力即為錨下控制應(yīng)力，每分段終點(diǎn)張拉力即為下一段起點(diǎn)張拉力，每段鋼絞線終點(diǎn)張拉力按式（3）計(jì)算：

F=S﹣（KL+μθ）（3）

式（3）中：F為分段終點(diǎn)張拉力，N；S為分段起點(diǎn)張拉力，N。

屋框梁張拉端構(gòu)造做法參照《06SG429》第56頁(yè)圖2.4-8，如圖3所示。

根據(jù)鋼絞線各參數(shù)，計(jì)算各分段長(zhǎng)度伸長(zhǎng)值。由于鋼絞線采用中點(diǎn)對(duì)稱(chēng)設(shè)置，只需計(jì)算半幅累計(jì)伸長(zhǎng)值再乘2，即可得到整束鋼絞線理論伸長(zhǎng)值。因此，選定半幅鋼絞線分為Δ01、Δ02、Δ03共3段分別計(jì)算伸長(zhǎng)值，另外半幅伸長(zhǎng)值與此相等。鋼束理論伸長(zhǎng)值計(jì)算如表1所示，半幅伸長(zhǎng)值為 99.2 mm，則鋼絞線總理論伸長(zhǎng)值為198.4 mm。鋼束理論伸長(zhǎng)值計(jì)算如表1所示。

圖3 預(yù)應(yīng)力梁柱邊張拉端

3 工藝流程

預(yù)應(yīng)力張拉施工工藝流程圖如圖4所示。

4 施工方法

4.1 預(yù)應(yīng)力管道下料、安裝

在對(duì)波紋管進(jìn)行各項(xiàng)檢查后，對(duì)相應(yīng)梁長(zhǎng)度進(jìn)行波紋管的接長(zhǎng)與下料，如果進(jìn)行下料應(yīng)采用砂輪切割機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)文件中孔道中軸線至側(cè)模及底模的距離，用記號(hào)筆在模板及鋼筋上標(biāo)出波紋管縱橫向位置，此步驟嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙給出的波紋管坐標(biāo)執(zhí)行，后焊接定位鋼筋，定位鋼筋每間隔50 cm一道焊接成網(wǎng)，穿波紋管進(jìn)行波紋管的定位。孔道位置允許偏差4 mm。

4.2 墊板安裝

墊板安裝前，檢查其結(jié)構(gòu)尺寸是否滿足設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)禁灌漿管伸入喇叭管內(nèi)。在模板上準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)墊板的安裝位置，然后在其中央位置進(jìn)行鉆孔，孔徑略大于波紋管孔徑為宜，墊板與孔道的中心位置嚴(yán)格對(duì)正，并與孔道端部垂直。

4.3 鋼絞線下料、穿束

預(yù)應(yīng)力筋下料采用切割機(jī)，下鋼絞線下料長(zhǎng)度=孔道長(zhǎng)+錨具厚度+千斤頂長(zhǎng)度+工具錨厚度+10～30 cm。穿束采用人工進(jìn)行。由于梁長(zhǎng)26 m，如果澆筑完成后穿束，澆筑時(shí)需要在波紋管內(nèi)穿襯管，所需長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，所以不予采用，鋼絞線務(wù)必澆筑前穿束完成。為防止水泥漿或混凝土由波紋管砂眼進(jìn)入管道造成堵塞，在澆筑混凝土的同時(shí)不間斷地抽拉鋼絞線，確保每一束孔道都能正常張拉。

表1 鋼束理論伸長(zhǎng)值計(jì)算表

分段σi/MPaAp/mm2長(zhǎng)度L/m切線角度θ/rad偏差系數(shù)K摩阻系數(shù)μKL+μθe﹣（KL+μθ）σi+1/MPaP均/N伸長(zhǎng)量ΔL/m ΔL011 3951 119.390.5500.001 50.20.000 80.9991 3951 561 551.840.004 06 ΔL121 3951 119.394.090.130.001 50.20.032 40.9681 350.451 536 483.030.029 30 ΔL231 350.451 119.399.540.130.001 50.20.040 60.9601 296.661 481 378.780.065 92 1/2梁跨（ΔL01+ΔL12+ΔL23）0.099 29

圖4 預(yù)應(yīng)力張拉施工工藝流程圖

4.4 千斤頂安裝

先安裝工作錨具和夾片，工作錨具安裝時(shí)孔方向必和墊板垂直，鋼絞線穿過(guò)錨具后務(wù)必符合設(shè)計(jì)角度。安裝千斤頂，千斤頂垂直于混凝土面，千斤頂外安裝工具錨和夾片，夾片務(wù)必安裝牢固。安放錨具時(shí)，為了保證每一束鋼絞線都能穿在錨具對(duì)應(yīng)的相同孔道，可以在安裝前將兩個(gè)錨具對(duì)放在一起，對(duì)相同孔道進(jìn)行編號(hào)，安裝時(shí)，可以抽動(dòng)單束鋼絞線，兩端的工作人員用對(duì)講機(jī)進(jìn)行聯(lián)系，將該束鋼絞線穿入相同編號(hào)的孔道。嚴(yán)禁同一束鋼絞線在兩端錨具中對(duì)應(yīng)不同的孔道，以免在張拉時(shí)發(fā)生扭絞、斷裂。安裝夾片時(shí)注意將夾片和錨具清理干凈，不能有泥沙等雜物，以免影響錨具的錨固性能。夾片注意要安裝對(duì)稱(chēng)，外端平齊。鋼絞線外伸部分要保持干凈，穿入工作錨時(shí)要保證鋼束順直，工作錨必須準(zhǔn)確放在錨墊板的定位槽內(nèi)，并與孔道對(duì)中。

安裝千斤頂時(shí)，油管保持順暢不得扭結(jié)成團(tuán)，千斤頂就位后，安裝工具錨，鋼束穿入工具錨環(huán)后，位置要與工作錨的位置一一對(duì)應(yīng)，不得交叉紐結(jié)，千斤頂不要完全回縮，應(yīng)預(yù)留1～2 cm以便拆卸工具夾片，為使工具錨能順利退下，在工具錨的夾片光滑面粘貼塑料膠布，工具夾片重復(fù)使用次數(shù)一般不宜超過(guò)10次。施工時(shí)注意時(shí)刻關(guān)注支架的穩(wěn)定性，尤其是在安裝千斤頂就位時(shí)，防止支架失效，千斤頂墜落，發(fā)生事故。

校驗(yàn)千斤頂：校驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力計(jì)校驗(yàn)法，千斤頂、油壓表及油泵配套校驗(yàn)。將電動(dòng)油泵的油路、電源接通，給千斤頂供油，活塞上移，頂壓標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力計(jì)。當(dāng)測(cè)力計(jì)達(dá)到一定噸位時(shí)，立即從千斤頂?shù)挠蛪罕砩献x數(shù)。各級(jí)噸位的壓力讀數(shù)復(fù)校三次，然后計(jì)算油壓表在各級(jí)噸位時(shí)相應(yīng)讀數(shù)的平均值，作為壓力表讀數(shù)，再根據(jù)一元線性回歸，計(jì)算出與設(shè)計(jì)張拉力相應(yīng)的油壓表讀數(shù)。

在施工中發(fā)生下列任何情況時(shí)，都進(jìn)行重新校驗(yàn)，確保張拉力準(zhǔn)確：校驗(yàn)期限超過(guò)2個(gè)月；千斤頂漏油或千斤頂檢修后；張拉過(guò)程中，鋼絞線經(jīng)常出現(xiàn)斷絲及鋼絞線實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與理論計(jì)算值相差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值時(shí)；油壓表指針不回零或調(diào)換千斤頂油壓表。

4.5 張拉

預(yù)應(yīng)力的張拉采用雙控，以張拉力為主，鋼束伸長(zhǎng)值作校核。

第一次張拉，先張拉設(shè)計(jì)值20%（223.2 MPa），測(cè)量伸長(zhǎng)量1，張拉至40%（446.4 MPa）測(cè)量伸長(zhǎng)量2，最后張拉至設(shè)計(jì)100%（1 116 MPa），測(cè)量伸長(zhǎng)量3，計(jì)算實(shí)際伸長(zhǎng)量1=3+2－21。

封頂后第二次張拉，先張拉至1 116 MPa，測(cè)量伸長(zhǎng)量4，張拉至設(shè)計(jì)值1 395 MPa，測(cè)量伸長(zhǎng)值5，超張拉3%，實(shí)際伸長(zhǎng)量2=5－4。

總的實(shí)際伸長(zhǎng)量=1+2。

張拉達(dá)到控制應(yīng)力后，持荷2 min后錨固，并及時(shí)填寫(xiě)好張拉記錄。張拉記錄應(yīng)真實(shí)有效，由現(xiàn)場(chǎng)操作人員測(cè)量，每完成張拉一束鋼束就馬上將該束的伸長(zhǎng)值測(cè)量完畢，嚴(yán)禁在全部張拉施工完成后補(bǔ)測(cè)張拉伸長(zhǎng)值，按規(guī)定進(jìn)行錨固后，緩慢回油退頂卸載，整機(jī)復(fù)位進(jìn)行下一束張拉。

4.6 對(duì)張拉起拱度的觀測(cè)

隨著預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉的實(shí)施，梁體起拱也將隨之產(chǎn)生。為了更好地觀測(cè)張拉效果，本工程在預(yù)應(yīng)力鋼束張拉前后進(jìn)行梁體起拱度觀測(cè)，本觀測(cè)結(jié)果不作為竣工交工資料，僅僅作為檢驗(yàn)預(yù)應(yīng)力張拉效果的參考性資料。

4.7 壓漿

孔道壓漿是指采用水泥漿填滿孔道，使得預(yù)應(yīng)力鋼絞線與混凝土牢固地粘結(jié)為整體，可有效避免預(yù)應(yīng)力鋼絞線發(fā)生銹蝕。預(yù)應(yīng)力張拉完畢后立即進(jìn)行孔道壓漿，壓漿前用水清洗管道，借以除塵和濕潤(rùn)孔壁，除掉孔內(nèi)的雜質(zhì)，以便灰漿流動(dòng)及孔壁有良好的粘著性。

壓漿用砂漿強(qiáng)度等級(jí)同梁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)，水灰比不大于0.4，并在水泥中摻入0.3%膨脹劑。控制水泥漿泌水率不超過(guò)3%，膨脹率小于8%，稠度在14～18 s之間，使水泥漿具有較好的流動(dòng)性。

水泥漿從配制到壓入管內(nèi)，整個(gè)過(guò)程控制在40 min內(nèi)，水泥漿要經(jīng)過(guò)Φ1.2 mm的篩孔后再進(jìn)入料斗，防止大顆粒進(jìn)入壓漿泵造成堵管。壓漿采用活塞式壓漿泵，使其壓力控制在0.5～0.7 MPa，孔道壓漿至最大壓力后，穩(wěn)壓3 min。從一端向另一端壓漿，壓漿達(dá)到孔道另一端飽滿和出漿，排氣孔排出與規(guī)定稠度相同的水泥漿為止，關(guān)閉梁側(cè)終端閥門(mén)，關(guān)閉進(jìn)漿口閥門(mén)，至此，壓漿工作完成。張拉壓漿后進(jìn)行3～5 d養(yǎng)護(hù)。

4.8 封錨

壓漿后將埋設(shè)在結(jié)構(gòu)內(nèi)錨具周?chē)鷽_洗干凈，端部混凝土表面應(yīng)鑿毛，并在錨具外涂刷環(huán)氧樹(shù)脂，然后綁扎鋼筋網(wǎng)和澆筑封錨混凝土。封錨混凝土采用C45微膨脹混凝土，澆筑封錨混凝土?xí)r需嚴(yán)格控制梁體長(zhǎng)度，預(yù)應(yīng)力筋的保護(hù)層不得小于50 mm。孔道壓漿后養(yǎng)生5 d，將工作錨處鋼絞線切除，切割嚴(yán)禁使用電焊、氣焊等設(shè)備。在切割過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)在鋼絞線上灑水，防止鋼絞線受熱而產(chǎn)生滑絲收縮現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力施工作為大跨度屋框梁施工中的關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)系到整個(gè)工程的質(zhì)量，因此，要嚴(yán)格按照張拉程序施工，本文關(guān)于后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算，可為類(lèi)似工程提供有益參考。

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U445.57

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.027

2095－6835（2021）01－0076－03

王杰（1979—），男，山東泰安人，本科，工程師，項(xiàng)目總工，研究方向?yàn)闃蚝?、路基、房屋建筑?/p>

〔編輯：張思楠〕