大跨度预应力梁（精选12篇）
大跨度预应力梁 篇1
0 前言
与同等跨度和载荷的静定预应力混凝土结构相比, 超静定预应力混凝土结构具有以下优点:跨中设计弯矩小, 结构内力在跨中与支座处的分布较为均匀, 刚度增大, 挠度减小, 在超载情况下可进行内力重分配, 提高承载力。本文的预应力梁为连续两跨超静定结构, 预应力钢筋采用波浪形, 这样同一根预应力钢筋既可用作正弯矩筋又可用作负弯矩筋, 不但受力合理, 且只需要较少的锚具, 张拉的施工费用也大大减少。具有较好的整体性和抗震性能[1]。以上的优点在实验和有限元分析中得到验证。
1 工程概况
延安火车站位于延安市南郊, 其站房设计为混凝土框架结构, 该工程地下1层, 地上主体结构是二层框架, 局部为三层, 建筑总高度为25.7m, 平面布置如图1所示。我们对站房预应力工程中C区二层的CYKL209、CYKL211预应力混凝土梁进行检测, 如图2所示。梁的混凝土设计强度等级为C40;预应力筋采用低松弛钢绞线, 直径为15.2mm, 标准强度fptk=1860MPa, 弹性模量Ep=1.95×105MPa;每根预应力筋由12束钢绞线组成, 张拉端锚具采用OVM系列锚具, 如图3所示, 固定端采用OVM系列埋入式挤压锚;预留孔道采用圆形镀锌金属波纹管;预应力筋的张拉控制应力为σcon=0.70fptk=1302MPa。
本文对其中的一根梁CYKL211进行实验研究和有限元分析, 由此得到的结论应用于梁CYKL209。预应力梁CYKL211由两跨构成, 大跨为28.8m, 小跨为7.2m, 截面尺寸为1.2m×1.6m, 如图4所示;预应力筋采用曲线布置, 如图5所示。
2 实验研究
2.1 实验内容
(1) 预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数μ, 孔道局部偏差的摩擦系数k
(2) 锚具变形和钢筋内缩值
(3) 柱顶水平变位和梁的反拱值
把位移计, 如图6所示, 安放在柱顶相应位置处, 测读张拉后的柱顶水平变位。梁的反拱值测试采用仪器为挠度传感器, 如图7所示, 在梁跨中、两端放置三个传感器, 量测相应工况下梁的反拱值。
(4) 梁跨中及支座截面在施工过程中的应变分布
使用仪器为7V08应变仪, 如图8所示、位移传感器、应变片。在梁跨中安放位移传感器, 如图9所示, 梁两端粘贴应变片, 如图10所示, 记录每种施工工况下的应变。
(5) 混凝土梁局部承压下的裂缝观察
采用目测、裂缝镜、照相设备进行观测。
2.2 CYKL211梁检测仪器的布置[2]
2.2.1 预应力筋的张拉顺序
预应力筋的张拉顺序为逐根张拉, 先依次张拉中间两根预应力筋, 然后张拉两边的预应力筋, 如图11所示。
2.2.2 位移计及挠度计安装位置
用于检测柱顶水平变位的位移计安装于CYKL211梁最西端梁轴线延伸到柱外侧位置, 如图12所示;用于检测梁反拱值的挠度计安装于CYKL211梁大跨的梁跨中及梁端, 梁端挠度计距柱内侧水平距离20cm, 如图13所示。
2.2.3 测试截面及梁跨中位置测应变所用传感器安装位置及编号
测试截面如图14所示, 梁跨中位置测应变所用传感器安装位置及编号如图15所示。
2.2.4 梁端应变片粘贴位置及编号
梁端应变片粘贴位置及编号如图16所示。
2.3 CYKL211梁检测结果及计算分析
2.3.1 预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数 (及孔道局部偏差的摩擦系数k
通过量测预应力束在0.0σcon、0.1σcon、1.0σcon、1.03σcon状态下的长度L及相应的伸长值ΔL, 确定预应力损失。孔道局部偏差的摩擦系数k=0.0015, 取值于《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002) (以下简称“规范”) , 通过计算得到的 (值, 如表1所示, 其值小于规范中给出的值0.25, 由于我国规范预应力筋张拉锚固后实际预应力值与工程设计规定检验值的允许偏差为±5%, 所以规范给出值是合理的。
2.3.2 锚具变形和钢筋内缩值
通过量测预应力束在1.03σcon和锚固状态下相应的伸长值ΔL, 计算得到锚具变形和钢筋内缩值, 如表2所示。
2.3.3 柱顶水平变位和梁的反拱值
(1) CYKL211梁张拉锚固后, 梁西端中心线与柱中心线相交处向东水平位移为0.041mm, 远小于层间弹性位移限值 (16mm) 。
(2) 张拉每一根钢筋时, 我们分别测出梁跨中和两端100%σcon、103%σcon、锚固放张后三种情况下的挠度 (为与ANSYS计算结果相对应, 设向下的挠度为负) , 其变化曲线如图17~19所示。由图可知:三种情况下随张拉顺序变化较小, 张拉完毕后各个挠度计的数值基本相等, 所以我们以锚固放张后各截面的挠度为例, 作出挠度随张拉顺序变化曲线, 如图20所示, 由图可知:跨中挠度较大, 且增长较快;两端挠度较小, 且增长较慢。
2.3.4 施加预应力过程中梁跨中及支座截面应变
跨中截面应变曲线如图21所示 (受压为负, 受拉为正, 下同) ;其中8#传感器出现问题无读数。支座
截面应变曲线如图22所示。沿负方向, 四条曲线分别代表张拉完第一、二、三、四根预应力筋各个截面应力变化曲线。由图我们得出:跨中和支座截面的应变均为负值, 混凝土处于受压状态, 梁跨中截面的顶部应变小于底部应变, 梁支座截面的顶部应变大于底部应变。
2.3.5 局部承压下的裂缝观察
经目测、裂缝镜、照相等手段观察, 均未发现局部承压下的裂缝。
2.3.6 梁混凝土回弹检测结果
CYKL211梁现场回弹实测, 混凝土强度为54.8MPa。
3 有限元分析
通过现场实验, 得到大跨梁两端部和跨中的挠度以及应力。为了验证实验结果的正确性, 用ANSYS软件对结构进行非线性有限元分析, 并对照实验测量的结果, 分析结构的安全性同时阐述ANSYS在模拟预应力混凝土梁中的应用。
3.1 模型的建立及单元类型的选取
混凝土采用SOLID65单元, 预应力钢筋用LINK8单元模拟;非预应力筋因为分布较为均匀, 可以通过设定混凝土材料的配筋率来模拟钢筋, 假定钢筋均匀分布在混凝土梁截面上, 本混凝土梁的非预应力纵筋的配筋率为0.005;混凝土柱不考虑预应力筋。
3.2 材料的本构模型和破坏准则
3.2.1 混凝土
混凝土材料的非线性模型采用多线性各向同性强化模型 (MISO) , 在混凝土应力不是很高且单调加载的情况下可以取得较好的结果[1]。混凝土的单轴受压应力-应变曲线, 采用清华大学过镇海[3~4]和设计规范[2]所采用的分段式曲线方程[公式 (1) ]。
式中, fc为混凝土棱柱体单轴抗压强度, N/mm2;εc为与fc对应的峰值压应变, 可按下式计算:
SOLID65单元的破坏面为改进的Willam—Warnke5参数破坏曲面;当围压较小时, 失效面可以仅通过两个参数即单轴抗拉强度和单轴抗压强度来确定, 其它3个参数采用模型默认值[5]。由于该混凝土梁的挠度很小, 经目测、裂缝镜、照相等手段观察, 均未发现有裂缝产生, 所以, 在SOLID65单元中不设置裂缝的剪切传递系数。
3.2.2 钢筋
非预应力钢筋采用理想弹塑性的应力-应变关系, 理想曲线的方程如公式 (2) 所示:
对于预应力钢绞线, 其拉伸曲线没有明显的屈服台阶, 但是本工程中预应力钢筋应力值较低, 不会达到比例极限, 我们也采用理想弹塑性模型, 即公式 (2) 的本构关系, 对计算结果没有影响。
3.3 预应力钢筋
3.3.1 预应力钢筋的处理
采用节点耦合法模拟预应力筋, 对于直线段预应力筋, 由于在张拉阶段时Z向可以自由滑动, 故将预应力钢筋与板体的X、Y方向约束耦合, Z方向自由。对于抛物线段预应力筋, 则需要旋转相应节点坐标系, 使得预应力筋与板体X、Y方向约束耦合, 沿预应力筋抛物线切线方向自由。另外还需要耦合梁端部与柱体在竖向的位移。
3.3.2 预应力施加
预应力钢筋的预应力荷载通过等效温度的方式施加。等效计算公式为, 式中, T为施加的温度F为实际施加的力;E为钢筋弹性模量;A为钢筋面积;δ为钢筋的线胀系数。利用上式可将预应力扣除损失之后等效成各种温度施加到预应力钢筋上, 其中预应力的摩阻与锚具损失通过试验测得。
预应力的损失包括短期损失与长期损失。短期损失主要包括锚具损失及摩擦损失;长期损失包括混凝土压缩与徐变、钢筋松弛等。在张拉阶段主要考虑短期损失。
3.4 ANSYS计算结果与实验测量结果的对比
预应力框架的有限单元划分如图23所示, 采用曲线布置预应力筋。ANSYS分析得到的跨中及两端截面挠度计算值与测量值 (指锚固放张后的值, 下同) , 如表3所示, 可以看出, 两者挠度的相对误差较小, 与计算值相比, 测量值偏小, 但误差在许可范围内, ANSYS能很好的模拟预应力梁的施工过程;梁跨中及支座截面中部应变的计算值与测量值对比见表4, 可以看出, 梁跨中的应变值较小, 远远没有达到峰值压应变。且混凝土基本处于受压状态, 梁顶和梁底均未出现拉应力, 可以判断本梁为全预应力混凝土结构, 处于弹性工作状态, 安全储备较大。由ANSYS分析结果可以知道, 在全部预应力钢筋张拉完毕后, 混凝土的应力应变值仍然较低, 没有出现因为混凝土的拉断或压碎破坏而产生的裂缝, 与实验结果相吻合。
4 结论
(1) 通过实验和有限元分析可知, 无论是混凝土的应变、梁的挠度, 还是预应力筋的应力, 都随着荷载步的增加而近似于线性增加, 且梁的应力应变值均较小, 梁基本处于弹性工作状态。
(2) 对梁跨中及支座处的挠度和应变的计算值与测量值进行的对比分析表明, 两端截面的挠度计算值大于测量值, 说明实验值可能偏小;而应变的计算值与侧量值能很好的吻合。张拉完毕后, 局部承压下梁的压应力值最大值为48.1MPa, 仍小于混凝土强度实测值54.8MPa, 没有达到混凝土的抗压强度极限, 所以无裂缝产生, 和实际观测和检验的情况相符合。
(3) 通过对梁跨中及支座处的挠度和应变的计算值与测量值的对比, 可以看出, 用ANSYS较好的模拟了预应力梁的张拉施工过程, ANSYS有限元计算弥补了实验的不足, 整个结构随预应力筋的张拉, 应力和应变的变化情况, 为复杂结构的分析计算提供有效的方法和途径。
摘要：通过现场测试, 得到了预应力混凝土梁和柱的位移及应变。在此基础上, 利用大型有限元软件ANSYS对某榀框架进行了有限元分析。通过比较可知, ANSYS计算值与试验值吻合较好, 为预应力混凝土结构的分析提供了较好的途径和方法。
关键词：预应力混凝土,有限元分析,实验研究,ANSYS
参考文献
[1]宋玉普.新型预应力混凝土结构[M].北京:机械工业出版社, 2005.
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[5]郝文化.ANSYS土木工程应用实例[M].北京:中国水利水电出版社, 2005.
大跨度预应力梁 篇2
甘肃第七建设集团股份有限公司
王茂全
1.前言
随着建筑造型越来越趋于现代化，为满足特殊功能要求，超高、大空间、大跨度结构形式的应用越来越多。对于“三超”钢筋混凝土结构的施工方法、施工技术提出了更高的要求。
最近几年，针对这种结构形式，超高、大空间、大跨度、超线荷载模板支撑架体施工技术，在七建集团公司内部已经趋于成熟。“超高、大空间、大跨度、超线荷载模板支撑体系”采用轴向传力较好的碗扣脚手架，同时加设竖向和水平剪刀撑、连墙件等稳固措施，有效的提高了支撑架体的整体稳定性，增大了承载能力和横向刚度，为“三超”模板体系的安装提供了安全可靠的施工操作平台和结构成型支撑体系。在“兰州市九州台老虎梁”、“甘肃省高级人民法院审判综合楼”超高空间、大跨度、超线荷载模板施工中取得了较好的应用效果。同时为装饰工程施工提供了便利。
2.工法特点
2.1 超高大空间、大跨度、超线荷载模板支撑施工，较传统架体大大缩短搭设周期。
2.2 碗扣脚手架支撑体系杆件连接、传力为轴心传力，架体承载平台具有刚度大、承载能力强的特点，针对结构施工提供稳定支撑。
3.适用范围
本工法适用于超高大空间、大跨度的结构构件的施工。
4.工艺原理
4.1 在超高大空结构下按照计算书要求搭设碗扣式钢管支撑脚手架，在支撑脚手架顶端安装大梁和楼板模板，形成安全、可靠的操作承载平台。架体中部按照高度要求搭设隔离层。
4.2 架体与周边框架柱、剪力墙可靠连接，框架柱采用抱箍形式，剪力墙采用穿墙螺栓连接形式。4.3 支撑架体自下而上连续搭设竖向剪刀撑，以增加架体刚度，提高稳定性；同时在与竖向剪刀撑对应跨内搭设水平剪刀撑，水平剪刀撑按3.5m左右高度间隔布置，以增强架体水平抗剪稳定性，形成稳定的承载平台，利用支撑架体进行模板安装。
4.4 模板空隙部分用脚手板封闭,以确保作业人员的安全。
4.5 受力传递顺序：
超高大空间结构自重和施工荷载→模板→承载平台及支撑架体→底部架体支座或垫板→地面或建筑主体结构。
4.6 受力分析及计算顺序
建筑结构计算单元的确定→结构构件自重和施工荷载计算→支撑架体计算→连接件计算→底座主体结构局部强度验算或地基承载力验算。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1 工艺流程
施工方案确定→检查下部支撑架体→搭设上部支撑架并搭设剪刀撑→脚手架检查验收→引测大梁定位轴线→安装顶托座、大横杆、小横杆→安装大梁底模→底模起拱→安装绑扎大梁钢筋→大梁钢筋隐蔽验收→安装大梁侧模并进行加固→安装大梁之间剪刀撑及水平支撑→安装楼面板模板→楼面板钢筋绑扎→模板、支撑架体、钢筋总体验收→浇筑大梁、楼面板混凝土浇筑→混凝土养护→混凝土达到设计强度的100%后拆模。
5.2 施工操作要点 5.2.1 施工准备及方案确定
高大结构施工前应按照结构的特征、特点综合考虑各种施工方法、注意要点，同时综合考虑环境条件对施工方法的制约和影响。
对比施工方法之间的利与弊，认真对各种方法所必须消耗的资源进行计算对比，以尽可能优化的资源、可靠地使用效果，安全的使用措施来确定最优化的施工方案。
分析支座部位地基或建筑主体结构情况，以确保建筑主体结构的安全，确保建筑结构的使用功能，如下层结构或地基不能满足上部荷载承载要求时，应进行处理和加固加强。
5.2.2 大梁模板安装加固
模板面板全部采用12mm厚胶合板，大梁内背楞采用35×70方木，大梁外侧背楞采用Φ48×3.2双钢管；用“3”形扣件和Φ16对拉穿墙螺杆加固固定。内背楞水平布置，外背楞竖向布置，外背楞外侧加设3～5道水平钢管围檁，用扣件与外背楞连接，梁底口水平围檁与背楞用扣件连接加紧，梁上口水平围檁用扣件与大梁外背楞连接固定，梁腰部围檁可间隔与外背楞用扣件连接固定；梁与梁之间采用剪刀撑矫正大梁上口位置和平直度，剪刀撑间距按3.5m的空间均匀加设三组。大梁模板安装加固如下图所示。
5.2.3 高大梁板脚手架支撑体系
高大梁板支撑系统采用碗扣脚手架，支撑脚手架搭设应严格按照支撑架体布置图进行施工，大梁支撑脚手架和楼面板支撑脚手架搭设统筹考虑，以结构梁为基准进行脚手架布置；脚手架立杆接长采用对接形式，以碗扣脚手架承插对接，立杆顶端采用可调节托座。
支撑架体立杆底部采用钢质底托，底托底部加垫50mm厚木板，木垫板的有效面积应保证在0.4m
22及以上，为了确保垫板的整体性，垫板应通长设置。架体地基土层承载力达到fak=170kN/m的要求。
由于该部位支撑脚手架搭设高度较高，支撑架体上部荷载较大，为确保碗扣脚手架支撑体系的整体稳定性，依据《建筑工程模板安全技术规范》JGJ162-2008的相关规定，支撑脚手架应在规范要求范围内隔跨设置剪刀撑，竖向剪刀撑设置在大梁立杆的外侧，用扣件与立杆固定牢靠，竖向剪刀撑自架体底部至架体顶部“Z”字形满布；水平剪刀撑设置在主框梁跨内，与竖向剪刀撑对应布置，水平剪刀撑自下而上每隔二步设置一道，水平剪刀撑沿主框梁跨内对角线布置；剪刀撑的具体布设位置详见下图。
支撑架体周边沿支撑架体外侧立杆设置连续竖向剪刀撑，形成外围的稳定的架体骨架。为了确保支撑架体的整体稳定性，除增设剪刀撑之外，在框架柱、剪力墙等能够可靠连接的部位增设连墙件；与框架柱的连接采用抱箍形式，用双扣件固定牢靠。剪力墙部位利用原有穿墙螺杆孔，重新加设Φ16穿墙螺杆，配合“3”形扣件紧固Φ48×3.2钢管，再用钢管扣件与支撑脚手架连接，该部分连墙件沿高度方向与水平剪刀撑同层设置。
能够与下层周边梁板连接部位，可预埋连接件，作为横向连接支点。
5.2.4 混凝土浇筑要求
为确保模板支架在施工过程中均衡受力，混凝土浇筑采用由中部向两侧扩展的浇筑方式。严格控制实际施工荷载不超过设计计算荷载，施工荷载按照2.0kN/m考虑，混凝土浇筑荷载4.0kN/m考虑。
为减少混凝土泵管的冲击荷载，混凝土泵管支架另行搭设，以确保模板支撑的稳定性。
浇筑过程中，安排专人检查支承架体的稳定情况，如发现下沉、松动等情况应及时进行处理加固，确保安全后再进行正常浇筑。
226.材料与设备
6.1 材料
6.1.1 钢管：碗扣脚手架采用φ48×3.5的钢管制作的成品杆件，立杆型号为LG-3000、LG-2400、LG-1800、LG-600，横杆型号为HG-900、HG-600。其质量标准应符合现行国家标准《直缝电焊钢管》GB/T 13793和《低流体输送用焊接钢管》GB/T 3091中的Q235A级普通钢管的要求，同时应符合《碳素结构钢》（GB/T700）中Ｑ235－A级钢的规定，不得使用打孔、锈蚀、变形的碗扣。
6.1.2 碗扣、可调底座材质应符合《可铸造铁件》GB 9440中KTH330-08及《一般工程用铸造碳钢
件》GB11352中ZG270-500、ZG230-450的规定。
6.1.3 扣件：采用锻铸铁制作的扣件，其材质符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》（GB15831）的规定，扣件的螺栓拧紧扭矩达65N·m时应完好无损。
6.2 机具设备：
主要施工机械：电焊机1台、钢管切割机1台、木工机械1套。塔吊回转半径要求能够覆盖工作面。
7.质量控制
本工法执行相应的国家规范标准、行业标准和地方标准等，同时应执行相应的法律法规的相关规定。7.1 进入现场的碗扣架构配件应具备以下证明资料： 7.1.1 主要构配件应有产品标识及产品质量合格证
7.1.2 供应商应配套提供管材、零件、铸件、冲压件等材质、产品性能检验报告。7.2 构配件进场质量检查的重点
钢管管壁厚度；焊接质量；外观质量；可调底座和可调托撑丝杆直径、与螺母配合间隙及材质。7.3 对整体脚手架应重点检查以下内容：
7.3.1 保证架体几何不变性的斜杆、连墙件、十字撑等设置是否完善； 7.3.2 基础是否有不均匀沉降，立杆底座与基础面的接触有无松动或悬空情况； 7.3.3 立杆上碗扣是否可靠锁紧；
7.3.4 立杆连接销是否安装、斜杆扣接点是否符合要求、扣件拧紧程度； 7.4 双排脚手架搭设质量应按阶段进行检验：
7.4.1 首段以高度为6m进行第一阶段（撂底阶段）的检查与验收；
7.4.2 架体应随施工进度定期进行检查；达到设计高度后进行全面的检查与验收； 7.4.3 架体搭设到设计高度后，进行全面检测与验收。7.4.4 遇6级以上大风、大雨、大雪后特殊情况的检查； 7.4.5 停工超过一个月恢复使用前。
7.5 双排脚手搭设过程中，应随时进行检查，及时解决存在的结构缺陷。7.6 脚手架验收时，应具备下列技术文件 7.6.1 施工组织设计及变更文件；
7.6.2 超高手架应编制专项施工设计方案，并通过专家论证； 7.6.3 周转使用的脚手架构配件使用前的复验合格记录； 7.6.4 搭设的施工记录和质量检查记录；
7.7 高度大于8m的模板支撑架的检查与验收要求与脚手架相同。
8.安全措施
应遵照国家现行的《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 166-2008）、《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ 162-2008）、《建筑施工安全检查标准》（JGJ 59-2011）、《建设工程施工安全技术操作规程》等标准的有关条文，针对不同工程，还应同时执行该工程所属部门的各级有关安全法规和文件，并应特别注意如下事项：
8.1 施工前应按要求向全体操作人员进行详细的技术质量及安全交底；操作人员变动后应对新进场工人重新进行交底。操作人员必须持证上岗。
8.2 该工程脚手架不得采用两种或两种以上的架体材料搭设。
8.3 专项施工方案应通过专家论证，同时应按照专家论证的意见建议进行修订。
8.4 超高大空间模板支撑脚手架的搭设应严格按照通过专家论证后的专项施工方案进行搭设，同时应对照相关规定以及专项施工方案、设计图纸进行检查验收，验收合格后方可投入使用。
8.5 检查验收分三阶段进行，第一阶段在脚手架搭设至高度的1/2时组织第一次全面检查验收，着重对架体基座、连墙点、剪刀撑、架体各部位连接点进行检查；第二阶段在支撑脚手架搭设至设计高度后进行，第三阶段在承载平台及底模安装完成后进行。
8.6 如遇强风等恶劣天气后进行再次检查。中途停用时间长达一个月以上，重新启用前应进行再次检查。
8.7 安全防护：
8.7.1 在水平剪刀撑部位搭设水平隔离层，剪刀撑间距一般控制在3.5m，隔离层采用竹笆板进行封闭，采用12#铅丝与架体横杆、水平剪刀撑绑包扎牢固。
8.8 在使用过程中严禁进行下列作业： 8.8.1 任意拆除架体结构件或连墙件。8.8.2 拆除或移动架体上安全防护设施。8.8.3 其它影响架体安全的作业。
8.8.4架体上的建筑垃圾及其他杂物应及时清理。
8.8.5 搭设、拆卸作业时，应设置警戒区，禁止无关人员进入作业现场。作业现场应当设置负责统一指挥的人员和专职监护的人员。各工序应当定岗、定人员、定职责。作业人员应当严格执行施工方案及有关安全技术规定。同时应在飘落区域拉警戒线。
9.环保措施
9.1 对施工人员应定期进行环境保护、文明施工教育，加强职工的环境保护、文明施工意识。9.2 实行区域管理，划分责任范围，定期进行文明施工检查。
9.3 加工和安装过程中应避免构件间的相互碰撞，教育工人不得随意敲击，确保白天噪声排放不超过65dB，夜间噪声排放不超过55dB。
9.4 切实加强火源管理，安装作业面禁止吸烟，焊接作业时应清理周边的易燃物，作业面消防工具齐全，动火区域的灭火器应定期检查。
9.5 废料要及时清理，并在指定地点堆放，保证施工场地的清洁和施工道路畅通。9.6 作业人员操作时要佩戴好个人劳动保护用品。
9.7 施工完成后应对可回收构件及时进行回收，以确保重复利用，减少资源浪费。
10.应用实例
10.1 应用实例一
甘肃省财政厅老虎梁绿化点生态温室工程位于兰州市北塔山老虎梁西梁，该工程总建筑面积3722㎡，生态温室一层门厅、储藏、管理等房间层高4.5～6.9m，财政博物馆层高13.2m，半地下室层高4.5m，框架—剪力墙结构。
该工程于2010年10月24日开工，2011年10月6日主体结构施工完成，2011年8月墙体砌筑完成，并进行墙面粉刷、屋顶装饰瓦安装等工程施工，2012年7月由财政厅移交给省政府。
该工程财政博物馆部分建筑面积为842m2。总高度20.023m。
设计以主框梁为基本网格所构成的井子梁布置，大梁截面高度为1.20m、1.50m、2.0m。沿周边设置的1.5m高大梁底标高为11.7m，1.2m大梁和2.0m大梁底标高为12.0m，大梁轴线跨度为21.60m，净跨度21.0m，属于超高大跨度、超线荷载钢筋混凝土构件；同时是该工程危险性较大的分部分项工程的代表。设计计算过程只要能够满足2.0m梁高模板及支撑要求，则1.20m、1.50m梁高模板及其支架完全可以满足。
15～○17轴线间设计有镂空楼板20块，其余为100mm厚屋面板，而且屋面板被井子梁分隔成3250×○3100的小方块，虽然净空高度较高，但在本次施工过程中只作为一般施工分项考虑。
10.2 应用实例二
甘肃省高级人民法院办公及审判综合楼工程建设规模为：地下一层，主楼地上十九层、群楼四层，框架--剪力墙结构，主楼建筑高度85.60m，局部87.10m；东西群楼高度20.70m。建筑物地面以上总长度为132.40m，最大宽度为68.75m，其中主楼长度为64.90m，宽度为30.35m；东西群楼长度为68.75m，宽度为32.15m。
地下一层层高为4.50m，地上首层～四层层高为4.80m，五层～十九层层高均为4.00m，主楼的5层、9层、13层、17层设置中庭隔板，室内外高差为0.450m、1.10m、1.35m。工程平面布置为“凹”字形对称布置。
本工程2011年6月30日开工，2011年11月10日完成基础分部施工。2012年10月8日主楼主体结构封顶。
东裙楼二层结构层高为4.8m，梁为井字梁，框架梁截面尺寸500×1000mm，次梁截面尺寸300×600mm，板厚120mm。
大跨度预应力梁 篇3
某物流基地的仓储1为二层现浇混凝土框架结构，总建筑面积约5328平方米。其中仓储1横向框架梁采用部分预应力混凝土。仓储1剖图如图1所示。在设计过程中将结构分为A、B两区。其中横向框架一层为15m+15m+9m三跨连续,二层为15m+24m两跨连续。除两边框架外，其余横向框架均采用部分预应力混凝土结构，开间为5.2米，首层层高为l0米，二层层高为9米。
仓储1的楼面活载较大，为18kN／m2，根据建筑使用要求，屋面为绿化屋面，活载为3.0kN／m2。
预应力体系是采用钢绞线夹片式群锚体系，钢绞线采用高强度低松驰钢绞线，规格为s15.24，强度标准值fptk为1860N／mm2，采用OVM群锚体系。本工程为后张现浇有粘结预应力混凝土结构，即在框架中用金属波纹管预留孔道,并穿入预应力钢绞线，浇筑混凝土后，张拉预应力筋，再孔道灌浆。本工程单束预应力筋最大张拉应力达1395MPa(超张拉应力为1465 MPa)。
2. 设计依据及步骤
本工程根据部分预应力混凝土结构理论进行设计，采用预应力筋和普通钢筋混合配筋。在长期使用荷载组合作用下允许梁出现拉应力，在短期荷载组合下控制截面允许裂缝。
预应力筋采用曲线形式配置于构件中，当预应力筋张拉后，由于呈曲线形状，预应力筋对构件产生沿预应力筋法线方向的横向力（等效荷载)，同时预应力筋还对构件产生轴向预压力，预应力筋一方面起受力筋的作用，一方面其等效荷载改变了结构的受力状态。
等效荷载作用于实际构件，产生的弯矩为综合弯矩Mn，综台弯矩和轴向预压力一起在构件截面的受拉边产生预压应力σpc ,即预应力筋产生的效应。
预应力混凝土框架梁按下列步骤进行设计：
2.1．分析梁的内力情况并初估梁的截面尺寸；
2.2．根据框架梁的受力情况，确定预应力筋的曲线布置形式；估计预应力筋的数量Ap,及张拉控制应力σcon；
预应力筋的数量Ap通常按控制截面的裂缝验算要求决定，估算公式如下：
式中M—弯矩设计值
σpe—预应力筋的有效预压应力
αct—混凝土拉应力限制系数，根据裂缝控制等级取值。
ftk——混凝土抗拉强度标准值。
2.3.在估算出预应力筋用量后，将其布置在结构内，再准确计算预應力效应，首先计算预应力筋第一批预应力损失，即锚具变形和预应力筋内缩损失σl1和预应力筋摩擦损失σl2，从而计算各截面处张拉阶段的实际应力σp1；
2.4.计算第二批预应力损失，即钢绞线松驰损失σl4 ,混凝土收缩徐变损失σl5。σ1与张拉阶段的混凝土的预压应力，以及预应力筋和普通钢筋的配筋率有关，在此阶段也是估算；
2.5.预应力筋在各个截面处,将张拉控制应力σcon ，扣除各项损失即得使用阶段有效应力，进而计算整条预应力筋的有效预拉力σpe；
2.6.根据上述有效预拉力重新计算其等效荷载(若与第2步中所估计的等效荷载相差较大,则应调整配筋量)，计算综合弯矩Mn,及混凝土预压应力σpc；
2.7.作截面强度计算，预应力筋作为受力筋，各截面强度不足部分由普通钢筋补足。
此步计算中，按使用荷载下弯矩的设计值，并考虑次弯矩M2 (超静定结构由于预应力及其偏心引起的变形受到约束而产生的截面弯矩)的影响，作为强度验算时的设计弯矩。
3. 使用荷载下框架梁弯矩图
框架在最大使用荷载作用下的梁弯矩图见图2所示。
3.1. 结构框架梁内力分析
3.1.1．楼面梁(15m+15m+9m)
控制截面在中跨内支座处，M＝-2333KN•m，而9米跨的各截面弯矩较小，不起控制作用。
3.1.2．屋面梁(15+24米)
控制截面在24m跨的跨内，M＝3960KN•m，内支座处弯矩也较大，M＝-3373KN•m；而15米跨的跨中弯矩M＝l181KN•M，其值较小，表现了不等跨梁内力相差悬殊的特点。
4. 预应力筋的布置形式及用量估算
4.1. 预应力筋的布置形式
在框架梁的预应力筋布置应尽可能与外弯矩一致，并应尽量减少孔道摩擦损失及锚具数量，一般有正反抛物线、直线与抛物线相切、折线形、正反抛物线与直线混合布置四种布置方法。
4.1.1.框架梁预应力筋布置形式分析
4.1.1.1.楼面梁(15m+15m+9m)
两束预应力筋在连续梁中分上下层通长布置。
跨度为15米的边跨梁：两束预应力筋均成典型曲线布置，即正反抛物线相切的曲线，希望在跨中、内支座产生相当的综合弯矩Mn。
跨度为15米的中跨梁：两束预应力筋均成近似理想曲线布置，即正向抛物线曲线，希望在控制截面内支座处产生最大的综合弯矩。
跨度为9米的梁：该跨在使用荷载作用下的弯矩远远小于其它两跨，这是不等距连续梁的特点，从使用性能及承载力要求方面，不需要与其余两跨同样多的预应力筋。但是，如果在该跨将预应力筋切断，会带来构造、施工上的不便，且预应力筋本身节省不多。
因此．在9米跨梁中，预应力筋的布置以平直、减少摩擦损失为原则.一束预应力筋在梁顶部平直通过，另一束预应力筋自跨中开始在梁底部平直通过。
4.1.1.2.屋面梁(24+15米)
一束预应力筋在连续梁中通长布置，另一束预应力筋布置在24米跨梁内。15米跨梁内支座附近截断，以适应不等跨连续梁的特点。
跨度为24米的梁：整个梁的控制截面在该梁跨内，距边支座l米。为在该处形成最大综合弯矩Mn ，将两束预应力筋均匀布置成双折点折线，其中一个折点在控制截面附近(折点距支座为9.0m)
跨度为15米的梁：该梁的跨中弯矩及边支座弯矩与24米跨梁相比均较小，因此只布置一束预应力筋，呈典型曲线形式。这主要是为了使通长预应力筋在内支座处较为平滑，因为典型曲线在内支座处有一段反向抛物线。
4.2.预应力筋用量估算
本工程预应力筋为高强低松驰钢绞线，规格由s15.24，单根钢绞线面积140mm2，强度标准值fptk＝1860MPa，张拉控制应力取σCON=1395Mpa,为0.75fptk，根据结构内力图及选定的预应力筋布置形式，根据2.2条估算出预应力筋用量如下：
楼面梁，2-6s15.24，Ap =1680 mm2，屋面梁，1—7s15.24，通长布置，l-7s15.24布置在24米跨梁内，Ap＝1960mm2。
5. 预应力等效荷载及综合弯矩
5.1.预应力损失σl及有效预应力σpe
5.1.1.计算预应力损失σl时，一些基本参数如下：
张拉控制应力σcon取1395 N／mm2；
计算锚具变形及预应力筋内缩损失σl1,OVM锚具属夹片式群锚具，内缩值取6mm；
计算孔道摩擦损失σl2：孔道采用预留镀锌波纹管，κ取0.0015，μ取0.25；
计算预应力筋应力松弛σl4，本工程采用的低松驰钢绞线，应力松驰损失取3.5％σcon；
计算混凝土收缩徐变损失σl5:考虑普通钢筋的影响。
5.1.2.计算完各项预应力损失后，再计算出各截面处的有效预应力值σpe。
5.2.等效荷载及综合弯矩
由有效预应力值σpe，计算预应力等效荷载，并计算综合弯矩Mn,见图3、图4所示。
6.设计结果及构造
6.1.表1～表3列出各框架梁在使用期间的各项性能指标。
楼面梁(15m+15m+9m)各截面使用性能指标 表1
楼面梁（15+24m）各截面使用性能指标 表2
表中：σc-使用荷载下受拉边缘混凝土拉应力；
σpe-扣除各项损失后的预压应力。
预应力度λ=σpc/σsc。
1．框架梁15M梁裂缝宽度在O.1l～0.12mm。
2．预应力度λ，除个别截面外，预应力度在0～1之间，属部分预应力混凝土。
6.2.承载力极限状态和正常使用极限状态验算
6.2.1．梁正截面强度计算时，考虑到预应力引起的次弯矩的影响．一般次弯矩在支座处是有利的，在跨中处是不利的。
6.2.2．梁剪力计算时考虑预应力筋强度的有利作用。
6.2.3．计算梁挠度时考虑预应力引起的反拱。
6.3.构造
本工程选用的OVM钢绞线群锚锚固体系，该体系配套齐全，给设计和施工带来了方便，在构造上有以下特点：
6.3.1．OVM锚固体系在张拉端承担局部集中力的是锚垫板和螺旋筋，边柱的钢筋应适当向两边集中布置，以便在中间留出放置锚垫板和螺旋筋的空间。
另外，中柱的钢筋排列，也应考虑波纹管通过所需的空间。
6.3.2．本工程屋面梁的固定端锚具，选用OVM-P型锚具，这是一种埋入梁内的粘结式锚具，每根钢绞线端部先用专用挤压器挤压一个专用套筒，其作用类似于钢丝的“墩头”。然后钢绞线穿入孔道，其端部套筒与一个专用锚板一起固定在设计位置的梁混凝土内形成固定端锚具。
参考文献
[1] 陶学康. 后张预应力混凝土设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1996.
[2] 混凝土结构设计规范.GB50010-2010.北京：中国建筑工业出版社，2011.
[3] 预应力混凝土用钢绞线.GB/T 5224-2003.北京：中国标准出版社，2003.
大跨度预应力梁 篇4
本工程拟按照五星级酒店标准建设,裙房C区部分为地下两层结构,地上为三层高、大跨度框架结构,二层与三层均采用了预应力大梁,其中主框架梁跨度为25.5m×26.6m,采用了无粘结预应力。
在《混凝土结构设计规范》GB50010-2002表3.3.2中,规定受弯构件的挠度限值[f]为:
屋盖、楼盖及楼梯构件:
当L0<7 m时,[f]=L0/200
当7 m≤L0≤9 m时,[f]=L0/250
当L0>9 m时,[f]=L0/300
因此,我们一般认为当梁跨度>9m时,为大跨度梁。
预应力施加应力的施工是大跨度预应力梁在本工程中应用的一个最重要的环节,本工程采用后张法,无粘结预应力成套技术施工。
2 机械材料准备及工艺流程
现场准备2台FYCD-23张拉设备,手提式小型切割机2台,大型切割机1台,其它施工机具有千斤顶、电焊机、电钻、灌浆机。预应力钢绞线及锚具在使用前,应检查出厂检验证明,性能要满足国家标准规定的要求,以满足工程结构的需要。
梁底模板安装→绑扎结构普通钢筋→波纹管,垫板安装→穿束梁预应力筋安装侧模→浇筑混凝土、养护→预应力筋张拉→孔道灌浆→切筋浇混凝土封锚拆除梁底模。
2.1 预应力筋下料组装
(1)纲绞线的盘重大、盘卷小、弹力大,为防止在下料工程中钢绞线紊乱并弹出伤人,事先应制作一个简易的放盘架,下料时将钢绞线盘卷装在放架盘内,从盘卷中央逐步抽出;
(2)预应力筋下料应严格按照下料单进行,并对切割完的各种规格预应力筋的数量和长度进行复核。受堆料场地限制或阴雨天影响,下料应本着先用先下原则进行。各种型号的预应力筋的下料先后顺序应以书面通知为准。在用切割机截断预应力筋时应注意安全操作,每截断一根预应力筋后应随手将切割机电源关闭,在切割机正后方严禁站人,操作手应站在切割机左右后方以防砂轮片飞出伤人;
(3)现场每下好一根预应力筋后应立即在距两端部约20cm处贴上标签注明该预应力筋的的型号及编号,之后即可将其卷起并按编号分类堆放。每一型号预应力筋应集中放置并树立木牌标明。
2.2 模板及脚手架工程
(1)预应力梁板的支撑体系应有足够的承载力、刚度和稳定性,并应支撑在坚实的受力面上以防混凝土浇筑后由于不均匀沉降引起变形、开裂;
(2)梁纵筋如在原位绑扎,则应待预应力波纹管布好后再封梁侧模;
(3)预应力筋张拉头如需穿出梁、柱或墙的侧模,则应在相应位置待预应力张拉端安装就位后再封侧模;
(4)在梁侧模穿孔安装对拉螺栓时应注意不要挤压预应力筋和波纹管,以免其移位、变形、或破损;
(5)混凝土浇筑完成后24小时内应将预应力筋张拉端处柱、墙侧模拆除以便进行张拉端剔凿工作,预应力梁侧模也应在张拉前拆除以免影响张拉效果;
3 预应力钢绞线张拉
3.1 波纹管的布设
在梁的钢筋骨架绑扎基本完成后开始预埋金属波纹管。一般波纹管进场后在室外保管时间不宜过长,不得直接堆放在地面上,并应采取有效措施防止雨露和各种腐蚀性气体的影响。
波纹管安装前,应事先按设计图中预应力的曲线坐标以波纹管底为准在梁侧模或箍筋上定出曲线位置,波纹管及固定端应以间隔2.5m的钢筋托架进行支撑,钢筋托架固定于箍筋上或穿在侧模板上,箍筋下用垫块垫实。托架筋采用Ф12钢筋作马凳支托。波纹管安装就位后用扎丝将其与托架筋绑在一起,以防浇筑砼时波纹管移位。波纹管搬运时应轻拿轻放,不得抛甩或在地下拖拉。焊好波纹管支架后即可开始穿入波纹管。一般程序是从梁一端穿入波纹管,边穿边用连接套管连接。波纹管安装就位过程中,应尽量避免反复弯曲,以防管壁开裂。同时,还应防止电焊花烧伤管壁。波纹管与支托钢筋用细铁丝绑牢,以防浇筑混凝土时波纹管位置偏移或上浮。波纹管安装就位后,应检查其位置、曲线形状是否符合设计要求,波纹管的固定是否牢靠,接头是否完好,管壁有无破损等,如有破损,应即使用粘胶带修补。从梁上看,波纹管在梁内应平坦顺直,从梁侧看,波纹管曲线应平滑连续。波纹管连接时取大于主管3mm波纹管做连接套管,连接套管长度取200~300mm,与两端波纹管搭接长度均为100~150mm,连接套管与波纹管接口处应用胶带密封以防漏浆。
波纹管在孔道端部张拉端位置与预埋锚垫板相接,在接缝处应用胶带进行密封;在固定端波纹管端部应用棉纱或用水泥和棉纱后密封;P型锚垫板与波纹管端部钢绞线裸露自由段长度对13束孔不小于800mm。
3.2 沁水排气孔的设置
混凝土浇筑前须在构件两端及每跨最高点设置灌浆孔或排气孔。灌浆孔或排气孔要设置在波纹管的波峰处,孔距不大于25m(直线孔距不大于30m)。灌浆孔或排气孔也可设置在锚具或铸铁喇叭处,灌浆孔用于进水泥浆,其孔径一般不宜小于16mm,排气孔是为了保证孔道内气流通畅,不形成封闭死角,保证水泥浆充满孔道,对直径要求不严,一般单端张拉预应力筋在其固定端端部设一排气孔即可。施工中可将灌浆孔与排气孔统一都做成灌浆孔,灌浆孔(或排气孔)在跨内高点处应设在孔道上侧方,在跨内低点处应设在下侧方。泌水管设在每跨曲线孔道的最高点处,开口向上,露出梁面的高度一般不小于200mm。泌水管用于排除孔道灌浆后水泥浆的泌水,并可二次补充水泥浆。泌水管一般可与灌浆孔统一留用。
灌浆孔的作法是在波纹管上开口,用带嘴的PVC塑料管并用铁丝扎牢。为保证留孔质量,波纹管上可先不打孔,在外接塑料管内插一根Ф10~Ф14的光面钢筋露出外侧,待孔道灌浆前再用钢筋打穿波纹管,拔出钢筋。
3.3 预应力筋的布设
无粘结预应力筋安装时,在梁内应3、5成团绑扎,箍筋空挡内的预应力筋应左右对称。成团预应力筋在离张拉端1500~2500mm处慢慢散开。
张拉端处,在承压板后应保持一段预应力筋与承压板垂直的水平段,承压板安装好后须固定牢固,防止砼浇筑时位移。
3.4 预应力筋的张拉锚固
(1)准备工作
预应力张拉的设备和仪表应满足预应力筋张拉的要求,且定期维护和标定。张拉千斤顶和压力表应配套标定、配套使用。
根据设计要求和张拉设备的标定值确定预应力筋的张拉控制力及油表读数,计算预应力筋理论伸长值;根据材料试验情况,进行试张拉,确定预应力钢筋伸长值。理论伸长值计算公式:
FP——无粘结预应力筋的平均张拉力(KN)扣除摩擦损失后拉力的平均值;
LT——线长度;
AP——预应力筋截面积;
ES——预应力筋弹性模量。
清理预应力筋张拉槽孔,剥除张拉端外露预应力筋的包皮,检查承压板后砼质量情况,如有问题及时处理;
楼层砼试块抗压强度大于设计强度的80%时,才能进行预应力筋的张拉,由总包单位提供混凝土强度报告,强度未达到要求时不得进行张拉;
(2)无粘结预应力张拉
根据设计要求,预应力张拉应分批按顺序进行,先拉字母轴方向梁内预应力筋数量的50%,再张拉数字轴方向梁内全部预应力筋,最后张拉字母轴方向梁内剩余50%预应力筋。二端张拉的先一端顶锚、一端张拉,再另一端补足因顶锚引起的应力损失即可;
张拉以梁中线为对称轴,左右均匀对称施加预应力。为了在张拉时,使结构施加应力平衡与对称的原则,张拉顺序按(图5)进行。
预应力筋张拉程序为:张拉控制力从零开始→1.03fcon锚固即可。
(3)张拉采用应力控制(高压油泵压力表控制)为主,应变校核预应力伸长值,当实际伸长值与理论伸长值相对偏差超过±6%时,查明原因并采取措施予以调整后,方可继续张拉;
(4)张拉时发生砼表面破裂或断丝、滑丝时,应停止张拉,查明原因处理后再张拉;
(5)预应力筋张拉时,应逐根逐孔填写张拉原始记录,记录以毫米为单位;
(6)预应力申长值,需详细记录;
(7)预应力张拉安全事项:
预应力筋张拉时,张拉人员必须站在千斤顶两侧位置操作,不得站在张拉设备的正前后面或建筑物边缘与张拉设备之间,以防发生偶然事故来不及躲避而造成伤亡。张拉时千斤顶和油泵必须=有安全措施,以免造成设备损坏和不必要的事故。预应力筋张拉施工时张拉端和固定端正面不得站人,张拉位置的下面不应有人通行,以免锚具、工具等掉落,造成不必要的损害。
3.5 孔道灌浆
在灌浆前应委托实验室作水泥浆试配(包括强度试验﹑流动度试验及泌水率试验)。灌浆应采用普通硅酸盐水泥,并不得使用有结块的水泥,水泥强度等级不低于42.5MPa;水泥浆水灰比宜为0.4~0.45,配好后不得再加水;水泥浆内不得掺入各种氯盐,但可掺减水剂,其掺量可由试验确定;泌水性要求:在量筒内注入500ml水泥浆,3小时后泌水量不得超过2%;强度要求:灌浆用水泥浆抗压强度不应小于30MPa。
压浆前应清除管道内杂物,保证管道畅通。压浆次序应自下而上。集中一处的管道应一次压完,以免孔道漏浆堵临近管道。和浆时应先在和浆桶中加入水,然后依次加入减水剂和水泥,要做到边加边搅,不可一次加入所有材料后一起搅拌以保证搅拌均匀。和浆前要根据水泥浆配比单上各种材料的比例以及和浆桶的实际容积计算出每桶水泥浆中各组分的添加重量并换算成体积以加快和浆速度。在灌浆过程中如压力表指针超过0.7Mpa必须停机查明原因后再继续灌浆。压浆宜从一端压入,一次压满,待另—端溢出浓浆后,封闭出浆管,并检查确认无漏浆时封闭进浆管,然后撤除压力。输浆管压力不得小于0.3~0.5MPa。当输浆管长度大于30m时应提高压力0.1~0.2MPa。水泥浆自调制至压入管道的间隔时间不得大于40分钟。压浆前应检查压浆管是否堵塞。灌浆时压浆人员必须站在锚具两侧操作,严禁正对锚具灌浆。对孔道进行灌浆时要保证每个孔道一次连续灌满,中间不得停歇。孔道灌浆完成后半小时左右应用水舀子和漏斗对每个排气孔进行人工补浆,待所补水泥浆初凝后即可切除排气孔。现场灌浆时,每工班应制做7.07cm立方体标准试件4组。其中一组标准养护28天用来评定水泥浆强度,其余3组为施工控制试件,随构件养护。灌浆工作完毕后,应全面彻底清洗设备。
4 总结
综合上述可知,在框架结构存在大跨度设计施工中,通过利用后张法,无粘结预应力成套技术,做到了合理控制工程造价,达到了设计要求,实现了预期效果,为工程的正常使用提供了有利的保障。
摘要：从用材节省、质量优良的设计施工角度出发阐述了无粘结预应力成套技术的应用,该技术具有整体性强、施工简便、稳定性好等特点。
大跨度预应力梁 篇5
大跨度连续刚构桥墩梁固结区受力分析
大跨预应力混凝土连续刚构桥墩粱结合部位受力复杂,且布置数量较多的预应力钢束,是刚构桥中的关键部位.结合昆明市城市三环路东段工程预应力混凝土连续刚构桥的设计方案,利用有限元分析软件ANSYS对墩梁固接区进行精细有限元局部分析,得到施工阶段及运营阶段墩梁固结区的应力分布.结果表明该结构预应力配束合理,施工阶段及运营阶段应力均满足设计规范要求.
作 者：高伟 GAO Wei 作者单位：港铁轨道交通(深圳)有限公司,广东深圳,518049 刊 名：大连大学学报 英文刊名：JOURNAL OF DALIAN UNIVERSITY 年，卷(期)：2009 30(3) 分类号：U443.2 关键词：连续刚构 墩梁固结区 有限元 应力分布 ANSYS大跨度大空间梁式结构转换层施工 篇6
【关键词】大跨度；梁式结构；转换层
0.引言
现阶段，最为常见的转换层，都是直接在建筑体系中直接选择一层作为转换层进行建造。通常来说，转换层之下的结构空间较大，多数属于大跨度、大空间的梁式结构转换层。由于梁式结构转换层本身所起到的作用至关重要，因此，必须要针对该环节的施工措施加以重视。下文主要针对大跨度、大空间梁式结构转换层施工进行了全面详细的探讨。
1.施工的重点和难点
1.1模板
该类型结构由于本身跨度较大，并且必须要满足较大的承载、荷载需求，因此，在进行设计的过程中，往往为了符合这方面需求，而将转换层本身的自重设计得较大。例如一根截面能够达到1m@2m的大型梁线，其荷载能力便能够达到52kN以上。但是，再考虑到工程建造过程中，其转换层在完全达到荷载标准之前，实际上其转换层本身的模板承重体系还需要承受来自上部其他环节结构、施工设备、施工材料的荷载影响。因此，在这一部分的承重架本身所需要承受的线荷载往往能够达到150kN左右，因此，转换层的搭设场地、承重架本身必须要具备充足的承重能力。
由于空间大，要求承重架搭设相当的高度。如某铁路新客站C区空间高度约43m，接近常规钢管脚手架搭设高度的极限，对承重架的整体稳定和扣件的抗滑力提出了较高的要求。所以在转换层结构尚未形成足够的强度前，必须解决大荷载的支承和传递问题。
1.2钢筋
转换层往往要求承受较大荷载、弯矩甚至扭矩，因此梁柱截面大，钢筋粗、密集且多排布置。如某铁路新客站C区转换层的大梁和大柱KZ0，钢筋间距非常小，尤其是在梁柱节点部位，钢筋绑扎、混凝土下料及振捣较困难。
1.3混凝土
为提高结构强度，承受上部荷载，转换层混凝土强度等级往往较高。如某铁路新客站C区从标高13.200m起均采用C60混凝土。高强混凝土流动度大、初凝时间较短，对施工现场技术及管理水平要求较高，对混凝土的垂直运输、浇筑和养护的要求均较高。
2.施工措施
2.1支模
在针对转换层模板承重架进行施工的过程中，通常情况下都是直接使用48@3.5的钢管来进行搭设。但在实际施工期间，由于所需承受的荷载力较大，那么就应当要合理的减少立杆呈现出的间距、步高，提升剪力撑在其中的数量，利用双扎头形式来促使架体本身的稳定性、强度得以提升。在较为特殊的情况下，相应的承重架可以直接使用钢结构来进行施工。
（1）某铁路客站的长度达到200米，而宽度则仅有20米左右。该客站的结构转换层处在工程的中央位置，其下部位置存在着相应的施工材料运输通道，并且有施工人员存在。因此，禁止在该位置进行密集、大面积的承重搭设；依据设计要求来看，承重架必须要在客站的主体结构完全封顶以及转换层内部预应力钢筋完全张拉完工之后，才能够拆除掉；再加上工程建设中的承重架高度达到了43m，这一高度已经处在了常规搭设的极限高度；搭设期间，本就不宽敞的施工现场以及施工道路，需要进行大量的钢管、扣件运输，并且要在短时间内完成，这极大的影响到其他环节施工。
针对以上的工程建造问题来看，工程施工期间可以使用整体自升形式的钢平台承重架。并且该类型的平台本身搭设了约24根钢柱，上部还有9榀承重桁架，在桁架之上，铺垫了相应的钢板施工台，通过该方式，能够有效的对于转换层重量、施工重量进行承载。施工期间，相应的钢平台可以直接在地面上进行组装，可以随着格构柱的提升而提升，当达到了工程设计标高之后，便可以进行使用。
（2）在搭设承重架时应注意荷载传递问题。
在采取常规措施进行施工期间，如果说浇筑层所呈现出的施工荷载、结构荷载并不大，并且相应的下部建筑结构完全能够承受这一重量，那么承重架便仅仅只需要搭设一层即可。如果说转换层自身的配筋较为密集，同时转换层结构尺寸也超出一般标准，那么就必须要针对承重架采取完善的加固处理。
（3）模板选用除常规施工的要求外，考虑到大体积混凝土侧压力较大，应特别注意保证模板体系的刚度及支撑牢固，以防混凝土浇筑后位移和胀模。
2.2钢筋绑扎
（1）转换层梁钢筋密集，直径一般都在25mm以上，特别是梁柱节点处钢筋绑扎难度更大，故计算钢筋下料长度时应充分考虑钢筋的相互关系，在规范及设计允许的范围内（锚固长度不变）按主筋-次筋-预埋件的先后次序做适当调整，使钢筋能顺利就位。
（2）由于钢筋粗，数量多，自重大，按常规方法绑扎固定很困难，故应先制作钢筋支架（用钢管或型钢），待钢筋（包括箍筋）绑扎就位后再拆除。
2.3混凝土浇筑
（1）转换层混凝土强度等级一般较高，且多为大体积混凝土，施工中应从原材料配合比、搅拌、运输、浇筑振捣、养护等方面进行控制，其中关键问题是配合比控制、浇筑和养护。
（2）混凝土浇筑应重点解决运输、浇筑、振捣三个环节。混凝土运输应把握适时足量的原则。大空间转换层泵送高程高、难度大，在支设泵管时应尽量牢固、避免弯头转角过多。高强混凝土初凝时间较短，浇筑时应采取合理的路线，防止出现冷缝。
（3）混凝土养护主要应防止混凝土温度升降过快、升幅降幅及表面与中心温差过大，要求底、侧模缓拆，并外包泡沫塑料板进行保温保湿养护。
3.结语
综上所述，在是实际进行转换层施工的过程中，必须要对于梁式结构加以重视，采取完善的施工措施进行施工，并且各个部分的细节都要有所考虑。其承重结构本身所能够承受的重量都应当要超标准进行设计，避免出现安全隐患的可能性。大跨度大空间梁式转换层施工的发展，对于建筑行业的提升来说，有着至关重要的作用。 [科]
【参考文献】
[1]张旭.某高层大跨度钢骨混凝土转换梁模板支撑系统施工技术浅析[J].福建建材，2011（08）.
[2]詹国伟.浅谈高层建筑梁式转换层施工支撑体系的优化[J].福建建材，2011（05）.
大跨度预应力梁 篇7
神木窟野河特大桥是神府高速公路的控制性工程之一, 特大桥上跨204省道、神延铁路、神木火车站路、窟野河、神木新桥、神木县滨河路、金诺加油站、神杨路、东山路, 全长3446米, 其中刚构部分2256米, 最大跨径165米, 最大墩高76.5米。全桥共12联, 引桥第1-8联为30米、40米预制箱梁;第9~11联主桥采用 (88+4×165+88) + (69+4×130+79.5+39.5) + (76+4×140+76) 变截面预应力混凝土连续刚构。
2 施工方案
2.1 临时支撑搭设
0号段浇筑焊接成托架平台, 主要原因在于此墩的高度已经超过50米, 然后再在此基础上进行后续的绑扎钢筋、支立模板等施工作业。
2.2 临时支承
临时固结利用φ32mm钢筋作为受拉部分, 浇筑0.6米厚C50混凝土作为受压部分。首先在墩身施工时预埋φ32mm钢筋, 钢筋伸入墩身1.5m, 伸入梁体1.2m;然后在垫石施工同期浇筑临时固结块, 最后将φ32mm钢筋顶端锚固于0#块的底板中。施工过程中分别用预置固结块与梁体及墩身隔开。
2.3 模板、钢筋和混凝土施工
0号节段分两次完成浇筑:先浇筑底板、腹板和横膈板, 再浇筑顶板。
施工工艺流程:安装底模板→托架平台试压→调整模板位置及标高→安装侧模→绑扎钢筋→安装底板和腹板预应力管道→安装内模及端模板→绑扎顶板钢筋→安装顶板预应力管道→监理工程师检查验收→浇筑混凝土→养生、拆模→张拉预应力→拆底模及托架。
2.4 节段悬浇施工
主要施工程序:安装挂篮→前移挂篮就位并固定→安装梁底钢模板→用砂袋进行预压→安装侧模→绑扎底板腹板钢筋→安装波纹管→安装内模→绑扎顶板钢筋→安装波纹管→监理工程师检查验收→浇筑混凝土→拆除箱梁内模→清理预应力孔道→张拉预应力束→预应力孔道压浆、封锚→前移挂篮进行下节段施工。
2.4.1 安装挂篮。
此次工程选择使用的挂篮是三角斜拉式的, 挂篮主承受力都是由型钢铸成, 这种挂篮型钢挂篮的最大优点是, 极其不易变形, 刚硬度大, 且质量相对较轻, 可以减轻施工的安装拆卸的工作量。挂篮结构由对拉筋、走行系、三角架、横向联接系、悬吊系、前横梁、锚固系、内模系、底模系等组成。
(1) 将挂篮配件吊至0号节梁顶之后再进行拼装, 吊装设备采用汽塔吊。 (2) 认真检查0号块的铁件位置、预留孔位置是否处于适宜的状态, 滑道两侧锚固筋间距是否为50cm。 (3) 将滑道铺设在0号块上, 然后找平滑道, 并锚固, 刚性支承设置在滑道前端支承点上, 滑道顶高差务必要小于2mm。 (4) 前横梁和横向联接系用塔吊来进行安装。 (5) 将三角架安装在塔吊上, 并将其进行锚固。 (6) 用千斤顶调整底模的宽度。底模宽度调整完毕后, 将边、纵梁固定在托梁上。 (7) 用千斤顶调整底模的高度和中心线。 (8) 在挂篮四周安设防护网。
2.4.2 预压。
测定挂篮的弹性变形量, 克服弹性变形对梁体混凝土浇筑后产生不利影响。
2.4.3 过程控制。
通过第1节段和第2节段的砂袋平衡法悬浇施工, 消除了非弹性变形量。再通过该两节段的施工, 将单位弹性变形量计算出来。
2.4.4 移动挂篮。
移动挂篮的时机主要选择在两端施工交接之时, 具体操作方法如下: (1) 将滑道铺设在前一节段上, 滑道必须保持在平顺状态, 前端为刚性支撑, 滑道顶高差不能够大于2mm。 (2) 先应将底模前端临时吊在已成梁段上, 解除前横梁吊带, 此时侧模板与底模相联, 整个重量由对拉筋和底模板后吊带承受。 (3) 在三角架后端配重, 前端增加支点, 解除三角架锚固系。 (4) 采用5T导链将三角架前移至下一节段就位, 并锚固三角架。 (5) 安装主滑梁吊带。拆除对拉筋, 拆下底模后吊带, 将侧模与底模落在滑梁上, 并拆除底模下吊带。 (6) 采用5T导链将底模和侧模前移就位, 将底模吊带进行顺直安装。 (7) 底模板的宽度基于设计图来进行有效地调整。依据前期测得的单位弹性变形量进行预抛高设置, 并以此高度调整底模高程和中心线。 (8) 调整侧模高度, 并进行加固联接。 (9) 防护网应该安装在挂篮四周。
2.5 合拢段施工
中跨合拢段模板支承在吊架上, 吊架采用槽钢横担在合拢段两侧的节段梁顶, 两端设可调吊杆, 下部横向用型钢支承外部钢底模。模板安装完后, 在合拢段两侧的节段梁顶压重, 为了确保合拢段支架的弹性变形量变化不大, 应该在浇筑混凝土过程中将砂袋逐步卸去, 在浇筑完砼后, 要注意保养混凝土水泥, 使之张拉预应力达到90%的设计强度。
3 结语
变截面预应力连续梁的跨度越来越大, 对施工要求的难度也越来越高, 就必须要求我们在施工过程中不断总结经验。笔者认为在变截面预应力连续梁施工中连续梁线性控制和合拢段施工是施工中的重点和难点。
参考文献
[1]王日照, 谷波.京杭运河大桥施工监控[J].公路交通科技 (应用技术版) , 2010 (04) :110-112.
大跨度预应力梁 篇8
1 临时支撑施工
转换梁的自重、施工荷载以及所承受的上部结构荷载较大,因此,确定其梁底模板的临时支撑方式是转换梁施工的关键。目前,实际工程中转换梁底模板的临时支撑体系施工多采用以下5种方法。
1.1 常规支撑法
采用常规的混凝土浇筑方法和模板支撑形式进行施工,使用目前应用较为普遍的钢管脚手架支撑体系来对梁体模板进行支撑。由于转换梁底模在一次浇筑混凝土成形的情况下施工荷载很大,其支撑往往需要从转换梁底一直撑到结构底层地面或地下室的底板。这种施工技术适用于施工现场可用的支撑材料较多,且转换梁在主体结构中位置较低的情况。
1.2 叠合浇筑支撑法
叠合浇筑法即应用叠合梁原理将转换梁分2次或3次浇筑叠合成型。该方法利用第1次浇筑混凝土形成的梁支承第2次浇筑混凝土的自重及施工荷载,首次浇筑混凝土的高度多为梁高的1/4。再利用第2次浇筑混凝土与第1次浇筑混凝土形成的叠合梁支承第3次浇筑混凝土的自重及施工荷载。采用该技术时,转换梁的钢管支撑系统(脚手架)只需考虑承受第1次浇筑层的混凝土自重和施工荷载,因而可大为减小其下部钢管支撑的负荷,减少支撑材料的使用数量,同时混凝土分层浇筑可缓解由于大体积混凝土水化热较高从而引起温度应力过大等对裂缝控制的不利影响。
1.3 荷载传递法
将转换梁的绝大部分自重、部分上部结构荷载以及施工荷载通过支撑系统由若干层楼板共同承担。支承楼板的数量应通过计算来确定,必要时可对楼板设计进行更改,增加转换层下面若干层楼板的厚度,提高楼板的承载力;也可考虑充分利用转换层支承柱的传力作用。
1.4 设立钢结构支撑法
建筑转换层结构中的转换梁具有跨度和截面高大化的趋势,若仍采用普通的钢管脚手架作为施工期间的临时支撑形式,则无法满足大跨度、大截面转换梁对支撑体系强度、刚度及稳定性的要求。因此在实际工程中,可采用设立钢结构支撑做为主要的临时支撑,钢管脚手架可作为辅助支撑形式与钢结构支撑共同工作。钢结构支撑可有钢格构柱、钢管柱和钢析架等形式,均具有较强的强度、刚度和稳定性。
1.5 埋设型钢及钢桁架法
在转换梁中埋设型钢或钢桁架,梁体模板可固定于型钢或钢桁架上,即将两者进行一体化设计,以承受转换梁绝大部分自重、部分结构荷载及施工荷载,梁体混凝土可一次浇捣成形。由于型钢或钢桁架作为转换梁的“骨架”,具有较大的强度、刚度和稳定性,可以满足转换梁结构对支撑形式承载力的要求。
2 混凝土工程施工
大跨度预应力混凝土转换梁的混凝土工程施工中,其重点在于避免或减少各种有害裂缝的产生。裂缝根据成因可分为结构荷载产生的裂缝、结构次应力引起的裂缝、温度裂缝及收缩裂缝等。由于转换大梁的混凝土体量大,属于大体积混凝土构件,混凝土的温度变化和收缩变形产生的温度裂缝及收缩裂缝出现的几率较大,因此,转换梁的混凝土工程施工主要对温度裂缝和收缩裂缝进行控制。
2.1 产生裂缝的主要影响因素[2]
(1)混凝土温升值的影响。
(2)混凝土温度变化的影响。
(3)混凝土收缩变形的影响。
(4)外界条件的影响。
2.2 施工中的裂缝控制
在转换梁的混凝土工程施工中,为保证混凝土浇筑质量,确保结构和构件的安全性和耐久性,要通过控制混凝土绝热温升、延缓混凝土降温速率、减少混凝土收缩、提高混凝土极限拉伸值等方法来减少或避免混凝土中温度裂缝和收缩裂缝的出现。具体措施可从混凝土的配合比设计及材料选用、施工方法、构造措施、养护措施以及温度监测等5个方面来进行控制。
3 施工监测
3.1 转换梁变形监测
在施工阶段,转换梁由于受到上部结构荷载和预加应力的影响,将在垂直方向产生一定的挠曲变形;在整体结构和约束形式较为奇特的情况下,还可能相应地在侧向产生变形。若转换梁的变形过大,超过规范允许的范围(一般为梁体跨度的5%),则不光对梁体的观感产生不利影响,甚至会削弱整体结构和构件的使用安全性。因此,在施工阶段甚至使用阶段内对转换大梁实施精确的变形监测是监测工作当中的重点。
3.2 混凝土施工温度监测
对施工中混凝土不同位置的温度实施监控,便于发现混凝土中绝热温升过高和温差过大等易导致裂缝产生的隐患,并掌握其温度变化规律,及时采取降温措施以确保工程质量。
3.3 预应力钢筋应力值监测
在转换梁预应力钢筋张拉施工过程中,由于张拉的程序较复杂,经常会出现两端张拉时加荷速度不同步和加荷速度过快、传力不均匀等问题。上述问题易使结构产生应力集中和骤增,造成构件产生横弯、扭曲等不正常变形或出现裂缝,有时还造成滑丝或断丝等故障。因此在预应力筋张拉施工中,对所施加应力实施监测与有效控制是很有必要的。
4 发展趋势
1)临时支撑形式的比选与综合应用。在进行支撑工程方案的确定时,考虑多种可能和可行的支撑形式,对其进行可靠性、经济性、施工的难易性等多方面的综合评估,选择最优方案;并拓宽思路,必要时综合应用多种支撑形式进行施工,以获取最大的效费比。
2)混凝土强度的改善。在转换梁的混凝土中掺加一定数量的合成纤维,可有效提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸,使裂缝控制获得良好的成效。
3)监测手段的信息化。
4)分析软件的应用。
5 结论与建议
1)转换结构的自重及施工荷载较大,必须对其模板支撑方案进行专门设计以保证支撑系统有足够的强度、刚度和稳定性。
2)当转换结构下层空间高度较大,难以设置临时支撑时,可采用在转换结构采用内埋型钢(或其他钢结构)的办法,型钢(或其他钢结构)可用来支承浇筑混凝土时所需的模板和临时支撑,以确保模板和脚手架不致产生位移。
3)在转换梁体积较大时,宜采用叠合梁原理将转换梁混凝土分次浇筑,以解决大梁施工荷载的传递问题;为保证第1次浇筑混凝土梁(板)和第2次浇筑混凝土叠合面的抗剪承载力,将施工缝做成齿槽。
4)设置模板支撑系统后,应对转换梁及其下部楼层的楼板进行施工阶段的承载力验算。
5)对截面尺寸较大的转换梁应按大体积混凝土工程组织施工,需考虑转换结构混凝土徐变、收缩的影响及大体积混凝土的水化热问题。在材料选用、施工方法、养护方法以及结构和构造设计上,应采取防止混凝土温度应力和收缩应力过大和提高混凝土抗拉强度的措施。
大跨度预应力梁 篇9
关键词：混凝土,施工,技术
一、混凝土转换梁裂缝产生的主要影响因素分析
(一)混凝土温升值的影响混凝土的温升值是浇筑温度、水化热的绝热温升等各种温度的叠加之和。转换大梁多使用高强混凝土,又多使用高标号水泥,高标号水泥易产生较高的水化热绝热温升,其收缩量较大。转换大梁一般断面较厚,水化热聚在结构内部不易散失,以上两因素共同作用的结果使转换大梁混凝土温升值过大,其内部最高温度经常达60℃以上。此外混凝土的浇筑温度较高,也相应增加混凝土的温升值。
(二)混凝土收缩变形的影响混凝土的收缩变形指混凝土的干缩和碳化收缩。
由于混凝土内部湿度的不均匀,其收缩变形也随之不均匀,这样就在混凝土内部产生较大的收缩应力;若混凝土的收缩变形受结构外部约束条件的反作用,从而产生约束收缩变形的应力,也视为收缩应力。当混凝土的收缩应力大于混凝土抗拉强度时,即产生收缩裂缝。混凝土施工时使用的泵送混凝土具有较高的流动性,水占的比重较大,增大了混凝土的收缩量,与抗裂的要求相互矛盾,故在满足混凝土泵送的坍落度下限条件下应尽可能降低水灰比。在混凝土工程施工中还应严格控制砂、石骨料的含水率,并通过计算机合理调整配料的水灰比,进一步减少用水量。
(三)混凝土温度变化的影响在混凝土温升值较高的情况下,由于转换梁混凝土内部和表面散热条件不同,因而形成温度梯度,使混凝土内产生压应力,表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土抗拉强度时,混凝土表面就产生裂缝,属表层裂缝。表面裂缝的产生易引起梁体内钢筋的锈蚀,对转换梁的耐久性会产生影响;而贯穿裂缝会影响结构的整体性、耐久性和防水性。所以从控制裂缝的角度而言,应着重采取措施避免转换梁混凝土截面贯穿性裂缝的产生。
二、混凝土转换梁结构施工技术要点分析
(一)混凝土配合比设计及材料选用。
首先,降低水泥用量由于混凝土中水泥用量与产生的水化热温升大致呈正比关系,因此在保证混凝土强度及流动性的前提下,应优化混凝土的配合比设计,减少水泥用量,降低混凝土的绝热温升。其次,掺加减水剂混凝土中掺加减水剂,能保持混凝土工作性质不变而显着减少拌和水和水泥用量1 0%左右,降低水灰比,改善和易性;同时降低水化热量,减缓水化速度,使温升时间延长;降低水化热峰值,使混凝土的表面温度梯度减小。第三,掺加粉煤灰粉煤灰是泵送混凝土的重要组成部分。在混凝土中掺入一定掺量具有优良性质的粉煤灰(不低于Ⅱ级),受粉煤灰的火山灰活性效应及微珠效应的影响,混凝土强度还有所增加(包括早期强度),密实度增加,收缩变形有所减少,泌水量下降,坍落度损失减少。将粉煤灰与减水剂一同掺人混凝土称为“双掺技术”,通过应用“双掺技术”能起到降低水灰比,减少水泥浆量,提高混凝土可泵性的良好效果;特别是可明显地延缓水化热峰值的出现,降低混凝土内部绝热温升峰值,其收缩变形也有所降低。
(二)混土凝土施工方法。
首先,混凝土施工方法根据混凝土的配合比和预计的施工气候及现场条件,可采用大体积混凝土结构三维有限元温度分析程序,对转换梁整个施工过程中的温度状况进行分析和计算。要掌握混凝土在施工中和浇筑后一个月内各部位温度的变化规律,为转换梁的混凝土施工提供科学的依据。相应地在施工方法上可采取下列措施以防止混凝土温升值过大和提高混凝土抗拉强度:控制混凝土的出机温度和浇筑温度。规范规定混凝上浇筑温度不宜超过28℃,降低混凝土的浇筑温度,也就是相应地降低了混凝土内部的最高温度,并减少了结构的内外温差,同时延长了混凝土的初凝时间。在常温中进行混凝土浇筑施工时可在搅拌用水中加冰块,使搅拌水温控制在4℃-8℃之间,以起到降低混凝土浇筑温度的作用。
其次,采用分层次浇筑施工的方法,按每层厚300-500mm进行连续浇筑,并在前一层混凝土初凝之前,将后一层混凝土浇筑完毕。
第三,采用叠合梁原理将转换梁按叠合构件进行施工,即通过沿梁高度方向设置水平施工缝将梁分割成几个厚度较大的层次,在上一层次混凝土浇筑完成达到一定强度且其中温度分布及变化己趋于均衡的情况下,再进行下一层次混凝土的浇筑。此办法将可缓解大体积混凝土水化热高、内外温差过大等对裂缝控制的不利影响;同时,即使在裂缝出现的情况下,也不易形成贯穿梁体截面上下的裂缝。
第四,构造措施有研究结果表明,在转换梁施工中,为使构造钢筋能与混凝土较好地协同工作共同抵抗温度应力和收缩应力,起到温度筋的作用,配筋采用8-14mm的钢筋和100-150mm的间距比较合理;全截面的构造钢筋配筋率不宜低于0.3%,应在0.3%-0.5%之间。因此,在设置转换大梁横向构造钢筋时,宜选用小直径、小间距的配筋;必要时也可应用等强代换的原则,将原设计构造配筋进行转换。在确定施工方案时,应事先对混凝土中的温度应力、收缩应力、约束应变和相应的混凝土抗拉强度以及极限拉伸值进行对比验算,若所配置的构造钢筋不能起到抵抗约束应变的作用,可适当增配温度筋,能有效地提高混凝土的抗裂性能。
(三)混凝土养护工艺。
混凝土养护措施在进行转换梁的大体积混凝土施工后,应采取养护措施控制混凝土内部与外表面温度,使其温差小于25℃;并延缓混凝土降温速率,防止混凝土降温速度过快,实际工程中可采用蓄热保温法进行养护。
蓄热保温法,即在转换梁混凝土裸露表面和模板四周覆盖保温材料,可减少混凝土表面的热扩散,减小混凝土表面与中心的温度梯度,防止产生表面裂缝;并延长散热时间,充分发挥混土的潜力和材料的松弛特性。使混凝土总温差所产生的拉应力小于混凝土抗拉强度。混凝土表面所需覆盖的保温材料厚度可根据热交换原理,依据施工手册中的理论公式进行计算。
(四)混凝土温度监测分析。
混凝土温度监测为进一步掌握混凝土温升值的高低和不同深度处温度升降变化规律,在混凝土内部与外表面温差过大或温降速率过快的情况下提供预警,须在混凝土浇筑后对其进行温度检测。
施工中应在不同的深度下测温管,离混凝土表面100-150mm处必须测温,在混凝土内部中心偏下部位也应测温,否则不易控制混凝土内部的温度。发现混凝土内部温度与外表面温度差值大于25℃或降温速率过快时,应采取保温或养护措施以控制混凝土裂缝的产生。
(五)混凝土裂缝分类。
裂缝的检测与处理由于转换梁混凝土体量大,且所用混凝土强度等级较高,易产生较高的水化热;施工阶段产生的温度应力和收缩应力不大可能完全得到控制,因此转换梁梁体不可避免地可能产生一定数量的裂缝。
裂缝依据其危害程度不同可分为有害裂缝和无害裂缝,有害裂缝与无害裂缝的区分有一个近似的量化的标准,即0.2mm。裂缝的宽度若大于02mm,梁体内的钢筋易受外界条件例如水的渗入以及空气中酸性物质的影响而引起锈蚀,从而对转换梁的耐久哇产生不利影响,故视为有害裂缝;宽度小于0.2mm的裂缝则对转换梁的耐久性影响不大,且在对梁体施加预应力之后裂缝还有可能完全闭合,因此可视为无害裂缝。
对裂缝的观测可采用专门的读数显微镜来进行,应对各施工阶段例如转换梁预应力钢筋张拉前后的混凝土裂缝宽度均进行观测,掌握其宽度变化规律,为后期裂缝处理方案的制定提供依据。
为提高转换梁的耐久性,需对梁体的裂缝进行表面的封闭,可采用向宽度大于02的裂缝注入环氧树脂或特细水泥浆等胶凝材料对构件进行密封补强。
三、结束语
总之,做好大跨度预应力混凝土转换梁结构施工技术研究是保证建筑物建造质量的重要手段。因此,施工技术人员一定要通过施工监控,施工工艺参数更具合理性,各阶段立模标高的确定更加合理,从而更好的保证建筑物质量。
参考文献
[1]韦亮.大跨度预应力混凝土转换梁结构施工技术研究.《重庆大学》.2004年.
大跨度预应力梁 篇10
沙田赣江特大桥跨越赣江, 主桥孔径布置为 (69+4×120+69) m连续梁, 梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁。梁体全长619.6 m, 中跨中部26 m梁段和边跨端部22.8 m梁段为等高梁段, 梁高5.4 m, 中墩处梁高为10 m, 其余梁段梁底下缘按二次抛物线变化。箱梁顶板宽11.0 m, 箱底宽6.7 m, 全桥顶板厚52 cm, 底板厚50 cm～100 cm, 腹板厚42 cm～80 cm。全桥共5个T构、10个悬臂, 每个悬臂由15块 (边跨为16块) 长度不等的节段组成, 其中1#～4#块长度为3.0 m, 5#～10#块长度为3.5 m, 11#～16#块长度为4.0 m, 合拢段长度为2.0 m。
本双线连续梁采用轻型挂蓝分节段悬臂浇注施工。先在16#～20#主墩顶灌注临时支座, 再在托架上灌注0号梁段而后对称向两侧顺序灌注1～15、1’～15’梁段, 形成5个T构;然后合拢第2跨和第5跨;接着悬臂施工16号不平衡梁段, 在15#墩与21#墩旁设托架, 并于托架上现浇边跨17号梁段、合拢边跨, 并拆除16#、20#主墩顶的临时支座;最后合拢第3跨、第4跨, 拆除17#～19#主墩临时支座, 形成整个连续梁体系。
2 施工控制的必要性
连续箱梁在悬臂施工过程中直至合拢前全靠贯通悬臂的预应力钢绞线的强度、箱梁本身的刚度以及零号块两端悬臂对称平衡的作用下而处于一种相对稳定状态。随着箱梁的不断施工, 悬臂长度不断增加, 悬臂上的荷载愈来愈大, 在重力的作用下, 悬臂箱梁不可避免地存在下挠变形。而每施工一个节段, 就要进行预应力穿束并张拉。张拉力使箱梁发生弯曲变形, 出现上挠变形。张拉后把悬臂两端的施工挂篮各自前移而进入下一节段施工, 由于挂篮重量和悬臂长度的作用使得悬臂箱梁又有下挠变形的趋势。因为跨度大、悬臂长, 白天在太阳的照射和温度的作用下箱梁的顶底面形成温差, 顶面温度高, 混凝土膨胀;相对而言, 底面温度低, 混凝土收缩, 从而使悬臂箱梁有下挠变形的趋势。到夜间, 箱梁顶底面散热较快, 温度下降迅速, 而箱梁内由于空气不流通, 散热慢, 温度相对较高, 从面形成箱内和箱外的温差, 使得悬臂箱梁又有上挠变形的趋势。悬臂合拢后, 还需进行拆除支座进行体系转换以及二期恒载的施工, 由于二期恒载的作用和悬臂箱梁混凝土的收缩徐变作用, 整个悬臂箱梁仍具有下挠的趋势。由此可见, 大跨度预应力混凝土连续梁桥在上部结构施工过程中, 在上述各种因素的作用下, 悬臂箱梁处于不断的变形之中。
为了保证成桥后桥面线形、合拢段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值以及结构内力状态符合设计要求必须进行科学合理的施工控制, 即根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段计算, 确定出每个悬浇节断的立模标高, 并在施工过程中根据施工监测的成果进行误差分析、预测和对下一节段立模标高进行调整。
3 结构施工安全验算及施工理想状态变形计算
3.1 计算模型
采用专用桥梁平面杆系分析软件对结构进行离散, 结构包括主梁及墩柱, 均采用梁单元, 全桥主梁共划分188个单元。全桥结构计算模型如图1所示, 单T构最大悬臂状态结构模型如图2所示。
3.2 计算荷载参数
计算荷载参数主要作如下考虑。①恒载。考虑结构自重, 主梁容重按26.5 kN/m3, 二期恒载161.8 kN/m, 横隔板、预应力齿板及锚固块以集中力的形式施加于相应节点;②活载。采用“中-活载”, 双线活载作用时按90%计;动力系数取1.07;③基础不均匀沉降。相邻两支点不均匀沉降△≤1.0 cm;④温度效应。均匀温度变化按全桥均匀升温+15 ℃、降温-15 ℃计算;不均匀温差按箱梁顶板升温5 ℃考虑;⑤混凝土收缩徐变效应和预应力效应。在施工阶段计入收缩徐变效应, 成桥后按10年延续期计算收缩徐变影响。环境湿度80%, 混凝土平均加载龄期为3天, 根据设计图纸参数输入主梁混凝土及预应力的材料参数。
3.3 施工阶段梁体应力验算结果
对全桥进行施工阶段前进分析, 依据设计要求结合本桥的施工实际, 全桥施工共划分了81个施工阶段。各单元上下缘在施工全过程中出现的最大压应力值如图3所示。本文约定截面受压为正, 受拉为负。由计算结果可以看出:施工全过程混凝土最大压应力值为14.40 MPa, 最大拉应力值为-0.76 MPa。对于C55混凝土依据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》安装阶段混凝土压应力限值为0.75fc'=27.75 MPa, 拉应力限值为0.70fct'= -2.31 MPa。可见, 施工阶段混凝土应力满足设计规范要求。对比设计施工图提供的计算结果 (梁体最大压应力为14.89 MPa, 梁体最大拉应力为-1.08 MPa) 可以认为该监控计算模型与设计计算模型一致, 可以用于施工实时监控分析。
3.4 主梁变形计算结果
静活载作用下主梁竖向挠度包络图见图4。可以看出静活载作用下中跨跨中最大 (向上) 挠度值为4.7 cm, 最小 (向下) 挠度值为-6.2 cm;静活载作用下边跨跨中最大 (向上) 挠度值为1.8 cm, 最小 (向下) 挠度值为-1.6 cm。可见静活载挠度值均满足规范的要求。
主桥考虑收缩徐变10年的恒载挠度见图5所示。可以看出中跨跨中上挠最大值为4.5 cm, 边跨下挠最大值为-4.8 cm。恒载加一半静活载的竖向下挠值的组合挠度图见图6所示。此时中跨最大下挠值为-2.4 cm, 边跨最大下挠值为-5.4 cm。
4 主梁线形控制
4.1 主梁高程测点布置
对主梁的线形监控主要是通过提供挂篮定位标高进行的。为此, 应加强施工过程中主梁各块件控制点标高及主梁纵轴线的测量, 将各阶段的测量结果与监控计算模型的计算结果进行对比分析, 修正计算模型, 使模型精确模拟施工状态, 并计算基于此的成桥状态, 通过调整后期的立模标高, 使成桥时的线形逼近设计给定的成桥线形。
主梁的高程测量是为了能反映出各施工阶段完成后各梁段块件的标高, 从而能得到各施工阶段后的主梁线形, 并且可以通过前后施工阶段的梁段标高变化计算出主梁的竖向挠度。
测量通过在墩顶桥面位置建立的桥面标高控制点进行。利用大桥两岸大地控制网点, 使用后方交汇法, 用全站仪测出墩顶测点的三维坐标, 将墩顶标高值作为主梁高程的水准基点。每一墩顶布置一个水平基准点和一个轴线基准点, 做好明显的红色标识, 每月至少进行一次联测。主梁梁段的高程测点在梁段的钢筋绑扎阶段进行预埋。测点为ϕ16钢筋, 牢固定位于顶板钢筋骨架上, 测点钢筋顶面加工成半球形顶面, 冠顶应高出混凝土顶面2 cm, 具体如图7所示。混凝土浇筑及养生完成后对测点处混凝土顶面进行清整并用红油漆画圆及编号。测点构造可根据实际情况进行调整, 如采用固定于混凝土顶面的矩形钢板等。
结合沙田赣江特大桥的结构特点及施工控制要求, 其主梁每个悬浇节段梁顶对称布置三个标高测点, 如图8所示, 主梁的高程测点布置在各节段距前端10 cm左右处。同时在每个0号块件顶面布置9个高程观测点, 布置0号块件高程观测点是为了控制顶板的设计标高, 同时也作为以后各悬浇节段高程观测的基准点。
4.2 测量要求
测量工作主要在挂篮移动就位后、立模后、梁段浇筑完成后和梁段张拉完成后分别施测。混凝土浇筑后的测量范围为该施工梁段及该梁段前已施工完成的6个梁段。立模标高以轴线处测点的立模标高为主, 辅助测点的立模标高作为参考使用。立模标高的数值为施工控制理论计算值, 使用时应叠加上由于立模时的温度、挂篮施工变形, 得出立模标高调整值。必要时, 通过提供轴线偏位, 给出为修正轴线偏差而进行立模时轴线调整的控制目标值和容许误差度。全桥施工过程中将设置一定数量的主梁标高通测并校核测量基点。在各跨合拢前后及体系转换前后安排标高通测。主桥桥墩在每一施工阶段完成后均作线形测量, 即在立模绑扎钢筋后和混凝土浇筑完成后, 利用全站仪对墩身进行线形测量, 并在桥墩施工完成后, 校验所有控制面所得的测点连线远离中心轴线的偏差。
各测量阶段的测量时间应根据主梁及桥墩的施工进度完成情况, 安排在晚上23时至第二天早上7时 (称为同一个测量时段) 之间进行。考虑到实际施工的情况, 立模阶段测量若在白天进行, 立模标高的数据应进行温度修正后使用。标高测量与相应的应力和温度测试时间保持在同一测量时段内。高程测量的精度要求为1 mm。该精度不包括由于从水准基点引基点到主墩墩顶梁段的测量基点产生的精度误差。为达到该测量精度, 建议采用精密水准仪配因瓦尺进行测量, 或采用2秒级全站仪进行测量。
5 截面应力控制
主桥的主梁悬臂施工过程是其施工的关键过程, 在主桥的主梁施工过程中掌握其控制断面的应力状况是确保全桥优质、高效地进行施工的重要保障。为此, 根据沙田赣江特大桥施工控制的工作内容, 在主桥的主梁施工中将进行主梁的应力测试工作, 以监控混凝土应力。
根据理论分析结果及结构受力特点, 并结合以往类似桥跨结构的施工监控经验, 在本桥上部结构中靠近支点截面及四分点处截面以及跨中截面的上下缘分别布置了应力测点。此外, 为监测桥墩结构应力变化情况, 本桥还在各个主墩墩底截面分别布置了应力测点, 以下给出支点处断面应力测点布置的具体情况。
分别在本桥的16#墩～20#墩5个T构中的1#块件中部断面布置应力测点, 为全面监测应力变化状况分别在上下缘各布置3个测点即每个截面布置6个测点, 全桥支点断面共计布置60个应力测点, 具体布置情况如图9所示。结合本箱梁桥的钢筋布置特点拟在每个断面的①～③号点 (即上缘测点) 布置钢筋应变计, 在每个断面的④～⑥点 (即下缘测点) 布置混凝土应变计。
本次使用的混凝土应变计型号为QZ-416型, 量程为±1 500με, 灵敏度为1με, 标距160 mm。上缘测点混凝土应变计采用细匝丝将其捆绑在顶层相应位置的纵向钢筋上, 细匝丝捆绑位置应在应变计受力柄内侧5 mm处。测试导线沿钢筋引出, 测试导线与应变计应避开混凝土导振力方向, 以免导振时应变计方向改变或将测试导线损坏。本次使用的钢筋应变计型号也为QZ-112型。下缘测点钢筋应变计将钢筋计两侧钢筋焊接到主梁纵向钢筋骨架上并保持应变计方向为水平方向。
6 结语
大跨度预应力混凝土桥梁的监测监控工作, 对桥梁的施工质量和安全运行具有特别重要的意义。通过监测监控工作, 可以有效地保证桥梁的设计质量, 使施工工艺参数更为合理。一支具有较高理论水平和较丰富监控经验的队伍, 能够有效地控制多跨连续梁桥的合拢精度及成桥后的线形接近设计线形。能够通过应力监测掌握结构的真实应力并根据其应力水平判断结构可能出现裂纹的部位, 从而及时采取补救措施, 保证施工过程结构的受力安全。
参考文献
[1]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京:人民交通出版社, 2000.
[2]GB50026-93, 工程测量规范[S].北京:中国计划出版社, 1993.
大跨度连续梁支架节段施工技术 篇11
【关键词】大跨度;连续梁;支架;节段施工
0.概述
目前铁路建设中，桥梁比重和规模越来越大，为适应国家规划，跨越江河、既有道路、建筑的大跨连续梁也越来越多，且通常为总体或局部铺架的控制点。如何利用现有投入的材料因地制宜、采取合适的施工方案是实现节点工期、减少经济投入是大家关注的重点。
如新建向塘至莆田铁路东新赣江特大桥全长27.3公里，沿线跨越南昌市红谷新区、南昌县东新乡、小蓝经济开发区、富山乡、岗上乡等，为全线的控制性工程，上部结构共811跨，其中有八处连续梁跨越既有河流、公路和赣江大堤，均为该标段架梁的控制节点。八处连续梁中有四处跨越公路和赣江大堤的大跨度连续梁采用挂篮悬臂浇筑施工，根据工期安排，四处连续梁需同步施工，如全部采用挂篮施工，挂篮投入相当大，根据地理位置及现场既有材料，为减少挂篮投入，节约挂篮制造时间，施工单位提出了对跨越赣江大堤的连续梁采用支架节段施工的新型方案。
跨越赣江大堤连续梁主跨80m、两边跨均为44m，为变高度、变截面单箱单室双线连续梁，设计采用挂篮悬臂浇筑施工。该连续梁梁高3.8m～6.6m，全联箱梁划分为33个节段，其中0#块和边跨直线段各2个，合拢段3个，悬浇节段28个。连续梁采用主跨跨越赣江大堤，施工期间均为旱地施工。
1.支架法节段施工原理
支架节段浇筑连续梁施工原理是在不改变连续梁原设计节段划分和预应力及其它构造的原则下，通过搭设支架为连续梁底板和腹板分别提供模板支撑平台和走形通道，采用移动式支架完成悬臂节段及合拢段的施工方法，其施工步骤与挂篮悬臂施工一致，即：0#块施工→悬臂节段施工→直线段施工→合拢段施工。
2.支架节段施工主要结构介绍
2.1支架
节段施工连续梁支架作用在于为连续梁底模和侧模提供支撑平台，同时为侧模和底模的移位提供走形通道。
支架应根据荷载大小、变形要求、梁体结构特点及其使用功能进行设计。既要满足承重要求，同时也要满足移位要求，根据变截面梁结构特点，该项目将底腹板和翼缘板部分支架分开设计，主要结构为：
支架下部结构各临时墩采用φ600×8mm钢管桩，各临时墩钢管桩数量根据荷载大小而定；临时墩墩顶标高根据模板安、拆及移位要求而定。其中跨中临时墩采用打入钢管桩基础，墩旁临时墩直接支承于承台上，各临时墩之间设置φ273×6mm钢管联接系，临时墩墩顶设置分配梁。
支架上部结构采用贝雷片，横断面内贝雷片根据荷载特点布置，为满足变形要求，贝雷片跨度不宜过大，可根据梁体荷载分布及具体地形具体设计，其结构形式见图1。
2.2侧模架
侧模架用于梁体腹板外模和翼缘板底模，采用整体钢模，其强度和刚度应满足使用要求，施工时支承于贝雷片上。其基本构造包括模板、拉杆、锚杆、吊杆和走形纵梁、垫梁及限位装置等。
侧模架底部通过走形纵梁支承于贝雷片顶的垫梁上，后端分别通过吊杆和锚杆与上一节段翼缘板和腹板锚固，顶部采用4根拉杆将两侧侧模架对拉，保证侧模架的稳定，其结构形式见图1。
2.3底平台
底平台即梁体底板模板，采用钢结构形式，基本结构包括模板、支撑纵梁、前后横梁(支点)、吊挂装置等。其中模板采用10mm钢板和小号槽钢加劲，纵梁采用型钢组，承受节段连续梁梁体及施工荷载；前后横梁为荷载传递点，施工时，底平台前横梁通过抄垫支撑在贝雷片上，后横梁通过锚固装置吊挂在前一节段底板上，梁体标高通过抄垫前横梁和调整后横梁吊挂装置实现，为适应支架不同坡度，前后横梁与纵梁采用铰接连接方式，其结构形式见图1。施工过程中应根据需要预留孔洞，满足施工过程支架系统的吊挂和锚固要求。
3.支架节段施工方法
3.1总体施工流程
支架节段连续梁施工流程与挂篮悬臂浇筑连续梁施工流程一致，即0#块施工→节段施工→边跨直线段施工→合拢段施工。
支架节段施工过程中0#块和直线段施工与采用挂篮施工方法一致，均采用支架施工，只是不需另外搭设支架，直接采用节段施工支架即可。
3.2支架节段施工关键工况介绍
3.2.1浇筑工况
前一节段施工完成、底平台和侧模架移动就位、调整完毕后，支架系统进入处于浇筑工况，见图1所示。
图1 支架节段施工浇筑工况示意图
浇筑工况时，底平台前横梁通过抄垫支撑在底平台贝雷片上，后横梁通过吊杆吊挂在前一节段底板上。其中底平台前端标高通过抄垫调整，后端标高通过吊杆紧缩装置调整，确保底平台与已施工梁段底面密贴。
此时，侧模架底部通过走形纵梁支撑在侧模架贝雷片顶部的垫梁上，上端吊挂于前一节段翼缘板上，两侧模架顶部通过拉杆对拉，后端通过锚杆与前一节段翼缘板固定。
底平台标高、吊挂系统、侧模架拉杆、锚杆及支撑情况调整就位后即可开始梁体施工。
3.2.2前移工況
节段施工完成后，开始前移支架系统，。前移时，先前移底平台，后前移侧模架。前移方法及要求如下：
⑴解除侧模架与上一节段腹板锚杆及与已施工节段腹板范围拉杆、拆除侧模架与上一节段翼缘板锚固吊杆、将两侧模架上端拉杆螺栓向外侧各松开10cm但不拆除，用倒链将侧模架向梁体外侧移动10cm脱模，便于底平台前移。
⑵松开底平台后端与前一节段底板吊杆的紧缩装置，将底平台后端下放至贝雷片上，拆除后端吊杆；用吊挂在刚施工梁体顶板的倒链吊挂底平台前端、拆除底平台前横梁下的抄垫，然后将底平台下放至贝雷片分配梁上。
⑶采用3个倒链挂在前方贝雷片分配梁上、后端平均分布挂在底平台前横梁上，同步将底平台前移至下一施工节段。
⑷调整底平台横向位置，安装底平台后横梁紧缩装置和吊杆，通过紧缩装置将底平台提升与梁体预留5cm左右缝隙；然后采用倒链将底平台前端提升并抄垫；调整底平台后端紧缩装置使底平台与梁体密贴并通过前方抄垫设置预拱度；
⑸分别用倒链挂在两侧侧模架上，同步将侧模架慢速、平稳前移至下一施工节段，调整侧模架底端位置，紧缩侧模架顶端拉杆螺栓调整侧模架顶端位置，然后用分别用吊杆和锚杆将侧模架与刚施工完成节段的翼缘板和腹板锚固，进入下一节段施工。
3.2.3合拢工况
合拢段采用吊架施工，施工进入合拢段后，拆除T构一侧侧模架和底平台，采用一套侧模架和底平台进行合拢段施工。吊架底模采用节段施工用的底平台，底平台通过吊杆吊挂于合拢段两侧梁体底板上；吊架侧模采用节段施工用侧模架，侧模架分别与两侧已施工梁体腹板和翼缘板锚固，上端通过拉杆对拉。如图2所示。
图2 合拢工况示意图(中跨合拢段)
3.3线形监控
为确保梁体线形符合设计要求，施工过程必须对梁体线形进行监控。施工前，应根据实际荷载分别计算各节段施工过程支架变形，必要时对支架进行预压消除支架非弹性变形；同时，采用有限元程序模拟施工过程计算各节段梁体的挠度；施工过程根据已施工梁体桥面标高、支架变形及节段梁体挠度确定下一节段底平台前端标高预抬量。同时，每一节段施工完成后，应对梁体纵向轴线进行测量，施工下一节段时对偏位情况进行调整，确保梁体最终的线形。
4.支架节段施工特点
根据支架节段施工工艺，与传统挂篮施工相比，具有明显的优势：
4.1安全风险低
支架节段施工方法将悬浇转换成落地支架施工，大大降低了悬浇施工过程中的安全风险，可避免挂篮施工过程中的倾覆、坠落事故；同时，支架节段施工方法减少了梁体悬浇施工过程中的挂篮荷载，梁体自身安全风险也得到了改善。
4.2节约工期
支架节段施工时，支架结构简单，受力明确，钢结构加工、安装速度快，并可在下构施工过程中同步施工支架，而挂篮设计、制造、验收周期长，相比之下，支架节段施工可有效将总体工期提前；其次，支架节段施工工艺简单，支架前移、调整便利，过程中体系转换少，而挂篮前移工况较为复杂，调整难度较大，过程锚固、吊挂系统复杂，安全风险大，因此，采用支架节段施工方法可有效缩短节段施工周期，节约工期。
4.3节约成本
支架节段施工受力明确、荷载较小，设计支架时，可根据现有已投入使用完毕的型钢、管桩等材料，将支架设计成实用、便利的结构，且支架施工简单，材料可在过程中前后倒用，不需备齐全联支架材料，因此，采用支架节段施工能大大减少施工投入，节约成本。
5.结语
大跨度预应力梁 篇12
1 工法特点
(1)定位准确、便利。与常规的钢筋马凳定位相比,预应力筋定位时,以密肋梁箍筋作定位标记点,使定位点更正确。定位采用拉钩定位钢筋按标记高程进行定位,因只需按标记定位与梁箍筋绑扎固定,故可加快施工速度、缩短施工周期;由于定位筋采用拉钩形式,可任意设置定位高度与位置,满足设计要求的各种曲线形式,大大提高了施工效率及预应力筋布设质量,定位方便;将预应力筋与定位筋绑扎牢靠,使混凝土浇筑时不易产生偏位,施工质量较高。
(2)张拉端采用塑料模壳预留孔洞,既方便后续张拉端的处理工作,也减少了劳动强度。
2 适用范围
适用于大跨度、大空间以及荷载较大的工业、民用和公共建筑楼盖中,如体育场、商业楼、办公楼、图书馆、展览馆、教学楼、研究楼、学校、车站和候机楼等大中型公共建筑,也适用于多层工业厂房、仓库和车库等。
3 工艺原理
本工法采用拉钩钢筋定位,即在密肋梁的箍筋上确定定位点,然后采用扎丝将定位钢筋的两端拉钩与密肋梁箍筋绑扎固定,预应力筋即可布设在定位钢筋中部,并用扎丝固定。
密肋梁混凝土浇筑并达到设计强度的75%后,张拉无粘结筋并锚固,借助两端锚具,对结构产生预应力。张拉结束后,须用同强度等级或高一强度等级的混凝土进行封堵。
4 施工工艺流程及操作要点
4.1 工艺流程
后张法无粘结预应力密肋梁施工工艺流程如图1所示。
4.2 操作要点
4.2.1 进场验收
无粘结预应力筋及锚具进场后,应对其规格、尺寸和数量进行检查,核查内容包括外包裹层质量及端部配件。
4.2.2 预应力筋的下料及固定端制作
预应力筋的下料长度应根据设计要求确定,在下料场地两端设置固定标志,用砂轮切割机切断;下料完毕后用挤压锚具制作固定端(图2,3)。
4.2.3 编号及分类存放
下料完成后的预应力筋应编号分类堆放,便于现场区别与使用。
4.2.4 定位钢筋加工制作
用Φ8圆钢制成的拉钩,拉钩长度同密肋梁箍筋的宽度,用于预应力筋布设定位(图4)。
4.2.5 梁钢筋及预应力筋铺放与绑扎
密肋梁钢筋绑扎后,按设计要求的预应力筋底部标高,在密肋梁的箍筋上确定定位点,标出定位标记,放置并用扎丝绑扎固定定位钢筋。定位钢筋就位后,预应力筋采用单根穿束法,先从固定端穿至张拉端或从梁一侧张拉端穿至另一侧张拉端。若梁板内的非预应力钢筋及其他管线与预应力钢筋在位置上发生冲突,应以预应力钢筋为主。预应力筋铺放后,采用扎丝与定位钢筋进行绑扎固定于定位筋中部。定位钢筋放置及预应力筋铺放见图5。
(a)整体示意;(b)1-1剖面示意
4.2.6 板钢筋绑扎
预应力筋绑扎完毕后,即可进行板钢筋铺设,板筋铺设绑扎时不得移动预应力筋的位置。
4.2.7 锚板安装及预应力筋检查
预应力筋铺放完成后,端部预埋锚板,锚板厚度不小于10mm,在锚板下应设置附加螺旋式钢筋,并使之紧贴锚板(图6)。张拉端锚板应在密肋梁模板支模结束后进行安装。首先将锚板中心孔穿过预应力筋放至侧模或梁顶面;再在密肋梁内放置螺旋式钢筋与锚板紧贴;然后将塑料穴模安装在锚板上,各部位之间不应有缝隙,张拉作用线应与锚板板面垂直,锚板后应有不小于30cm的直线段。
无粘结预应力筋敷设后的张拉端情况见图7。
4.2.8 隐蔽工程验收
无粘结预应力筋铺放、安装工序完毕后,应进行隐蔽工程验收,经各方确认合格后方可进行混凝土浇筑。
4.2.9 混凝土的浇筑与养护
浇筑混凝土时,严禁踏压预应力筋及触碰锚板,应确保预应力筋的束形和锚板的位置准确。混凝土须振捣密实,保证张拉端和固定端混凝土的浇捣质量,并进行正常养护。
4.2.1 0 预应力梁侧模松弛或拆除
张拉前,预应力梁的侧模和端部模板应松弛或拆除,以防在张拉时产生约束力,影响预应力梁的张拉质量。
4.2.11 锚板及穴模的处理
预应力张拉前须对预应力锚板表面进行清理,包括塑料穴模及其范围内凿除的混凝土,并检查锚板后是否有空洞;对端部预埋件、混凝土强度和外观等进行全面检查,合格后方可进行预应力张拉。
4.2.12 安装锚具及千斤顶
锚具安放前应剥除预应力筋外包裹层,然后把锚环对准孔道套入预应力钢筋束,塞放夹片时,夹片间隙长度应均匀,并用钢管及小锤轻轻敲紧,不脱落。安装千斤顶时,应使其便于推动靠拢锚具并与孔道对中进行张拉锚固;此种结构的锚具至少应发挥预应力钢材实际极限强度的95%且不超过预期变形,其放置方式见图8。
4.2.13 预应力筋的张拉和锚固
混凝土强度达到设计规定的允许张拉强度(强度设计值的75%)时,方可进行张拉。
预应力筋的张拉顺序应使结构受力均匀、同步,不产生扭转、侧弯,不应使混凝土产生超应力,不使其他构件产生过大的附加内力及变形等。对于布设上下两束预应力的密肋梁,首先张拉底部中间部位的1根预应力筋,然后张拉上部中间部位1根预应力筋,由此,由中间往两侧,上下对称张拉。结构整体及单个结构均应遵循同步、对称张拉的原则,并考虑到尽量减少张拉设备的移动次数。
4.2.14 切除张拉端多余预应力筋
张拉锚固完毕后,用手提砂轮切割机切除无粘结筋外露的多余钢丝,切割后露出夹片外长度不小于30 mm,且不应小于1.5倍预应力筋直径,并清理干净。
4.2.15 锚具的防腐
锚具是无粘结预应力筋的关键部分,因此应格外重视对锚具区的保护。用环氧树脂胶泥涂刷穴槽内壁外露钢丝和锚具,使之形成一个封闭的系统,防止外界有害物质的侵入而造成锈蚀,并可同时增强新老材料间的粘结。
4.2.16 张拉端混凝土的封堵
锚具防腐处理后及时用同强度等级或高一强度等级的微膨胀细石混凝土封闭张拉穴槽,外面再刷一层防水涂料。严防水蒸气进入,锈蚀锚具或预应力筋。
5 材料与设备
5.1 材料
5.1.1 无粘结预应力筋
无粘结预应力钢筋由钢绞线或钢丝束、油脂涂层和塑料护套组成。预应力筋宜选用高强度低松弛预应力钢绞线,其性能应符合GB/T 5224-2003《预应力混凝土用钢绞线》规定。
5.1.2 锚固材料
无粘结预应力筋锚固材料及锚具系统应按设计图纸的要求选用,其锚固性能的质量检验和合格验收应符合国家现行标准的规定。
张拉端主要采用圆套筒锚具或垫板连体式夹片锚具。圆套筒锚具由锚环、夹片、承压锚板和螺旋筋等组成;垫板连体式夹片锚具,由连体锚板、夹片、穴模、密封连接件及螺母、螺旋筋等组成。
固定端主要采用挤压锚具或垫板连体式夹片锚具。挤压锚具体系由挤压锚具、承压锚板和螺旋筋等组成;固定端垫板连体式夹片锚具由连体锚板、夹片和螺旋筋等组成。
5.1.3 混凝土
混凝土应采用强度等级为C30及以上的大流动性混凝土,浇筑时不留设施工缝,一次连续浇筑完毕。拌制混凝土的水泥、砂、石应有出厂合格证,进场后应按规定抽样复验。
混凝土浇筑时应在张拉端两侧进行下料,下料高度不宜超过梁面5cm,不得直接在塑料模壳位置浇筑,以防塑料模壳上荷载过大而导致下沉甚至跌落;同时必须振捣密实,不得有空鼓,振捣也必须在塑料模壳两侧进行。
5.2 设备
后张法无粘结预应力施工主要设备见表1。
6 质量控制
6.1 准备工作
预应力筋运至施工现场后要分区、分类堆放。露天堆放时,须覆盖防雨布,并用垫木垫起,不与地面接触,防止锈蚀、死弯。在堆放期间严禁碰撞踩压,避免损坏塑料套管及锚具。对包裹层破损的无粘结筋,用塑料胶条修补后方能使用。供现场张拉使用的锚具,需涂油包封在室内存放,严防锈蚀。对于按设计长度下料的预应力筋做好分类及编号并标明长度,以便其布束张拉时进行识别。
6.2 钢筋的绑扎、定位
当梁钢筋绑扎完毕后,按钢绞线的设计曲线,在梁筋上绑扎定位钢筋,每隔1.5～2.0m设置一个,保证定位准确。
预应力筋铺放后应将预应力筋理顺,检查预应力筋定位点及绑扎点的牢固性,以保证浇筑混凝土时预应力筋不会移动、上浮和变位等。
各根筋应保持平行走向,防止相互扭绞;每束预应力筋之间的水平净间距不宜小于50mm,每束预应力筋至构件边缘的净间距不宜小于40mm;每束不宜超过5根,并应采取可靠的支撑固定措施,保证同束无粘结预应力筋中各根具有相同标高;带状束在锚固端应平顺地张开。
穿束完毕后应及时复查无粘结钢绞线布设及外部破损情况,对于轻微破损的情况,采用防水聚乙烯胶带包裹,每圈胶带搭接宽度不应小于胶带宽度的1/2,缠绕层数不应少于2层,缠绕长度应超过破损长度30mm;对于严重破损的情况应予以报废,并重新布设。
6.3 混凝土浇筑
预应力混凝土设计强度等级不宜小于C30,混凝土坍落度宜控制在10～12cm之间,浇捣后要加强浇水养护。混凝土中不得使用任何掺加氯化物的外加剂。混凝土浇捣时,应准备不少于三组的试件,其中两组应同条件养护,以确定张拉时间用。
使用泵送商品混凝土时,须严格控制下料厚度,以防塑料模壳上荷载过大而导致下沉甚至跌落,同时须振捣密实,不得有空鼓。另外,要特别注意振动棒不得触及钢绞束,派专人值班,随时检查钢绞束位置和混凝土浇捣质量。
6.4 张拉
张拉时严格按标定值控制张拉力;油泵及千斤顶加载要平稳进行,随时检查工具的锚固情况;认真量测各阶段张拉伸长值,并做好记录;如不符合要求,应立即停止张拉,待找出问题并排除后方可继续张拉。
张拉端锚具放置空间应满足张拉后锚具外露端长度小于抹灰层厚度,以确保建筑外观质量。
7 应用实例
某体育场工程属市级重点项目,工程由地上2层看台和地下1层地下室组成,总建筑面积为31326.57m2,建筑高度小于24m;建筑类别为多层民用建筑。看台部分采用后张法无粘结预应力技术,共约10 395m2,尤其在看台层8 m跨度的密肋梁中运用效果显著,现场实景见图9。
8 结束语
采用塑料模壳极大地加快了施工进度、提高了工作效率,与木模相比,每层可减少一半人工,且拆模简单,材料成本低。采用拉钩定位钢筋进行定位,与常规的钢筋马凳定位相比定位点更准确,节约钢材近70%;拉钩定位钢筋只需按定位标记与梁箍筋绑扎固定,施工速度快,施工周期短,且有利于各根预应力筋保持平行走向,防止相互扭绞。由于定位筋采用拉钩形式,可任意设置定位高度与位置,满足设计要求的各种曲线形式,极大地提高了施工效率及预应力筋的布设质量。拉钩定位筋与梁箍筋绑扎,预应力筋与定位筋绑扎,绑扎牢靠,混凝土浇筑时不易产生移动、上浮和变位等偏位情况,施工质量较高。
参考文献
[1]建筑施工手册编写组.建筑施工手册(第四版缩印本)[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.
[2]陆锋,孙柄楠,楼文娟.大面积无粘结预应力密肋搂盖后张法施工质量的控制[J].建筑施工,2000(1).