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    環形預應力梁施工工法

    2022-02-25 778

    《環形預應力梁施工工法》主要的工法特點是采用分離式交叉搭接設置,分批交錯分階段張拉。

    2008年01月31日,《環形預應力梁施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。


    形成原因

    環形預應力應用在特種結構中較多,如儲液池、筒倉、核建筑中的安全殼體等,在市政橋梁中亦應用到曲線預應力的結構。在房屋建筑中,預應力混凝土框架結構形式大多為直線形,曲線應用少。在上海鐵路南站主站屋工程超長環形平臺框架梁預應力施工取得了圓滿的成功,為環形梁預應力和曲線形預應力的開發與應用提供成熟的施工工藝,并為2005年后此類施工提供借鑒。


    工法特點
    《環形預應力梁施工工法》的工法特點是:
    預應力筋布置采用分離式交叉搭接設置,分批交錯分階段張拉。通過測試摩阻力,調整K值(孔道摩阻系數)和μ值(孔道轉角系數),確定理論伸長值與張拉力。

    圖1 形梁預應力分布示意圖

    操作原理
    適用范圍
    《環形預應力梁施工工法》適用于連續環形梁預應力和連續曲線梁預應力施工。
    工藝原理
    《環形預應力梁施工工法》的工藝原理敘述如下:
    1.預應力筋采用分離式交叉搭接法。既便于預應力張拉,又便于施工時的拆模。預應力建立比較均勻;避免張拉端部過于集中,造成端部預壓應力過大,同時可以使原跨中的預應力損失得到補充。

    圖2 單根多跨連續曲線梁預應力筋分布

    2.環形框架梁同跨預應力筋均分批張拉。
    3.張拉伸長值控制,采用的以張拉力為主,伸長值校驗的方法。調整采用預先張拉法。
    施工工藝
    工藝流程

    《環形預應力梁施工工法》的施工工藝流程

    圖3 施工工藝流程圖

    操作要點
    《環形預應力梁施工工法》的操作要點如下:
    一、預應力筋安裝
    1.波紋管安裝∶按照設計圖紙中預應力筋的曲線坐標,以梁底模板為基準,定出波紋管的位置,固定波紋管。
    2.節點處理
    接頭∶必須采用大一號同類型波紋管作接頭套管,接頭管長度不小于300毫米,波紋管接口面應平整,密封,不得漏漿。
    排水孔和灌漿孔∶波紋管按設計規定預留排氣排水孔和灌漿孔,孔口的引出管與波紋管連接處應密實,避免漏漿。
    梁端錨墊板;梁端錨墊板處模板采用定型模板,與錨墊板一起加工,安裝位置要求正確、平整,不得扭曲,波紋管穿過錨墊板處應弧順,不得出現拐點。
    3.穿束∶可分別采用人工穿束、穿束機穿束和卷揚機穿束等三種方法進行穿束。

    4.梁張拉端設置∶可分為以下幾種∶梁上面或梁底面;梁體側面;梁柱間加掖,板面設置張拉混凝土后澆孔。


    二、預應力梁混凝土澆筑措施
    1.混凝土澆筑前對預應力筋進行全面的檢查,進行隱蔽工程驗收。
    2.所有新的振搗棒頭均應用砂輪機磨圓,澆筑混凝土時應絕對避免振動棒強力撞擊波紋管,以防止振動棒將波紋管鑿破后漏漿,破壞其預應力筋的狀態。
    3.張拉端、固定端處鋼筋較為集中,混凝土澆搗必須注意振搗密實。

    4.混凝土振搗過程中應有專人不停抽動預應力筋,防止漏漿和堵孔。


    三、預應力筋張拉力測試與計算
    在第一塊預應力張拉施工時,對曲線預應力梁的K、μ值進行現場測試并反演摩擦系數K和μ。根據測試值計算工程空間曲線預應力的摩阻系數、錨具的預應力損失以及張拉伸長值,為預應力的張拉提供張拉伸長的理論值。
    摩擦損失測試采用傳感器法,如圖4所示。操作時須保證預應力束為一端張拉,在張拉前,要求預先在預應力束的兩端各安裝一臺傳感器。測試時,開動張拉端千斤頂進行張拉(張拉伸長值大于1個千斤頂的行程,對梁的預應力筋張拉端安裝兩個千斤頂),待達到測試工況要求時停止進油并穩定油壓,分別讀出此時兩端傳感器的壓力讀數,即可得到預應力孔道摩擦損失。每束預應力筋測試分七個工況,分別為0.1σcon、0.2σcon、0.5σcon、0.6σcon、0.8σcon、1.0σcon及持荷3分鐘,讀取每個工況傳感器的讀數和量測預應力筋張拉伸長值。

    圖4 張拉測試設備安裝示意圖

    通過張拉測試和數據分析,分別采用最小二乘法和假定系數法反演摩擦系數,計算預應力筋張拉力。


    四、施加預應力
    1.準備工作∶在預應力筋張拉前進行設備標定,對構件端部預埋件、灌漿孔、混凝土等進行全面檢查,合格后發出張拉通知單。

    2.施加預應力∶施加預應力以張拉力為控制量、張拉伸長值為校核量。按設計圖預應力孔道編號,按設計張拉順序分批張拉。張拉時應做到孔道、錨環與千斤頂三對中,張拉過程應均勻。張拉完畢后,應檢查端部和其他部位是否有裂縫。并填寫張拉記錄表。實際伸長量與理論伸長推算值之和。與理論伸長相比較誤差不超過+6%、-6%,否則應停機檢查原因,予以調整后方可張拉。


    五、孔道灌漿
        1、準備工作∶ 張拉后應及時檢查張拉記錄及錨固情況,經認可后再準備灌漿。預應力張拉完成后48小時內應進行灌漿。灌漿前全面檢查預應力構件進漿孔。排氣、排水孔是否暢通;檢查灌漿設備、管道及閥門的可性,壓漿泵壓力表。


        2.灌漿采用純水泥漿。水泥應采用普通硅酸鹽水泥,強度等級不低于32.5,水泥不得含有結塊物。


        3.壓漿∶應緩慢、均勻地進行。


        4.壓漿時每一班做70.7毫米×70.7毫米×70.7毫米立方體試件一組,每組六塊,標準養護28天,其抗壓強度作為水泥漿強度質量評定的依據。


        5.灌漿時冬季溫度低于0℃或混凝土溫度低于5℃;夏季溫度高于35℃或混凝土溫度高于25℃,停止灌漿。


        6.灌漿作業時,應如實填寫現場施工記錄,每個構件均應有灌漿施工記錄。


    施工驗收
    《環形預應力梁施工工法》的驗收質量標準按《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB 50204—2002。
        一、預應力混凝土結構驗收時,對預應力專項施工應提供下列文件和記錄∶
            1.預應力鋼材合格證和檢驗報告。
            2.預應力用錨具合格證、抽檢記錄或檢驗報告。
            3.金屬波紋管合格證和抽檢記錄。
            4.張拉千斤頂及油壓表的配套檢驗記錄。
            5.金屬波紋管鋪設的隱蔽工程驗收記錄。
            6.預應力筋張拉記錄。
            7.孔道灌漿記錄及水泥漿試塊立方強度試驗記錄。
        二、預應力施工驗收,除檢查文件、記錄外,還應進行外觀抽查。

        三、當提供的文件、記錄及外觀抽查,均符合規范時即可進行驗收。


    材料設備
        一、施工材料
        《環形預應力梁施工工法》所用的材料明細如下:
        1.預應力鋼材
        預應力鋼材應有產品合格證、出廠質量證明書和進場試驗報告單。預應力鋼材進場時應按型號、種類分批檢驗。檢驗內容包括查對標牌,外觀檢查,抽取試樣做力學性能試驗,檢驗合格后方可使用。
        2.錨具
        預應力錨具應有出廠合格證、出廠檢驗報告和試驗報告單。按批檢查錨環、夾片外形尺寸及表面質量,對其中有硬度要求的錨環和夾片做硬度試驗及靜載錨固性能試驗。
        3.制孔材料
        檢查出廠合格證,外觀及尺寸檢查,灌水試驗等檢驗。
        4.灌漿料檢驗
        按《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB 175的規定。
        二、機具設備
        《環形預應力梁施工工法》所用的機具設備。


    機具設備表
    序號
    主要設備名稱
    型號
    單位
    數量
    備注
    1
    穿心式千斤頂
    YCW-250
    2
    備用1臺
    2
    YCW-150
    2
    備用1臺
    3
    電動油泵
    ZB-500
    2
    4
    砂輪切割機
    ф400
    2
    5
    手提式砂輪切割機
    ф180
    1
    6
    高壓油管
    6米
    4
    備用2根
    7
    開關電箱(一機一閘)
    380伏
    4
    備用2臺
    8
    開關電箱(一機一閘)
    220伏
    2
    備用1臺
    9
    螺桿式灌漿機
    J2GG
    1
    備用1臺
    10
    手動葫蘆
    1.0噸
    4
    備用2臺
    11
    水泥灌漿料拌合機
    0.3
    1
    12
    壓力灌漿輸送管
    2.0兆帕
    120
    備用20米
    13
    灌漿保壓閥門
    2
    14
    常用工具箱
    2
     


    質量控制

    《環形預應力梁施工工法》的質量控制要求如下:
    一、預應力混凝土結構驗收時,對預應力專項施工應提供下列文件和記錄:
    1.預應力鋼材合格證和檢驗報告。
    2.預應力用錨具合格證、抽檢記錄或檢驗報告。
    3.金屬波紋管合格證和抽檢記錄。
    4.張拉千斤頂及油壓表的配套檢驗記錄。
    5.金屬波紋管鋪設的隱蔽工程驗收記錄。
    6.預應力筋張拉記錄。

    7.孔道灌漿記錄及水泥漿試塊立方強度試驗記錄。


    二、預應力施工質量控制,除檢查文件、記錄外,還應進行外觀抽查和關鍵過程控制。
    1.鋼絞線的外觀檢查應逐盤(卷)進行。鋼絞線的捻距應均勻,切斷后不松散,其表面不得帶有油污、銹斑或機械損傷。
    2.預應力筋用錨具、夾具使用前應進行外觀檢查,其表面因應無污物、銹蝕、機械損傷和裂紋。
    3.波紋管安裝后,應檢查曲線標高、平面位置、固定松緊、接頭密封和有無破損,及時糾正偏差,破損處應用波紋管管片覆蓋修補。端口處防止灰漿進入。
    4.混凝土澆灌前新的振搗棒頭均應用砂輪機磨圓,澆灌混凝十時應絕對避免振動棒強力撞擊波紋管。以防止振動棒將波紋管鑿破后漏漿。破壞其預應力筋的狀態。張拉端、固定端處鋼筋較為集中,混凝土澆搗必須注意振搗密實。
    5.預應力筋張拉時,混凝土強度應符合設計要求;當設計無具體要求時,不應低于設計的混凝土立方體抗壓強度標準值的75%。
    6.孔道灌漿后在水泥初凝后,終凝前應從出漿孔、秘水孔等處用探棒檢查孔道密實情況。如有局部不密實之處,可采用人工或機械補漿填實。


    三、質量驗收按《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB 50204、《建筑工程質量檢驗統一標準》GB 50300、《預應力混凝土用金屬螺旋管》JG/T 3014、《預應力混凝土用鋼絞線》GB/T 5224、《預應力筋用錨具,夾具和連接器應用技術規范》JGJ 85、《預應力筋用錨具,夾具和連接器》GB/T 14370、《預應力液壓千斤頂》JG/T 5028、《預應力用電油泵》GB/T 5224、《建筑工程預應力施工規程》CECS 180、《建筑施工安全檢查標準》JGJ 59等有關規定執行。


    安全措施
    采用《環形預應力梁施工工法》施工時,除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外,尚應遵守注意下列事項:
    1.現場放線切割預應力鋼絲、鋼絞線,應設置專用放線架,避免放線時鋼絲、鋼絞線跳彈傷人。
    2.張拉時嚴禁踩踏預應力筋、千斤頂后面不得站人,在測量鋼筋伸長值或擰緊錨具螺帽時,應停止張拉,操作人員必須站在千斤頂側面操作。
    3.如遇斷絲、滑絲或錨具碎裂、混凝土破碎、孔道中有異常聲響時應立即放松千斤頂,查明原因,采取措施后方可再張拉。
    4.孔道灌漿時,操作人員應戴防護眼鏡,以防水泥漿噴傷眼睛。

    5.高空、臨邊張拉作業應搭設腳手架或操作平臺,腳手架應牢固可靠、有裝卸操作千斤頂用面積,并有可靠的護欄。雨天張拉時,應架設防雨棚。


    環保措施
    《環形預應力梁施工工法》的環保措施如下:
    1.張拉施工過程中,采取隔離措施,防止油泵油污污染。

    2.灌漿施工時,對灌漿料進行廢料回收。


    效益分析
    《環形預應力梁施工工法》的效益分析如下:
    1.圓環形框架結構不設變形縫,通過設置預應力,解決結構大跨度受力及控制結構變形裂縫產生,減少控制裂縫的其他費用。
    2.在施工時根據預應力張拉分段設置施工縫,每一施工段都能滿足預應力分段張拉。預應力筋采用每二跨按50%的分離式交叉搭接設置,分階段張拉,第一批50%預應力筋張拉完成后即可拆除模板。

    3.張拉順序為采用分批張拉和交錯張拉,分散預應力損失和張拉端錨固局部承壓的作用效應。


    應用實例
    《環形預應力梁施工工法》先后應用于上海鐵路南站主站屋工程、上海光源工程主體建筑和上海市南匯區機關辦公中心工程。
    實例1

    上海鐵路南站主站屋工程9.90米平臺為寬56.35米,外徑270米的圓環形框架結構。結構超長超寬,不留變形縫??蚣芷脚_由五條環形預應力工字梁、徑向次梁及水平梁組成。五條超大直徑預應力環形工字梁采用有粘結預應力寬扁梁,梁截面為∶高1560~2100毫米,腹板寬700~1950毫米,翼板寬2500毫米。

    圖5 上部結構分塊示意圖

    結構預應力筋一般按兩垮長度設置,交錯搭接。在施工分塊中按柱網每塊至少有兩跨,保證有50%預應力筋能夠在本塊張拉。預應力筋張拉逐塊連續進行,分批張拉,分批拆模。通過該工法工藝,成功實現了主站屋超長圓環形梁預應力的施工,取得了良好的經濟和質量效果,該工程于2003年7月開工,2004年9月結構全面建成,結構施工質量被評為上海優質結構

    圖6 圓環形預應力梁效果圖

    實例2

    上海光源工程主體建筑為圓環形建筑,其外圍為圓環形框架結構,結構采用環形預應力梁施工工法,結構施工取得圓滿成功。工程2004年12月開工,2006年12月全面建成,結構施工質量被評為上海優質結構。


    實例3
    上海市南匯區機關辦公中心工程中環形預應力結構主要分布于F區+8.500、+17.200標高的會議中心環形圍護結構以及屋面的屋蓋支撐梁中。該工法在該工程中應用良好。



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