預應力混凝土施工及應用

胡國鋒

摘 要:預應力混凝土因其具有抗裂性能好,自重輕,節約材料,提高構件耐久性等特點正逐步在建筑工程中被廣泛應用。本文簡要闡述了預應力混凝土的特點,材料要求,以及施工要點及預應力在建筑工程中的應用。

關鍵詞:預應力混凝土;特點;施工;應用

預應力混凝土是預應力鋼筋混凝土的簡稱,是最近幾十年發展起來的一項新技術。現在世界各國都在普遍地應用,其推廣使用范圍和數量,已成為衡量一個國家建筑技術水平的重要標志之一。

1 預應力混凝土的特點:

1.1 提高構件的抗裂度和剛度。

1.2 增加了結構及構件的耐久性。

1.3 結構自重輕,能用于大跨度結構。

1.4 能節約材料,與鋼結構比,能節約大量鋼材,降低成本,增加耐火性能;與鋼筋混凝土比同跨度構件能節約鋼筋和混凝土,而相對經濟。

2 預應力混凝土材料

2.1 預應力筋

2.1.1 對預應力鋼筋性能的要求

強度要高。預應力混凝土結構中預壓應力的大小主要取決于預應力鋼筋的數量及其張拉應力。考慮到構件在制作和使用過程中,由于各種因素的影響,會出現各種預應力損失,因此需要采用較高的張拉應力,這就要求預應力筋的強度要高。否則,就不能有效地建立預應力。

有較好的塑性。為了保證結構物在破壞之前有較大的變形能力,必須保證預應力鋼筋有足夠的塑性性能。

要具有良好的黏結性能。

具有低松弛性能。在一定拉應力值和恒定溫度下,鋼筋長度固定不變,則鋼筋中的應力將隨時間延長而降低,一般稱這種現象為鋼筋的松弛或應力松弛。

2.1.2 預應力鋼筋的種類

《公橋規》推薦使用的預應力筋有鋼絞線、消除應力鋼絲和精軋螺紋鋼筋。鋼絞線和消除應力鋼絲單向拉伸應力一應變關系曲線無明顯的流幅,精軋螺紋鋼筋則有明顯的流幅。

鋼絞線。鋼絞線是由2、3或7根高強鋼絲扭結而成并經消除內應力后的盤卷狀鋼絲束。最常用的是由6根鋼絲圍繞一根芯絲順一個方向扭結而成的7股鋼絞線。芯絲直徑常比外圍鋼絲直徑大5%～7%,以使各根鋼絲緊密接觸,鋼絲扭矩一般為鋼絞線公稱直徑的12～16倍。

鋼絞線具有截面集中、比較柔軟、盤彎運輸方便、與混凝土黏結性能良好等特點,可大大簡化現場成束的工序,是一種較理想的預應力鋼筋。

高強度鋼絲。預應力混凝土結構常用的高強鋼絲是用優質碳素鋼(含碳量為o.7%一1.4%)軋制成盤圓,經高溫鉛浴淬火處理后,再冷拉加工而成的鋼絲。對于采用冷拔工藝生產的高強鋼絲,冷拔后還需經過回火矯直處理,以消除鋼絲在冷拔中所存在的內部應力,提高鋼絲的比例極限、屈服強度和彈性模量。

精軋螺紋鋼筋。精軋螺紋粗鋼筋在軋制時沿鋼筋縱向全部軋有規律性的螺紋肋條,可用螺絲套筒連接和螺母錨固,因此不需要再加工螺絲,也不需要焊接。目前,這種高強鋼筋僅用于中、小型預應力混凝土構件或作為箱梁的豎向、橫向預應力鋼筋。

2.2 混 凝 土

對于預應力結構的混凝土,按國家規范指出:混凝土強度等級不宜低于C30;當采用碳素鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋作預應力鋼筋是地,混凝土強度等級不宜低于C40。在預應力混凝土結構中,應采用與高強鋼筋相配合的較高強度等級的混凝土,只有這樣才能充分發揮高強鋼材的抗拉強度,有效地減小構件截面尺寸,因而也可減輕結構自重。特別對于先張法構件,混凝土強度等級的提高,可增大混凝土的黏結強度,以保證預應力鋼筋在混凝土中有較好的自錨性能。

3 預應力混凝土施工要求

3.1 抽樣和試驗

檢驗員需對到達工程現場的每一捆卷軸的預應力鋼絞線進行抽樣檢查。鋼筋、鋼絲和車鉤也應進行抽樣檢查,抽樣頻率參見標準技術規范。鋼板的抽樣頻率參見抽樣指南。通常,試驗按照ADOT的材料類中結構材料試驗部分的規定進行。

3.2 后張預應力構件的導管安裝

通常在梁腹中箍筋綁扎好后,側模安置前設置導管。在貯存、加工和運輸導管時應特別小心,因為與其他橋梁構件相比,導管較薄易損壞。

橋梁工程中常用兩種類型的導管。一種是由鍍鋅帶鋼縱向焊接形成的光滑剛壁導管,帶鋼間使用連續電阻焊接或聯鎖縫。常用的供應尺寸是20英尺(6米),每一長段的一端伸展出去形成一種滑動連接。另外一種是由鍍鋅的肋鋼板使用螺旋纏繞聯鎖縫焊接而成的。它常用的供應尺寸是40英尺(12米),然后用剛性更大的管道車鉤連接。

3.3 壓力試驗

一旦檢驗員確定所有可能的缺陷已經被檢查并進行了修復,承包商必須向上一級部門證明導管不滲漏。這點通過導管的壓力試驗來確定。將空氣或水泵送人一個封閉的導管,直至達到“裝載壓力”,然后停止輸送,待5分鐘后測量“殘留壓力”。規定的裝載和殘留壓力取決于壓力試驗中導管是否部分或全部被混凝土包裹。在試驗前應將那些沒有被混凝土全部包裹的導管的露出部分用環氧樹脂密封。

如果壓力試驗的結果不滿足要求,承包商必須采取措施檢查并修補全部漏洞。若試驗后仍不滿足要求,駐地工程師應作出同意使用該導管或要求進一步修補的意見。

駐地工程師根本不可能同意使用那些不滿足壓力試驗的后張導管的。他應堅持讓承包商采取必要的措施修補全部漏洞。因為一旦平臺式模板被支好并進行了灌筑,那么再接近梁腹修補有漏洞的導管就變得相當困難了。

3.4 預加應力

預加應力有兩個增長過程。第一個增長過程是指初始拉力,用來拉直鋼絞線以減少松弛。初始拉力通常是初始應力的5%-10%,可通過裝置有壓力表或壓力盒(拉壓傳感器)的液壓千斤頂或柵欄伸張器和測力計來施加拉力。

初始拉力施加后,承包商應立即對鋼絞線的固定端和測量伸長量的張拉端進行標注。若使用的是拼接鋼絞線,則滑動的拼接處必須標注。

伸長和滑動的參考標點確定后,鋼絞線在所需的初始應力下進行張拉和錨固。張拉應力必須由裝置有壓力表或荷載傳感器的液壓千斤頂施加。

張拉操作的最后,必須測定張拉的伸長量并與理論計算值相比較。這個計算必須征得橋梁設計師的同意。先張法構件中,應該記錄每一根鋼絞線的伸長量。對現澆后張法預應力構件,應記錄每一預應力鋼索中鋼絞線束的伸長量。

3.5 后張預應力構件的灌漿

灌漿的目的是為了用水泥漿注滿導管中所有的空隙。這樣可以防止預應力鋼索被腐蝕,保持其與梁腹的握裹力。灌漿前,應切斷鋼絞線,設置好漿帽。灌漿管和噴出管應裝置有直接的機械阻斷閥。排氣孔也應設有阻斷閥。上述準備好后,預應力鋼索就將被注人水泥漿。

4 預應力在建筑工程上的應用:

4.1 構件方面:目前主要是用一般預應力來制作構件

4.1.1 多孔板:以前用低碳冷拔鋼絲做鋼筋,采用先張法施工,在澆筑混凝土后,待混凝土強度達到設計強度80%以上時,開始斷絲,建立預應力。現鋼筋則采用冷軋帶肋鋼筋。

4.1.2 大型屋面板:其兩肋主筋采用熱軋IV級鋼筋作為預應力筋,也采用先張法把鋼筋錨在剛性模架上,待澆筑混凝土后,經蒸汽養護混凝土達到設計強度后,放去錨固松掉鋼筋待其回彈建立預應力。

4.1.3 吊車梁:鋼筋混凝土吊車梁,可彩張拉臺先張法施工,產模綁扎鋼筋和澆筑混凝土,待混凝土達到設計強度后斷筋,回彈建立預應力;還有是臥式支模,綁筋、留張拉孔,澆筑混凝土,到混凝土達到設計強度時,在預留孔中穿筋采用千斤頂后張法施工建立預應力。

4.1.4 屋架:鋼筋混凝土屋架的下弦,都采用下弦留通長孔道,待強度到達混凝土設計強度70%以上后,穿盤采用千斤頂后張法施工建立預應力。

4.2 現澆框架結構的預應力張拉:在近十多年以來,預應力應用到多層框架結構的梁板中間。達到了提高承載力;加大了跨度;減小梁的高度而又增加了凈空,可以減低層高,總體達到節約材料和造價。

4.3 構筑物中采用預應力技術:預應力施工技術應用于構筑物的范圍,當前已很廣泛。如過去早期用過的大型水池、儲油罐,現在有混凝土筒倉;核變電站原子反應堆的預應力混凝土的安全殼施工;電視塔采用豎向預應力盤進行預應力施工。

在高大、抗滲、抗裂等要求嚴格的構筑物,采用預應力結構的辦法后,效果良好,質量有保證,這也是預應力技術發展的一個場所。