預(yù)應(yīng)力空心板預(yù)制施工技術(shù)

唐承源

摘 要：本文主要介紹某10萬(wàn)噸級(jí)碼頭工程預(yù)應(yīng)力空心板預(yù)制的施工技術(shù)，從張拉臺(tái)座方案選擇、施工工藝流程、張拉臺(tái)座設(shè)計(jì)等方面，為今后同類型預(yù)應(yīng)力空心板的預(yù)制提供參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力空心板;施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U655? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）05-0090-02

1 工程概況

某10萬(wàn)噸級(jí)碼頭工程碼頭面預(yù)制安裝預(yù)應(yīng)力空心板和非預(yù)應(yīng)力空心板共280塊，共有6種型號(hào)，分別是KB1、KB2、KB3、KB4、KB5和KB6。其中KB1、KB2、KB3和KB4為預(yù)應(yīng)力空心板共203塊，KB5和KB6為非預(yù)應(yīng)力空心板共77塊。預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力空心板均為C45高性能砼，其中，預(yù)應(yīng)力砼量為：3980.2m3，非預(yù)應(yīng)力砼量為：587.7m3。

2 張拉臺(tái)座方案選擇

預(yù)制空心板在某預(yù)制場(chǎng)進(jìn)行預(yù)制。由于空心板的寬度較寬，達(dá)到2.7米;張拉應(yīng)力大，設(shè)計(jì)張拉力達(dá)到787.8噸。空心板重量在40～61噸不等，重量較重，采用一組門式起重機(jī)吊運(yùn)空心板的出槽，并配合空心板砼澆注。門式起重機(jī)兩支腿間距為15米，每槽的寬度為3.5米。傳力柱設(shè)計(jì)為邊柱寬度500mm×高度800mm和中柱寬度900mm×高度800mm兩種，根據(jù)實(shí)際寬度進(jìn)行布置，只能設(shè)置三條空心板預(yù)制生產(chǎn)線。為了減小張拉受力鋼梁的跨度，將傳力柱斷面在張拉端部局部加大，使張拉鋼梁凈跨為2.7米，并在傳力柱端頭底部增設(shè)一道鋼筋砼橫梁，使整個(gè)受力結(jié)構(gòu)為框架受力結(jié)構(gòu)，減小傳力柱的偏心受壓應(yīng)力。

張拉鋼梁采用30mm和20mm厚鋼板加工焊接而成，由于預(yù)制空心板的型號(hào)種類較多，每種空心板的鋼筋間距都不相同。為了確保鋼梁對(duì)所有空心板均可以施工，采用二根矩形鋼梁組合成一根張拉鋼梁，并在鋼梁之間留有一條40mm寬的縫，供張拉鋼筋用。為了確保在張拉過程中張拉臺(tái)座的砼受壓能均勻受壓，在張拉臺(tái)座上預(yù)埋鋼板來擱置張拉鋼橫梁。鋼橫梁設(shè)計(jì)成一根通長(zhǎng)的整體鋼梁，并和梁端預(yù)埋件焊接成一整體，使鋼梁成為一根三跨連續(xù)鋼梁，減小張拉時(shí)對(duì)傳力柱的偏心壓力。

3 施工工藝流程

底模制作→鋼筋張拉→鋼筋綁扎→穿空心膠囊→外模支立→澆注混凝土→拆模和抽膠囊→養(yǎng)護(hù)及防腐→放張→堆放和倒運(yùn)

（1）底模制作。由于每跨板寬均有五種以上不同板寬的空心板，每條線生產(chǎn)出一批同類型的板之后，就要換制其它類型的空心板。所以在預(yù)制過程中，底板寬度不斷地變化。為了適應(yīng)預(yù)制的需要，底模采用混凝土和木模結(jié)合的底模。在每槽中心選擇寬度為最小的三種板型為最初的預(yù)制空心板底模做混凝土底模。需要第二次以后制其它寬度類型的空心板時(shí)，在兩邊對(duì)稱增加所需制的空心板寬度的木方進(jìn)行施工。長(zhǎng)度以最長(zhǎng)的空心板根據(jù)實(shí)際制作。

（2）鋼筋張拉。①綜合考慮本工程方案選用單端單根張拉的施工方案。千斤頂選用600kN可張拉精軋螺紋鋼的千斤頂進(jìn)行張拉。②張拉鋼筋直徑為28mm，精軋螺紋鋼和張拉鋼筋間采用特制的連接器進(jìn)行連接。鋼筋采用三級(jí)鋼進(jìn)行施工，先對(duì)鋼筋單根進(jìn)行冷拉。千斤頂采用YCW60B-200型。根據(jù)千斤頂?shù)男：俗C書，推算出回歸方程為：Y=0.0884*0.5338，直徑28mm的三級(jí)鋼筋冷拉力為：401.92KN，張拉力為：321.54KN，油表讀數(shù)為36.1Mpa和30Mpa。根據(jù)冷拉規(guī)定要求;在冷拉到設(shè)計(jì)應(yīng)力后，持荷3分鐘后緩慢回油，直到?jīng)]有應(yīng)力。③張拉順序?yàn)椋阂韵韧夂罄锏脑瓌t進(jìn)行。先張拉每塊板外側(cè)鋼筋，從板的外側(cè)對(duì)稱地向板中進(jìn)行張拉。這樣可以減小張拉鋼梁在張拉時(shí)產(chǎn)生撓度對(duì)張拉鋼筋的張拉力的影響。

（3）鋼筋綁扎。在預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉完成后，進(jìn)行鋼筋綁扎。鋼筋綁扎嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行施工。由于設(shè)計(jì)施工圖中沒有設(shè)計(jì)膠囊固定鋼筋，在鋼筋綁扎時(shí)要求按一定間距綁扎一排膠囊加固鋼筋。加固鋼筋要固定在底板和頂板鋼筋之上，防止膠囊上浮和下沉。

（4）外側(cè)模支立。外側(cè)模板采用定型鋼模板，端模由于張拉鋼筋和預(yù)留空心孔洞，整塊模板無(wú)法施工，采用分片拼裝式模板進(jìn)行施工。外側(cè)模支立時(shí)，利用張拉的傳力柱對(duì)模板進(jìn)行加固。下中外側(cè)模夾住底模后，在外側(cè)模和傳力柱之間利用傳力柱為支撐點(diǎn)將底中撐住。上口板內(nèi)采用鋼頂撐確保板內(nèi)尺寸，同樣利用傳力柱打支撐調(diào)整外側(cè)模的垂直度和平直度及上口位置。

（5）混凝土澆筑。空心板混凝土為C45高性能混凝土，根據(jù)規(guī)范要求對(duì)配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，并經(jīng)試拌，各項(xiàng)指標(biāo)均檢驗(yàn)合格后確定施工配合比。混凝土坍落度采用70～90mm。混凝土按分層進(jìn)行澆注，分層厚度不大于30cm，共分三層。在澆注時(shí)，由于有膠囊的影響，振搗和下料時(shí)應(yīng)注意膠囊的位置。下料要均勻，振搗時(shí)不要過振，防止膠囊上浮和偏移。

（6）拆模、養(yǎng)護(hù)和防腐。在澆注混凝土完成后，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到0.25Mpa后，側(cè)模和膠囊就可以拆除。放掉膠囊內(nèi)的壓縮空氣，人工將氣囊從構(gòu)件中抽出，膠囊抽出后及時(shí)用水將膠囊上的混凝土沖洗干凈，以便周轉(zhuǎn)使用。混凝土澆注完成在混凝土達(dá)到初凝以后及時(shí)進(jìn)行混凝土澆水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不少于7天。側(cè)模拆除后及時(shí)進(jìn)行外表面的防腐施工，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

（7）放張。在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，開始進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼筋放張工作。為了確保空心板在放張時(shí)，不受放張時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，采用千斤頂進(jìn)行放張。具體方法是采用千斤頂進(jìn)行二次張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，張拉到應(yīng)力值后松開錨固螺母進(jìn)行放張。

（8）封頭和底板防腐。空心板堆放在堆放場(chǎng)地后，先將空心孔洞用堵頭板按設(shè)計(jì)位置堵住，然后支立封頭模板，進(jìn)行空心板堵頭和空心板封頭混凝土施工。同時(shí)對(duì)底板進(jìn)行防腐施工。

4 張拉臺(tái)座設(shè)計(jì)

4.1張拉臺(tái)座長(zhǎng)度

張拉臺(tái)座長(zhǎng)度按下式計(jì)算[1]（按槽數(shù)量最多的最長(zhǎng)的計(jì)算）：

L=l×n+（n-1）×2+2K=15.44×5+（5-1） ×2+2×1.9=89（m）。

式中： L―張拉臺(tái)座長(zhǎng)度（m）;l―構(gòu)件長(zhǎng)度（m）;n―一條生產(chǎn)線內(nèi)生產(chǎn)的預(yù)制梁數(shù)（片）;K―臺(tái)座橫梁到第一根構(gòu)件端頭的距離，這里取1.9m。張拉臺(tái)座結(jié)構(gòu)如下所示：

4.2張拉臺(tái)座穩(wěn)定性驗(yàn)算

4.2.1 斷面計(jì)算

設(shè)傳力柱橫截面為矩形，中間為：高h(yuǎn)=800mm;寬b=900mm。兩邊為：高h(yuǎn)=800mm;寬b=500mm。砼標(biāo)號(hào)C30，抗壓強(qiáng)度為fc=14.3MPa。中間的傳力柱橫截面面積A=b×h×2=900×800×2 =720000mm2。兩邊的傳力柱橫截面面積A=b×h×2=500×800×2 =400000mm2。Nmax =8114KN 作用在中間傳力柱，按中間傳力柱的斷面計(jì)算。Nmax =4057KN 作用在二邊傳力柱上，按二邊傳力柱進(jìn)行邊上的傳力柱的斷面計(jì)算。

其中間的正截面受壓承載力應(yīng)符合下列規(guī)定：

Nmax≤0.9φ（fcA+f'yA's）;

Nd=0.9φ（fcA+f'yA's）=0.9×0.95×14.3×720000= 8803KN

Nd> Nmax=8114KN，符合要求。

兩邊的傳力柱為Nmax≤0.9φ（fcA+f'yA's）

Nd=0.9φ（fcA+f'yA's）=0.9×0.95×14.3×400000=4891KN

Nd> Nmax=4057KN，符合要求。

由于 取φ=0.95，根據(jù)鋼筋混凝土構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)表，以小的兩邊傳力柱進(jìn)行控制驗(yàn)算。可得，L0/b=12，Lo=12×b=12×0.5=6m

查構(gòu)件縱向彎曲時(shí)的計(jì)算長(zhǎng)度表2，傳力柱是直桿，兩端按鉸接，因此取Lo=1.0L，L=Lo/1=6/1=6m

根據(jù)以上計(jì)算得出，兩個(gè)傳力柱的自由長(zhǎng)度為6m。即，兩傳力柱之間沿長(zhǎng)度方向最長(zhǎng)6m就要設(shè)一道橫向聯(lián)系梁，才能保證傳力柱穩(wěn)定。

4.2.2配筋計(jì)算

兩邊的傳力柱按構(gòu)造配筋，配筋率在0.5～1.5%，取配筋率1%，即As=500×800×1%=4000mm2，用13根φ20鋼筋，箍筋采φ8鋼筋，間距為200mm。中間的傳力柱按構(gòu)造配筋，配筋率在0.5～1.5%，取配筋率1%，即As=900×800×1%=7200mm2，用23根φ20鋼筋，箍筋采φ8鋼筋，間距為200mm。

4.2.3張拉橫梁計(jì)算

因鋼梁是三跨連續(xù)鋼梁，設(shè)計(jì)時(shí)按凈跨3.5米進(jìn)行設(shè)計(jì)。橫梁按局部承受均布荷載計(jì)算：q=8114/2.46=3298KN/m。

跨中最大彎距：M=ql（2l-L）/8=3202 KN×2.46m× （2*3.5-2.46）/8=4470KN·m

鋼梁的剪力為：V = Nmax /2=8114KN/2=4057KN

（1）強(qiáng)度計(jì)算：

鋼梁所需截面抵抗矩：

Wu=M/f=4470KN·m /215Mpa=20719cm3

采用鋼板焊接組合梁：鋼梁采用二個(gè)矩形的組合鋼梁，尺寸為寬30cm，高105cm，腹板鋼板厚2cm，頂板鋼板3cm。

鋼組合梁的斷面抵抗矩：W2=bh2/6- b1h12/6=60×1052/6-52×992/6=26882 cm3;

W2/ Wu=26882/20719=1.30，滿足強(qiáng)度要求。

（2）抗剪計(jì)算：

鋼梁的剪應(yīng)力為

τ=V/F=4057KN/（60*6+105*8cm2）=33.8N/mm2

（3）剛度計(jì)算：

鋼梁變形值計(jì)算（只取熱軋工字鋼慣性矩，撓度計(jì)算值偏大）ωmax=5qL4/（384EI）=5*3298*3504/（384×2060000×2538*105/2）=2.35（mm）

5 結(jié)語(yǔ)

通過數(shù)百件預(yù)應(yīng)力空心板（先張法）的成功預(yù)制，不但提前完成業(yè)主的工程任務(wù)，又取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為今后同類型預(yù)應(yīng)力空心板的預(yù)制提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 江正榮.建筑施工計(jì)算手冊(cè)第二版[M].北京：中國(guó)工業(yè)建筑出版社.2007.