后張法預應力技術在屋框梁施工中的應用

王杰

后張法預應力技術在屋框梁施工中的應用

王杰

（中鐵十四局集團第二工程有限公司，山東 泰安 271000）

在預應力屋框梁的施工過程中，預應力鋼絞線的張拉施工對屋框梁質量起著決定性作用。預應力鋼絞線張拉，一般采用張拉力和伸長值雙控，要求實際伸長值與理論伸長值誤差不得超過±6％，而在實際施工中，不經復核直接取用設計給出的理論伸長值，將造成實際伸長值與理論伸長值誤差超出±6％的要求。結合曹妃甸西站機務整備棚工程實例，總結了現澆梁預應力鋼絞線張拉理論伸長值的計算方法。

預應力；張拉；伸長值；鋼絞線

1 工程概況

曹西機務整備棚位于河北省唐山市曹妃甸工業區曹妃甸西站，共1層，長92 m，寬26 m，總高度9.95 m，主要用于列車檢修。抗震設防烈度7度0.15g，耐火等級2級，設計使用50年。主體結構為鋼筋混凝土框架形式，屋框梁混凝土強度等級C40，長27.2 m，梁端高度2.0 m，梁端中部高度1.8 m，寬0.5 m，需進行預應力張拉施工，預應力筋采用極限強度標準值為1 860 MPa的低松弛預應力鋼絞線，直徑=15.2 mm，張拉錨下控制應力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 理論伸長值計算

屋框梁錨下控制應力為1 395 MPa，實際數值應考慮鋼絞線在錨圈口處的摩阻損失，計算鋼絞線實際伸長值時需減去千斤頂段鋼絞線伸長值后再與理論伸長值比較，由于鋼絞線進行張拉時同時受到預應力管道彎曲和管道偏差引起的摩擦力影響，導致錨下控制應力出現損失，即向跨中方向逐漸減小，因此鋼絞線每部位的伸長值也不同。因此需要根據鋼絞線的彎曲情況進行分段，分別計算每段的伸長值后，進行累計得出整束鋼絞線的理論伸長值。每段鋼絞線伸長值按式（1）計算：

△=P/PP（1）

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

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

P=（1－﹣（kL+μθ））/（+） （2）

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

第一段起點張拉力即為錨下控制應力，每分段終點張拉力即為下一段起點張拉力，每段鋼絞線終點張拉力按式（3）計算：

F=S﹣（KL+μθ）（3）

式（3）中：F為分段終點張拉力，N；S為分段起點張拉力，N。

屋框梁張拉端構造做法參照《06SG429》第56頁圖2.4-8，如圖3所示。

根據鋼絞線各參數，計算各分段長度伸長值。由于鋼絞線采用中點對稱設置，只需計算半幅累計伸長值再乘2，即可得到整束鋼絞線理論伸長值。因此，選定半幅鋼絞線分為Δ01、Δ02、Δ03共3段分別計算伸長值，另外半幅伸長值與此相等。鋼束理論伸長值計算如表1所示，半幅伸長值為 99.2 mm，則鋼絞線總理論伸長值為198.4 mm。鋼束理論伸長值計算如表1所示。

圖3 預應力梁柱邊張拉端

3 工藝流程

預應力張拉施工工藝流程圖如圖4所示。

4 施工方法

4.1 預應力管道下料、安裝

在對波紋管進行各項檢查后，對相應梁長度進行波紋管的接長與下料，如果進行下料應采用砂輪切割機。根據設計文件中孔道中軸線至側模及底模的距離，用記號筆在模板及鋼筋上標出波紋管縱橫向位置，此步驟嚴格按照設計圖紙給出的波紋管坐標執行，后焊接定位鋼筋，定位鋼筋每間隔50 cm一道焊接成網，穿波紋管進行波紋管的定位。孔道位置允許偏差4 mm。

4.2 墊板安裝

墊板安裝前，檢查其結構尺寸是否滿足設計要求，嚴禁灌漿管伸入喇叭管內。在模板上準確標識墊板的安裝位置，然后在其中央位置進行鉆孔，孔徑略大于波紋管孔徑為宜，墊板與孔道的中心位置嚴格對正，并與孔道端部垂直。

4.3 鋼絞線下料、穿束

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

表1 鋼束理論伸長值計算表

分段σi/MPaAp/mm2長度L/m切線角度θ/rad偏差系數K摩阻系數μKL+μθe﹣（KL+μθ）σi+1/MPaP均/N伸長量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 預應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，工作錨具安裝時孔方向必和墊板垂直，鋼絞線穿過錨具后務必符合設計角度。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，夾片務必安裝牢固。安放錨具時，為了保證每一束鋼絞線都能穿在錨具對應的相同孔道，可以在安裝前將兩個錨具對放在一起，對相同孔道進行編號，安裝時，可以抽動單束鋼絞線，兩端的工作人員用對講機進行聯系，將該束鋼絞線穿入相同編號的孔道。嚴禁同一束鋼絞線在兩端錨具中對應不同的孔道，以免在張拉時發生扭絞、斷裂。安裝夾片時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。夾片注意要安裝對稱，外端平齊。鋼絞線外伸部分要保持干凈，穿入工作錨時要保證鋼束順直，工作錨必須準確放在錨墊板的定位槽內，并與孔道對中。

安裝千斤頂時，油管保持順暢不得扭結成團，千斤頂就位后，安裝工具錨，鋼束穿入工具錨環后，位置要與工作錨的位置一一對應，不得交叉紐結，千斤頂不要完全回縮，應預留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，工具夾片重復使用次數一般不宜超過10次。施工時注意時刻關注支架的穩定性，尤其是在安裝千斤頂就位時，防止支架失效，千斤頂墜落，發生事故。

校驗千斤頂：校驗采用標準測力計校驗法，千斤頂、油壓表及油泵配套校驗。將電動油泵的油路、電源接通，給千斤頂供油，活塞上移，頂壓標準測力計。當測力計達到一定噸位時，立即從千斤頂的油壓表上讀數。各級噸位的壓力讀數復校三次，然后計算油壓表在各級噸位時相應讀數的平均值，作為壓力表讀數，再根據一元線性回歸，計算出與設計張拉力相應的油壓表讀數。

在施工中發生下列任何情況時，都進行重新校驗，確保張拉力準確：校驗期限超過2個月；千斤頂漏油或千斤頂檢修后；張拉過程中，鋼絞線經常出現斷絲及鋼絞線實測伸長值與理論計算值相差超過標準規定值時；油壓表指針不回零或調換千斤頂油壓表。

4.5 張拉

預應力的張拉采用雙控，以張拉力為主，鋼束伸長值作校核。

第一次張拉，先張拉設計值20%（223.2 MPa），測量伸長量1，張拉至40%（446.4 MPa）測量伸長量2，最后張拉至設計100%（1 116 MPa），測量伸長量3，計算實際伸長量1=3+2－21。

封頂后第二次張拉，先張拉至1 116 MPa，測量伸長量4，張拉至設計值1 395 MPa，測量伸長值5，超張拉3%，實際伸長量2=5－4。

總的實際伸長量=1+2。

張拉達到控制應力后，持荷2 min后錨固，并及時填寫好張拉記錄。張拉記錄應真實有效，由現場操作人員測量，每完成張拉一束鋼束就馬上將該束的伸長值測量完畢，嚴禁在全部張拉施工完成后補測張拉伸長值，按規定進行錨固后，緩慢回油退頂卸載，整機復位進行下一束張拉。

4.6 對張拉起拱度的觀測

隨著預應力鋼絞線張拉的實施，梁體起拱也將隨之產生。為了更好地觀測張拉效果，本工程在預應力鋼束張拉前后進行梁體起拱度觀測，本觀測結果不作為竣工交工資料，僅僅作為檢驗預應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，使得預應力鋼絞線與混凝土牢固地粘結為整體，可有效避免預應力鋼絞線發生銹蝕。預應力張拉完畢后立即進行孔道壓漿，壓漿前用水清洗管道，借以除塵和濕潤孔壁，除掉孔內的雜質，以便灰漿流動及孔壁有良好的粘著性。

壓漿用砂漿強度等級同梁體混凝土強度等級，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性。

水泥漿從配制到壓入管內，整個過程控制在40 min內，水泥漿要經過Φ1.2 mm的篩孔后再進入料斗，防止大顆粒進入壓漿泵造成堵管。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，穩壓3 min。從一端向另一端壓漿，壓漿達到孔道另一端飽滿和出漿，排氣孔排出與規定稠度相同的水泥漿為止，關閉梁側終端閥門，關閉進漿口閥門，至此，壓漿工作完成。張拉壓漿后進行3～5 d養護。

4.8 封錨

壓漿后將埋設在結構內錨具周圍沖洗干凈，端部混凝土表面應鑿毛，并在錨具外涂刷環氧樹脂，然后綁扎鋼筋網和澆筑封錨混凝土。封錨混凝土采用C45微膨脹混凝土，澆筑封錨混凝土時需嚴格控制梁體長度，預應力筋的保護層不得小于50 mm。孔道壓漿后養生5 d，將工作錨處鋼絞線切除，切割嚴禁使用電焊、氣焊等設備。在切割過程中，應及時在鋼絞線上灑水，防止鋼絞線受熱而產生滑絲收縮現象。

5 結束語

預應力施工作為大跨度屋框梁施工中的關鍵技術，關系到整個工程的質量，因此，要嚴格按照張拉程序施工，本文關于后張法預應力鋼絞線理論伸長值的計算，可為類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，項目總工，研究方向為橋涵、路基、房屋建筑。

〔編輯：張思楠〕