采用先张法现场预制预应力拱板构件施工工法

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1、采用先张法现场预制预应力拱板构件施工工法1 前言采用先张法现场预制预应力混凝土拱板构件是预应力混凝土结构的主要结构型式之一。先张法有粘结预应力混凝土技术是通过台座设计、台座施工、预应力筋铺设、张拉、拱板模板安装、拱板钢筋、拱板砼施工、放张等工序为混凝土结构建立预应力以满足设计要求。通过工程实践总结形成本工法。2 工法特点 2.1预应力混凝土构件有着良好的抗裂性能和抗变形能力，耐久性高。 2.2预应力混凝土构件可有效地减小钢筋用量，节约材料，使用性能优越。2.3预应力筋与混凝土的可靠粘结可使预应力筋能很好地发挥其力学性能，为所建立的预应力提供保障。3 适用范围适用于现场预制大跨度预应力混凝土拱板

2、构和中小型预应力混凝土构件。4 工艺原理先张法预应力施工是先将预应力筋张拉到设计控制应力，用夹具临时固定在台座上，然后浇筑混凝土；待混凝土达到一定强度（不宜低于混凝土设计等级的80%）后，放松钢筋，靠预应力筋与混凝土之间的粘结力，在混凝土构件中产生预压应力。预加压应力可以抵消荷载作用后在混凝土内产生的部分或全部拉应力，以提高混凝土构件的抗裂性和刚度。5 工艺流程及操作要点5.1 预应力混凝土拱板简介21米跨预应力钢筋混凝土拱板，其上弦为抛物线，方程为：Y=4fx(L-x)/L2，其中：f为矢高，L为板跨。拱板宽196CM， 21米跨，预应力钢筋砼拱板形状尺寸见下图5.1-1。上、下弦砼设计强度

3、等级采用C40，隔板砼设计强度等级采用C20，下弦预应力筋采用48根（d=5）冷轧带肋钢筋LL650级，强度等级fpy430N/mm2 ，fptk650N/mm2，预应力控制con455N/mm2；其他构件采用冷轧带肋钢筋LL550级，fy360N/mm2 ，fstk550N/mm2。图5.1-1拱板图锚 筋 绑 扎安 放 隔 板张拉预应力钢筋台座设计施工台面涂隔离剂预应力值检测绑扎下弦板钢筋支拱模架安装模板绑扎上弦板钢筋浇注下弦板砼浇注上弦板砼预应力筋放张养 护安 放 予 埋 件砼试块制作放张砼试块检测施工准备预 制 隔 板材料设备检测5.2 工艺流程图5.2-1 预制拱板施工工艺流程图5.

4、3 操作要点5.3.1 先张法墩式台座设计施工预应力拱板采用先张法预应力墩式台座，在施工现场生产预制。因此，先张法台座设计，主要考虑台座必须具有足够的强度、刚度和稳定性，满足抗倾覆和抗滑移的要求，并且易施工操作和经济适用。先张法预应力墩式台座，由传力墩、台座板、台面和钢梁锚固板等组成，其构造为传力墩、台座板、台面共同受力，台座计算主要包括稳定性和强度方面的验算。根据先张法台座设计技术指标，抗倾覆安全系数不小于1.5，抗倾滑移安全系数不小于1.3。120080010002002030台座台面先张法预应力墩式台座，采用C25混凝土，见设计施工图5.3.1-1。台面为100厚C20素混凝土，宽220

5、0MM，长度110M。图5.3.1-1 先张法预应力墩式台座图1、稳定性验算按拱板生产线宽2.2米计算，取台座绕O点的力矩，并忽略土压力的作用，台座抗倾覆计算简图见图5.3.1-2。200120080010002030PO点G2G1图5.3.1-2 抗倾覆计算简图台座抗倾覆计算公式：Mr G1l1+G2l2 = 1.5 （5.3.1-1）MDV Ph1 式中Mr 平衡力矩MDV倾覆力矩G1台座外伸部分的重力，G1=8.8KNl1G1至O点的水平距离，l1=0.5MG2台座部分的重力，G2=42.24KNl2至O点的水平距离，l2=1.4MP预应力钢筋的张拉力，P=9.36348=449.4KN

6、h1P作用点至O点的垂直距离，h1=0.02平衡力矩Mr=8.80.5+42.241.4=63.53KN.M倾覆力矩MDV=449.40.02=8.9KN.MMr 63.53 = =7.141.5 MDV 8.9台座抗倾覆能力满足要求。2、抗滑移验算图5.3.1-3 抗滑移计算简图200120080010002030PN2N1N3台座抗滑移计算公式：N 1.3 （5.3.1-2）P 式中P作用于台座上的滑动力，P=449.4KNN台座抗滑移力，N=N1+N2+N3N1台面抵抗力，当台面板厚为100MM时,台面抵抗力300KN/MN1=3002.2=550KNN2混凝土台座与土的摩阻力，N2=（

7、G1+G2）磨擦系数，地基为亚粘土,=0.35N2=0.35(8.8+42.24)=17.86KNN3台座后面的土压力，N3=73.93KN台座抗滑移力N=660+17.86+73.93=751.79KNN 751.79 = = 1.671.3P 449.4台座抗滑移能力满足要求。5.3.2预应力钢丝下料铺设 预应力钢丝的下料长度，应考虑钢材品种、台座长度、锚夹具形式、张拉设备、冷拉伸长值、弹性回缩值、张拉伸长值等因素，通过计算确定。在铺放预应力钢筋前，长线台座台面应涂刷隔离剂， 隔离剂干燥后方可铺设预应力钢筋，以免预应力钢筋沾污，影响预应力钢筋与混凝土的粘结。5.3.3 张拉预应力钢丝预应力

8、钢丝张拉：在同一条生产线，按对称的原则从中间向两侧逐根进行张拉锚固。1、张拉控制方法预应力钢丝张拉控制采用双控法施工，即预应力筋采用应力控制方法张拉，以张拉伸长值进行校核，实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在6%以内。预应力钢丝张拉采取一次超张拉方式，主要考虑施工中可能会出现设计时未考虑的预应力损失，如测力仪的误差、温度影响、台座横梁刚度变形。预应力筋张拉控制应力值比设计要求提高5%。2、张拉程序0105%con（持荷2min锚固） （5.3.3-1）式中con预应力钢丝张拉控制应力。3、单根预应力筋张拉值计算张拉控制力计算PP=1.05conAp （5.3.3-2）式中PP单根预应力钢丝张拉

9、控制力值con 预应力筋张拉控制应力con=455N/mm2Ap截面面积，Ap=19.6mm2 单根预应力钢丝张拉控制力值PP=1.0545519.6=9363N理论伸长值计算 PP LL= （5.3.3-3） Ap EP式中L单根预应力筋理论伸长值 PP单根预应力筋张拉控制力，PP=9376N L单根预应力筋实际长度，L=111m Ap截面面积，Ap=19.6mm2EP弹性模量，E=2106N/mm 2单根预应力钢丝理论伸长值L为265mm。5.3.4 预应力钢丝张拉值检测预应力钢丝张拉力值检测：应在钢丝张拉锚固后1小时左右进行，应采用钢丝内力测定仪检查钢丝的预应力张拉值.根据规范规定，预应

10、力筋张拉检测值为0.94con（预应力筋的张拉控制应力），误差在预应力筋张拉检测值之内均为允许。张拉伸长值检测：应在张拉完毕后进行伸长值检测，根据规范规定，实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在6%以内。否则应暂停张拉，待查明原因并采取措施后，方可继续张拉。5.3.5 拱板砼施工1、拱板模板工程混凝土拱板上弦板为二次抛物线曲线，应先放出模板制作大样。按照上弦曲线的二次抛物线公式，由端部支点开始每隔50CM长度的水平距离处，计算拱板曲线各点高度，即相对应的垂直坐标高度，搭设支模架，进行模板安装。2、拱板砼工程下弦混凝土应从跨中开始往两端位置方向浇注。浇注前底模上撒混凝土，将下弦钢筋垫起后均匀填装混

11、凝土，再捣震，隔板处捣震时间应延长，使底部混凝土震密实。上弦混凝土浇注应从轴线位置开始往跨中方向浇注，用刮板拉平后捣震，捣震器应从两边分别向跨中方向进行，避免从上而下的捣震，使混凝土产生流淌，捣震后用刮板拉平，再找平压光。5.3.6 预应力钢丝放张1、放张要求放张预应力钢丝，拱板混凝土强度达到混设计要求凝土强度的100时方可。放张前，应拆除侧模，使放张时构件能自由伸缩， 否则将损坏模板或使构件开裂。2、放张顺序先放张使混凝土产生预压力较小的肋部钢丝，再放张使混凝土产生预压力较大的板面钢丝。应缓慢放张预应力钢丝，对称、相互交错地逐根用钢丝钳剪断预应力钢丝，以防拱板开裂、翘曲。放张后各拱板预应力钢

12、丝剪断顺序，宜由放张端开始，逐次切向另一端。3、钢丝回缩值检查切断钢丝时应测定钢丝往混凝土内回缩情况，检查构件放张时钢丝与混凝土的粘结是否可靠。钢丝回缩值：对钢丝不应大于0.6mm，对碳素钢不应大于1.2mm。如果只有20%的测试数据超上述规定值的，则检查结果谓之合格； 如果回值大于上述数值，则应加强构件端部区域的分布钢筋，提高放张混凝土强度等。6 材料与设备6.1 预应力钢丝预应力钢筋采用冷轧带肋钢筋LL650级，fy=430N/MM2、fyk=650N/MM2作为预应力钢筋。钢筋的表面不允许存在锈蚀、裂缝、沾油等现象，且钢筋中间不应有焊接头，除外观检查外，还应对钢筋的强度进行检验。冷轧带肋

13、钢筋检验：每批由不大于5T的同直径的冷轧带肋钢筋组成。 1、外观检查：冷拔低碳钢丝的表面不得有裂纹和机械损伤； 2、力学性能试验：应从每盘上任一端截取两个试样，分别做拉力试验(分别屈服强度和伸长率)和反复弯曲试验，并按其抗拉强度确定该筋钢丝的组别。6.2预应力锚固体系预应力钢丝端部夹具采用锥形夹具，由约束圈和锥板组成。预应力夹具应符合预应力筋用锚具、夹具和连接器GB/T14370-2000及预应力用锚具、夹具和连接器应用技术规程JGJ85-2002的规定。图6.2-1 锥形夹具图6.3 机械设备机械设备名称型号规格数量性能张拉机ZLJ-152张拉预应力筋测力仪SYC-1802测量预应力值钢筋调

14、直机JQ4141钢筋钢筋对张拉设备（张拉机、测力仪等）应定期维护和检验。张拉设备应配套、校验，检验应按照检定规程进行，周期不宜超过半年。7 质量控制7.1 质量要求7.1.2预应力混凝土构件质量要求符合混凝土结构工程施工及验收规范GB50204-2002和冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程JGJ95-2003规定。7.1.2 预应力混凝土用钢丝应符合现行国家标准预应力混凝土用钢丝GB/T5223-1995和冷轧带肋钢筋GB13788-2000的规定。7.1.3预应力夹具应符合现行国家标准预应力筋用锚具、夹具和连接器GB/T14370-2000和预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程JGJ85-2

15、002的规定。7.2 质量控制措施7.2.1所有原材料按规范要求进行外观检查和性能检验。7.2.2加强张拉过程质量控制，严格遵守张拉设备的配套校验制度和认真做好施工记录。7.2.3施工中出现的质量问题应及时处理。1、防止预应力筋张拉时滑丝、断丝。预应力筋张拉过程中出现滑丝或断丝，必须予以更换重新张拉。由于出现滑丝或断丝，将影响或改变构件的受力状态，要防止预应力筋在张拉时滑丝、断丝，首先要保证材料（钢筋和锚夹具）质量合格；其次，在张拉过程中严格控制张拉力，按规程操作，操作人员要集中精神，认真观察压力表和油泵的工作情况，切实做到随时控制。2、防止台座倾覆或滑移预应力台座构造为传力墩、台座板、台面共

16、同受力，若台座板与台面施工不当，板面标高不在同一标高，易出现台座倾覆或滑移，造成预应力值骤降损失和消失。为了防止造成预应力值损失，在进行第一次预应力张拉施工后，须连续三天监测检查预应力值，若出现预应力损失骤降，需加固台座。8 安全措施8.1 预应力施工操作人员应遵守施工现场临时用电安全技术规范JGJ80-91及建筑机械使用安全技术规程JG533-2001的有关安全规定.8.2 张拉预应力筋时其台座两端应有完善的防护措施，并设置明显的警示标志，非作业人员不得进入作业区域；8.3 施工人员在张拉与测量时应在千斤顶两侧操作，严禁在千斤顶后操作与站立；台座两端应有防护设施，两端禁站人，不准进入台座。8

17、.4 张拉时，沿台座长度方向，每隔45m 放一个防护架，两端严禁站人，也不准进入台座，以保证安全。9 环境保护措施9.1噪声控制：噪声限值昼70dB，夜55dB。安排施工工序时考虑各工序产生的噪声强度，振应减少振动棒空转时间.9.2现场设置垃圾池，施工中产生的废料分类集中存放，标识清楚。9.3制定节约用水措施，施工中产生的废水，要充分考虑其循环利用的可行性，如混凝土养护水通过收集循环利用。对含有泥、砂的水，经沉淀后排放。10 效益分析10.0.1采用先张法预应力技术现场预制构件，与普通钢筋混凝土结构相比，因减少模板、钢筋和混凝土的用量，能节约建筑材料，减少用工量 。10.0.2 运用先张法预应

18、力技术现场预制构件，可以与主体结构施工同时进行，并行流水作业，缩短工期。10.0.3 先张法预应力技术的应用能有效减小混凝土构件的截面尺寸，实现大跨度结构形式，降低能耗，减轻建筑物重量，节省工程造价。10.0.4 先张法预应力台座施工，采用建筑物地面垫层和场外道路路面作为台面板，可节约混凝土，约占预应力造价的5%10%，取得更好的经济效益。11 应用实例目前，采用先张法现场预制预应力混凝土拱板施工工法的工程，其总建筑面积超过百万平方米（部分工程见附表）。序号工程名称地点开工日期竣工日期工程量应用效果12005.72006.104500m222000.42001.128400m231998.31999.412960m211.1*种子加工储备中心仓库工程，预应力混凝土拱板跨度达24m，采用110米长线墩式台座先张法现场预制，预应力钢筋采用冷轧带肋钢筋LL650级，fy=430N/MM2、fyk=650N/MM2，张拉工艺为遂根对称张拉。11.2*工程，预应力混凝土拱板跨度达24m，采用100米长线墩式台座先张法现场预制，预应力筋采用b5冷拔低碳钢丝，张拉工艺为遂根对称张拉。11.3*工程，预应力混凝土拱板跨度达21m，采用80米长线墩式台座先张法现场预制，预应力钢筋采用冷轧带肋钢筋LL650级，fy=430N/MM2、fyk=650N/MM2，张拉工艺为遂根对称张拉。13