先张法预应力-25米折线箱梁.doc

.先张法预应力25米折线箱梁1概念先张法是先将预应力钢筋（丝）施加一定拉力，再浇筑砼，当砼达到一定强度时再剪断预应力钢筋（丝），并使构件得到预应力的一种方法。即先张拉钢筋后浇注混凝土.其主要张拉程序为:在台座上按设计要求将钢筋张拉到控制应力用锚具临时固定浇注混凝土待混凝土达到设计强度75%以上切断放松钢筋.其传力途径是依靠钢筋与混凝土的粘结力阻止钢筋的弹性回弹,使截面混凝土获得预压应力。先张法施工简单,靠粘结力自锚,不必耗费特制锚具,临时锚具可以重复使用(一般称工具式锚具或夹具),大批量生产时经济,质量稳定.适用于中小型构件工厂化生产。2先张法预应力施工的程序及其优缺点先张法是把钢筋在台座上按设计要求的张拉应力拉紧，然后浇筑混凝上，待混凝土达到一定强度并与钢筋牢固粘结后，放松钢筋。由于钢筋的回缩，而混凝土与钢筋的粘结力又阻止这一回缩于是钢筋的拉力传递于混凝土上，使混凝土得到顶应压力。3.在预应力技术中，先张法与后张法预应力混凝土结构的工艺区别、适用范围和施工要求区别：先张拉高强钢筋，后浇筑砼，待砼土达到设计强度后再建立预应力的结构称为先张法。用于直线配筋梁。反之先浇筑砼并达到设计强度后，再张拉钢筋锚固为后张法。用于曲线配筋梁。要求：预应力张拉时，砼强度不应低于强度标准值的75%；无粘结筋的长度25m时，宜采用两端张拉。张拉前应对机具、设备和仪表进行校核和标定，所用的张拉设备应配套校验。对预应力工艺，应从材料、制束、张拉的全过程进行质量控制。4.在预应力简支梁预制过程中经常会出现如下质量问题，该如何解决a. 空心板的充气胶囊内模,由于固定方式欠佳,易产生下沉及上浮,造成顶、底板的厚度难以控制,因而要特别注意胶囊支架及左右固定的效果,以防止产生胶囊的位移。b. 在预应力张拉时产生断丝。其防制方法是在浇筑砼前,将发生断丝钢材进行更换,重新进行张拉。c. 空心板两端因预应力放张偏早，造成该部位砼不足而开裂。对此情况,需在施工中对设计规定的放张长度内套塑料管,并做到塑料管不漏不裂。另外，预应放张,必须在砼抗压强度大于70%的设计强度后与均匀缓慢地进行。在后张法施工的预应力结构中，除在模板、支架、钢筋、砼方面，其他方面的质量多发生于砼浇筑、预应力钢束的穿束张拉、封锚和预留孔道灌浆等工序中。如预留孔道塌陷，孔道位置不正、堵塞，预应力锚固区锚垫板位置不准，锚下砼不密实，预应力筋张拉时滑丝、断丝、应力超标、张拉伸长率不达标，孔道灌浆不实或压浆困难防止这些质量问题出现的着眼点应是：在砼浇筑前，正确检查预应力孔道成孔器、锚垫板的定位情况；砼浇筑时要对各部位充分振捣，并注意对成孔器的保护，以免孔道损坏及走位；对预应力工艺，应从材料、制束、张拉的全过程进行质量控制。5先张法预应力钢筋计算有关规定先张法预应力钢筋，按构件外形尺寸计算长度；后张法预应力钢筋按设计图规定的预应力钢筋预留孔道长度，并区别不同锚具类型，分别按下列规定计算：a. 低合金钢筋两端采用螺杆锚具时，预应力钢筋按预留孔道长度减0.35米，螺杆另行计算；b. 低合金钢筋一端采用镦头插片，另一端采用螺杆锚具时，预应力钢筋长度按预留孔道长度计算，螺杆另行计算。c. 低合金钢筋一端采用镦头插片，另一端采用帮条锚具时，预应力钢筋增加0.15，两端均采用帮条锚具时预应力钢筋共增加0.3m计算。d. 低合金钢筋采用后张砼自锚时，预应力钢筋增加0.35M计算。e. 低合金钢筋或钢交线采用JM、XM、QM型锚具，孔道长度在20m以内时，预应力钢筋长度增加1M;孔道长度20米以上时，预应力钢筋长度增加1.8M计算；f. 碳素钢丝采用锥形锚具，孔道长度在20M以内时，预应力钢筋长度增加1M；孔道长度在20米以上时，预应力钢筋长度增加1.8M计算。g. 碳素钢丝两端采用镦粗头时，预应力钢丝长度增加0.35M.6实例：35m先张法预应力箱梁施工工艺目前国内30米以上跨径预应力砼连续梁均采用后张法施工，尽管这种施工技术应用广泛，但是后张法施工中经常出现的堵孔、压浆不实、预应力不足等影响结构承载力与耐久性的质量问题却始终不能避免，许多预应力砼连续梁桥发生裂缝开展、持续下挠现象，造成安全隐患，成为工程通病，为此工程界提出了推广先张法的问题。显然，如果采用先张法工艺，因预应力明确、无需管道、省却压浆，可以很好地避免上述问题。国外先张梁应用比较广泛，如前苏联设计的先张梁定型设计跨经为15.833.5米，最大跨经已达69.2米；意大利、韩国在高速铁路的桥梁建设中均采用折线配筋的先张梁结构；韩国公路先张箱梁最大跨度达50米。我国铁路部门在上世纪末开始了折线配筋先张梁的设计研究，并在青藏铁路线24米跨度T梁中使用，然而在我国公路桥梁领域，这项研究尚属空白。基于上述背景，河南省高速公路发展有限公司以“折线配筋预应力砼先张梁的应用研究”为题，开展了专项研究。按照课题研究安排，以中交第一公路勘察设计院编制的装配式预应力砼箱型连续梁桥上部结构通用图（35米，后张法）为基础，由河南省交通规划勘察设计院、河南海威工程咨询有限公司在河南省泌阳至桐柏高速公路桐柏淮河大桥中设计了先张法折线配筋预应力砼组合箱梁。相应于直线配束箱梁，它能够有效降低梁端的主拉应力、改善结构受力性能；与后张法相比，则既可以避免后张法压浆不密实、预应力值不可靠带来的工程病害，从而提高结构的耐久性，又可以节省锚具管道、减少施工工序、降低维修养护费用，在一定程度上节省工程造价；同时具有便于工厂化预制，提高产品质量等优点。a. 设计计算先张法折线配筋预应力砼组合箱梁整体结构计算采用交通科研所开发的平面杆系有限元程序GQJS9.3版，设计荷载根据河南省地方标准高速公路设计技术要求DB41/T 419-2005，汽车荷载为1.3倍的公路I级。b施工图参考本次先张法折线配筋预应力砼组合箱梁施工图设计除遵守国家现行规范外，还参照中交第一公路勘察设计院2005年编制的装配式预应力砼箱型连续梁桥上部结构通用图（35米、后张法），按照规范，在保持相同安全储备、相同控制应力水准的前提下进行施工图设计。根据经济指标分析，箱梁纵向按全预应力构件设计。c折线筋的弯折角度、摩擦损失、静力破断强度折减率35米先张法折线配筋预应力砼组合箱梁折线筋设计弯折角度约为4.7度。根据铁道专业设计院的实验结论，折线筋的静力破断强度折减率随折角的增大而增大、随导向辊半径的增大而减小,据铁专院的研究成果，上述弯折角度是合适的。为进一步优化折线筋的受力，35米箱梁设计的转向器采取特制减摩工艺，以便减小摩擦力，进而减小预应力钢筋破断强度的折减率及预应力损失。d转向器与张拉台座转向器是折线配筋先张法预应力砼箱梁制作的关键元件，参考铁专院的研究成果，本设计采用内置式转向器。根据河南省高速公路发展有限公司“折线配筋预应力砼先张梁的应用研究”课题安排，桐柏淮河桥采用砼长线法张拉台座预制35米小箱梁。e先张法钢筋预应力损失设计计算中，因台座变形损失不能确定，拟于在张拉预应力筋时通过超张拉方法考虑；折线筋的弯起摩擦损失暂按铁专院试验结果值，待试验后调整；养护损失因台座与构件共同受热，不予计入；其余预应力损失项按规范计算，并将与现场测定数据进行分析比较，结合课题试验研究结果，通过调整张拉控制力包络弥补。f. 先张法折线配筋预应力砼梁施工工艺一、准备工作（一）台座的施工：短线台座按照河南海威公司设计的35m连续箱梁先张法张拉台座浇筑钢筋砼结构及预埋件。结构的浇筑、制造及安装的技术要求见设计说明。（二）千斤顶和油泵的校正：梁场应配置4台（若上下横梁同时张拉则需8台）用于单根钢绞线张拉的前卡式千斤顶和每个台座用于张拉及放张用的QFSSD320-20分离式机械锁紧油压千斤顶，上述千斤顶必须与油泵和油表配套进行校验。（三）千斤顶的安装：安装35m跨预制箱梁先张法张拉台座TZ-01-01安装QFSSD320-20分离式机械锁紧油压千斤顶，在安装该千斤顶时先顶出约10mm，以调平上下横梁。（四）弯起器的安装：弯起器的安装时间宜在箱梁腹板钢筋绑扎之前和底板底层钢筋绑扎之后，安装时左右两侧对称布置。（五）布设预应力钢绞线：钢绞线的折线筋的下料长度为40.82m，直线筋的实际下料长度为39.32m，布筋时可以从跨中向两端穿入，也可从一端穿入，以方便为主。下料和布设过程中，要防止沾污预应力钢绞线。（六）用前卡式千斤顶将上、下横梁上各根钢绞线张拉至65%的张拉力后，绑扎小箱梁两侧腹板的内外两层钢筋及底板的上层钢筋，合上外模。（七）在预应力钢绞线张拉至65%后吊入内模迅速绑扎箱梁顶板钢筋。二、预应力钢绞线张拉（一）预应力钢绞线的张拉力和伸长量及锚具a)单根钢绞线张拉控制应力按con=0.75fpk=0.751860=1395Mpa、单根钢绞线张拉力N=195.3KN；b)单根弯起筋的伸长量285mm，直线筋伸长量274mm。在用伸长量进行校核时，实际伸长值=实际测量的伸长值-该批钢绞线张拉65%时两端横梁的累计变形值-该批钢绞线张拉时反力梁被压缩值（按成对张拉2根、反力梁被压缩0.3进行累计）-两端顶抬横梁张拉65%的横梁变形值（上横梁变形值35.53mm；下横梁变形值4.76）-10%的起始测量值；c)采用两端同时张拉，鉴于锚具多次重复使用，建议使用单孔工具锚；预应力钢绞线的张拉，单根钢绞线初张拉力为65%，即用前卡式千斤顶将每根钢绞线张拉至126.945KN，经多次调整各根钢绞线张拉力使误差控制在5%以内；当合上内、外模板及箱梁顶板钢筋绑扎后，在台座两端先用两台QFSSD320-20分离式机械锁紧油压千斤顶顶抬下横梁两端，使18根直钢绞线总张拉力为3515.4KN，即每台千斤顶的顶力为1757.7KN。再用两台QFSSD320-20分离式机械锁紧油压千斤顶顶抬上横梁两端，使28根弯起钢绞线总张拉力为5468.4KN，即每台千斤顶的顶力为2734.2KN。鉴于单根钢绞线初张拉力为65%时是在弹性横梁和反力梁上分先后批次张拉的，后张拉的使先张拉的钢绞线张拉力减小，使现场张拉操作人员难以控制。为此通过进行分批张拉单根钢绞线张拉力的计算，并制定了张拉顺序如下：（1）上横梁为了防止上横梁加载时偏载而引起横梁翻倒,上横梁上正对小箱梁左右对称腹板处从下往上计数共有7排钢绞线,每排2根.张拉时先单根张拉中间排2根钢绞线,然后对称中间排一上一下地单根张拉张拉完小箱梁两腹板内各14根钢绞线,两腹板内对应位置处预应力钢绞线要用两台前卡式千斤顶同时对称张拉。（2）下横梁下横梁共锚固18根钢绞线，分上下两层分布在跨中60的范围内，上层8根，下层10根。张拉时从跨中开始，为了防止上横梁加载时偏载而引起横梁翻倒，用两台前卡式千斤顶，对称下横梁跨中线左上一根右下一根，右上一根左下一根分批的成对张拉。直至下层最后两根钢绞线张拉完毕。张拉时应先下横再上横梁，也可同时张拉，但下横梁的速度要快于上横梁。 三、预应力钢绞线的放张预应力钢绞线的放张，分三次放张。拆除弯起器导向板的拉板与U形拉板的连接销用分离式机械锁锁紧油压千斤顶将上横梁的折线钢绞线先放张1/3用分离式机械锁锁紧油压千斤顶将下横梁的直线钢绞线先放张1/3用分离式机械锁锁紧油压千斤顶将上横梁的折线钢绞线再放张1/3用分离式机械锁锁紧油压千斤顶将下横梁的直线钢绞线再放张1/3用分离式机械锁锁紧油压千斤顶将上横梁的折线钢绞线放张完毕用分离式机械锁锁紧油压千斤顶将上横梁的折线钢绞线放张完毕，在张拉端的梁端钢绞线无应力状态下用用砂轮切割钢绞线。用分离式机械锁紧油压千斤顶进行放张方法：内模在小箱梁混凝土养生期间已拆除，放张前应拆除外侧模，使放张时箱梁能自由压缩，否则将损坏模板或使箱梁开裂、或因箱梁横隔板的影响而无法放张，用分离式机械锁紧油压千斤顶进行预应力筋的放张工作时先顶升约小于0.5mm至能转动锁紧螺母为止边旋转锁紧螺母边油压卸载，缓慢进行，防止冲击。不允许采用剪断或割断等方式突然放张，以避免最后放张的几根预应力筋产生过大的冲击而断裂，致使箱梁开裂。四、先张法预应力施工注意事项(一)张拉前应对台座、横梁及各项张拉设备进行检查，符合要求后才可进行操作。(二)在确定预应力筋的张拉顺序时，应尽可能减少倾覆力矩和偏心力，应先张拉靠近横梁截面重心处的预应力钢绞线。宜分批、对称进行张拉。预应力钢绞线应尽量减小摩阻力，不宜超张拉，特殊情况下，起最大超张拉力0.8的钢绞线极限强度标准值。(三)采用双控法张拉时，当张拉已到达控制应力时，尚应校核预应力筋的伸长值。当实际伸长值大雨计算伸长值或小于计算伸长值6%，应暂停张拉，查明原因并采取措施予以调整后，方可进行张拉。(四)小箱梁中预应力钢绞线断裂或滑落的数量，严禁超过结构同一截面刚才总根数的1%，且严禁相邻两根预应力钢材断裂或滑落。如发生此类情况，必须在浇筑混凝土前将发生的断裂或滑落的预应力钢绞线予以更换。(五)锚固时，张拉端预应力筋的回缩量不得大于施工规范规定。张拉锚固后，预应力钢绞线对设计位置的偏差不得大于5mm。(六)弯起器直拉板与U形拉板的连接销及U形拉板拆下来后应清除其沾污的水泥砂浆，且浸泡在油水里。(七)放张用8台分离式