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预应力空心板梁施工工艺 讲解 刘程飞二 一三年三月十七日 2020 3 24 1 预应力 在结构承受外荷载之前 预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力 以改善结构使用的性能的结构型式称之为预应力结构 如木桶 在还没装水之前采用铁箍或竹箍套紧桶壁 便对木桶壁产生一个环向的压应力 若施加的压应力超过水压力引起的拉应力 木桶就不会开裂漏水 在圆形水池上作用预应力就像木桶加箍一样 同样 在受弯构件的荷载加上去之前给构件施加预应力就会产生一个和与荷载作用产生的变形相反的变形 荷载要构件沿作用方向发生变形之前必须最先把这个与荷载相反的变形抵消 才能继续使构件沿荷载方向发生变形 这样 预应力就像给构件多施加了一道防护一样 空心板梁 将梁板实心横截面板做成空心的称为空心板 空心板梁比同跨径的实心板梁重量轻 运输安装方便 建筑高度又比同跨径的T梁小 因此小跨径桥梁中使用较多 0 预应力空心板梁 2020 3 24 2 本工程空心板 原有桥梁标准桥宽13m 由13块1m宽的板组成 扩建桥梁宽7 25m 由5片板组成 中板宽1 32m 内边板宽1 32m 外边板宽1 62m 新 老桥上部空心板通过35x25cm2的湿接缝相连 老桥16m 20m板高分别为70cm 80cm 新桥板高分别为75cm 85cm 空心板预应力钢绞线采用符合标准 预应力混凝土用钢绞线 GB T5224 2003 的低松弛高强度钢铰线 其标准抗拉强度fpk 1860Mpa 抗拉设计强度fpd 1260Mpa 公称直径 s15 2mm 公称面积Sn 140mm2 弹性模量Ep 1 95 105Mpa 松弛率 0 035 松弛系数 0 3 一 工程简介 2020 3 24 3 本标段需预制16m空心板梁222片 20m空心板梁164片 空心板预制于2013年3月11日开工 2013年11月6日完成 空心板安装于2013年6月10日开始 2013年12月30日完成 二 施工计划 2020 3 24 4 二 施工计划 2020 3 24 5 预制工程一队 负责本合同段K0 000 K11 900段范围内桥涵的桥梁预制 盖板预制及桥梁安装工程施工 约70人 预制工程二队 负责本合同段K0 000 K11 900段范围内小型构件预制工程施工 约30人 三 劳动力安排 2020 3 24 6 预制梁场建设在驻马店市驿城区古城乡洪沟庙村施工桩号K6 200处线路左侧100m处修建预制场 长度140米 宽度40米 专门进行空心板梁的预制 梁场配置2台50t龙门吊 起重净空高度为6m 梁场纵向设置8个生产线 其中16m 20m板梁生产线各5 3条 共设置37个制梁台座 四 梁场建设 2020 3 24 7 四 梁场建设 2020 3 24 8 四 梁场建设 张拉台座应有足够的强度及稳定性 其抗倾覆系数不应小于1 5 抗滑系数不应小于1 3 横梁必须有足够的强度 其受力挠度不应大于2mm 为确保底模的平整度和顺直度 施工过程中 水准仪跟踪测量 两端预应力钢筋锚固横梁 放张砂桶等应有可靠的固定等安全防范措施 防止上翻 脱落等安全事故的发生 台座上铺5mm钢板与预埋的钢筋焊接在一起 然后打平 作为底模 平整度控制在3mm以内 台座与侧模用套管螺栓连接加固 底模与侧模间粘贴橡胶条 防止漏浆 保证制梁质量 2020 3 24 9 四 梁场建设 预应力张拉台座 2020 3 24 10 1 预应力筋 钢绞线 预应力筋进场时应分批验收 验收时 除应按合同要求对其质量证明书 包装 标志和规格等进行检查 预应力筋分批检测 每批代表数量60t 检验时应从每批钢绞线中任取3盘 并从每盘所选预应力筋端部正常部位截取一组试样进行表面质量 直径偏差和力学性能试验 如每批少于3盘 则应逐盘取样进行上述试验 试验结果如有一项不合格时 则不合格盘报废 并再从该批未试验过的预应力筋中取双倍数量的试样进行该不合格项的复验 如仍有一项不合格 则该批预应力筋为不合格 预应力筋的实际强度不得低于现行国家标准的规定 预应力筋的检验试验方法应按现行国家标准的规定执行 用作拉伸试验的试件 不得进行任何形式的加工 在对预应力筋的拉伸试验中 应同时测定其弹性模量 五 预应力筋 锚夹具和千斤顶进场检验 2020 3 24 11 预应力筋应保持清洁 在存放和搬运过程中应避免使其产生机械损伤和有害的锈蚀 进场后的存放时间不宜超过6个月 且宜存放在干燥 防潮 通风良好 无腐蚀气体和介质的仓库内 在室外存放时 不得直接堆放于地面 应支垫并遮盖 防止雨露和各种腐蚀性介质对其产生不利影响 预应力筋制作时的下料应符合下列规定 1 下料长度应通过计算确定 计算时应考虑结构的台座长度 锚夹具厚度 千斤顶长度 冷拉伸长值 弹性回缩值 张拉伸长值和张拉工作长度 图纸给的长度已包含两侧工作长度75cm 等因素 2 下料时应采用砂轮锯切断 严禁采用电弧切割 因电弧切割在高温下会使钢绞线抗拉强度降低 预应力筋编束时应将预应力筋逐根理顺 防止缠绕 并应每隔1 1 5m捆绑一次 使其绑扎牢固 顺直 五 预应力筋 锚夹具和千斤顶进场检验 2020 3 24 12 2 锚具 夹具和连接器锚具 夹具和连接器应按设计规定采用 并应具有可靠的锚固性能 足够的承载能力和良好的适用性 应能保证充分发挥钢绞线的强度 并安全的实现预应力张拉作业 其性能和质量应符合现行国家标准 预应力筋用锚具 夹具和连接器 GB T14370 的规定 锚具应满足分级张拉 补张拉以及放松预应力的要求 锚固多根预应力筋的锚具除应具有整束张拉的性能外 尚应具有单根张拉的性能 用于承受低应力或动荷载的夹片式锚具应具有防松性能 锚具的锚口摩擦损失率不宜大于6 夹具应具有良好的自锚性能 松锚性能和安全的重复使用性能 主要锚固零件应具有良好的防锈性能 可重复使用的次数不应小于300次 五 预应力筋 锚夹具和千斤顶进场检验 2020 3 24 13 锚具 夹具和连接器进场时 应按合同核对其型号 规格和数量 以及适用的预应力筋品种 规格和强度等级 且生产厂家应提供产品质保书 产品技术手册 锚固区传力性能型式检验报告 产品按合同验收后 应按以下规定进行进场检验 外观检查 应从每批产品中抽取2 且不少于10套样品 检查其外形尺寸 表面裂纹及锈蚀情况 外形尺寸应符合产品质保书所示的尺寸范围 且表面不得有裂纹及锈蚀 五 预应力筋 锚夹具和千斤顶进场检验 2020 3 24 14 当有1个零件表面有裂纹或夹片 锚孔锥面有锈蚀 则本批产品逐套检查 合格后方可进入后续检验 当有1个零件不符合产品质保书所示的外形尺寸 则应另取双倍数量的零件重新检查 仍有1个不合格 则本批产品逐套检查 合格后方可进入后续检验 硬度检验 应从每批产品中抽取3 且不小于5套样品 对其中有硬度要求的零件进行硬度检验 每个零件测试3点 其硬度应符合产品质保书的规定 当有1个零件不合格时 则应另取双倍数量的零件重做检验 如另有1个零件不合格 应对本批产品逐个检验 合格者方可使用或进入后续检验 五 预应力筋 锚夹具和千斤顶进场检验 2020 3 24 15 静载锚固性能试验 应在外观检查和硬度检查均合格的同批产品中抽取样品 与相应规格和强度等级的预应力筋组成3个预应力筋 锚固组装件 进行静载锚固性能试验 如有1个试件不符合要求时 则应另取双倍数量的样品重做试验 仍有1个试件不符合要求 则该批锚具为不合格 静载锚固性能试验方法应符合现行国家标准 预应力筋用锚固 夹具和连接器 GB T14370 的规定 进场检验时 同种材料 同一生产工艺条件下 同批进场的产品可视为同一验收批 锚具的每个验收批代表数量为2000套 夹具 连接器的每个验收批次代表数量为500套 检验合格的产品 在现场的存放期超过1年时 再用时应进行外观检查 五 预应力筋 锚夹具和千斤顶进场检验 2020 3 24 16 锚具 夹具和连接器在存放 搬运及使用期间均应妥善防护 避免锈蚀 沾污 遭受机械损伤 混淆和散失 但临时性的防护措施应不影响其安装和永久性防腐的实施 预应力筋用锚具 夹具和连接器等产品 是生产厂家通过锚固区荷载传递试验得到的能够保证其工作性能和安全性的匹配性组合 并能在工程应用中保证锚固区的性能 因此应配套使用 对定在同一结构或构件中采用同一生产厂的产品 主要是为了保证受力的一致以及在工程产生质量问题后产品的可追溯性 同时 由于预应力筋用锚具由夹片 连接器和螺栓等组成 且锚具的形式繁多 各生产厂的技术工艺水平和加工精度存在着一定的差别 故对此予以强调 不同生产厂的产品设计参数是有区别的 特别是夹片式锚具 张拉时限位槽深度直接影响预应力的施加效果 因此宜配套使用 五 预应力筋 锚夹具和千斤顶进场检验 2020 3 24 17 五 预应力筋 锚夹具和千斤顶进场检验 空心板梁施工工艺方法 2020 3 24 18 3 千斤顶与压力表 回归方程 预应力筋的张拉宜采用穿心式双作用千斤顶 整体张拉或放张宜采用具有自锚功能的千斤顶 张拉千斤顶的额定张拉力宜为所需张拉力的1 5倍 且不得小于1 2倍 与千斤顶配套使用的压力表应选用防振型产品 其最大读数应为张拉力的1 5 2 0倍 标定精度不低于1 0级 张拉机具设备应与锚具产品配套使用 并应在使用前进行校正 检验和标定 标定应在经国家授权的法定计量技术机构定期进行 标定时千斤顶活塞的运营方向应与实际张拉工作状态一致 当处于下列情况之一 应重新进行标定 使用时间超过6个月 张拉次数超过300次 使用过程中千斤顶或压力表出现异常情况 千斤顶检修或更换配件后 五 预应力筋 锚夹具和千斤顶进场检验 2020 3 24 19 六 预应力施工工艺流程 预应力筋安装 模板安装 施加预应力 钢筋绑扎 混凝土浇筑 养护 放张 存梁 2020 3 24 20 1 预应力筋安装预应力筋安装宜自上而下进行 预应力筋与锚固梁间通过张拉螺杆联接 钢绞线下料用砂轮切割机切割 钢绞线长度应严格按照图纸尺寸下料 钢绞线应分根梳理顺直 避免有缠绞扭麻等现象 部分预应力筋两端的应力失效部分 采用硬塑料套管围裹密实 稳固牢靠 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 21 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 22 2 模板安装空心板梁模板体系 侧模 内模和端模三部分组成 准备配备20米空心板四套模板和16米空心板五套模板 侧模 侧模由侧板 支承侧板的水平肋 竖向肋 支托竖向肋的斜撑及拉杆组成 侧模内板由6mm钢板制成 端模 端模按锚垫板的位置及梁端形状制作 伸缩缝箱梁端还有端横梁模板 内模 16米 20米空心板内模采用橡胶充气芯模施工 相邻两块模板采用楔形搭口 用螺栓连接 可防止漏浆及消除相邻模板搭接缝痕 使浇筑的空心板梁表面光滑美观 模板拼装前应将表面清理干净 并刷同一种脱模剂 模板制作及安装的质量检验标准及要求要符合规范标准 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 23 六 预应力施工工艺流程 空心板梁施工工艺方法 2020 3 24 24 3 施加预应力施加预应力之前除了张拉用的机具设备和混凝土设计配合比等满足要求外 施工现场还应具备经批准的张拉顺序 张拉程序和施工作业指导书 经培训掌握预应力施工知识并有上岗证书能正确操作的施工人员 以及能保证操作人员和设备安全的防护措施 只有周密地考虑到在张拉施工过程中可能产生的种种不利情况 充分做好施工准备工作 各项安全技术措施落实到位后 才能保证施工的安全和工程的质量 张拉前仔细检查横梁 千斤顶等位置 拉直钢绞线 张拉时从两侧向中心对称张拉 预应力筋的张拉控制应力应符合设计规定 锚下控制应力为0 75fpk 1395Mpa 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 25 预应力筋的锚固 应在张拉控制应力处于稳定状态下进行 锚固阶段张拉断锚具变形 预应力筋的内缩量和接缝压缩值 应不大于设计规定6mm或不大于下表所列容许值 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 26 张拉时 预应力筋的断丝数量不得超过规范要求 预应力筋在张拉控制应力达到稳定后方可锚固 锚固后夹片顶面应平齐 其互相间的错位不宜大于2mm 且露出锚具外的高度不应大于4mm 锚固完毕并经检验确定合格后方可切割端头多余的预应力钢束 切割时应采用砂轮锯 切割后预应力筋的外露长度不应小于30mm 且不应小于1 5倍预应力筋直径 锚具应采用C40封端混凝土保护 当需长期外露时 应采取防止锈蚀的措施 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 27 预应力筋张拉顺序 设计无要求的应符合规范规定 低松弛0 初应力 10 20 con 100 con持荷2min 锚固 预制空心板梁采用应力与伸长值双重控制 即张拉力通过油表读数控制 与实际伸长量校核 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 待查明原因采取措施予以调整后 方可继续张拉 进行相关计算 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 28 六 预应力施工工艺流程 锚固锚具 10 100 张拉控制力持荷2min 理论伸长量符合计算伸长量 超出6 停油至0 张拉完毕 停止张拉 查明原因 2020 3 24 29 4 钢筋绑扎普通钢筋的绑扎工作 要在预应力筋张拉结束后8小时后进行 以策安全 钢筋制作与安装应注意避免在结构的最大应力处设置接头 并应可能使接头交错排列 接头间距相互错开的距离大于50cm 焊接点与弯曲处的间距应大于10d d为钢筋直径 除去焊接时存留的焊渣 焊缝长度符合规范要求 即双面焊为5d 单面焊为10d 钢筋加工制作前应认真核对图纸 严格按技术规范要求及现场材料的长度 确定钢筋接头位置 接头可采用焊接或绑扎 每根主筋都要编号 钢筋制作在加工平台上进行 安装严格按设计图纸要求在台座上进行 焊接不得在模内施焊 避免焊熘烫伤模板 主筋焊接头采用搭接焊 注意按规范错开接头 电焊工必须持证上岗 严格执行操作规程 焊接接头质量及所用焊条均要保证满足技术规范要求 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 30 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 31 5 混凝土浇筑在浇注砼前 对已安装好的钢筋及予埋件 钢板 锚垫板 波纹管 位置是否正确 保护层厚度等是否符合要求进行再一次详细检查 确保各项指标满足设计要求 砼拌合采用拌合站集中拌制 混凝土罐车运输 梁体砼灌注须一次连续灌注 中间停顿时间不超过20min 采用由一端向另一端或两端向中间推进的施工方法分层进行 其灌注坡度不大于1 3 在灌注过程中 指定专人监督模板支撑加固等情况 确保钢筋定位准确不偏移 预埋件位置无误 模板支撑稳固不变形 混凝土浇筑时先浇筑底板 然后打开预留孔气胶囊并充气0 1Mpa后固定 再浇筑气囊两侧和顶板 浇筑层不得大于30cm 混凝土入模在充气胶囊内模两侧同时对称进行 并随时检查内模是否位移 上浮和变形 上浮通过纵向和环形钢筋控制 对位移和变形应加强检查并随时加固调整 振捣采用插入式和附着式振动器进行捣固密实 使用插入式振捣器时 振动器不得碰撞预应力钢绞线 充气胶囊 其插入点要交错排列 从两侧同时振捣 以防止充气胶囊左右移动 并避免振动棒端头接触芯模 出现穿孔漏气现象 预制板顶面要按施工规范进行拉毛处理 以利于跟现浇混凝土的结合 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 32 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 33 6 养护混凝土浇筑完成后 应在收浆后尽早予以覆盖和洒水养护 覆盖时不得损伤或污染混凝土的表面 混凝土面有模板覆盖时 应在养护期间始终使模板保持湿润 当气温低于5 时 应覆盖保温 不得向混凝土面上洒水 每天洒水次数以能保持混凝土表面处于湿润状态为度 当混凝土试块强度达到20Mpa时 即可将气囊放气抽出 并拆除外侧模板 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 34 7 放张预制空心板混凝土强度达到设计强度85 以上 且龄期不小于7天方可逐步进行预应力筋放张 在预应力筋放张之前 应将限制位移的侧模 翼缘模板或内模拆除 预应力筋的放张顺序应符合设计要求 设计未规定时 应分阶段 对称 相互交错地放张 长线台座上预应力筋的切断顺序 应由放张端开始 逐次向另一端切断 放张采用砂箱法 放松的装置设在预应力筋和拉前放置在非张拉端 放张时打开出砂口 让砂慢慢流出 活塞缩回 放砂速度均匀一致 分四次完成 每次间隔20min 砂箱放松后 采用手持砂轮机切割 切割时从放张端开始 分根交错 逐次切向另一端 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 35 8 存梁板梁采用龙门吊起吊 存放在存梁场 存梁用方木在支座中心处支垫 中间必须全部悬空 并在混凝土完全达到设计强度后及时架设 使存梁时间不超过90天 预制成型的梁体 经检查合格后 按生产日期 桥梁名称 编号进行存放 以保证架梁时取用方便 确保内外侧配梁顺序 为了防止预制空心板上拱过大 预制板与桥面现浇层由于龄期差别而产生过大收缩差 存梁期不应太长 宜按90天控制 存梁期应密切注意空心板的累计上拱值 若超过计算值8mm 应采取制控措施 预制空心板在预应力钢筋放张完成后 各存梁期跨中上拱度计算值及二期恒载所产生的下挠值应满足下表要求 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 36 二 施工计划 2020 3 24 37 六 预应力施工工艺流程 2020 3 24 38 先张法预应力的相关计算已知 抗拉强度标准值fpk 1860Mpa 公称直径 s15 2mm 弹性模量Ep 1 95 105Mpa 松弛率 0 035 松弛系数 0 3 问题 1 截面面积Ap Sn 2 控制张拉应力值 con 3 张拉控制力Pp F 4 理论伸长值 Lmm 5 实际伸长值 Lsmm 6 对应张拉控制力的油表读数 七 先张法预应力的双控相关计算 2020 3 24 39 先张法预应力的相关计算解 1 由 GBT5224 2003 预应力混凝土用钢绞线 可得截面面积Ap 140mm22 con张拉控制应力的计算 根据公式 con 75f1 fpk 标准强度fpk 1860Mpa con 0 75 fpk 1395Mpa 七 先张法预应力的双控相关计算 2020 3 24 40 先张法预应力的相关计算解 3 Pp张拉控制力的计算 根据公式 Pp Ap con con 1260Mpa Ap 140mm2 Pp 1260 140 176 4KN 七 先张法预应力的双控相关计算 2020 3 24 41 先张法预应力的相关计算4 预应力筋的理论伸长值可按下式计算 L 式中 Pp 预应力筋的平均张拉力N L 预应力筋的长度mm AP 预应力筋的截面面积mm2 本工程取140mm2EP 预应力筋的弹性模量 N mm2 本工程取1 95 105Mpa 七 先张法预应力的双控相关计算 APEP PPL 2020 3 24 42 先张法预应力的相关计算解 4 根据公式 L Pp L Ap EpL20 21 46 4 85 84m 20m板梁 一排4片 L16 17 46 5 87 3m 16m板梁 一排5片 L20 Pp L Ap Ep 176400 85840 140 195000 554 6mm L16 Pp L Ap Ep 176400 87300 140 195000 564mm此值为张拉控制力最大时的理论伸长量 10 20 张拉控制力的理论伸长量见附表 七 先张法预应力的双控相关计算 2020 3 24 43 七 先张法预应力的双控相关计算 张拉控制应力 控制力和理论伸长值计算表 注 控制力计算出来后可根据千斤顶标定中回归方程式 计算出控制力与油表的对应读数 2020 3 24 44 预应力筋张拉时 应先调整到初应力 初 本工程初应力取 初 10 con 伸长值从初应力时开始测量 再调整到20 con 推算出 初的伸长值 再调整到100 con持荷2min 预应力筋的实际伸长值除测量的伸长值外 必须加上初应力以下的推算伸长值 5 预应力筋张拉的实际伸长值 Ls L1 L2式中 L1 从初应力至最大张拉应力间的实测伸长值mm L2 初应力以下的推算伸长值mm 可采用相邻级的伸长值 推算时 可采用相邻级的伸长