非金属材料预应力筋张拉施工工法二

热烈祝贺2014年公路工程工法经验交流会胜利召开广东长宏公路工程有限公司华中科技大学江西赣东路桥建设集团有限公司二○一四年三月华中科技大学郑文衡2014年3月25日非金属材料预应力筋张拉施工工法目录工法产生背景工法特点工艺原理关键技术创新点与操作要点工程应用情况社会经济效益1、工法产生背景1.1工程背景宜昌宜巴公路秭归境内松树坳大桥全长114.04m，桥梁上部采用5跨20m预应力简支空心板，其中四跨为装配式预应力钢筋砼空心板；第一跨为20m预应力CFRP筋混凝土空心板，采用CFRP材料配筋，按照碳纤维CFRP预应力束、GFRP锚具设计及施工.1、工法产生背景1.2.1该工法依托课题背景本工法依托课题是广东长宏公路工程有限公司和华中科技大学联合申报的“非金属材料预应力筋张拉工艺技术研究”课题，该课题是广东省交通运输厅2009年度科技项目，编号2009-02-18。课题成果鉴定证书编号粤交科鉴字【2012】35号。

1.2技术背景1、工法产生背景1.2技术背景1.2.2依托课题研究内容及目的从非金属材料（CFRP)预应力筋及其锚固体系研究出发，形成一套完全非金属锚固体系完整的计算理论、工艺技术，解决非金属锚具应用中所面临的一些问题，使其从研究走向实际工程应用。

将常规钢绞线预应力筋用非金属材料预应力筋束替代，在归纳总结国外、国内研究成果和的工程实践的基础上，根据目前国内外非金属材料锚固系统的研究和发展动态，以实际应用为目标，以理论与实践相结合，形成完全非金属锚固系统及非金属材料预应力筋专用张拉工具来施工的张拉施工工艺。1、工法产生背景1.3技术水平2012年11月20日该工法的关键技术在广东省交通运输厅组织的成果鉴定会上顺利通过，鉴定结论是“整体达到国际先进水平，其中GFRP夹片式锚具达到国际领先水平”。2013年11月“非金属材料预应力筋张拉工艺技术研究”获得中国公路建设行业协会组织评审的“科技创新成果一等奖”。1、工法产生背景1.3技术水平1、发明专利

2011年8月获得专利“具有自监测功能的复合材料智能锚具及其制备方法”,编号：中国201010183250.51、工法产生背景1.3技术水平2、实用新型专利

2010年12月获得专利“一种具有自监测功能的复合材料智能锚具”，编号：中国201020202991.91、工法产生背景1.3技术水平3、实用新型专利

2010年10月获得专利“一种FRP制筋材锚具”，编号：中国200920289624.42、工法特点2.1质量、安全质量控制要求执行国内相关行业规范标准，主要包括现行《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）及《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》（GB50608-2010）相关规程。每片梁断丝及滑丝数量不得超过预应力筋总丝数的1%，并不得位于梁体的同一侧，且一束内断丝不得超过一丝。否则，放松换束。采用本工法，可确保非金属预应力体系张拉施工质量，且能有效提高预应力结构的耐久性和可靠度。2、工法特点2.1质量、安全

张拉作业区，应设置明显的警告标志，无关人员，严禁入内；

张拉前检查张拉设备工具(如千斤顶、油泵、压力表、油管、顶楔器及液控顶压阀、专用空心支架等)是否符合施工安全的要求，压力表应按规定周期进行检定；

锚具安装时，夹片的选择应保证与筋束螺纹是同一规格；由于筋束固化段外螺纹有两条平行压模缝，夹片安装时应使两条压模缝在两夹片的安装缝隙之间；

张拉时作业人员不得站在千斤顶及锚固段正后方，张拉完成后应按规定及时压浆、封锚。采用非金属材料预应力筋张拉施工工法施工安全，风险小。2、工法特点2.1质量、安全2、工法特点2.2工期、进度非金属筋材重量轻，人工搬运、穿索、张拉等均比较方便，与钢绞线比较可以加快进度、节省工期。2、工法特点2.3经济效益碳纤维筋材，比重，强度是钢绞线2倍左右，价格方面约15元/kg；钢绞线的比重7.8，一般采用设计强度用到1395MPa，价格大部分在6到9元/kg之间；按等重量等强度计算，本工法明显比钢绞线工法节约成本；后期营运及养护费用也节省；

而且钢材寿命在40到60年之间，碳纤维的寿命可达100-120年，因此非金属预应力筋张拉施工工法总体经济优势显而易见。3、工艺原理

本工法工艺原理与其它普通钢绞线预应力筋施工工法基本相同，主要的区别是预应力筋材制作（非金属材料预应力筋目前只能在工厂内下料、编束及端部处理）、编束（含端部处理）、张拉工具(采用专用支架)、过程控制等有根本的区别。3、工艺原理3.1非金属锚具由静力平衡得到：为保证锚固可靠，发挥锚夹具锚固夹持预应力筋的作用，夹片与预应力筋间的摩擦力应大于或等于P，以使预应力筋不产生滑动，即：由以上式子连立可得到：时，锚具可以自锚。

注:为夹片和预应力筋之间等效摩擦角。经分析，在影响非金属材料夹片式锚具锚固性能的因素中，锚环内壁倾角、锚环长度、夹片倾角与锚环内壁倾角差值这三个因素是影响非金属预应力体系锚固效率的最主要因素。3、工艺原理3.1非金属锚具3、工艺原理锚具内壁倾角影响因素分析结果较大的倾角有利于减少纤维筋的滑移，而且可以减小纤维筋对夹片和锚环的轴向应力。考虑到锚具的自锚性能，经理论计算及大量试验获得结论：采用6°的倾角较为合理。软化区概念图角度差异概念图锚具柏的锚拖固长句度影菠响结栗果GF穗RP锚具唉的锚既固长哨度对赔锚固敬系统折有很斤大影治响，虽锚固惊的长滑度越杠长(即接增触长被度越孤长)，能捉够减移少锚垮固系折统中挂各个直部件吴的应乱力和傲位移挥。如歇果在饼可能想的情仰况下效，可啊以通旁过增巧加锚绿环和刃夹片播的长战度来郊增加搬锚具色锚固冬的长嫩度，列从而仁提高发锚固箱的效过率。3、工室艺原警理夹片疮与锚荷环的锯锥角屑差的裁影响燥分析牛结果锚环智锥角越和夹丛片锥趁角之寸间合牲适的话角度懂差异心可以柄减少型锚具弹部件收中的邀应力修峰值越，使毯夹片环受到呼的横唉向挤稠压力善变得滥均匀帅，减榴少了横对GF届RP筋的葵径向叼挤压肾损伤炎，一灯般夹琴片倾菊角大格于锚汪环倾削角0.拐10～0.短20，可息以达简到较暖好的扎效果诸。3、工板艺原短理3、工瓶艺原栗理3.抗2展CF子RP预应醒力束预应峰力束瞧采用19根6m鹿mC钓FR汤P筋，救端部渐用环笑氧树债脂压尚模制逐成螺钱纹状。4、关提键技仇术创初新点刘与施短工工纷艺操溉作要召点4.芦1关键党技术行创新孔点研发树了用甚于预洋应力辩混凝者土结爱构的炭高强我度CF工RP筋和届预应弹力平率行CF民RP束单根CF谢RP筋直唱径为6m番m，单筋父强度李超过30艇00汗Mp闲a（单脏筋强躬度已微达国败际领日先水兄平）样，并用19根6m寸m的CF厦RP筋组跌成预玩应力包平行CF钥RP束，张在两耐端用交自行悔研发叨的环航氧树争脂配树方压腊模形雀成与渐夹片故内螺弯纹相协对应雪的螺取纹状俯。最终走形成野的CF恰RP预应沾力束棵形式客在国氧内外财都属凭首创。研发穿了GF拢RP制锚额具(Z嘱L糕20掉09林20许28绕96译24家.4塌)，并遥对其酷参数沃进行后了优耳化设宇计GF描RP制锚胡具设拉计时另对最膨佳锥采角和去角度去差的嗓概念仅在结棍合已绢有国袋内外驶研究违成果隐的基句础上差进行逃了深团入研填究，养经过去理论徐研究结、仿亿真模循拟和隔试验菜研究霞提出疲了夹片旺最佳颜锥角寻为6°，以懂及0.脉1°的锥培角差返，有肆效的淡解决屡了大页吨位购张拉宪力作壶用下GF辩RP夹片供局部采应力交集中券问题奴。4、关奇键技擦术创恨新点筹与操宋作要屯点4.邻1关键圆技术疲创新扑点4、关视键技弯术创是新点轿与操胞作要胶点4.嘴1关键肥技术很创新言点锚固烂系统塑采用共完全衬非金窃属材效料（睬不含而金属这材质未）整套户锚固泛张拉省系统想包括嚼：锚角环、箭夹片缠和预攀应力骨束。同锚环窄和夹石片均统采用GF胜RP材料盲，预远应力健筋采删用CF心RP材料因，预筐应力僻束两太端的丝式螺纹罢采用险环氧炊树脂突压模声形成占。整酱套锚孤固系垄统完训全采毫用非骂金属点材料农，不员含金穴属材若质，申从根因本上择解决咳了金鞋属材比质在沾使用示阶段窑易生娱锈导舟致承醒载能伪力和与使用泳性能副降低科的弱孔点，蔽在国笛内外石都属真首创袍。4、关挤键技彻术创伯新点揪与操倡作要乒点4.锹2操作保要点4.桐2.切1施工波工艺躲流程工厂内据设计长度非金属处理预应力筋下料、编束、处理端部穿束安装工作锚安装限位板张拉油缸回油，工具锚松脱关闭油泵、张拉千斤顶油缸全部复位安装专用工具（特制支架）安装千斤顶、工具锚等至σcon（量测伸长值）锚固（持荷5min）油泵配套安装初张拉（量测伸长值）依次卸下工具锚、千斤顶、专用支架等孔道压浆封锚清理修正管口检查砼强度4、关朗键技脸术创穷新点休与操尖作要驾点4.域2操作翅要点4.葱2.星2原材皂料要置求非金命属材遥料预败应力来筋可举采用CF锣RP筋或GF消RP筋，极但从允下表丈参数班可以似看出草，CF脑RP筋更竿具有藏优势伐。本篮工法漫依托暖工程爸预应胳力筋摆材采进用的购是CF歌RP筋，围锚夹性具采止用GF蛛RP材料乱，该方桥CF吐RP预应睁力筋候由19根直津径6m识m的CF降RP筋平榆行编袋束而迈成，樱锚固掏段、楼张拉庆段及肌工作吵段经揪环氧测树脂寒固化先成外柿径为35唇mm的螺塌纹状鱼，其棚它部叼位用局塑料洽拴扣步紧。裂具体散参数波见下车表。4、关径键技浙术创返新点牢与操子作要怜点4.营2操作玻要点4.魂2.竖2原材多料进属场项目GFRP筋CFRP筋抗拉强度标准值（MPa）7002700抗拉强度设计值（MPa）3571753抗压强度设计值（MPa）100弹性模量（MPa）45000160000热膨胀系数0.0000110.000011FR豪P筋力谋学指广标表4、关当键技舰术创艘新点必与操蔽作要沿点4.乓2操作泳要点原材严料进划场非金充属锚兰具、怠夹片根据笨设计剂方案代委托填有资促质的详厂家库制作售非金煎属锚赴夹具荐系统写，进展场后翻按相叼关规蝴范及日设计摘要求零进行气外观杜、硬念度、糖静载择锚固前性能挪等验欺收。4、关浑键技标术创擦新点凯与操励作要致点4.混2操作当要点4.宪2.相3预应追力体勾系安呢装1、波珍纹管幅、锚鸭垫板蛾安装与普抄通钢轿绞线挪预应辞力体桥系同仙，注损意锚下砌垫板渗必须礼与预在应力切束垂辫直放掩置，通垫板巴中心段应对汇准管箱道中玻心。2、预婆应力趁筋下罩料及情编束非金家属材家料预盘应力类筋束熊端部威必须说采用嘴环氧棚树脂璃进行降特殊暗处理孟，目滔前非钳金属育材料浮预应婶力筋曲束需狱要在饰专业猪工厂炒内根爽据每户束设毯计长你度再梢加上姜施工运工具目长度默进行保下料迎、编生束、介端部昆处理黑等，读下料怨时要唉对筋展材做充好保摸护措瓣施，且有被钢污染育的要娇将污迷染物摆清理如干净译后才宾能使订用。4、关缓键技踢术创桂新点炭与操芹作要溉点4.丧2操作撤要点预应颠力体散系安申装预应赤力筋渐根据壁设计谱长度给并预斑留足弱够工莲作长钩度下气料，评下料寸时采楼用砂删轮锯惧切割抚，严枯禁用泄氧气尚或电袜焊切降割。CF穿RP预应双力筋爆由19根直攻径6m晃m的CF旱RP筋平臣行编倒束而蓄成，塘锚固葱段、染张拉勿段及贸工具产段经员环氧篮树脂慎固化调成外摇径为35控mm螺纹屋状，喉与设悼计锚悟具配亮合锚何固，逮中间锤段每1m用塑竭料拴惨扣紧扫。4、关改键技吗术创圣新点疯与操飘作要炸点4.扎2操作愉要点预应览力筋垂穿索穿束引前将乌锚垫疫板孔马口及番喇叭魔管内键的混支凝土种浆碴借清除售干净撒。中掉长束续可人弊工传欢束，结长束娇穿索圣时采浸用5t卷扬红机进善行穿罪束作鸟业。百将卷信扬机宵钢丝牌绳套克在预豆应力剩筋束供前端立，人导工将以筋材漆端头宪抬高泡并放欺入管房诚道口解内，厦开动来卷扬既机，巾使筋绸材缓翠缓进糠入孔惨道内迷，避仪免筋牛材扭惯曲，脚如发唤生个分别筋抬材顶扑弯，减将其手更换跳后再舰穿束吨。筋律束顺剪直，碎不得耻有死东弯，祥不得而沾有奴油渍爪。4、关迈键技迎术创监新点执与操规作要言点4.圣2操作馒要点安装误锚具尝、夹蒸片锚具碰安装迈前先栽进行乱清孔闻、吹球孔，江使孔迈内清衫洁无愧杂物斗，并鄙且量摸一下太两端盆头悬帖出的热筋束效长度墓是否虏一样皱长，僚坚决丧避免桌出现刚一头外长一萌头短缓和同奶束筋矩材长帜短差售别过港大的讲情况杜。然狸后再初安装竞锚杯雨，锚银杯一消定要壮安装记在锚服板的柿限位仰槽内秆，并酬用套锈筒将都夹片救打紧怒，使赠锚杯弟不脱写离限炮位槽突为原视则。4、关诊键技蓬术创据新点杨与操绑作要贩点4.挤2操作市要点4.旦2.页6安装加千斤躲顶由于刺非金菌属预孩应力撞体系挎的特处殊性坝，根坟据实翻际需造要设胳计了叹专门豪的传脖力支怜架。吴采用候三角扒支架索或特导制的道吊装煤支架惧配合色手拉芒葫芦科吊装帝千斤念顶，链人工麻定位淘。千淹斤顶渔定位退时，捡要使糠千斤薯顶轴仍线、旧锚杯传轴线艺、传沈力筒显以及昼预留诊孔道昨四轴午线同旦心，纵张拉予开始墨后当结千斤浓顶开震始受战力后翅将吊哀千斤陕顶的南吊链榜放松银。然泡后检骨查千男斤顶碍活塞锯顶部津是否典全部商套进括锚垫妇板定穿位凹璃槽内绞，必殿须确咐保千软斤顶南顶部袭全部代套在宝锚垫扰板凹势槽内强。4、关隶键技认术创骄新点先与操心作要伶点4.偶2操作闸要点4.勉2.阁7预应春力张构拉1、张运拉方阳式：躬根据防桥梁狠预制扭梁的厅设计昏分别冻采用榨单端渔或两侦端分往次张欣拉。卵预应享力张绘拉采蜘用双碗控措惩施，亿两端撑张拉亚过程蹲应保象持两猪端的篮伸长败量基客本一垦致。预制钳梁张痛拉前似将内翁模松枯开。德预应固力张摩拉应草按预始张拉捏、初惠张拉事和终尊张拉独三个潮阶段寸进行尾。终办张拉盲应在漂梁体劝混凝升土强泥度及货弹模笼达到继设计利值后鲜、龄净期不油少于10天时钩进行刑。2、千收斤顶核：根汉据设丙计筋警束设件计控绍制应膀力选植择合线适的线千斤么顶，拾一般压额定样吨位好大于陆设计事控制垫应力描的两置倍以暖上。4、关舱键技痛术创座新点迟与操哀作要功点4.截2操作尽要点4.戏2.患7预应里力张狐拉3、张监拉控普制应朴力根据《纤维慢增强陡复合旺材料醒建设缴工程吹应用神技术挣规范》（GB承50待60突8-荐20番10）第鉴条规愉定，CF镜RP预应妈力筋懒的张修拉控遭制应苍力下窄限值中为0.川4f骨fk，张盐拉控飘制应租力上闭限值阔为0.换65临ff渴k；本香设计蚀使用筹材料拥抗拉繁强度猜标准揭值取ff田k疫=2篮70狠0M迟Pa，则某张拉侍控制米应力刷下限鞭值为驳：0.析4×姨27姿00臂=1处08涝0M雨Pa，张奏拉控扁制应层力上扫限值水为：0.罚65伴×2勇70壮0=叮17氏55泛MP罪a；4、关谎键技羡术创核新点薄与操视作要堡点4.瓦2操作盖要点4.尊2.沿7预应锄力张闭拉4、张舰拉过跟程控炸制1）施北加预扑应力已应采啦用张苏拉力漆与引案伸量伙双控羊。当阿预应幕力束气张拉漫达到戏设计售张拉骨力时水，实哑际引猎伸量唐值与呀理论捎引伸摘量值倍的误六差应享控制哲在6%以内枯。保出证张坏拉力村达到涂设计你要求神，具粥体张箱拉控投制过勇程如培下表携所示廊：4、关恶键技鸟术创基新点映与操台作要蛾点4.肺2操作房诚要点4.爸2.荣7预应锣力张辟拉百分比张拉力/kN液压表读数/MPa筋材应力/MPa伸长量/mm持荷时间/min20%134.005.6266.933.4240%268.0010.3533.966.7260%402.0015.0800.8100.1380%536.0019.61067.7133.52100%670.0024.31334.7166.85依托眼工程CF膊RP筋束杜张拉吸过程滔控制赠数据浙表2）张充拉程忠序初张虚拉：0→初应坦力0.么1σ言k(作伸诵长值扁标记)→张拉念至初妖张拉撤设计侧要求递的控联制应感力(测伸燥长值)→回油疮、锚掠固(持荷5分钟指，测狼量总隙回缩忆量)。4、关饼键技作术创周新点桶与操锁作要酬点4.泽2操作忽要点4.捎2.借7预应产力张势拉4、关情键技售术创隆新点膜与操俗作要采点4.任2操作较要点4.兼2.累7预应吃力张粱拉张拉钻前先真计算役出每纽奉束预恐应力伞筋锚蓬下总承的伸变长量寻和工践作长胁度部幸分的于伸长中量，雕以锚穷下伸撒长量笔和工夸作长施度部受分的隔伸长慎量之设和作你为理科论伸勒长量馒，用浑理论绣伸长消量来嗓复核抚实际歪伸长斧量是罗否满鲁足规转范要挠求。张拉榜到设谨计吨耻位并萄按规拆定时珠间持佣荷后努千斤柏顶回司油，身测预钟应力栗筋总虾回缩烟量和度测夹兵片外波露量良有无鞠超标守。否臣则，交查明辨原因夫后重昆新张闯拉。终张轮拉完叉成后外，在促锚圈潜口处本的钢撕束做俊上记菌号，24暮h后检扇查确挂认无糟滑丝铺、断特丝现难象方浑可割碍束，吩切断坡处距搅夹片鸭尾5～8c蚂m。筋居束切菠割采巡寿用砂爹轮角询磨机纵作业零，严颤禁使贴用氧购焰切默割。每截面断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