浅谈后张法预应力混凝土梁预应力损失的施工控制

浅谈后张法预应力混凝土梁预应力损失的施工控制

后张法预建混凝土梁的施工通常应经过钢筋绑扎、立模、混凝土砌块、预张拉、管道注水等施工阶段。其中，预张拉是整个预建梁施工的关键。做好预张拉的施工控制，有效保证预建梁的工程质量和桥面的耐久性和安全。文中结合丹本高速公路的实际,详细论述了预应力张拉过程中出现的理论伸长值与实测伸长值的偏差问题、预应力损失的施工控制问题及张拉过程中经常出现的滑丝、断丝等现象,从理论上分析了原因,并提出了解决办法。1预应力锚索张拉丹本高速公路第二十二合同段共预制40mT梁444片。混凝土标号为C50,混凝土弹性模量Ec=3.45×1010Pa,钢绞线直径ϕj=15.24mm,公称截面积140mm2,弹性模量Ep=1.95×1011Pa,标准强度Rbyyb=1860MPa,张拉控制应力σcon=0.75Rbyyb=1395MPa,锚具为OVM锚具,孔道为预埋波纹管,张拉设备为YCW250型千斤顶,张拉工艺为双向张拉,梁体全截面共配备钢绞线30束(边梁),分3个孔道,自上而下每个孔道钢绞线的根数为9,9,12。2预测预测的拉伸过程2.1在理论扩展值和测量扩展值之间的偏差中2.1.1伸长值的测定1)规范所给的k,μ的建议值偏小。2)张拉端锚垫板与预应力筋不垂直。3)由理论伸长值计算公式可知,理论伸长值的大小与钢绞线的弹性模量成反比。4)由理论伸长值计算公式还知,理论伸长值的大小与P成正比。2.1.2施工控制方法1系数k波动范围的确定计算理论伸长值时应充分考虑到规范给定的摩擦系数μ及偏差系数k的波动范围,确定一个合理的有效下限值。工程中常用的成孔材料是金属,预应力筋为钢绞线,计算其理论伸长值时,建议采用下列系数:k=0.0015,μ=0.25。2理论伸长值的测定若工程中所用的钢绞线和波纹管有一定的锈蚀,预埋锚头有较大的偏位,预应力筋布置时由于波纹管变形、变位影响而不流畅,则应在正式张拉前,随机选择三束预应力筋进行摩擦系数测定,根据实测值按规范给定的公式计算理论伸长值。3工的精细程度μ,k是两个很重要的参数,μ和k的取值决定于很多因素,而且很多因素不可能预先确定,因此摩擦系数在很大程度上取决于施工的精细程度。例如:为了保证波纹管位置准确,增加网片钢筋的设置密度(施工中由设计间距1m减小到0.5m);为了防止浇筑过程中混凝土对波纹管的撞击而改进浇筑方法(施工中设置串筒,严格控制碎石粒径,减轻其对波纹管的撞击)等。实际检测钢绞线的弹性模量Ep,在施工现场测定锚圈口的摩阻损失,计算出钢绞线张拉端的张拉力P,重新计算钢绞线理论伸长值ΔL理。2.2由于不可避免损失的施工控制2.2.1锚具变形和钢绞线内缩引起的应力损失1)预应力与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失σl2。2)锚具变形和钢绞线内缩引起的预应力损失σl1。3)混凝土弹性压缩引起的应力损失σl4。4)预应力筋松弛引起的应力损失σl5。5)混凝土收缩徐变引起的应力损失σl6。2.2.2预应力损失治理1)摩阻损失σl2与钢绞线与孔道之间的摩擦系数μ以及孔道局部偏差对摩擦的影响系数k有直接关系。如文中之2.1.2第3条所述,在设计中已给定预应力筋种类、孔道材料及孔道坐标的情况下,μ,k在很大程度上取决于施工的精细程度。a.在施工中切实保证钢绞线和波纹管不锈蚀、波纹管在钢筋绑扎和混凝土浇筑过程中保持圆顺;b.张拉方式要采用两端同时张拉;c.在张拉程序上采用超张拉。2)锚固损失σl1主要由锚具变形和钢绞线回缩引起,除采用超张拉的施工方法外,在施工中还要注意以下两点:a.对于锚板的硬度要求,我国目前的生产控制范围为HRC17～HRC30,但目前有一种降低硬度要求的趋势,甚至对锚板不做热处理,锚板硬度降低后,将产生较大的锚具变形,因此对于锚板的硬度指标要进行检测;b.锚具锚孔锥度尺寸和夹片角度尺寸不匹配,影响自锚能力,增大钢绞线的回缩量,锚孔的锥度尺寸和夹片的角度尺寸的加工过程技术含量高,为减少此部分的应力损失,应严格选用有资质厂家的产品。3)一般情况下,对于后张法构件减少弹性压缩应力损失σl4的施工方法就是采用较少的分批张拉次数。4)对于预应力松弛σl5,在施工中注意做到以下几点:采用低松弛预应力筋;张拉程序采用超张拉;增加持荷时间。5)混凝土收缩和徐变应力损失σl6在很大程度上取决于混凝土收缩徐变性能及张拉时混凝土的龄期、强度、弹性模量和养护湿度。在施工中,首先要采用对混凝土收缩徐变性能影响较小的普通硅酸盐水泥,控制每m3混凝土的水泥用量及水灰比;其次,为了克服张拉时对混凝土的强度、弹性模量要求高和养护时间短的矛盾(为了减少收缩徐变预应力损失,要求施加预应力时混凝土的强度和弹性模量越高越好,而要达到较高的强度和弹性模量,则混凝土的养护时间就越长,这就与施工工期发生矛盾),在施工中可以采用两次张拉工艺;预应力梁在混凝土达到设计强度前,预应力筋早期张拉的根数、位置和锚头局部承压应力均需通过验算后确定。2.3滑丝和断丝问题2.3.1滑丝和断丝的原因1锚具与锚具的匹配在施工方面,在锚圈锥孔与夹片之间有杂物;力筋和千斤顶卡盘内有油污;千斤顶大缸回油过猛,产生较大的冲击振动;锚下垫板喇叭口内有混凝土和其他残渣;锚具偏离锚下垫板止口等。在锚具质量方面,通常情况下,钢绞线强度在1860MPa～1900MPa范围内,其表面硬度为HRC44～HRC48左右,夹片设计硬度为HRC58～HRC64,两者硬度之差不小于HRC10时,其组合与匹配最佳,若夹片硬度达不到设计要求,容易产生滑丝现象;另外,钢绞线直径偏小,也有可能产生滑丝现象。2冬季施工时,丝压变在施工方面,有锚圈口分丝时交叉重叠;操作过程中没有做到孔道、锚圈、千斤顶三对中,造成钢丝偏位,受力不均,个别钢丝压力集中;在冬季施工时,特别是负温条件下,钢丝伸长率减少,弹性模量提高;油压表失灵或千斤顶未按规定校验,造成张拉力过大等。在材料质量方面,有钢绞线材质不均匀;夹片硬度过大,纹路不均,使某根钢丝断面受损较重。2.3.2锚具的使用注意事项1)锚垫板承压面与孔道中线不垂直时,应在锚圈下垫薄钢板调整垂直度。将锚圈孔对正垫板并点焊,防止张拉时移动。2)锚具在使用前必须清除杂物,刷去油污。3)操作过程中,坚持做到孔道、锚圈、千斤顶三对中。4)千斤顶、油压表按规定及时校验。5)千斤顶给油、回油工序应缓慢平稳进行。6)预应力张拉工作应在正温条件下进行。7)锚具、钢绞线必须按规定频率进行质量鉴定。2.3.3钢焊接夹片换束滑丝和断丝均采用卸荷、松锚、换束、重新张拉至设计应力值的处理方法,具体施工方法如下:将千斤顶按张拉状态装好,并将钢绞线在工作锚上楔紧。一端张拉,当钢绞线受力伸长时夹片被稍稍带出,这时立即用钢钎卡住夹片(钢钎可用ϕ5的钢丝、端部磨尖制成,长20cm～30cm);然后主缸缓慢回油,钢绞线内缩,夹片因被卡住而不能与钢绞线同时内缩;主缸再次进油,张拉钢绞线,夹片又被带出。再用钢钎卡住,并使主缸回油。如此反复进行至夹片退出为止,然后拉出钢绞线更换新的钢绞线和锚具,将更换后的钢绞线楔紧在工作锚上,张拉到设计应力后锚固。断丝除按上述方式换束外,也可用提高其他钢束的控制张拉力作为补偿。但在任何情况下钢绞线的最大张拉力不得超过0.8倍的标准强度。3线滑丝、断丝现象的发生机制在预应力张拉施工作业中,建立可靠的预应力施工质量保证体系,对于减小钢绞线理论伸长值和实测伸长值之间的偏差,降低预制构件的预应力损失,防止钢绞线滑丝、断丝现象的发生都有十分重要的影响。施工工程师在预应力张拉施工方案的制定,钢绞线、波纹