浅谈工民建中后张法无粘结预应力混凝土梁施工

　　摘要：本文结合某展览中心无粘结预应力混凝土梁的施工工艺及需要重点注意的问题，从无粘结预应力筋工程、锚固体系及磨阻损失三方面介绍了无粘结预应力的施工技术，体现了该技术的应用特点。
　　关键词：无粘结预应力筋；锚固；张拉；磨阻损失
　　一、工程概况
　　某展览中心共三层，一层层高5m，二层4.5m，三层6m，局部上空层高8m。屋面高19m，室外地坪标高-0.45m。建筑长度89.75m，宽度48.175m。各层建筑面积分别为：一层2408.41m2，二层2049.77m2，三层2393.36m2。
　　其屋面结构层纵向15轴、17轴的D轴至H轴线段，横向G轴、E轴的15至21轴线段设计为无粘结预应力混凝土梁，共4根，呈井字状布置，为本工程特殊结构部位。梁跨24m，截面尺寸宽600mm，高1450mm，C40砼。除配设普通钢筋外，另配设8根单束φs15.2钢铰线作为预应力主筋，呈抛物线布置，两端张拉，大梁与柱为刚结点。二、无粘结预应力混凝土梁基本说明
　　1.无粘结预应力混凝土梁优点
　　在荷载作用下，当普通钢筋混凝土构件中受拉钢筋应力为20~30MPa时，其相应的拉应变为（1.0~1.5）×10-4，这大致相当于混凝土的极限抗拉应变，此时受拉混凝土可能会产生裂缝。但在正常使用荷载下，钢筋应力一般在150~200MPa左右，此时受拉混凝土不仅早已开裂，而且裂缝已展开较大宽度，另外构件挠度也会比较大。因此，为限制截面裂缝宽度、减小构件挠度，往往需要对普通钢筋混凝土梁施加预应力。
　　2.工艺原理
　　无粘结预应力混凝土梁在施工过程中不需要留孔、穿束、灌浆等，而是把预先组装好的无粘结预应力筋和锚头按设计要求铺放在模板内，然后浇筑混凝土。待混凝土强度达到设计要求之后，利用预应力筋与其周围混凝土不黏结、可在结构内滑动的特性，进行张拉锚固，借助端头锚具对结构产生预压应力。
　　3.后张法无粘结预应力混凝土梁施工工序
　　无粘结预应力混凝土梁的主要施工工序为：将无粘结预应力筋准确定位，并于普通钢筋一起绑扎形成钢筋骨架，然后浇筑混凝土；待混凝土达到预期强度后（一般不低于混凝土设计强度的75%）进行张拉（一端锚固一段张拉或两端同时张拉）。张拉完成后，在张拉端用锚具将预应力筋锚住，形成无粘结预应力梁，施工过程较为简单，但对锚具要求较高。
　　三、对材料的要求
　　1.无粘结预应力筋
　　1.1无粘结预应力筋的涂料层采用专用防腐油脂，其塑料外套宜采用高密度聚乙烯，护套厚度应均匀，不得过紧、过松或破损。
　　1.2无粘结预应力筋所用钢绞线不应有死弯，如有死弯时必须切断。
　　2.锚固体系
　　预应力锚具是预应力混凝土梁成套技术的重要组成部分。无粘结预应力混凝土梁预应力筋由于一般采用镦头锚固。镦头锚具由锚杯、锚圈和冷镦头三部分组成。将预应力筋穿过锚杯的蜂窝眼后，用专门的镦头机将钢筋端头镦粗，将镦粗头的预应力筋直接锚固在锚杯上，待千斤顶拉杆旋入锚杯内螺纹后即可进行张拉，当锚杯带动钢筋伸长到设计值时，将锚圈沿锚杯外的螺纹旋紧，顶在构件表面，锚圈通过支撑垫板将预压力传到混凝土上。
　　镦头锚固锚头部位的外径比较大，因此，预应力筋两端应在构件上预留有一定长度的孔道，其直径略大于锚具的外径。预应力筋张拉锚固之后，其端部便留下孔道，并且该部分钢筋没有涂层，为此应加以处理保护预应力筋。
　　目前常采用两种方法进行锚头端部处理：第一种方法系在孔道中注入油脂并加以封闭。第二种方法系在两端留设的孔道内注入环氧树脂水泥砂浆，其抗压强度不低于35MPa。灌浆同时将锚头封闭，防止预应力筋锈蚀，同时也起一定的锚固作用。预留孔道中注入油脂或环氧树脂水泥砂浆后，用C50级细石混凝土封闭锚头部位。
　　四、无粘结预应力混凝土梁施工重点
　　1.无粘结预应力筋铺放
　　无粘结预应力筋须严格按照设计位置及编号搁置在支架上，调整预应力筋的定位标高，其垂直误差控制在±10mm内。为保证无粘结筋的曲线矢高位置固定的要求，预应力筋铺放前，应设铁马凳，以控制无粘结筋的曲率，一般每隔一米设一马凳，用Φ12钢筋制作，马凳高度根据设计要求确定，应注意其平行走向，防止互相扭绞。若梁要起拱，则孔道随梁起拱，梁起拱高度要小于非预应力梁的起拱高度，一般为0.05%，弧形部分弯曲自然，避免局部小弯。预应力筋穿过张拉端锚垫板、锚头及模版，穿出模版的长度不宜少于300mm，并应注意在埋件内300mm一段的无粘结筋应与埋件面垂直。无粘结筋铺放完成后检查其编号、破损、位置及外露长度等，经自检合格后申报监理部门，对预应力筋铺放进行隐蔽验收。
　　采用镦头式锚具张拉预应力筋时下料：
　　一端张拉：L=l+H1+H2+2△-1/2（H-H0）-△l-c
　　两端张拉：L=l+2H2+2△-（H-H0）-△l-c
　　L—无粘结预应力筋在梁内的长度
　　H1—锚板高度
　　H2—锚杯底部厚度
　　△—钢丝镦头留量
　　H—锚杯高度
　　H0—螺母厚度
　　△l—钢丝束张拉伸长计算值
　　C—张拉时梁弹性压缩计算值
　　2.混凝土浇筑
　　无粘结预应力筋安放完毕并检查合格后，安装梁侧模，侧模安装完成后须对无粘结预应力筋的矢高控制点、承压板和固定锚具的位置进行二次检查。在浇筑混凝土时，要保证预应力筋形状及锚具位置准确，振捣时防止锚具、固定架位置偏移，严禁触碰无粘结预应力筋的聚乙烯外皮，梁端部承压区混凝土必须振捣实心密实，混凝土不得掺入引气剂和含有氯离子的外加剂，以防止预应力筋锈蚀。
　　3.预应力筋的张拉
　　预应力筋张拉是无粘结预应力梁施工的重点，是影响构件中预应力值大小的关键因素。由于无粘结预应力混凝土梁多为曲线配筋，故应采用两端同时张拉。无粘结预应力筋的张拉应根据其铺设顺序，先铺设的先张拉，后铺设的后张拉。张拉前要提供混凝土实验报告，达到拆模要求后，将水泥砂浆清理干净，安装好锚板，以备张拉。张拉设备主要有：电动油泵，前卡式千斤顶。做好准备工作后，对油表与千斤顶在试验检测机上与张拉工作状态一致的方式进行配套标定。
　　计算控制张拉应力
　　1)张拉过程控制：0→20%σcon（初值）（σcon为预应力筋的张拉控制应力）→103%σcon（终值）→锚固。张拉过程以应力控制为主，并辅以伸长值校核。实测伸长值与计算伸长值之差，应在-5%~+10%范围内。
　　2)正是张拉前，通过试张拉测试磨阻损失及伸长率，计算有效应力是否满足设计要求。
　　两端张拉的曲线束，张拉伸长值△lpc按下式计算
　　△lpc=
　　—无粘结预应力筋的张拉控制应力
　　—预应力筋的长度
　　—预应力筋的弹性模量
　　—无粘结筋与壁之间的摩擦系数
　　—曲线束两端的切线夹角
　　—考虑无粘结筋壁每米长度局部偏压的影响系数
　　—无粘结预应力筋在结构内的长度
　　3)预应力混凝土强度达到设计值的90%后方可施加预应力，预应力筋全部张拉完毕后，方可拆除梁底面模版。
　　4.锚具封堵
　　封堵的目的是保护锚具不被锈蚀，用砂轮切割机切割锚具外多余的钢绞线，若气割时需采取降温措施，禁止采用电弧焊。锚具外露长度不小于30mm。锚固混凝土应凿毛湿润，清除浮灰，确保新旧混凝土粘结良好，使用比结构高一等级的微膨胀细石混凝土封堵，尽量减少混凝土的收缩。
　　五、磨阻损失
　　无粘结预应力混凝土梁中预应力筋一般长度较大，呈曲线型布置，如何减少其摩阻损失值是一个重要的问题。磨阻损失值可用标准测力计或传感器等测力装置进行测定。在预应力混凝土梁中引起预应力损失的原因很多，产生的时间也先后不一，其主要因素有：
　　1.预应力筋松弛；
　　2.混凝土收缩和徐变；
　　3.预应力筋对混凝土的局部挤压；
　　4.混凝土弹性压缩。
　　减小无粘结预应力损失的措施：
　　1.采用两端张拉及超张拉；
　　2.尽量减少构件的分批张拉次数；
　　3.采用低松弛预应力筋；
　　4.采用普通硅酸盐水泥，控制每立方混凝土中水泥用量及混凝土水灰比；
　　5.延长混凝土的受理时间，即控制混凝土的加载龄期。
　　结束语
　　正确的的检验、敷设、张拉无粘结预应力筋，合理的设置锚具，有效控制磨阻损失，才能保证无粘结预应力混凝土梁施工圆满完成。实践证明，无粘结预应力混凝土梁施工技术在解决工民建中混凝土梁结构方面极具优势，加快了施工进度，从而在节约工程施工成本方面起到了一定的推动作用。

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