后张法预应力技术在屋框梁施工中的应用

王杰

后张法预应力技术在屋框梁施工中的应用

王杰

（中铁十四局集团第二工程有限公司，山东 泰安 271000）

在预应力屋框梁的施工过程中，预应力钢绞线的张拉施工对屋框梁质量起着决定性作用。预应力钢绞线张拉，一般采用张拉力和伸长值双控，要求实际伸长值与理论伸长值误差不得超过±6％，而在实际施工中，不经复核直接取用设计给出的理论伸长值，将造成实际伸长值与理论伸长值误差超出±6％的要求。结合曹妃甸西站机务整备棚工程实例，总结了现浇梁预应力钢绞线张拉理论伸长值的计算方法。

预应力；张拉；伸长值；钢绞线

1 工程概况

曹西机务整备棚位于河北省唐山市曹妃甸工业区曹妃甸西站，共1层，长92 m，宽26 m，总高度9.95 m，主要用于列车检修。抗震设防烈度7度0.15g，耐火等级2级，设计使用50年。主体结构为钢筋混凝土框架形式，屋框梁混凝土强度等级C40，长27.2 m，梁端高度2.0 m，梁端中部高度1.8 m，宽0.5 m，需进行预应力张拉施工，预应力筋采用极限强度标准值为1 860 MPa的低松弛预应力钢绞线，直径=15.2 mm，张拉锚下控制应力1 395 MPa，超张拉 3%，屋框梁横截面如图1所示，屋框梁立面如图2所示。

图1 屋框梁横截面示意图

图2 屋框梁立面示意图

2 理论伸长值计算

屋框梁锚下控制应力为1 395 MPa，实际数值应考虑钢绞线在锚圈口处的摩阻损失，计算钢绞线实际伸长值时需减去千斤顶段钢绞线伸长值后再与理论伸长值比较，由于钢绞线进行张拉时同时受到预应力管道弯曲和管道偏差引起的摩擦力影响，导致锚下控制应力出现损失，即向跨中方向逐渐减小，因此钢绞线每部位的伸长值也不同。因此需要根据钢绞线的弯曲情况进行分段，分别计算每段的伸长值后，进行累计得出整束钢绞线的理论伸长值。每段钢绞线伸长值按式（1）计算：

△=P/PP（1）

式（1）中：为预应力筋长度，m；P为预应力筋的平均张拉力，N；P为预应力钢筋截面面积，mm2；P为预应力钢筋弹性模量，MPa。

同时，由于应力损失每段钢绞线两端应力也不相同，需计算该段平均张拉力P，平均张拉力按式（2）计算：

P=（1－﹣（kL+μθ））/（+） （2）

式（2）中：为预应力筋张拉端的张拉力，N；为自然对数；为孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数，m；为从张拉端到计算截面的孔道长度，m；为预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数；为从张拉端到计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，rad。

第一段起点张拉力即为锚下控制应力，每分段终点张拉力即为下一段起点张拉力，每段钢绞线终点张拉力按式（3）计算：

F=S﹣（KL+μθ）（3）

式（3）中：F为分段终点张拉力，N；S为分段起点张拉力，N。

屋框梁张拉端构造做法参照《06SG429》第56页图2.4-8，如图3所示。

根据钢绞线各参数，计算各分段长度伸长值。由于钢绞线采用中点对称设置，只需计算半幅累计伸长值再乘2，即可得到整束钢绞线理论伸长值。因此，选定半幅钢绞线分为Δ01、Δ02、Δ03共3段分别计算伸长值，另外半幅伸长值与此相等。钢束理论伸长值计算如表1所示，半幅伸长值为 99.2 mm，则钢绞线总理论伸长值为198.4 mm。钢束理论伸长值计算如表1所示。

图3 预应力梁柱边张拉端

3 工艺流程

预应力张拉施工工艺流程图如图4所示。

4 施工方法

4.1 预应力管道下料、安装

在对波纹管进行各项检查后，对相应梁长度进行波纹管的接长与下料，如果进行下料应采用砂轮切割机。根据设计文件中孔道中轴线至侧模及底模的距离，用记号笔在模板及钢筋上标出波纹管纵横向位置，此步骤严格按照设计图纸给出的波纹管坐标执行，后焊接定位钢筋，定位钢筋每间隔50 cm一道焊接成网，穿波纹管进行波纹管的定位。孔道位置允许偏差4 mm。

4.2 垫板安装

垫板安装前，检查其结构尺寸是否满足设计要求，严禁灌浆管伸入喇叭管内。在模板上准确标识垫板的安装位置，然后在其中央位置进行钻孔，孔径略大于波纹管孔径为宜，垫板与孔道的中心位置严格对正，并与孔道端部垂直。

4.3 钢绞线下料、穿束

预应力筋下料采用切割机，下钢绞线下料长度=孔道长+锚具厚度+千斤顶长度+工具锚厚度+10～30 cm。穿束采用人工进行。由于梁长26 m，如果浇筑完成后穿束，浇筑时需要在波纹管内穿衬管，所需长度过长，所以不予采用，钢绞线务必浇筑前穿束完成。为防止水泥浆或混凝土由波纹管砂眼进入管道造成堵塞，在浇筑混凝土的同时不间断地抽拉钢绞线，确保每一束孔道都能正常张拉。

表1 钢束理论伸长值计算表

分段σi/MPaAp/mm2长度L/m切线角度θ/rad偏差系数K摩阻系数μKL+μθe﹣（KL+μθ）σi+1/MPaP均/N伸长量ΔL/m ΔL011 3951 119.390.5500.001 50.20.000 80.9991 3951 561 551.840.004 06 ΔL121 3951 119.394.090.130.001 50.20.032 40.9681 350.451 536 483.030.029 30 ΔL231 350.451 119.399.540.130.001 50.20.040 60.9601 296.661 481 378.780.065 92 1/2梁跨（ΔL01+ΔL12+ΔL23）0.099 29

图4 预应力张拉施工工艺流程图

4.4 千斤顶安装

先安装工作锚具和夹片，工作锚具安装时孔方向必和垫板垂直，钢绞线穿过锚具后务必符合设计角度。安装千斤顶，千斤顶垂直于混凝土面，千斤顶外安装工具锚和夹片，夹片务必安装牢固。安放锚具时，为了保证每一束钢绞线都能穿在锚具对应的相同孔道，可以在安装前将两个锚具对放在一起，对相同孔道进行编号，安装时，可以抽动单束钢绞线，两端的工作人员用对讲机进行联系，将该束钢绞线穿入相同编号的孔道。严禁同一束钢绞线在两端锚具中对应不同的孔道，以免在张拉时发生扭绞、断裂。安装夹片时注意将夹片和锚具清理干净，不能有泥沙等杂物，以免影响锚具的锚固性能。夹片注意要安装对称，外端平齐。钢绞线外伸部分要保持干净，穿入工作锚时要保证钢束顺直，工作锚必须准确放在锚垫板的定位槽内，并与孔道对中。

安装千斤顶时，油管保持顺畅不得扭结成团，千斤顶就位后，安装工具锚，钢束穿入工具锚环后，位置要与工作锚的位置一一对应，不得交叉纽结，千斤顶不要完全回缩，应预留1～2 cm以便拆卸工具夹片，为使工具锚能顺利退下，在工具锚的夹片光滑面粘贴塑料胶布，工具夹片重复使用次数一般不宜超过10次。施工时注意时刻关注支架的稳定性，尤其是在安装千斤顶就位时，防止支架失效，千斤顶坠落，发生事故。

校验千斤顶：校验采用标准测力计校验法，千斤顶、油压表及油泵配套校验。将电动油泵的油路、电源接通，给千斤顶供油，活塞上移，顶压标准测力计。当测力计达到一定吨位时，立即从千斤顶的油压表上读数。各级吨位的压力读数复校三次，然后计算油压表在各级吨位时相应读数的平均值，作为压力表读数，再根据一元线性回归，计算出与设计张拉力相应的油压表读数。

在施工中发生下列任何情况时，都进行重新校验，确保张拉力准确：校验期限超过2个月；千斤顶漏油或千斤顶检修后；张拉过程中，钢绞线经常出现断丝及钢绞线实测伸长值与理论计算值相差超过标准规定值时；油压表指针不回零或调换千斤顶油压表。

4.5 张拉

预应力的张拉采用双控，以张拉力为主，钢束伸长值作校核。

第一次张拉，先张拉设计值20%（223.2 MPa），测量伸长量1，张拉至40%（446.4 MPa）测量伸长量2，最后张拉至设计100%（1 116 MPa），测量伸长量3，计算实际伸长量1=3+2－21。

封顶后第二次张拉，先张拉至1 116 MPa，测量伸长量4，张拉至设计值1 395 MPa，测量伸长值5，超张拉3%，实际伸长量2=5－4。

总的实际伸长量=1+2。

张拉达到控制应力后，持荷2 min后锚固，并及时填写好张拉记录。张拉记录应真实有效，由现场操作人员测量，每完成张拉一束钢束就马上将该束的伸长值测量完毕，严禁在全部张拉施工完成后补测张拉伸长值，按规定进行锚固后，缓慢回油退顶卸载，整机复位进行下一束张拉。

4.6 对张拉起拱度的观测

随着预应力钢绞线张拉的实施，梁体起拱也将随之产生。为了更好地观测张拉效果，本工程在预应力钢束张拉前后进行梁体起拱度观测，本观测结果不作为竣工交工资料，仅仅作为检验预应力张拉效果的参考性资料。

4.7 压浆

孔道压浆是指采用水泥浆填满孔道，使得预应力钢绞线与混凝土牢固地粘结为整体，可有效避免预应力钢绞线发生锈蚀。预应力张拉完毕后立即进行孔道压浆，压浆前用水清洗管道，借以除尘和湿润孔壁，除掉孔内的杂质，以便灰浆流动及孔壁有良好的粘着性。

压浆用砂浆强度等级同梁体混凝土强度等级，水灰比不大于0.4，并在水泥中掺入0.3%膨胀剂。控制水泥浆泌水率不超过3%，膨胀率小于8%，稠度在14～18 s之间，使水泥浆具有较好的流动性。

水泥浆从配制到压入管内，整个过程控制在40 min内，水泥浆要经过Φ1.2 mm的筛孔后再进入料斗，防止大颗粒进入压浆泵造成堵管。压浆采用活塞式压浆泵，使其压力控制在0.5～0.7 MPa，孔道压浆至最大压力后，稳压3 min。从一端向另一端压浆，压浆达到孔道另一端饱满和出浆，排气孔排出与规定稠度相同的水泥浆为止，关闭梁侧终端阀门，关闭进浆口阀门，至此，压浆工作完成。张拉压浆后进行3～5 d养护。

4.8 封锚

压浆后将埋设在结构内锚具周围冲洗干净，端部混凝土表面应凿毛，并在锚具外涂刷环氧树脂，然后绑扎钢筋网和浇筑封锚混凝土。封锚混凝土采用C45微膨胀混凝土，浇筑封锚混凝土时需严格控制梁体长度，预应力筋的保护层不得小于50 mm。孔道压浆后养生5 d，将工作锚处钢绞线切除，切割严禁使用电焊、气焊等设备。在切割过程中，应及时在钢绞线上洒水，防止钢绞线受热而产生滑丝收缩现象。

5 结束语

预应力施工作为大跨度屋框梁施工中的关键技术，关系到整个工程的质量，因此，要严格按照张拉程序施工，本文关于后张法预应力钢绞线理论伸长值的计算，可为类似工程提供有益参考。

［1］王金帅.预应力现浇箱梁施工质量控制要点分析［J］.科技创新与应用，2019（14）：109-110.

［2］陈有武.探究大跨重载工业建筑的框架结构设计［J］.低碳世界，2019（11）：139-140.

［3］周党伟.大跨度变截面悬臂箱梁施工线形控制技术［J］.铁道建筑，2012（6）：16-18.

［4］李建锋.浅谈后张法预应力施工的质量控制［J］.甘肃科技，2008（20）：18.

［5］同济大学，上海建工七建集团有限公司.JGJ 369—2016预应力混凝土结构设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2016.

［6］陶学康.后张预应力混凝土设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1996.

U445.57

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.027

2095－6835（2021）01－0076－03

王杰（1979—），男，山东泰安人，本科，工程师，项目总工，研究方向为桥涵、路基、房屋建筑。

〔编辑：张思楠〕