預(yù)應(yīng)力混凝土施工及應(yīng)用

胡國(guó)鋒

摘 要:預(yù)應(yīng)力混凝土因其具有抗裂性能好,自重輕,節(jié)約材料,提高構(gòu)件耐久性等特點(diǎn)正逐步在建筑工程中被廣泛應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要闡述了預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn),材料要求,以及施工要點(diǎn)及預(yù)應(yīng)力在建筑工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力混凝土;特點(diǎn);施工;應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力混凝土是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的簡(jiǎn)稱(chēng),是最近幾十年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)?，F(xiàn)在世界各國(guó)都在普遍地應(yīng)用,其推廣使用范圍和數(shù)量,已成為衡量一個(gè)國(guó)家建筑技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn):

1.1 提高構(gòu)件的抗裂度和剛度。

1.2 增加了結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的耐久性。

1.3 結(jié)構(gòu)自重輕,能用于大跨度結(jié)構(gòu)。

1.4 能節(jié)約材料,與鋼結(jié)構(gòu)比,能節(jié)約大量鋼材,降低成本,增加耐火性能;與鋼筋混凝土比同跨度構(gòu)件能節(jié)約鋼筋和混凝土,而相對(duì)經(jīng)濟(jì)。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土材料

2.1 預(yù)應(yīng)力筋

2.1.1 對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋性能的要求

強(qiáng)度要高。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)壓應(yīng)力的大小主要取決于預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量及其張拉應(yīng)力。考慮到構(gòu)件在制作和使用過(guò)程中,由于各種因素的影響,會(huì)出現(xiàn)各種預(yù)應(yīng)力損失,因此需要采用較高的張拉應(yīng)力,這就要求預(yù)應(yīng)力筋的強(qiáng)度要高。否則,就不能有效地建立預(yù)應(yīng)力。

有較好的塑性。為了保證結(jié)構(gòu)物在破壞之前有較大的變形能力,必須保證預(yù)應(yīng)力鋼筋有足夠的塑性性能。

要具有良好的黏結(jié)性能。

具有低松弛性能。在一定拉應(yīng)力值和恒定溫度下,鋼筋長(zhǎng)度固定不變,則鋼筋中的應(yīng)力將隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低,一般稱(chēng)這種現(xiàn)象為鋼筋的松弛或應(yīng)力松弛。

2.1.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋的種類(lèi)

《公橋規(guī)》推薦使用的預(yù)應(yīng)力筋有鋼絞線、消除應(yīng)力鋼絲和精軋螺紋鋼筋。鋼絞線和消除應(yīng)力鋼絲單向拉伸應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線無(wú)明顯的流幅,精軋螺紋鋼筋則有明顯的流幅。

鋼絞線。鋼絞線是由2、3或7根高強(qiáng)鋼絲扭結(jié)而成并經(jīng)消除內(nèi)應(yīng)力后的盤(pán)卷狀鋼絲束。最常用的是由6根鋼絲圍繞一根芯絲順一個(gè)方向扭結(jié)而成的7股鋼絞線。芯絲直徑常比外圍鋼絲直徑大5%～7%,以使各根鋼絲緊密接觸,鋼絲扭矩一般為鋼絞線公稱(chēng)直徑的12～16倍。

鋼絞線具有截面集中、比較柔軟、盤(pán)彎運(yùn)輸方便、與混凝土黏結(jié)性能良好等特點(diǎn),可大大簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)成束的工序,是一種較理想的預(yù)應(yīng)力鋼筋。

高強(qiáng)度鋼絲。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)常用的高強(qiáng)鋼絲是用優(yōu)質(zhì)碳素鋼(含碳量為o.7%一1.4%)軋制成盤(pán)圓,經(jīng)高溫鉛浴淬火處理后,再冷拉加工而成的鋼絲。對(duì)于采用冷拔工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)鋼絲,冷拔后還需經(jīng)過(guò)回火矯直處理,以消除鋼絲在冷拔中所存在的內(nèi)部應(yīng)力,提高鋼絲的比例極限、屈服強(qiáng)度和彈性模量。

精軋螺紋鋼筋。精軋螺紋粗鋼筋在軋制時(shí)沿鋼筋縱向全部軋有規(guī)律性的螺紋肋條,可用螺絲套筒連接和螺母錨固,因此不需要再加工螺絲,也不需要焊接。目前,這種高強(qiáng)鋼筋僅用于中、小型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件或作為箱梁的豎向、橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋。

2.2 混 凝 土

對(duì)于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的混凝土,按國(guó)家規(guī)范指出:混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30;當(dāng)采用碳素鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋是地,混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中,應(yīng)采用與高強(qiáng)鋼筋相配合的較高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土,只有這樣才能充分發(fā)揮高強(qiáng)鋼材的抗拉強(qiáng)度,有效地減小構(gòu)件截面尺寸,因而也可減輕結(jié)構(gòu)自重。特別對(duì)于先張法構(gòu)件,混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高,可增大混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度,以保證預(yù)應(yīng)力鋼筋在混凝土中有較好的自錨性能。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土施工要求

3.1 抽樣和試驗(yàn)

檢驗(yàn)員需對(duì)到達(dá)工程現(xiàn)場(chǎng)的每一捆卷軸的預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行抽樣檢查。鋼筋、鋼絲和車(chē)鉤也應(yīng)進(jìn)行抽樣檢查,抽樣頻率參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范。鋼板的抽樣頻率參見(jiàn)抽樣指南。通常,試驗(yàn)按照ADOT的材料類(lèi)中結(jié)構(gòu)材料試驗(yàn)部分的規(guī)定進(jìn)行。

3.2 后張預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的導(dǎo)管安裝

通常在梁腹中箍筋綁扎好后,側(cè)模安置前設(shè)置導(dǎo)管。在貯存、加工和運(yùn)輸導(dǎo)管時(shí)應(yīng)特別小心,因?yàn)榕c其他橋梁構(gòu)件相比,導(dǎo)管較薄易損壞。

橋梁工程中常用兩種類(lèi)型的導(dǎo)管。一種是由鍍鋅帶鋼縱向焊接形成的光滑剛壁導(dǎo)管,帶鋼間使用連續(xù)電阻焊接或聯(lián)鎖縫。常用的供應(yīng)尺寸是20英尺(6米),每一長(zhǎng)段的一端伸展出去形成一種滑動(dòng)連接。另外一種是由鍍鋅的肋鋼板使用螺旋纏繞聯(lián)鎖縫焊接而成的。它常用的供應(yīng)尺寸是40英尺(12米),然后用剛性更大的管道車(chē)鉤連接。

3.3 壓力試驗(yàn)

一旦檢驗(yàn)員確定所有可能的缺陷已經(jīng)被檢查并進(jìn)行了修復(fù),承包商必須向上一級(jí)部門(mén)證明導(dǎo)管不滲漏。這點(diǎn)通過(guò)導(dǎo)管的壓力試驗(yàn)來(lái)確定。將空氣或水泵送人一個(gè)封閉的導(dǎo)管,直至達(dá)到“裝載壓力”,然后停止輸送,待5分鐘后測(cè)量“殘留壓力”。規(guī)定的裝載和殘留壓力取決于壓力試驗(yàn)中導(dǎo)管是否部分或全部被混凝土包裹。在試驗(yàn)前應(yīng)將那些沒(méi)有被混凝土全部包裹的導(dǎo)管的露出部分用環(huán)氧樹(shù)脂密封。

如果壓力試驗(yàn)的結(jié)果不滿(mǎn)足要求,承包商必須采取措施檢查并修補(bǔ)全部漏洞。若試驗(yàn)后仍不滿(mǎn)足要求,駐地工程師應(yīng)作出同意使用該導(dǎo)管或要求進(jìn)一步修補(bǔ)的意見(jiàn)。

駐地工程師根本不可能同意使用那些不滿(mǎn)足壓力試驗(yàn)的后張導(dǎo)管的。他應(yīng)堅(jiān)持讓承包商采取必要的措施修補(bǔ)全部漏洞。因?yàn)橐坏┢脚_(tái)式模板被支好并進(jìn)行了灌筑,那么再接近梁腹修補(bǔ)有漏洞的導(dǎo)管就變得相當(dāng)困難了。

3.4 預(yù)加應(yīng)力

預(yù)加應(yīng)力有兩個(gè)增長(zhǎng)過(guò)程。第一個(gè)增長(zhǎng)過(guò)程是指初始拉力,用來(lái)拉直鋼絞線以減少松弛。初始拉力通常是初始應(yīng)力的5%-10%,可通過(guò)裝置有壓力表或壓力盒(拉壓傳感器)的液壓千斤頂或柵欄伸張器和測(cè)力計(jì)來(lái)施加拉力。

初始拉力施加后,承包商應(yīng)立即對(duì)鋼絞線的固定端和測(cè)量伸長(zhǎng)量的張拉端進(jìn)行標(biāo)注。若使用的是拼接鋼絞線,則滑動(dòng)的拼接處必須標(biāo)注。

伸長(zhǎng)和滑動(dòng)的參考標(biāo)點(diǎn)確定后,鋼絞線在所需的初始應(yīng)力下進(jìn)行張拉和錨固。張拉應(yīng)力必須由裝置有壓力表或荷載傳感器的液壓千斤頂施加。

張拉操作的最后,必須測(cè)定張拉的伸長(zhǎng)量并與理論計(jì)算值相比較。這個(gè)計(jì)算必須征得橋梁設(shè)計(jì)師的同意。先張法構(gòu)件中,應(yīng)該記錄每一根鋼絞線的伸長(zhǎng)量。對(duì)現(xiàn)澆后張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件,應(yīng)記錄每一預(yù)應(yīng)力鋼索中鋼絞線束的伸長(zhǎng)量。

3.5 后張預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的灌漿

灌漿的目的是為了用水泥漿注滿(mǎn)導(dǎo)管中所有的空隙。這樣可以防止預(yù)應(yīng)力鋼索被腐蝕,保持其與梁腹的握裹力。灌漿前,應(yīng)切斷鋼絞線,設(shè)置好漿帽。灌漿管和噴出管應(yīng)裝置有直接的機(jī)械阻斷閥。排氣孔也應(yīng)設(shè)有阻斷閥。上述準(zhǔn)備好后,預(yù)應(yīng)力鋼索就將被注人水泥漿。

4 預(yù)應(yīng)力在建筑工程上的應(yīng)用:

4.1 構(gòu)件方面:目前主要是用一般預(yù)應(yīng)力來(lái)制作構(gòu)件

4.1.1 多孔板:以前用低碳冷拔鋼絲做鋼筋,采用先張法施工,在澆筑混凝土后,待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%以上時(shí),開(kāi)始斷絲,建立預(yù)應(yīng)力?，F(xiàn)鋼筋則采用冷軋帶肋鋼筋。

4.1.2 大型屋面板:其兩肋主筋采用熱軋IV級(jí)鋼筋作為預(yù)應(yīng)力筋,也采用先張法把鋼筋錨在剛性模架上,待澆筑混凝土后,經(jīng)蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,放去錨固松掉鋼筋待其回彈建立預(yù)應(yīng)力。

4.1.3 吊車(chē)梁:鋼筋混凝土吊車(chē)梁,可彩張拉臺(tái)先張法施工,產(chǎn)模綁扎鋼筋和澆筑混凝土,待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后斷筋,回彈建立預(yù)應(yīng)力;還有是臥式支模,綁筋、留張拉孔,澆筑混凝土,到混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí),在預(yù)留孔中穿筋采用千斤頂后張法施工建立預(yù)應(yīng)力。

4.1.4 屋架:鋼筋混凝土屋架的下弦,都采用下弦留通長(zhǎng)孔道,待強(qiáng)度到達(dá)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以上后,穿盤(pán)采用千斤頂后張法施工建立預(yù)應(yīng)力。

4.2 現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力張拉:在近十多年以來(lái),預(yù)應(yīng)力應(yīng)用到多層框架結(jié)構(gòu)的梁板中間。達(dá)到了提高承載力;加大了跨度;減小梁的高度而又增加了凈空,可以減低層高,總體達(dá)到節(jié)約材料和造價(jià)。

4.3 構(gòu)筑物中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù):預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)應(yīng)用于構(gòu)筑物的范圍,當(dāng)前已很廣泛。如過(guò)去早期用過(guò)的大型水池、儲(chǔ)油罐,現(xiàn)在有混凝土筒倉(cāng);核變電站原子反應(yīng)堆的預(yù)應(yīng)力混凝土的安全殼施工;電視塔采用豎向預(yù)應(yīng)力盤(pán)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工。

在高大、抗?jié)B、抗裂等要求嚴(yán)格的構(gòu)筑物,采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的辦法后,效果良好,質(zhì)量有保證,這也是預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展的一個(gè)場(chǎng)所。