先张法预应力梁施工.doc

先张法预应力梁施工技术总结

作者：　　张金帆
　　　　单位：中铁一局一公司

先张法预应力梁施工
张金帆
预应力结构问世一百余年的发展过程中，其无论是从理论计算、施工方法、技术等方面都已得到不断的完善与发展进步，其亦被广泛地推广与使用，解决了大跨径与节约钢筋的问题等一系列普通结构无法解决的问题。针对自己参与施工的商开高速公路就先张法预应力简支梁施工对预应力结构施工情况做以下总结。一、台座施工
1、台座形式选择
先张法预应力的施工，首先施工好安全可靠的先张台座。台座的种类有传力式柱工及重力式台座两种形式。传力柱式台座技术较高，而且对材料要求性能严格。重力式台座技术要求低，但圬工方量较大，劳动强度较大，根据实际土质及张拉力要求，如采用传力柱式台座，一个台座需钢材19.7t，内部还需填充30＃砼72.3m3,施工时还必须确保每个传力柱的轴心在同一直线上，两个传力柱轴线必须平行，实际施工难度很大。如单纯采用重力式台座，根据当地砂土抗剪力及摩擦力情况，一个台座需完成挖基土方260m3，20＃砼370m3。商开高速公路先张梁台座采用两者结合，半重力式、半传力柱式，采用台座形式图如下。两者为轻型重力式台座，中间为传力柱式台面，共需20＃砼86.6m3，25＃砼55.3m3。其双线同时可预制10片16m梁或8片20m梁。
2、台座受力检算：
荷载计算考虑双线同时整体张拉时为最不利荷载，根据设计要求，双线同时整体张拉时其最大拉力：
p=195.3´13´1.05´2
=5331.7KN
台座：V=2.75´2´4+0.25´1.4´4+1/2´(1+1.4)´0.4+3´1´4+3´0.5´4
=43.3m3
G=V´2.45=1039KN
(1)抗倾覆检核
a、倾覆力矩可按下式进行计算M=p´c
式中：p为最大张拉力
c为张拉力合力距离倾覆点力臂。传力柱式台座距倾覆点力臂取台面唯恐下5cm处。台面上铺设4mm厚钢板，张拉力合力距钢板顶5cm。所以，e=5+5+0.4=10.4cm取e=11cm
M=pe=5331.7´0.11 =586.5KNm
b、抗倾覆力矩可按下式进行计算 M1=GL
式中： G为台座自重
L 为台座重力距倾覆点的力臂，按下式计算： L=(2.75´2´7+1.4´0.2´6.7+3´1´4.5+3´0.5´1.5)/(2.75´2+1.4´0.2+3´1+3´0.5)
=5.46m
所以，M1=GL=5672.9KNm
c、抗倾覆安全系数
K=M1/M=9.6>1.5(核)
（2）、抗滑移验算
台面与台座共同作用。由于台座与底部砂土的弹性模量相差较大，两者不可能同时共同工作。而底部的摩擦阻力也较小，可略去不计。实际上台座的水平推力几乎全部传给了砼台面，不存在滑移问题。因此，台座与台面共同作用时， 可不作滑移计算。而要计算台面承载力检算。
（3）、台面承载力检算
其水平承载力可按下式进行计算：

式中：q为偏心受压纵向弯曲系数，其计算按最不利条件下的偏心受压计算。
截面I=1/12´50´803+2´(1/12´1203´12+12´120´1002)+2´(1/12´50´403+40´501802)
=164522666.7cm4
A=2´40´50+2´120´12+80´50=10880cm2
回转半径r=ÖI/A=122.97cm
长细比l=L0/r=7200/120.55=58.55
l<75时按以下计算
q=1/[1+(l/80)2]-0.651
A 台面载面积，A=1.088m2
Fc 砼抗压强度设计值，C25砼 fc=17.5Mpa
K1 超载系数，取K1=1.25
K2 附加安全系数， K2=1.5
所以 P=(0.651´1.088´17.5)/(1.25´1.5)
=6610.7KN
P>5331.7KN (最大张拉力) 核！
3、横梁
（1） 横梁可采用多种材料做成。其必须是满足其在最大受力情况下fmax£2mm，根据本单位实际情况，横梁用五根P43钢轨拼焊而成。
（2） 横梁挠度值检算
荷载在0.9m范围内可近视为均布荷载，对单根横梁来讲：
P=5331.7/2=2665.9KN
所以Q=2665.9/0.9=2962KN/m
其挠度可按下式计算
fmax=qcl3(8-4g2+g3)/(384EI)
式中：q=2962KN/m
c=0.9m
l=1.5m
g0.9/1.5=0.6
E 为钢材弹性模量，取E=16´106Mpa
I为截面惯性矩。该横梁中性面
X=(3A´0.07+2A´0.09)/5A
P43钢轨 A=57.0cm2 I=1489cm4
I=3´1489+3´57´(7.8-7)+2´1489+2´57´(82-7)2
=7718.6cm4
所以
　[2962´103´0.9´1.53´(8-4´0.62+0.63)]
(384´16´1012´7718.6´10-8)
=0.00013(m)
=0.13mm
fmax<2mm
二、施加预应力
1、准备工作
台座准备工作完成后，将两端固定横梁经精确测量定位，保证横梁预留孔位置正确后，将两端固定横梁焊于台座预埋钢板上，然后根据活动横予留孔高度及横梁高度埋设活动横梁滑道，滑道采用钢板做成，使用时滑道轨面涂黄油以减少滑动摩擦阻力。活动横梁安装完成后，认真检查各横梁的钢绞线予留孔是否在一条直线，确保张拉时张拉力在同一直线上。
2、张拉锚固体系选择
根据商开高速公路甲方要求，先张梁钢绞线张拉必须采用整体张拉大小要求，张拉选择两台YCD1500千斤顶顶推张拉。另为了保证每根钢绞线的应力相同，采用一台YCD230千斤顶在固定端施加一同样较小的应力，这样就保证了每根钢绞线的应力基本相同。
锚固体系在固定端可采用单孔锚具直接锚固，张拉端锚固体系选择须考虑放张问题。可采用在活动横梁与固定横梁间安置砂箱锚固以备放张，亦可采用精轧螺纹钢锚固体系，最后采用千斤顶放张。采用砂箱法前期投资少，但是其浪费钢绞线，且砂箱加工操作比较困难，安全可靠度低，
采用精轧螺纹钢锚固，前期精轧螺纹钢、连接器，投资大，但其可节约一部分钢绞线，且放张时采用千斤顶易操作控制，安全可靠。根据我标段的工程量，选择了精轧螺纹钢锚固体系。精轧螺纹钢筋每根长度为3m，每次单根可节约3m钢绞线，最终能节约钢绞线3.6t，相比投资螺纹钢筋经济许多，而且一定程度上增加了操作人员的安全。
3、千斤顶的校验
选择好千斤顶后，千斤顶在其使用前必须进行校验。同时必须注意千斤顶与压力表的配套使用。千斤顶的张拉力与压力表读数之间理论上是一条直线关系。在米格纸上做出相应的张拉力、压力表读数曲线，检查其校验结果的正确与否。
如偏差超过允许范围，则需重新校验。如在范围内，在该曲线上找出20％sk、40％sk、100％sk、105sk相应的压力表读数。
4、理论伸长值计算
其理论伸长值可按下式计算：
DL=(P1L1)/(E1A1)+(P2L2)/(E2A2)
式中： DL为计算伸长值
P为张拉力，每根钢绞线P=195.3KN
L1为钢绞线有效长度，L1=85.35m
L2为精轧螺纹钢筋有效长度，L2=2.7m
E1为钢绞线弹性模量，E1=1.95´105Mpa
E2为精轧螺纹钢筋弹性模量，E2=2.0´105Mpa
A1钢绞线截面面积，A1=137.5mm2
A2为精轧螺纹钢筋截面积，A2=490.9mm2
则DL=(195.3´103´85.35)/(1.951´1011´137.445´10-6)+(195.3´
103´2.7)/(2.0´1011´490.9´10-6)
=0.627m
5、张拉
张拉过程中因钢绞线零应力无法控制，要测量张拉过程中的伸长值相当困难。考虑到伸长值与张拉力之间为线性关系，故可采用20％PK~40%PK之间伸长值代替0~20%PK。故张拉步骤如下：
a、 采用一台单根张拉用的YCD230千斤顶在固定端逐根对钢绞线施加同样的初应力<20%PK。以确保所有钢绞线初应力值相同。
b、 然后在张拉端用YCD1500千斤顶整体张拉至20％PK，在张拉端固定横梁一定距离用红油漆在精轧螺纹钢上画一条平行于横梁的直线，并记录其距横梁的距离L1。
c、 继续整体张拉至40％，测量其距离L2。
D、继续整体张拉至105％PK测量其距离L3,然后放松至0。
E、放松后整体张拉至100％PK ,测量其距离L4，则实际伸长量DL=(L4-L1)+(L2-L1)可与计算DL相比较，误差不超过6％张拉完成，如误差超过6％，需重新校验千斤顶。
F、锚固：拧紧精轧螺纹钢筋上的螺帽，使其固定在横梁上，该螺帽回缩量约为1mm,其张拉力损失可忽略不计。
三、梁体砼施工
张拉完成后， 开始安装梁体钢筋、模板，浇注筑砼，按常规方法施工进行。这里不再重述。
四、放张
与梁体同条件养护试件达到梁体砼设计强度的80％时， 方可进行放张。将千斤顶置于原来张拉时位置，用千斤顶顶紧活动横梁，直到可使锚固螺帽拧松时，开始拧松螺帽，放松千斤顶。千斤顶放松速度应尽量缓慢，且两台千斤顶的放松速度应均匀一致。最后割开各梁之间的钢绞线，进行移梁工作，至此先张梁预制施工完成。

参考文献：
1、《建筑施工手册》第二版
林婉华 郭耀秀编
2、《实用土木工程手册》第二版
杨文渊 人民交通出版社出版