预应力工程应用

。

【关键词】 预应力施工 预应力筋 张拉 伸长值

1、工程概况

伊都锦大厦地上8层，地下2层，总建筑面积16500m2，图1中9~18轴为板柱剪力墙体系。±0.00~地上8层顶板采用无粘结预应力技术，楼板全部为大开间形式，最大柱网尺寸9×11m，各层顶板为现浇平板，板厚为220mm。纵向框架梁内平行布置2束3Φj15.24有粘结钢绞线束，横向框架梁内布置3束3Φj15.24钢绞线束，有粘结曲线孔道采用Φ50的金属波纹管预埋成孔。

2、预应力筋布置情况

伊都锦大厦采用无粘结预应力筋双向布置，柱上板带均布置间距150mm的无粘结钢绞线，柱间板带布置间距300mm的无粘结钢绞线，其悬挑板内无粘结钢绞线的间距为100mm。混凝土强度为C40，结构平面见图1。

<!--[if gte vml 1]> <![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]--><!--[if gte mso 9]><![endif]-->图1伊都锦8:09:352008年3月19日大厦预应力结构平面图

3、预应力筋、锚具、张拉设备

根据设计要求，本工程中的无粘结钢绞线和有粘结钢绞线均选自烟台斯凯特公司生产的1860级低松弛钢绞线；张拉端选用XM15-3和XM15-1锚具，固定端选用YM15-1锚具；张拉千斤顶采用YDCN 250前卡式千斤顶。

4、预应力筋下料与固定端制作

本工程由于场地狭小，不具备现场存放和制作预应力筋的条件，故采用异地下料，铺设前进场的施工方法。由于预应力筋种类繁多，因此下料、编号、运输、堆放等辅助手段将对后期能否顺利完成铺设工作起重要作用。我们在下料时对每一根预应力筋都进行了标识，方便施工时进行长度识别，编制下料单下发到作业班组。实践证明此种方法有效的避免了预应力筋铺设时的混乱，保证了施工进度。无粘结钢绞线运输时注意保护无粘结筋外皮，存放时保证预应力筋与地面保持100~150mm的距离。为保证固定端锚具的制作质量，在挤压锚制作完毕后要检查钢绞线末端是否长出挤压锚，预应力筋末端外露长度不足5~10mm者须重新制作。本工程预应力筋下料长度由预应力筋曲线展开长度及张拉机具夹持长度之和构成。

5、铺设预应力筋

5.1框架梁有粘结预应力筋铺设

在本工程中我们采用波纹管预埋与预应力筋穿束同时进行的施工工艺。当非预应力筋与波纹管位置冲突时保证波纹管的位置，波纹管连接处采用图2的构造形式而且加密该处的支架，保证连接部分的稳定性，同时加强该处的胶带密封措施，保证连接部分在混凝土浇筑时不滑脱、不漏浆。张拉端和固定端是容易发生漏浆的关键部位，在伊都锦大厦工程中采用图2的构造，在固定端、张拉端的承压板上焊接一段钢管，将波纹管穿入钢管，然后用胶带密封的方法，取得良好效果。波纹管铺设完毕后将一束3根预应力筋穿入波纹管中，然后安装端部埋件，完成框架梁预应力筋铺设工作。

<!--[if gte vml 1]> <![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]--><!--[if gte mso 9]><![endif]--> 

图2 端部构造图

5.2板无粘结预应力筋铺设

工艺流程：

支底模 — 铺底筋 — 放线 — 张拉端承压板、螺旋筋安装固定— 支设马凳 — 在无粘结筋上穿入固定端承压板和螺旋筋— 纵横法铺设无粘结筋 — 线型调整 — 固定端承压板和螺旋筋固定 — 无粘结筋破损修补 —隐蔽验收 — 浇筑混凝土

伊都锦大厦的无粘结预应力筋铺设量很大，相对工期较紧，每层为无粘结筋铺设提供的绝对时间只有8h左右，按照通常的施工方法将无法完成铺设施工。在实际施工过程中使用“纵横法”来铺设无粘结筋，效果非常好。预应力板纵横方向均为柱上板带集中布筋，柱间板带分散布筋，两个方向共布置了469根预应力筋，长方向有108根，短方向有361根。施工前，如果要进行计算比较的话，共有108×361÷4＝9747个点，可见工作量确实不少。当时我们应用了简便的施工方法，不需要任何计算。我们先按图纸要求安置马凳，然后把下好料的不同长度的预应力筋分开堆放，避免混淆。安排甲乙两组工人，甲组取长的预应力筋。乙组取短的预应力筋。先让甲、乙两组工人将柱上板带加密区的预应力筋铺设好，因为加密区的预应力筋不会出现上下交叉的问题。然后由乙组工人在最靠近两条短边加密区的位置各布置一条短筋，再由甲组工人在最靠近两条长边的位置各放一条长筋，然后又轮到乙组在靠短边第二条筋的位置备放一条短筋，如此交叉进行，由板边向板中间逐步靠拢布置，有条理的顺利完成了编网布筋，整个施工过程没有出现任何错误，且施工速度相当快。布置完毕之后，通常还要进行预应力筋高度调整、固定，这时就更加体现出这种方法的优点：无论任何一条筋向正确的方向调整，都不会受到别的预应力筋所阻碍，上下两条筋都可以达到其正确的位置。所以，在施工过程中，无需担心有哪个点的高度得不到保证，也无需边铺设边就位(太早就位会受到以后工作的干扰，如管线、板面钢筋等)，可以减少一些工作量。铺设完毕，待板面普通钢筋绑扎后，再进行一次调整、固定就可以完成整个预应力筋铺设工作。本工程的无粘结筋铺设从开始到结束共用6.5h，大大提高了施工速度。

6预应力筋张拉、切筋、灌浆封端

6.1预应力筋张拉

本工程的无粘结筋长度较大，在初期张拉伸长值与理论计算值之间存在很大差异，经过研究发现钢绞线的长度、弹性模量、孔道摩擦系数、预应力筋伸长值测量起始点以及测量起点以前预应力筋伸长值推算，是引起偏差的主要因素。因而我们对引起伸长值差异的几个因素进行了探讨和修正。

（1）修正钢绞线的弹性模量和钢绞线长度

根据《施工规范》钢绞线理论伸长值的计算公式为：

ΔL=F*L/(A*E)        （1）

由公式（1）可知，预应力筋的弹性模量Es是决定计算值的重要因素。按厂家报告单以及有关资料中的Es选取，计算结果往往出入较大。一般钢绞线的标志弹性模量为1.95×105MPa，此数值是厂家根据钢绞线抗拉试验求得的荷载变形关系所形成的直线斜率而确定的，但在施工中用于计算钢绞线伸长值的弹性模量，随着钢绞线的材质、应力大小及测量原点的不同呈现不同的数值。对于60m长的钢绞线束，初应力取0.1σcon与0.18σcon时，伸长值可相差30mm。此外钢绞线的直径公差，国际允许值为+0.05~-0.2mm，锚环与夹片的制作公差为±0.2mm。加上每根钢绞线铺设顺直程度的差异，在张拉时，实际上存在同束各根的长度参差不齐和应力不均匀现象，反映出的钢绞线束的弹性模量实质上是一种表观的变形模量，其数值要比单根钢绞线低2~3%。况且，钢绞线本身的弹性模量数值也存在3%左右的浮动。因此，钢绞线的此种表观弹性模量在实际应用中会出现比较大的离散。通常施工规范及施工手册所给的Es值是一个定值，无法反映施工的实际情况，仅可以用于设计计算。因而对比较重要的结构，应该由施工部门根据实际情况经过试验确定钢绞线的弹性模量。在对比了大量预应力筋的张拉伸长值纪录后，发现单根钢绞线的弹性模量平均为1.91×105MPa，当钢绞线成束使用时，其表观弹性模量一般在1.85~1.90×105MPa之间。计算伸长值时取1.90×105MPa，可以较好的满足施工控制。

钢绞线的长度计算，板和梁应该分别对待。当板的连续跨数小于3时可以用板预应力筋在水平面上的投影长度作为伸长值计算长度，其误差能够满足施工要求；对于预应力梁和连续跨数大于3的板其计算长度应由曲线积分得到，也可编制程序由电算得到。在伊都锦大厦施工中我们编制了计算曲线长度的计算程序，对所有预应力筋长度都进行了精确计算。

（2）孔道摩擦系数

预应力筋孔道摩擦系数k、μ的取值将直接影响预应力筋伸长值的计算。对于有粘结预应力结构，其长度效应和曲率效应系数的取值一般根据成孔材料来确定，其中采用金属波纹管成孔时k=0.0015，μ=0.25，也有主张采用k=0.003，μ=0.35。工程实践证明，合适的k、值不仅仅根据成孔材料确定，还应该根据单跨、多跨以及孔道形式等来确定。对于无粘结预应力结构，通常k=0.0040，μ=0.12，但在夏季或冬季，k值将在0.003~0.0045之间波动。可见如何合理的取用k、μ值不但对钢绞线的伸长值控制有意义，而且对避免出现大的预应力损失或出现较大的反拱具有意义。

（3）伸长值测量起点及测量起点之前预应力筋伸长值推算

现行《施工规范》第6.3.7条规定：“预应力筋实际伸长值宜在初应力为10%σcon左右测量……”。该规定对于直线孔道以及12m以下的曲线孔道水平构件比较适用，但对单跨跨度较大的预应力水平构件或者连续多跨曲线水平构件，就显得不合适了。尤其当预应力筋的铺设质量不高，固定端锚具与承压垫板接触不紧密的构件，采用初应力10%σcon为伸长值起点时，会使预应力筋的测量伸长值与理论计算值之间存在较大的差异，通常此种情况预应力筋的伸长值都超过规范要求。产生这种现象的原因在于当张拉力达到10%σcon时，预应力筋固定端锚具还没有紧贴在承压垫板上，随着张拉力的提高，在某一应力点固定端终于紧贴于承压垫板上，而此过程发生的伸长量全部被纪录为预应力筋在张拉过程中的伸长值，如此得到的伸长值必定产生超差。因为《规范》规定预应力筋的张拉采用“双控”，伸长值测量起始点过低会影响实际伸长值的准确性。为避免出现上述的超差现象，根据预应力筋的曲线形式以及预应力筋的长度，适当提高初应力，采用0.2~0.4σcon作为伸长值测量起点。在本工程中我们将伸长值测量起点确定为0.2σcon，取得较好的效果。

6.2切筋、灌浆封端

采用钢绞线切断机切割张拉后剩余的预应力筋，保证预应力筋切割后在锚具外的长度大于30mm。孔道灌浆采用32.5水泥外加水泥用量8~15%的UEA膨胀剂，我们将水灰比控制在0.4~0.45之间。水泥浆由一端灌入，待所有的沁水排气孔都冒出水泥浆后停止，对于局部由一端无法灌实的构件，在沁水排气孔进行补灌。对于无粘结筋，首先清理张拉穴孔的穴模和无粘结筋油脂，安装锚具，张拉后用细石混凝土将穴孔灌实