先张法施工工艺样本.doc

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    先张法施工是在浇筑混凝土前在台座上或钢模上张拉预应力筋, 并用夹具将张拉完毕的预应力筋临时固定在台座的衡量上或钢模上, 然后进行非预应力筋的绑扎, 支设模板, 浇筑混凝土, 养护混凝土至规定强度( 一般不低于混凝土设计强度标准值的75％) , 保证预应力筋与混凝土之间有足够的粘结力时, 放张或切断预应力筋, 使预应力筋弹性回缩, 经过混凝土与预应力筋之间的粘结力传递预应力, 使之对钢筋混凝土构件受拉区的混凝土产生预压应力。
    先张法( 台座法) 施工主要工艺流程是: 清理台座、 刷隔离剂→预应力筋制作、 非预应力筋骨架制作→穿预应力筋及安放非预应力钢筋骨架→安放预埋铁件→调整初应力→张拉预应力筋→安装模板→浇筑混凝土→养护混凝土→拆除模板→放张、 切断预应力筋→构件起吊堆放→继续养护。
    先张法可采用台座法、 机组流水法和传送带法。采用台座法生产时, 预应力筋的张拉、 锚固, 混凝土构件的浇筑、 养护和预应力筋的放张等工序皆在台座上进行, 预应力筋的张拉力由台座承受。用机组流水法和传送带法生产时, 预应力筋的张拉力由钢模承受。先张法施工时, 由于台座或钢模承受预应力筋张拉力的能力受到限制, 并考虑到构件的运输条件, 因此一般适用于生产中小型预应力混凝土构件, 如预应力空心板、 预应力屋面板、 中小型预应力吊车梁等构件。
下面着重介绍用台座法生产预应力混凝土构件。

2.1  先张法施工的设备和机具

2.1.1  台座
   台座是先张法生产的主要设备之一, 它承受预应力筋的全部张拉力, 因而要求台座必须具有足够的强度、 刚度和稳定性, 同时要满足生产工艺要求。台座法一般用于以钢丝作预应力筋的中小型构件的生产。
   台座构造形式有墩式台座、 槽式台座和构架式台座, 选用时根据构件种类、 张拉吨位和施工条件而定。

2.1.1.1  墩式台座
    墩式台座由台墩、 台面与横梁等组成( 图5－2) 。当前常见的是现浇钢筋混凝土制成的、 由台座与台面共同受力的台座, 横梁用于锚固预应力筋。台座的长度和宽度由场地大小、 构件类型和产量而定, 一般长度100～150m, 这样既可利用钢丝长的特点, 张拉一次可生产多根构件, 又可减少因钢丝滑动或台座横梁变形引起的预应力损失。
    台座稍有变形、 滑移或倾角, 均会引起较大的应力损失。因此台座设计时应进行稳定性和强度验算, 稳定性是指台座的抗倾覆能力和抗滑移能力。
台座的抗倾覆验算可按下式进行( 图5－3)
K=M1/M=(GL+Ep×e2)/Ne1≥1.5           (1)
式中      K―抗倾覆安全系数;
          M―倾覆力矩, 是由预应力筋的张拉力产生的;
          N―预应力筋的张拉力;
          e1―张拉力合力作用点至倾覆点的力臂;
          M1―抗倾覆力矩, 由台座自重力和土压力等产生;
          G―台座的自重力;
          L―台墩重心至倾覆点的力臂;
          Ep―台座后面的被动土压力合力, 当台墩埋置深度较浅时, 可忽略不计;
          e1―被动土压力合力至倾覆点的力臂。

     台墩倾覆点位置, 对台墩与台面共同工作的台墩, 按理论计算, 倾覆点应在混凝土台面表面处, 但考虑到台墩的倾覆趋势使台面端部顶点出现局部应力集中, 倾覆点应在混凝土台面面层下4cm～5cm处。
台座抗滑移验算可按下式进行:
K0=N1/N≥1.30                  (2)
式中      K0－抗滑移安全系数;
          N－张拉力合力;
          N1－抗滑移的力。对独立的台墩, 由侧壁土压力和底部摩阻力等产生。
   对与台面共同工作的台墩, 因台面混凝土的弹性模量( C20混凝土为2.6× 104N/mm2) 和土的压缩模量( 低压缩土为20N/mm2) 相差极大, 二者不可能共同工作, 而底部摩阻力也较小( 约占5％) , 实际上台墩的水平推力几乎全部传递给台面, 不存在滑移问题, 因此, 台墩与台面共同工作时, 可不作抗滑移计算, 而应验算台面强度, 即台面承载力。
台座强度验算时, 支承横梁的牛腿按柱子牛腿计算方法计算其配筋;
台墩与台面接触的外伸部分, 按偏心受压构件计算;
台面按轴心受压杆件计算, 台面承载力按下式计算:
P=ψAfc/K1K2             ( 3)
式中       ψ－轴心受压中心弯曲系数;
            A－台面截面面积;
            Fc－混凝土轴心抗压强度计算值;
            K1－超载系数,取1.25;
            K2－考虑台面截面不均匀和其它影响因素的附加安全系数, 取1.5 .
    台面一般是在夯实的碎石垫层上浇筑一层6cm～10cm的C15～C20混凝土而成, 台面还要求平整、 光滑, 沿其纵向设3％的排水坡度。台面伸缩缝可根据当地温差和经验设置, 一般大约10m设置一条伸缩缝。
横梁是锚固夹具临时固定预应力筋的支点, 也是张拉机械张拉预应力筋的支座, 常采用型钢或钢筋混凝土制作, 横梁需有足够的刚度, 受力后挠度不应大于2mm, 并不得产生翘曲。横梁按承受均布荷载的简支梁计算。预应力筋的定位板必须安装准确, 受力后其挠度不应大于1mm。
2.1.1.2  槽式台座
槽式台座由钢筋混凝土压杆、 上下横梁和砖墙等组成, 既可承受张拉力, 又可作蒸气养护槽, 适用于张拉吨位较高的大型构件, 如吊车梁、 屋架、 薄腹梁等( 图5－4) 。槽式台座长度一般为45m( 可生产6根6m吊车梁) 或76m( 可生产10根6m吊车梁) 。为便于混凝土运输与蒸气养护, 台座宜低于地面。

槽式台座也需进行强度和稳定性计算。

2.1.2  夹具
夹具是先张法施工时为保持预应力筋拉力并将其固定在台座上的临时性锚固装置, 构件制作完毕可取下重复使用。对夹具的要求是应具有良好的自锚性能、 松锚性能和重复使用性能, 需敲击才能松开的夹具, 必须保证其对预应力筋的锚固没有影响, 且对操作人员的安全不造成危险。夹具应符合现行国家标准《预应力筋锚具、 夹具和连接器》( GB/T14370) 的要求。夹具按作用可分为两类, 一类是将预应力筋固定在台座上的锚固夹具, 另一类是张拉时夹持预应力筋用的张拉夹具。

2.1.2.1  锚固夹具
  常见的锚固夹具有: ( 1) 锥形夹具: 锥形夹具是用来锚固预应力钢丝的( 图5－5) , 是常见的单根钢丝夹具, 适用于锚固直径3～5mm的冷拔低碳钢丝和碳素( 刻痕) 钢丝。既可用于固定端, 也可用于张拉端。
( 2) 圆套筒三片式夹具: 圆套筒三片式夹具是用于锚固预应力钢筋的, 由中间开有圆锥形孔的套筒和三片夹片组成( 图6) 。套筒的内孔成圆锥形, 三个夹片互成120°, 钢筋夹持在三片夹片中心, 夹片内槽上有齿纹, 以保证钢筋的锚固。这种夹具适用于夹持直径12mm和14mm的单根冷拉Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ级钢筋。

( 3) 镦头夹具: 镦头夹具用于预应力筋固定端锚固( 图5－7) 。冷拔低碳钢丝可采用冷冲镦粗的方法制作镦头, 碳素钢丝宜采用液压冷镦的方法制作镦头, 直径小于22mm的钢筋可在焊机上采用电热镦粗的方法制作镦头, 大直径的钢筋只能采用热锻方法锻制镦头。

2.1.2.2  张拉机具
   张拉机具是将预应力筋与张拉机具连接起来, 进行预应力张拉的工具。常见的夹具有月牙形夹具、 偏心式夹具和楔型夹具等( 图5－8) 。

2.1.3  张拉设备
   张拉设备要求简易可靠, 控制应力准确, 能以稳定的速率增加拉力。先张法施工中预应力筋可单根进行张拉或多根成组张拉, 常见的张拉机具有油压千斤顶、 卷扬机、 张拉千斤顶等, 应力控制方面有弹簧测力计、 杠杆测力器、 荷重控制及油压表等不同方法。张拉机具设备应与锚具配套使用, 且张拉机具及仪表应定期维护和校验。千斤顶与压力表应配套校验, 以确定张拉力与压力表之间的关系曲线, 校验应在经主管部门授权的法定计量技术机构定期进行。对长期不使用的张拉机具设备, 应在使用前进行全面校验。使用期间的校验期限应视机具设备的情况确定, 当千斤顶使用超过6个月或200次或使用过程中出现不正常现象以及在检修以后应重新校验。弹簧测力计的校验期限不宜超过2个月。
千斤顶一般张拉力较大, 适于预应力筋成组张拉, 用弹簧测力计或杠杆测力计控制应力。当前, 随着电阻应变技术的日益广泛的应用, 有些预制厂已采用电阻应变式传感器控制张拉力, 可达到很高的精度。( 图5－10) 。
选择张拉机具时, 为了保证设备、 人身安全和张拉力准确, 张拉机具的张拉力应不小于预应力筋张拉力的1.5倍, 张拉机具的张拉行程应不小于预应力筋张拉伸长值的1.1～1.3倍。

2.2  先张法施工工艺

2.2.1  预应力筋的铺放
台座表面在铺放预应力筋前应涂刷隔离剂, 应选用非油质类模板隔离剂, 隔离剂不得污染预应力筋, 以免影响预应力筋与混凝土的粘结。如果预应力筋受到污染, 应使用适当的溶剂加以清洗。在生产过程中, 应防止雨水冲刷掉台面上的隔离剂。

2.2.2  预应力筋的张拉
张拉前, 应对台座、 横梁及各项张拉设备进行详细检查, 符合要求后方可进行操作。

2.2.2.1  张拉控制应力值   
预应力筋的张拉控制应力, 应符合设计要求。张拉控制应力的数值直接影响预应力的效果, 控制应力越高, 建立的预应力则越大。但控制应力过高, 预应力筋处于高应力状态, 使构件出现裂缝的荷载与破坏荷载接近, 破坏前无明显的预兆, 这是不允许的, 因此预应力筋的张拉控制应力( σcon) 应符合设计规定, 施工中预应力筋需超张拉时, 可比设计要求提高5％, 但其最大张拉控制应力不得超过表5－1规定的张拉控制应力限值。
张拉控制应力限值                    表5－1
钢种 张拉方法
先张法 后张法
消除应力钢丝、 钢绞线 0.75fptk 0.75fptk
热处理钢筋 0.70fptk 0.65fptk