羅雪萍

（臺州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院，浙江 臺州 318000）

有黏結后張法預應力技術在工程中的設計應用

羅雪萍

（臺州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院，浙江 臺州 318000）

現(xiàn)代工業(yè)廠房由于工藝的需要，往往要求有較大的跨度且凈高有一定的限制，普通鋼筋混凝土結構難以滿足。本文通過有黏結后張法預應力在某廠房大跨梁的設計與施工，利用預應力混凝土結構的抗裂性能、剛度和承載能力大大高于一般鋼筋混凝土結構的特點，解決了大跨度但凈高有一定的限制的廠房普通鋼筋混凝土結構無法滿足問題。

預應力；設計；應用

0 引言

某廠房矩形平面：長×寬=124 m×36 m。總建筑面積為9 593 m2，建筑高度為13.20 m（室外地坪至女兒墻頂），地上2層（邊兩跨局部3層）、標準層層高為6 m；建筑用途為車間、邊兩跨為車間辦公。車間剖面間圖1。

圖1 車間剖面

本工程除了邊兩跨為車間辦公外，其余均為由12個8.0 m開間、跨度均為18 m的雙跨框架。

1 結構設計

建筑結構形式為框架結構，屋頂為輕鋼結構；建筑結構的安全性等級為二級，建筑合理使用年限為50年。本地區(qū)抗震設防烈度小于6度，屬非抗震設防區(qū)。

本工程基本風壓值為0.75 kN/m2，基本雪壓取0.3 kN/m2，地面粗糙度為B類，樓面恒荷載標準值取4.0 kN/m2，活荷載標準值取4.0 kN/m2。本工程不作抗震設防，結構重要性系數(shù)為1.0。

考慮到車間總長120 m，根據(jù)混凝土設計規(guī)范對伸縮縫設置間距的規(guī)定要求，設計考慮在房屋中間設置1條伸縮縫。由于車間的開間和跨度均較大，樓面荷載較重，如采用普通梁，截面需做到400×1 500，撓度和配筋均較大，導致1層凈高不能滿足車間生產需要。

鑒于以上結構特點，設計采用后張法預應力技術方案，邊跨為YKL2、中跨為YKL1，截面尺寸均采用400×1 200，主要樓板尺寸為4 500×8 000，混凝土強度等級C40。預應力筋采用Φs15.2高強低松弛鋼絞線，fptk=1 860 MPa，采用兩端張拉，非預應力筋采用HRB400級鋼筋。預應力梁平面布置圖見圖2。

圖2 預應力梁平面布置

軟件采用中國建科院PKPM-SATWE、PKPMPREC軟件建模、計算。按照混凝土設計規(guī)范要求，經對混凝土構件根據(jù)使用條件進行承載力計算及變形、抗裂、裂縫寬度和應力驗算等計算和驗算，預應力梁索形圖及截面設計見圖3。

2 施工工藝流程和施工質量控制

后張法預應力技術是指在混凝土達到一定強度的構件在混凝土施工過程中應用錨具將構件永久固定于建筑物之上，保持建筑物結構的穩(wěn)定性。該種施工方法可分有黏結和無黏結兩種。有黏結后張法需要在構件或結構中預留孔道，并在張拉后灌漿。

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程，如圖4所示。

圖3 YKL1（YKL2）預應力索形圖

圖4 施工工藝流程

2.2 施工質量控制

本工程采用的預應力為Φs15.2高強低松弛鋼絞線，其規(guī)格及力學性能應符合表1的要求。鋼絞線的品種、規(guī)格、直徑，應符合設計要求及國家標準，應有出廠質量證明書。

2.2.1 預應力筋下料

在施工過程中設計計算預應力筋的設計長度時應考慮曲線長度、彈性回縮、設備、鋼材等方面因素，當對拉件結構的鋼線使用夾片式和穿心式千斤頂?shù)裙ぞ呤┘佑诠ぜ啥诉M行張拉操作時，應使用下式計算預應力筋長度：

式中：L0——構件的孔道長度；

Ll——構件的工作錨長度；

L2——構件的千斤頂長度；

L3——構件的工作錨厚度。

預應力筋的下料應在平整的場地上直線定出下料長度，在將預應力筋做切斷處理前，應確保力筋拉直；使用砂輪切割機將力筋切斷，禁止使用電弧操作。在操作過程中，應對預應力筋做好區(qū)分，利用編束器進行編束，確保本束的幾根鋼絞線長度一致，鋼絞線束端部2.0 m范圍內，每0.5 m用22#細扎絲綁扎，其余部分每1 m扎1道。

表1 預應力強度

2.2.2 預留管道敷設

使用普通鋼筋綁扎構件時，應對預應力筋管道進行敷設處理。本文中案例選用金屬質波紋管作為孔道材料，其質量應符合相應標準的規(guī)定。由于預應力鋼絞線為8Φs15.2，根據(jù)《預應力混凝土用金屬波紋管》規(guī)定，選用的金屬波紋管規(guī)格為JBG-75B，即波紋管內徑為75 mm，圓管內徑與鋼帶厚度對應關系具體見表2。

表2 圓管內徑與鋼帶厚度對應關系 mm

設計施工圖中將管道線路設定在非預應力筋中，按照項目所在地高程分布情況設置馬凳鋼筋，每隔0.54～0.72 m設置1根鋼筋，其允許安裝偏差：豎直方向+10 mm，水平方向+20 mm。其中，馬凳鋼筋直徑宜選用10～l2 mm，利用鋼絲將馬凳鋼筋與波紋管連接起來，如下圖所示將波紋管綁成曲線形式。該工程采用的連接管長約為200～300 mm，而主管型號應比連接用的金屬波紋管小一號，確保連接管和主管接口嚴密，在接口處纏繞膠帶防止管內輸液外漏，在預埋管道線路設計施工時，應保持管道順平，曲線流暢無直角。

在框架梁孔道的設計中，豎直方向上孔道間距應大于孔道直徑，水平方向上間距則需大于1.5倍直徑距離，孔道外側用混凝土覆蓋作為防護層，底層厚度應大于50 mm，側厚應大于40 mm。

出氣孔的預留位置應離柱邊200 mm，孔徑為Φ30 mm具體詳見圖5。

圖5 1YKL1/1YKL2預應力梁圖

2.2.3 預應力筋穿束

預應力筋穿束的方式可選用逐根穿束和集束穿束兩種方式，需根據(jù)工程實際施工情況選用。逐根穿束即在敷設管道內將預應力筋一根一根逐個穿入管道內，而集束穿束是指在管道外部將預應力筋扎成一束，最后同時送入敷設管道內部。該工程選用集束穿束方式，在綁扎后的預應力筋端部用膠布扎好減少與波紋管的摩擦阻力，也可采用機械采用協(xié)助集束穿入波紋管操作。

2.2.4 端部敷設方式

該工程端部敷設采用“柳州市建筑機械總廠”生產的OVM型群錨體系。

預應力筋在施工時各階段應注意操作嚴格按照設計規(guī)范、技術標準等內容進行，應有出廠合格證，進入施工現(xiàn)場應按《混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定進行驗收和組裝件的靜載試驗。

預應力筋端部敷設時應保證力筋與錨墊板垂直，設計埋位符合設計規(guī)范，工作錨環(huán)與錨墊板對中，夾片均勻打緊，外露一致，千斤頂上的工具錨孔與構件端部工作錨孔的孔位排列要一致，千斤頂施力的作用線應和孔道中心線保持一致，確保預應力端部受力均衡。

2.2.5 灌漿管敷設

有黏結預應力管敷設灌漿管道的灌漿孔和排氣孔可交換使用。預應力筋敷設完成后，進行灌漿管敷設操作，灌漿管通常設置在孔道曲線上方。灌漿管間距應設置合理，通常小于12 m，確保灌漿在管內流淌順暢。灌漿管與金屬波紋板連接緊密，外部纏繞塑料膠布防止?jié){液外漏。灌漿管彎折處應高于構件200～300 mm，防止交叉導致灌漿管破損。在灌漿管上部澆搗混凝土操作時分離，應先利用鋼筋將灌漿管固定，并將構建與灌漿管綁扎嚴密，防止中途脫落。

2.2.6 混凝土澆搗

混凝土澆注一般多出現(xiàn)在隱蔽工程施工中，在混凝土澆注完成后應由建設單位、監(jiān)理單位和施工單位等人員在場，對澆注工程質量進行驗收，檢查合格后方可進行下一階段操作。主要工作內容包括以下幾方面：

1）驗收使用材料是否達標。

2）有黏結預應力筋施工情況與設計圖紙是否吻合。

3）波紋管接口處是否牢固，管道是否破損。4）灌漿管和端部敷設方式是否合理。

上述條件均符合標準后，可進行混凝土澆注工作。在澆注過程中應避免預應力筋、端部構件、金屬波紋管等發(fā)生破損或移位現(xiàn)象，保持預應力筋的束形和錨具的準確位置。混凝土澆搗完畢后，構件側模宜在預應力張拉前拆除，側模拆除后，當發(fā)現(xiàn)構件的固定端或張拉端處有破損或質量不達標時，應對構件破損處進行處理，達到張拉標準后方可進行張拉操作。

2.2.7 預應力筋張拉

根據(jù)設計采用的錨夾具和張拉噸位選定配套的千斤頂及油泵、壓力表等。預應力筋束張拉力一般為設備額定張拉力的50%～80%。

該工程預應力筋張拉力應設定為1 340 MPa，當混凝土強度達到設計標準后方可進行張拉操作，控制張拉速度，一次性張拉103%控制應力后錨固。

預應力筋的張拉方法根據(jù)設計要求采取兩端同時進行張拉操作。各結構張拉力度應一致、均勻、對稱。

當采用集束穿束時同一束預應力筋，應選用同噸位千斤頂進行張拉操作，確保預應力筋受力均勻；而采用逐根穿束方式時，應采用小噸位千斤頂一次對每根鋼筋進行張拉操作。

具體過程如下：

該工程預應力筋張拉操作采用雙控法，即在預應力筋兩端施加控制應力進行張拉操作，以預應力筋伸長長度作為校核因素。

預應力筋伸長量可按照下式計算：

式中：Np——預應力筋平均張拉力，兩端張拉力和孔道內摩擦力差值；

LT——預應力筋長度；

AP——預應力筋橫截面面積；

ES——預應力筋彈性模量。

計算預應力筋實際伸長量時，可按照下式進行計算：

式中：ΔL1——施加應力后預應力筋實測伸長量；

ΔL2——施加應力前，預應力筋的長度值，可根據(jù)預應力筋彈性范圍內，伸長量與應力間的關系推算得出；

ΔLc——施加預應力后，預應力筋和錨具楔內縮值，初應力一般為0.10～0.15σcon。

預應力筋張拉伸長量應控制在理論伸長允許范圍偏差的±6%以內，伸長量不應超出允許范圍，若超出應立刻采取調整措施確保預應力筋達到標準。

該工程設計中采用103%張拉應力，拉伸后進行錨固，具體操作工程如下：

0→初應力→1.03σcon（5 min）→σcon（錨固）

2.2.8 后張有黏結預應力孔道灌漿操作

在向孔道灌漿過程中先打通灌漿孔，并用清水清洗孔口部位，確保灌漿孔清潔干凈，保證漿液順利流淌。

該工程中選用42.5等級普通硅酸鹽水泥作為灌漿用漿液，按照水泥和水0.4～0.45的比例拌和水泥漿液，攪拌后3 h泌水率在2%內方可進行灌漿操作。

灌漿過程中，應不斷攪拌水泥漿液，防止?jié){液凝固堵塞孔口。

2.2.9 預應力端部封錨

灌漿完成后應使用砂輪切割機將預應力筋兩端多余部分切掉，端部預應力筋外漏長度應大于直徑的1.5倍，但不得小于30 mm，將錨具外部用混凝土涂刷，并沖洗干凈，再在錨具外部和外漏鋼筋處進行膠封，膠封后用混凝土封閉作為保護層，保護層厚度應大于50 mm。

2.2.10 拆模和落架

在進行拆模操作時，若對構件底模無設計要求，可在預應力筋強度達到15 MPa后將膜具拆除，同時進行落架操作，落架時應由中間向兩端依次拆除。

2.2.11 施工中存在的問題及處理措施

1）預應力筋在張拉過程中可能由于施加應力過大發(fā)生斷裂，因此，在集束拉伸時拉伸預應力筋數(shù)量應小于鋼筋總數(shù)的3%，每束預應力鋼筋中鋼絲最多為一根，多跨板和密肋梁應先退出錨具，再根據(jù)預應力筋情況換錨具，若預應力筋出現(xiàn)斷絲，應在錨具中添加假絲或者其他輔助工具，以增強預應力筋的張拉承受力，達到張拉要求。

2）在張拉預應力筋時若構件拉伸端出現(xiàn)破損時，應立刻退錨，用混凝土對破損處進行處理修復，當修復完成后并達到拉伸標準時，再進行拉伸操作。

3）在混凝土澆注時當發(fā)生孔口堵塞等現(xiàn)象，導致混凝土澆注異常時，應鑿開構件清楚阻塞，清理完成后，再進行澆注與拉伸。

3 結語

本工程竣工并投入使用已有一年，車間的空間效果、樓蓋整體使用良好。通過本工程的實踐應用，可以得出以下幾點：

1）對較大跨度但凈高有一定限制的工程，可以采用預應力技術來解決。

2）隨著我國建筑施工技術的不斷發(fā)展，預應力筋操作技術已取得相當成熟的施工工藝，積累豐富的工程經驗，是指導后續(xù)施工操作的技術關鍵。

3）該工程實例可知，預應力在建筑設計中發(fā)揮巨大作用，但目前，預應力設計過程還存在許多亟待解決的問題，在建筑設計領域中具有巨大的發(fā)展空間。

[1]GB 50010—2010，混凝土結構設計規(guī)范[S].

[2]中國建筑科學研究院建研科技股份PKPM-SATWE、PREC（2010版）軟件.

[3]JG 225—2007，預應力混凝土用金屬波紋管[S].

[4]GB/T 5224—2003，預應力混凝土用鋼絞線[S].

[5]中國建筑工業(yè)出版社.建筑施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

TU378

A

1673-1093（2015）02-0088-05

羅雪萍（1971），女，浙江臺州人，高級工程師，就職于臺州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院，研究方向：結構設計。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.02.023

2014-12-01；

2014-12-05