后张法单跨预应力框梁对称张拉施工方法及改进

后张法单跨预应力框梁对称张拉施工方法及改进

韦旭俏

广西建工集团第一建筑工程有限责任公司广西南宁530000

摘要：本文主要对后张法单跨预应力框架梁制作安装、预应筋张拉控制等各环节阐述预应力施工要点，并对预应力筋对称张拉的控制的施工方法进行总结。

关键词：对称张拉；伸长值控制；改进

本人参与施工的广西艺术学院音乐综合教学楼工程，音乐厅由于空间跨度较大，屋面结构的主梁为后张法有粘结预应框架梁，本工程的预应力梁的试张拉时，出现了对孔道的摩擦损失估计偏小，实际张拉伸长值偏小，超出了允许范围，反映出预应力筋受力不均的情况，通过对张拉控制程序的改进，使预应力的张拉达到设计要求。本人对本工程的后张法预应力梁施工方法各环节进行总结，对类似的预应力梁的施工具有一定的参考和借鉴作用。

1、工程概况：

广西艺术学院音乐综合教学楼音乐厅屋面结构有3道预应力梁，每道均为单跨梁，单跨长度22.50米m，每道预应力长25.80m，梁截面尺寸为600mm×1700mm。每道梁布置两束预应力管道，每根管道穿12根Фj15，公称面积140mm2、强度等级1860Mpa底松弛钢铰线，设计张拉控制应力为1395MPa，张拉力2930KN，单束钢铰线束长28.8m。预应力框架梁的平面布置及预应力筋的设置如下图所示：

2、主要材料及主要设备

2．1主要材料

预应力筋：采用高强底低松驰有粘结预应力钢铰线，规格Фj15，公称面积140mm2，强度等级1860MPa，质量符合《预应力混凝土用钢铰线》（GB/T5224-95）标准的规定。锚固系统：采用OVM系夹片锚具，符合锚具质量条例（预应力筋用锚具、夹片和连接器）（GB/T14370-2000）标准规定。波纹管：采用0.3mm厚金属塑料圆形波纹管。固定架及钢筋网片采用Ф8、Φ10、Φ12钢筋制作。

2．2所用设备

张拉力4000KN的YCW400B千斤顶2台，ZB4-500高压油泵2台，砂轮切割机1台，角磨机2台，UB3灌浆机1台，搅拌机1台，手动葫芦4台。

2．3安装作业前准备工作

检查机械设备完好情况和材料数量，安排好堆放材料和设备的场地，保证钢铰线下料场地长度在30米以上。

3、预应力钢筋的预埋安装

3．1波纹管的安装

本工程曲线孔道长25.8m，为单波谷曲线，波纹管的安装在预应力框架梁的上下纵向钢筋、箍筋、腰筋绑扎好后进行定位安装。首先按图纸标示的位置将Ф10钢筋支架点焊固定在梁箍筋上，再将Φ90金属波纹管逐根从梁端一头穿入梁中，然后将金属波纹管用双股16#铁丝绑扎在钢筋支架上。安装波纹管后，检查波纹管曲线线形尺寸是否符合设计图要求，接头是否完好，管壁有无破损，如有破损立即用封箱胶包缠，以免漏浆。接头用封箱胶带缠好，连接可靠、防止脱落。

3．2钢铰线下料

在地面将钢铰线从盘中抽出拉直，用50m钢卷尺量其长度，用砂轮切割机切断，不得用电焊或气焊切割。按图纸长度25.8m+3.0m下料第一根钢铰线，试穿入波纹管后看长度是否合适再下其余钢铰线。钢绞线的实际下料长度为预应力孔道的实际长度加端头张拉预留长度0.75m。

3．3穿束

采用先穿法，即在混凝土浇注前把钢铰线穿入波纹管。先将钢铰线端部尖角打磨圆，再缠封箱胶，以利于穿束，然后将钢铰线用塔吊吊至音乐厅屋面，再将钢铰线从梁端逐根穿入波纹管，梁两端钢铰线应露出0.6m，使之有足够长度安装千斤顶和工具锚。

3．4排气管的安装

将弧形压板用封箱胶缠在波纹管上，再将Φ20的PVC排气管装在弧形压板上，结合处用封箱胶缠好，以免漏浆。排气管按图纸要求均匀布置，共设3个，分别设在波纹管曲线中间波谷和两个端头附近。将排气管用扎丝固定在梁顶面钢筋上。排气管长度应高出梁面50cm，端口用封箱胶封好。在排气管内放置Φ16钢筋一根，顶部比排气管长10cm，加强排气管刚度，防止在砼浇筑过程中排气管被碰断损坏。排气管顶部用胶带密封，防止杂物堵塞。

3．5锚垫板、螺旋筋、钢筋网片的安装

在梁端模板安装前进行锚垫板及螺旋筋、钢筋网片的安装，安装时确保锚垫板与波纹管垂直，绑扎好的钢铰线穿入螺旋筋、锚垫板，进入喇叭口的接合处裹1层海绵，铁丝绑扎牢固后用胶带密封，以防漏浆入管内。在梁端部用Φ12钢筋焊成定位支架，将已穿入钢铰线的锚垫板准确定位，定位支架必须与梁端支座处钢筋固定成一体，防止砼振捣的过程中锚垫板发生移位。锚垫板位置确认无误后，安装梁端加强钢筋网片，因为预应力梁张拉端同时也是框架柱端，锚垫板、螺旋筋、框架梁端锚固钢筋、竖向柱钢筋及柱箍筋等在此处交汇，构件多，空间小，施工操作难度很大，必须注意钢网片各根钢筋的间距，要保证钢筋的间隙不小于4cm，使砼能进入到梁端，确保振动棒能将梁端砼振捣密实，钢筋网片定位后立即用点焊固定。最后安装梁端模板。

3．6浇捣预应力大梁混凝土时应注意事项

本工程混凝土采用泵送施工，浇筑砼预应梁砼必须振捣密实，特别注意张拉端砼的振捣，不得有空洞、夹渣、蜂窝等缺陷。浇筑过程中，派专人值班，已浇灌混凝土的钢绞线每隔0.5h用手拉葫芦来回抽动一次，直至框架梁混凝土终凝。

4．锚具及千斤顶的安装

4．1混凝土浇注完毕24小时后，拆预应力梁端面锚垫板外模板后，即可将锚垫板表面的混凝土残渣凿除。

4．2到预计混凝土将达100％强度前一天，将锚板穿入钢铰线，安装好夹片，并轻轻敲打夹片使之平齐。

4．3张拉千斤顶及配套油压表到市质检所标定并取得标定报告。

5．预应力钢绞线的张拉与锚固：

5．1混凝土达到100%强度后，开始张拉工作。张拉前检查大梁混凝土质量，特别是锚垫板后面的混凝土，是否存在质量缺陷。确认砼质量符合张拉要求后先装上限位板，再将千斤顶套入钢铰线，安装工具锚。

5．2张拉控制应力

钢铰线的抗拉强度为1860MPa，设计张拉控制应力：0.75×1860MPa=1395MPa

单束12Фj15钢铰线的张拉控制应力为：

σcon=1395×140×15/103=2930KN。

超张拉3%，则超张拉控制应力为：103%σcon=3017KN。

5.3张拉前对操作工人进行技术交底，对达到各段张拉力的油压表读数进行交底，并把数据贴在油表上以便操作。

5.4张拉控制顺序

在张拉方案的选择时考虑到：对于一道预应力筋，如果在其两端安装两台千斤顶，同时进行张拉，其效果较好，但预应力梁的两道预应力筋是平行布置，对其中一道进行张拉，在另一道未进行张拉，在张拉力的作用下势必会使预应力梁发生侧向弯曲，而发生弯曲时应如何控制，将对梁板结构造成怎样的影响，后果难以预测。

为减小张拉强力对砼结构的影响，同一道梁中两束钢铰线必须同时对称张拉；预应力筋为单抛物曲线布置，预计预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失较大，拟采两端张拉的方法，由于预应力梁的张拉端尺寸较小，宽度只有600mm，而张拉千斤顶直径为420mm，无法同时在同一梁端安装两台千斤顶进行张拉，采取在两梁端交错布置千斤顶，即每道预应力筋一端张拉，另一端锚固，一端先张拉，另一端补张拉的办法。

综上所述，张拉的控制程序确定如下：

每道梁的预应力束编号为：靠近西侧编号为1#，靠近东侧编号为2#。

第一步：一台千斤顶安装在1＃束北端，另一台千斤顶安装在2＃束南端同时进行张拉，张拉力顺序：以20％为初应力，张拉力0→20%σcon（读数，记录伸长值）→50％σcon（读数，记录伸长值，持荷2min）→千斤顶慢慢回油，锚固。

第二步：然后再将两台千斤顶换位，同时张拉1＃束南端和2＃束北端。张拉力顺序：以20％为初应力，张拉力0→20%σcon（读数，记录伸长值）→50％σcon（读数，记录伸长值），检查伸长值→100%σcon，2930KN（读数，记录伸长值）→103%σcon，3017KN（读数，持荷2min）→油泵慢慢回油，锚固。

张拉过程中必须保持两台千斤顶均速加载，保持加载速度一致，防止单侧拉力过大对砼结构造成损坏。从K轴至A轴由西向东依次张拉各道预应力梁。

5.5张拉控制采用双控法，即控制应力和校核伸长值，设计理论伸长值为291mm，实际伸长值不能超过理论计算值±6％。如有超差，及时停止操作，找到原因后才能继续下一步的操作。

5．6预应力钢铰线张拉伸长值计算

依据《建筑工程预应力施工规范》CECS180：2005

计算公式如下：

夹片回缩值计算：夹片回缩值=钢铰线实测回缩值-钢铰线在千斤顶内伸长值1/2a，即夹片回缩值=钢铰线实测回缩值-3.5mm

（计算过程略）

5．7预应力张拉施工

5．7．1试张拉出现的问题

一切准备工作就绪后，于2005年9月13日开始进行预应力张拉，选择以K轴预应力梁的两束预应筋进行试张拉，按5.4的张拉控制程序进行张拉，实际测量的伸长值为：1#预应束为256mm，2#预应力束为259mm，与设计理论伸长值（291mm）之差为：-35mm、-32mm，结果均偏小，已超出±6％（±17.46mm）的范围，未达到设计要求，说明张拉控制方法存在问题。

项目部组织公司技术部门、设计单位、监理单位就此问题开专题会议进行研究，经过对张拉方法、现场施工情况及所得出数据，查阅相关资料并结合以往的张拉经验，分析总结出存在问题的原因：（1）对摩擦损失估计偏小，由于曲线孔道长度较长，且为单跨连续梁，钢铰线在波谷、直线段等处摩阻值不一致，钢铰线存在各部位伸长率不一致的情况，距离千斤顶一端越近摩擦力越小，钢铰线伸长值越大，距离千斤顶一端越远摩擦力越大，钢铰线伸长值越小；（2）第一步张拉与第二步张拉相比，张拉力不同，预应力束伸长值并不呈线性增长，张拉力超过50％σcon后伸长值增长减慢。（3）第一步张拉时钢铰线由松驰状态开始，张拉力从20%σcon到50％σcon，钢铰线被拉紧，逐渐伸长，但由于距离千斤顶近端与远端的摩擦力不一致，导致钢铰线的伸长情况并不一致，在达到50％σcon，距离千斤顶近的一端钢铰线的伸长值未达到设计要求；在进行第二步操作时，将千斤顶换至另一道钢铰线的锚固端时，张拉力从50%σcon增加103％σcon，距离千斤顶近端钢铰线伸长值较大，而距离千斤顶远的一侧（即第一步时安装千斤顶的一端，只施加了50%σcon），因为孔道摩擦损失较大，其未完全伸长，伸长值未完全正确达到设计要求，因而整道钢铰线的伸长值仍偏小。

5．7．2改进行张拉方法

根据以上分析的结果，项目部调整张拉工艺，更改的张拉工艺如下：仍采用对称张拉办法，千斤顶的布置不变，每道预应力筋在一端张拉到103%σcon后，再对其未安装千斤顶的一端，安装千斤顶进行补张拉到103%σcon，这样做使得先张拉的一端伸长值达到要求，再对远端伸长值不足的进行补张拉，达到减少摩擦损失，确保钢铰线两端受力一致。由于千斤顶为200mm长的标准行程，而伸长值已经超过行程，必须先张拉到50％σcon再退出千斤顶，重新安装进行张拉，与原方法相比增加了一次安装千斤顶的操作，张拉控制程序如下：

第一步：在1＃束北端和2＃束南端同时先张拉，以20％为初应力，张拉力0→20%σcon(读数，记录伸长值)→50％σcon（读数，记录伸长值，持荷2min）→千斤顶慢慢回油到0，将活塞退回原位，重新安装千斤顶，然后再从0→50％σcon开始张拉（读数，记录伸长值）→100%σcon（读数，记录伸长值）→103%σcon(读数，持荷2min记录伸长值)→油泵慢慢回油，锚固。记录夹片回缩值。

第二步：将两台千斤顶换位，同时张拉1＃束南端和2＃束北端。直接张拉至100%σcon（读数，记录伸长值）→103%σcon(读数，持荷2min记录伸长值)→油泵慢慢回油，锚固。记录夹片回缩值。

按此方法对K轴预应力重新进行张拉，根据记录的数据计算出实际伸长值：1#预应束为302mm，2#预应力束为304.5mm，与设计理论伸长值差为：11mm、13.5mm，未超出±6％（±17.46mm）范围，达到设计要求。

从K至A轴的方向按此方法依次张拉各道预应力梁，伸长值均达到设计要求，张拉效果良好。

6.孔道灌浆

6.1灌浆前取得浆体试件试压合格报告以及水泥浆性能试验报告。灌浆采用水泥浆，水泥采用425＃普通硅酸盐水泥，水灰比0.4，傪入0.01%水泥用铝粉，强度等级为M30。

6.2张拉完毕24h内，检查钢绞线和锚具无异常现象，即进行可灌浆。从一端锚垫板灌浆孔处开始加压灌浆，同时派专人在另一端出浆口观察排气、出浆情况，同时，从灌浆的一端逐个检查排气管的出浆情况，当排气管开始排出纯浆（不夹带气泡）时，用木塞塞紧排气管管口，由近到近逐个进行，最后检查梁端出浆口，出浆口排出纯浆（不夹带气泡）时，将出浆口的阀门封闭，并继续加压至0.5～0.7Mpa，稳压2min后停止灌浆，封闭灌浆孔。灌浆时将水泥浆留置六个试件以作浆体的抗压强度检验。

6．3最后用砂轮切割机割除多余钢绞线，不得用电焊切除。钢绞线端头留出30mm。

6．4完成以上工作后，绑扎张拉端梁钢筋，安装模板，浇筑梁端砼，将锚件隐蔽。

结束语

本工程的预应力梁施工过程中出现比较特殊的情况：1、为了减小张拉强力对砼结构的影响，同一道梁中两束钢铰线必须同时对称张拉；2、预应力梁的张拉端尺寸较小，无法以在一端同时安装两台千斤顶，因此张拉时采取每端布置一台千顶，即每道预应力筋一端张拉，另一端锚固。3、预应力筋为曲线布置，预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失较大，在实际试张拉时伸长值偏差小于。4、摩擦损失较大的一端进行补张拉。在