预应力混凝土施工及应用

胡国锋

摘 要:预应力混凝土因其具有抗裂性能好,自重轻,节约材料,提高构件耐久性等特点正逐步在建筑工程中被广泛应用。本文简要阐述了预应力混凝土的特点,材料要求,以及施工要点及预应力在建筑工程中的应用。

关键词:预应力混凝土;特点;施工;应用

预应力混凝土是预应力钢筋混凝土的简称,是最近几十年发展起来的一项新技术。现在世界各国都在普遍地应用,其推广使用范围和数量,已成为衡量一个国家建筑技术水平的重要标志之一。

1 预应力混凝土的特点:

1.1 提高构件的抗裂度和刚度。

1.2 增加了结构及构件的耐久性。

1.3 结构自重轻,能用于大跨度结构。

1.4 能节约材料,与钢结构比,能节约大量钢材,降低成本,增加耐火性能;与钢筋混凝土比同跨度构件能节约钢筋和混凝土,而相对经济。

2 预应力混凝土材料

2.1 预应力筋

2.1.1 对预应力钢筋性能的要求

强度要高。预应力混凝土结构中预压应力的大小主要取决于预应力钢筋的数量及其张拉应力。考虑到构件在制作和使用过程中,由于各种因素的影响,会出现各种预应力损失,因此需要采用较高的张拉应力,这就要求预应力筋的强度要高。否则,就不能有效地建立预应力。

有较好的塑性。为了保证结构物在破坏之前有较大的变形能力,必须保证预应力钢筋有足够的塑性性能。

要具有良好的黏结性能。

具有低松弛性能。在一定拉应力值和恒定温度下,钢筋长度固定不变,则钢筋中的应力将随时间延长而降低,一般称这种现象为钢筋的松弛或应力松弛。

2.1.2 预应力钢筋的种类

《公桥规》推荐使用的预应力筋有钢绞线、消除应力钢丝和精轧螺纹钢筋。钢绞线和消除应力钢丝单向拉伸应力一应变关系曲线无明显的流幅,精轧螺纹钢筋则有明显的流幅。

钢绞线。钢绞线是由2、3或7根高强钢丝扭结而成并经消除内应力后的盘卷状钢丝束。最常用的是由6根钢丝围绕一根芯丝顺一个方向扭结而成的7股钢绞线。芯丝直径常比外围钢丝直径大5%～7%,以使各根钢丝紧密接触,钢丝扭矩一般为钢绞线公称直径的12～16倍。

钢绞线具有截面集中、比较柔软、盘弯运输方便、与混凝土黏结性能良好等特点,可大大简化现场成束的工序,是一种较理想的预应力钢筋。

高强度钢丝。预应力混凝土结构常用的高强钢丝是用优质碳素钢(含碳量为o.7%一1.4%)轧制成盘圆,经高温铅浴淬火处理后,再冷拉加工而成的钢丝。对于采用冷拔工艺生产的高强钢丝,冷拔后还需经过回火矫直处理,以消除钢丝在冷拔中所存在的内部应力,提高钢丝的比例极限、屈服强度和弹性模量。

精轧螺纹钢筋。精轧螺纹粗钢筋在轧制时沿钢筋纵向全部轧有规律性的螺纹肋条,可用螺丝套筒连接和螺母锚固,因此不需要再加工螺丝,也不需要焊接。目前,这种高强钢筋仅用于中、小型预应力混凝土构件或作为箱梁的竖向、横向预应力钢筋。

2.2 混 凝 土

对于预应力结构的混凝土,按国家规范指出:混凝土强度等级不宜低于C30;当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋是地,混凝土强度等级不宜低于C40。在预应力混凝土结构中,应采用与高强钢筋相配合的较高强度等级的混凝土,只有这样才能充分发挥高强钢材的抗拉强度,有效地减小构件截面尺寸,因而也可减轻结构自重。特别对于先张法构件,混凝土强度等级的提高,可增大混凝土的黏结强度,以保证预应力钢筋在混凝土中有较好的自锚性能。

3 预应力混凝土施工要求

3.1 抽样和试验

检验员需对到达工程现场的每一捆卷轴的预应力钢绞线进行抽样检查。钢筋、钢丝和车钩也应进行抽样检查,抽样频率参见标准技术规范。钢板的抽样频率参见抽样指南。通常,试验按照ADOT的材料类中结构材料试验部分的规定进行。

3.2 后张预应力构件的导管安装

通常在梁腹中箍筋绑扎好后,侧模安置前设置导管。在贮存、加工和运输导管时应特别小心,因为与其他桥梁构件相比,导管较薄易损坏。

桥梁工程中常用两种类型的导管。一种是由镀锌带钢纵向焊接形成的光滑刚壁导管,带钢间使用连续电阻焊接或联锁缝。常用的供应尺寸是20英尺(6米),每一长段的一端伸展出去形成一种滑动连接。另外一种是由镀锌的肋钢板使用螺旋缠绕联锁缝焊接而成的。它常用的供应尺寸是40英尺(12米),然后用刚性更大的管道车钩连接。

3.3 压力试验

一旦检验员确定所有可能的缺陷已经被检查并进行了修复,承包商必须向上一级部门证明导管不渗漏。这点通过导管的压力试验来确定。将空气或水泵送人一个封闭的导管,直至达到“装载压力”,然后停止输送,待5分钟后测量“残留压力”。规定的装载和残留压力取决于压力试验中导管是否部分或全部被混凝土包裹。在试验前应将那些没有被混凝土全部包裹的导管的露出部分用环氧树脂密封。

如果压力试验的结果不满足要求,承包商必须采取措施检查并修补全部漏洞。若试验后仍不满足要求,驻地工程师应作出同意使用该导管或要求进一步修补的意见。

驻地工程师根本不可能同意使用那些不满足压力试验的后张导管的。他应坚持让承包商采取必要的措施修补全部漏洞。因为一旦平台式模板被支好并进行了灌筑,那么再接近梁腹修补有漏洞的导管就变得相当困难了。

3.4 预加应力

预加应力有两个增长过程。第一个增长过程是指初始拉力,用来拉直钢绞线以减少松弛。初始拉力通常是初始应力的5%-10%,可通过装置有压力表或压力盒(拉压传感器)的液压千斤顶或栅栏伸张器和测力计来施加拉力。

初始拉力施加后,承包商应立即对钢绞线的固定端和测量伸长量的张拉端进行标注。若使用的是拼接钢绞线,则滑动的拼接处必须标注。

伸长和滑动的参考标点确定后,钢绞线在所需的初始应力下进行张拉和锚固。张拉应力必须由装置有压力表或荷载传感器的液压千斤顶施加。

張拉操作的最后,必须测定张拉的伸长量并与理论计算值相比较。这个计算必须征得桥梁设计师的同意。先张法构件中,应该记录每一根钢绞线的伸长量。对现浇后张法预应力构件,应记录每一预应力钢索中钢绞线束的伸长量。

3.5 后张预应力构件的灌浆

灌浆的目的是为了用水泥浆注满导管中所有的空隙。这样可以防止预应力钢索被腐蚀,保持其与梁腹的握裹力。灌浆前,应切断钢绞线,设置好浆帽。灌浆管和喷出管应装置有直接的机械阻断阀。排气孔也应设有阻断阀。上述准备好后,预应力钢索就将被注人水泥浆。

4 预应力在建筑工程上的应用:

4.1 构件方面:目前主要是用一般预应力来制作构件

4.1.1 多孔板:以前用低碳冷拔钢丝做钢筋,采用先张法施工,在浇筑混凝土后,待混凝土强度达到设计强度80%以上时,开始断丝,建立预应力。现钢筋则采用冷轧带肋钢筋。

4.1.2 大型屋面板:其两肋主筋采用热轧IV级钢筋作为预应力筋,也采用先张法把钢筋锚在刚性模架上,待浇筑混凝土后,经蒸汽养护混凝土达到设计强度后,放去锚固松掉钢筋待其回弹建立预应力。

4.1.3 吊车梁:钢筋混凝土吊车梁,可彩张拉台先张法施工,产模绑扎钢筋和浇筑混凝土,待混凝土达到设计强度后断筋,回弹建立预应力;还有是卧式支模,绑筋、留张拉孔,浇筑混凝土,到混凝土达到设计强度时,在预留孔中穿筋采用千斤顶后张法施工建立预应力。

4.1.4 屋架:钢筋混凝土屋架的下弦,都采用下弦留通长孔道,待强度到达混凝土设计强度70%以上后,穿盘采用千斤顶后张法施工建立预应力。

4.2 现浇框架结构的预应力张拉:在近十多年以来,预应力应用到多层框架结构的梁板中间。达到了提高承载力;加大了跨度;减小梁的高度而又增加了净空,可以减低层高,总体达到节约材料和造价。

4.3 构筑物中采用预应力技术:预应力施工技术应用于构筑物的范围,当前已很广泛。如过去早期用过的大型水池、储油罐,现在有混凝土筒仓;核变电站原子反应堆的预应力混凝土的安全壳施工;电视塔采用竖向预应力盘进行预应力施工。

在高大、抗渗、抗裂等要求严格的构筑物,采用预应力结构的办法后,效果良好,质量有保证,这也是预应力技术发展的一个场所。