预应力空心板预制施工技术

唐承源

摘 要：本文主要介绍某10万吨级码头工程预应力空心板预制的施工技术，从张拉台座方案选择、施工工艺流程、张拉台座设计等方面，为今后同类型预应力空心板的预制提供参考。

关键词：预应力空心板;施工技术

中图分类号：U655            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）05-0090-02

1 工程概况

某10万吨级码头工程码头面预制安装预应力空心板和非预应力空心板共280块，共有6种型号，分别是KB1、KB2、KB3、KB4、KB5和KB6。其中KB1、KB2、KB3和KB4为预应力空心板共203块，KB5和KB6为非预应力空心板共77块。预应力和非预应力空心板均为C45高性能砼，其中，预应力砼量为：3980.2m3，非预应力砼量为：587.7m3。

2 张拉台座方案选择

预制空心板在某预制场进行预制。由于空心板的宽度较宽，达到2.7米;张拉应力大，设计张拉力达到787.8吨。空心板重量在40～61吨不等，重量较重，采用一组门式起重机吊运空心板的出槽，并配合空心板砼浇注。门式起重机两支腿间距为15米，每槽的宽度为3.5米。传力柱设计为边柱宽度500mm×高度800mm和中柱宽度900mm×高度800mm两种，根据实际宽度进行布置，只能设置三条空心板预制生产线。为了减小张拉受力钢梁的跨度，将传力柱断面在张拉端部局部加大，使张拉钢梁净跨为2.7米，并在传力柱端头底部增设一道钢筋砼横梁，使整个受力结构为框架受力结构，减小传力柱的偏心受压应力。

张拉钢梁采用30mm和20mm厚钢板加工焊接而成，由于预制空心板的型号种类较多，每种空心板的钢筋间距都不相同。为了确保钢梁对所有空心板均可以施工，采用二根矩形钢梁组合成一根张拉钢梁，并在钢梁之间留有一条40mm宽的缝，供张拉钢筋用。为了确保在张拉过程中张拉台座的砼受压能均匀受压，在张拉台座上预埋钢板来搁置张拉钢横梁。钢横梁设计成一根通长的整体钢梁，并和梁端预埋件焊接成一整体，使钢梁成为一根三跨连续钢梁，减小张拉时对传力柱的偏心压力。

3 施工工艺流程

底模制作→钢筋张拉→钢筋绑扎→穿空心胶囊→外模支立→浇注混凝土→拆模和抽胶囊→养护及防腐→放张→堆放和倒运

（1）底模制作。由于每跨板宽均有五種以上不同板宽的空心板，每条线生产出一批同类型的板之后，就要换制其它类型的空心板。所以在预制过程中，底板宽度不断地变化。为了适应预制的需要，底模采用混凝土和木模结合的底模。在每槽中心选择宽度为最小的三种板型为最初的预制空心板底模做混凝土底模。需要第二次以后制其它宽度类型的空心板时，在两边对称增加所需制的空心板宽度的木方进行施工。长度以最长的空心板根据实际制作。

（2）钢筋张拉。①综合考虑本工程方案选用单端单根张拉的施工方案。千斤顶选用600kN可张拉精轧螺纹钢的千斤顶进行张拉。②张拉钢筋直径为28mm，精轧螺纹钢和张拉钢筋间采用特制的连接器进行连接。钢筋采用三级钢进行施工，先对钢筋单根进行冷拉。千斤顶采用YCW60B-200型。根据千斤顶的校核证书，推算出回归方程为：Y=0.0884*0.5338，直径28mm的三级钢筋冷拉力为：401.92KN，张拉力为：321.54KN，油表读数为36.1Mpa和30Mpa。根据冷拉规定要求;在冷拉到设计应力后，持荷3分钟后缓慢回油，直到没有应力。③张拉顺序为：以先外后里的原则进行。先张拉每块板外侧钢筋，从板的外侧对称地向板中进行张拉。这样可以减小张拉钢梁在张拉时产生挠度对张拉钢筋的张拉力的影响。

（3）钢筋绑扎。在预应力钢筋张拉完成后，进行钢筋绑扎。钢筋绑扎严格按照施工规范进行施工。由于设计施工图中没有设计胶囊固定钢筋，在钢筋绑扎时要求按一定间距绑扎一排胶囊加固钢筋。加固钢筋要固定在底板和顶板钢筋之上，防止胶囊上浮和下沉。

（4）外侧模支立。外侧模板采用定型钢模板，端模由于张拉钢筋和预留空心孔洞，整块模板无法施工，采用分片拼装式模板进行施工。外侧模支立时，利用张拉的传力柱对模板进行加固。下中外侧模夹住底模后，在外侧模和传力柱之间利用传力柱为支撑点将底中撑住。上口板内采用钢顶撑确保板内尺寸，同样利用传力柱打支撑调整外侧模的垂直度和平直度及上口位置。

（5）混凝土浇筑。空心板混凝土为C45高性能混凝土，根据规范要求对配合比进行设计，并经试拌，各项指标均检验合格后确定施工配合比。混凝土坍落度采用70～90mm。混凝土按分层进行浇注，分层厚度不大于30cm，共分三层。在浇注时，由于有胶囊的影响，振捣和下料时应注意胶囊的位置。下料要均匀，振捣时不要过振，防止胶囊上浮和偏移。

（6）拆模、养护和防腐。在浇注混凝土完成后，在混凝土强度达到0.25Mpa后，侧模和胶囊就可以拆除。放掉胶囊内的压缩空气，人工将气囊从构件中抽出，胶囊抽出后及时用水将胶囊上的混凝土冲洗干净，以便周转使用。混凝土浇注完成在混凝土达到初凝以后及时进行混凝土浇水养护，养护期不少于7天。侧模拆除后及时进行外表面的防腐施工，并进行养护。

（7）放张。在混凝土强度达到设计强度的80%后，开始进行预应力钢筋放张工作。为了确保空心板在放张时，不受放张时产生的冲击力，采用千斤顶进行放张。具体方法是采用千斤顶进行二次张拉预应力钢筋，张拉到应力值后松开锚固螺母进行放张。

（8）封头和底板防腐。空心板堆放在堆放场地后，先将空心孔洞用堵头板按设计位置堵住，然后支立封头模板，进行空心板堵头和空心板封头混凝土施工。同时对底板进行防腐施工。

4 张拉台座设计

4.1张拉台座长度

张拉台座长度按下式计算[1]（按槽数量最多的最长的计算）：

L=l×n+（n-1）×2+2K=15.44×5+（5-1） ×2+2×1.9=89（m）。

式中： L―张拉台座长度（m）;l―构件长度（m）;n―一条生产线内生产的预制梁数（片）;K―台座横梁到第一根构件端头的距离，这里取1.9m。张拉台座结构如下所示：

4.2张拉台座稳定性验算

4.2.1 断面计算

设传力柱横截面为矩形，中间为：高h=800mm;宽b=900mm。两边为：高h=800mm;宽b=500mm。砼标号C30，抗压强度为fc=14.3MPa。中间的传力柱横截面面积A=b×h×2=900×800×2 =720000mm2。两边的传力柱横截面面积A=b×h×2=500×800×2 =400000mm2。Nmax =8114KN 作用在中间传力柱，按中间传力柱的断面计算。Nmax =4057KN 作用在二边传力柱上，按二边传力柱进行边上的传力柱的断面计算。

其中间的正截面受压承载力应符合下列规定：

Nmax≤0.9φ（fcA+f'yA's）;

Nd=0.9φ（fcA+f'yA's）=0.9×0.95×14.3×720000= 8803KN

Nd> Nmax=8114KN，符合要求。

两边的传力柱为Nmax≤0.9φ（fcA+f'yA's）

Nd=0.9φ（fcA+f'yA's）=0.9×0.95×14.3×400000=4891KN

Nd> Nmax=4057KN，符合要求。

由于 取φ=0.95，根据钢筋混凝土构件纵向弯曲系数表，以小的两边传力柱进行控制验算。可得，L0/b=12，Lo=12×b=12×0.5=6m

查构件纵向弯曲时的计算长度表2，传力柱是直杆，两端按铰接，因此取Lo=1.0L，L=Lo/1=6/1=6m

根据以上计算得出，两个传力柱的自由长度为6m。即，两传力柱之间沿长度方向最长6m就要设一道横向联系梁，才能保证传力柱稳定。

4.2.2配筋计算

两边的传力柱按构造配筋，配筋率在0.5～1.5%，取配筋率1%，即As=500×800×1%=4000mm2，用13根φ20钢筋，箍筋采φ8钢筋，间距为200mm。中间的传力柱按构造配筋，配筋率在0.5～1.5%，取配筋率1%，即As=900×800×1%=7200mm2，用23根φ20钢筋，箍筋采φ8钢筋，间距为200mm。

4.2.3张拉横梁计算

因钢梁是三跨连续钢梁，设计时按净跨3.5米进行设计。横梁按局部承受均布荷載计算：q=8114/2.46=3298KN/m。

跨中最大弯距：M=ql（2l-L）/8=3202 KN×2.46m× （2*3.5-2.46）/8=4470KN·m

钢梁的剪力为：V = Nmax /2=8114KN/2=4057KN

（1）强度计算：

钢梁所需截面抵抗矩：

Wu=M/f=4470KN·m /215Mpa=20719cm3

采用钢板焊接组合梁：钢梁采用二个矩形的组合钢梁，尺寸为宽30cm，高105cm，腹板钢板厚2cm，顶板钢板3cm。

钢组合梁的断面抵抗矩：W2=bh2/6- b1h12/6=60×1052/6-52×992/6=26882 cm3;

W2/ Wu=26882/20719=1.30，满足强度要求。

（2）抗剪计算：

钢梁的剪应力为

τ=V/F=4057KN/（60*6+105*8cm2）=33.8N/mm2

（3）刚度计算：

钢梁变形值计算（只取热轧工字钢惯性矩，挠度计算值偏大）ωmax=5qL4/（384EI）=5*3298*3504/（384×2060000×2538*105/2）=2.35（mm）

5 结语

通过数百件预应力空心板（先张法）的成功预制，不但提前完成业主的工程任务，又取得了良好的经济效益和社会效益，为今后同类型预应力空心板的预制提供参考。

参考文献：

[1] 江正荣.建筑施工计算手册第二版[M].北京：中国工业建筑出版社.2007.