预应力钢筋混凝土吊车梁曲线钢绞线张拉施工工法

-1-预应力钢筋混凝土吊车梁曲线钢绞线张拉施工工法1.前言由于受张拉方式、孔道摩阻、钢绞线理论伸长值计算精确度等因素影响，曲线形钢绞线张拉控制较直线形钢绞线更为复杂与精细。为控制结构建立起的预应力值在设计及规范规定的允许偏差内，使结构满足承载力及耐久性的要求，由兖矿东华建设有限公司研究开发，经方案总结及优化形成本工法。2013年1月，中国煤炭建设协会在北京组织专家对本工法关键技术《预应力钢筋混凝土吊车梁曲线钢绞线张拉施工技术》进行鉴定，结论为：该项技术达到行业先进水平，具有推广应用价值。采用本工法施工的兖矿集团高性能大型工业铝挤压材项目挤压四车间系统工程获得2010-2011年度全国煤炭行业优质工程及“太阳杯”工程奖项。2.工法特点2.0.1在进行曲线形钢绞线理论伸长值计算时考虑孔道摩阻的影响，使理论计算结果更加精确，为指导张拉施工提供依据。2.0.2曲线形钢绞线采用两端同步张拉方式，不但使孔道摩阻力对张拉结果的影响程度降低，还能进一步提高张拉施工速度。2.0.3采用“双控”措施，即从张拉力及钢绞线实际伸长值两个方面对张拉结果进行控制，使构件施工质量得到保证。3.适用范围-2-非直线形钢绞线后张法预应力混凝土构件。4.工艺原理在设计确定的预应力钢绞线位置上预留孔洞，采用预埋金属波纹管，钢筋“井字架”加固成孔技术。其工艺原理是：吊车梁混凝土浇筑之前在构件内部预留孔道，待构件混凝土浇筑完成并达到设计要求的张拉强度后进行钢绞线的穿束、张拉及孔道注浆，借助孔道两端工作锚具及预应力钢绞线对构件建立预压应力，从而达到减小吊车梁变形，增大承载力的目的。5.工艺流程及操作要点5.1工艺流程施工准备→钢绞线下料、穿束→锚具、夹片、千斤顶及百分表安装→张拉→孔道注浆5.2操作要点5.2.1施工准备张拉之前的准备工作主要包括如下几个方面：1、原材料（钢绞线、锚具及夹片）进场报验完成并经复试合格后方可用于张拉。2、张拉机具（配套千斤顶及油压表）校检完成，如图5.2.1-1。-3-图5.2.1-1千斤顶校检3、措施及交底编制完成，并进行传达学习。同时要准备好各种表格，如：张拉记录表格、配套千斤顶及油压表张拉力表格等，如图5.2.1-2、5.2.1-3、5.2.1-4。在计算钢绞线理论伸长值时，中部曲线形孔道与直线形孔道相比，需要综合考虑孔道摩阻及张拉方式的影响，可采用公式5.2.1-1计算曲线钢绞线张拉应力，曲线形孔道设计定位及成孔技术如图5.2.1-5、5.2.1-6。σ=σj*｛1-（KLT+µθ）/2｝（5.2.1-1）式中：σ-曲线形钢绞线计算截面处张拉应力；σj-曲线形钢绞线端部张拉应力；K-孔道（每束）局部偏差时摩擦影响系数，波纹管取0.003；µ-预应力筋与孔道壁的摩擦系数，波纹管取0.25；LT-预应力筋的实际长度；θ-从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角（以弧度-4-计）图5.2.1-2张拉设备校检记录表图5.2.1-3张拉力对应压力表读数表-5-图5.2.1-4钢绞线张拉记录表图5.2.1-5预应力钢绞线设计定位-6-图5.2.1-6预埋金属波纹管成孔工艺4、对现场吊车梁作全面检查，端头砼及波纹管道扩大部分的残余灰浆要铲除打磨平整、光滑。5、钢绞线穿束前应采用14#铁丝中部绑扎棉团对预留孔道进行通孔疏通、清理。5.2.2钢绞线下料、穿束1、钢绞线下料根据张拉方式，钢绞线下料长度采用公式5.2.2-1进行计算：L=L1+2(L2+100)+L3+L4+L5（5.2.2-1）式中：L1-构件长度；L2-夹片锚厚度；L3-千斤顶长度；L4-工具锚厚度；-7-L5-垫板厚度。由于进场成捆钢绞线其弹性较大，为防止钢绞线弹出伤人，钢绞线下料时应先吊放进专门加工的放线盘内进行下料切割，如图5.2.2-1。钢绞线下料应注意以下几个方面：1）钢绞线下料长度根据计算长度确定，试用后可对长度进行修正。2）钢绞线下料在干净无油污的枕木上进行，靠近放线盘架的枕木要求与放线盘架的距离不小于6m，在该位置处放置砂轮切割机。因为钢绞线从放线盘架弹出时有一定的弹力，防止伤人。3）钢绞线采用砂轮切割机切断，以保证切口平正，切头断面不散，不允许用电、气切割，以防损伤钢绞线和发生意外事故。4）钢绞线在下料前应进行表面清理、除锈，钢绞线不允许焊接，或焊渣灼伤，凡有以上缺陷的钢绞线不准使用。5）钢绞线穿束应待砼浇筑完毕，张拉前一周完成，防止穿筋过早造成钢绞线锈蚀或损坏。穿筋采用整束穿入方案，钢绞线应排列理顺，不得在孔道内交叉叠绕。如图5.2.2-2。-8-图5.2.2-1钢绞线放线盘架图5.2.2-2钢绞线穿束5.2.3锚环、夹片、千斤顶及百分表安装-9-钢绞线穿束完成后开始安装工作锚环及夹片，如图5.2.3-1、5.2.3-2。工作锚安装前提前在吊车梁端部预埋钢板上划线定位，保证工作锚环中心与孔道中心重合，安装夹片时，采用DN20镀锌钢管穿过钢绞线将夹片击紧，使夹片露出锚环长度相同并将每孔内夹片的间隙调整均匀，固定端钢绞线露出锚环的长度尽量控制在3cm并不得短于3cm。张拉端安放千斤顶之前先安装限位板，使限位板平面部位向外对准千斤顶前端，千斤顶通过放置在吊车梁两端的三角架采用手拉葫芦升降，千斤顶放置位置应保证千斤顶中心、锚环中心、孔道中心在一条直线上，千斤顶后端安装工具锚，工具夹片为每孔3片，周转使用，工具夹片紧固方法及要求同工作夹片，施加预应力之前，应检查工具夹片紧固程度（用手触碰无松动现象），工具夹片若安装不紧固，可能导致局部咬不紧钢绞线的情况，从而造成钢绞线滑脱现象，另外，工具夹片在安装入孔之前，要求在背部打蜡以便回顶时能顺利滑出工具锚，以后每使用5-10次，应将工具锚上的夹片卸下，向工具锚环中的锥形孔中重新涂上一层石蜡，以防夹片在退楔时卡住。百分表安装在吊车梁两端砸入土中的百分表架之上，各孔张拉完成后通过百分表读数计量砼压缩值，百分表指针应分别顶住张拉孔道下部砼面上。如图5.2.3-3、5.2.3-4。-10-图5.2.3-1工作锚环、夹片图5.2.3-2工作锚环、夹片安装-11-图5.2.3-3千斤顶及工具锚、夹片安装图5.2.3-4百分表安装5.2.4张拉1、张拉方法吊车梁顶部⑴号孔钢绞线采取一端张拉，中部⑵[5]号曲线形钢绞线采取两端同步张拉，下部⑶、[4]号孔钢绞线采取一端同步对称张拉。各孔张拉顺序如图5.2.4-1：[4](1)[5](2)(3)图5.2.4-1吊车梁孔道示意图注：（）表示此端张拉，[]表示另端张拉。先张拉⑴孔，方式为一端张拉，其次张拉⑵[5]孔，方式为两端同步张拉，最后张拉⑶、[4]孔，方式为一端同步对称张拉，各孔张拉过程如下：⑴孔：0→初应力10%σcon（作伸长量标记）→100%σcon（量-12-测伸长值）→锚固。⑵、[5]孔：0→初应力10%σcon（作伸长量标记）→103%σcon（量测伸长值）→（持荷3min）锚固。⑶、[4]孔：0→初应力10%σcon（作伸长量标记）→103%σcon（量测伸长值）→（持荷3min）锚固。由于该类型吊车梁各孔道采用分批张拉，需要考虑后批张拉产生的混凝土弹性压缩值对先批张拉结果是否会造成影响，如有影响，则先批张拉设备的张拉力尚需加上该弹性压缩损失值。在张拉施工前，可先选择一榀吊车梁进行张拉试验，各孔道附近均放置百分表用于检验后批张拉施工对先批张拉结果是否会造成影响及影响程度，以确定先批张拉钢绞线的张拉力在理论计算的基础上尚需增加的数值。2、张拉要求：1）预应力钢绞线在张拉前，先调整到初应力（取控制应力的10%）作为零起点的初始伸长值，再开始张拉和量测伸长值。2）实际伸长值除张拉时量测的伸长值减去初始伸长值外，还应加上初应力时的推算伸长值，尚应扣除混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值，按规范要求，钢绞线实际伸长值与理论伸长值之差应控制在理论伸长值的±6%以内。钢绞线伸长值量测如图5.2.4-2。3）两端同时张拉时，两端千斤顶升压、降压、划线、测伸长、插垫等工作应基本一致。如图5.2.4-3。4）除顶部孔道钢绞线外，其余孔道钢绞线在张拉应力达到稳定并持荷3min后方可锚固，锚固完毕并经检验合格后，即可切割端头-13-多余外露钢绞线，切割后外露长度为30mm，严禁用电弧焊切割，只允许用砂轮机切割。5）张拉时应认真做到孔道、锚环与千斤顶三对中，以便张拉工作顺利进行，并不致增加孔道摩擦损失。图5.2.4-2采用直角拐尺量测钢绞线伸长值图5.2.4-3曲线钢绞线两端同步张拉-14-图5.2.4-4张拉完成后，锚具及夹片状态5.2.5孔道注浆吊车梁孔道注浆在钢绞线张拉完成后尽早进行以防预应力损失及钢绞线锈蚀，注浆顺序应由下向上进行。注浆宜在正温下连续进行，孔道内水泥浆应饱满、密实，尤其是构件端部的锚固区必须密实。注浆材料采用水泥浆，强度按设计要求采用M30。孔道注浆相关要求如下：1、注浆必须连续进行，一次完成，如中间因故停顿，应立即将已注入孔道的水泥浆用清水冲洗干净，正常后再重新注入。注浆完成后采用圆木楔将注浆孔封堵。如图5.2.5-1、5.2.5-2。2、注浆宜按照先下层孔道，后上层孔道的顺序依次进行，排气应通顺，在灌满孔道封闭排气孔后，应继续加压至0.5-0.7MPa，稳压1-2min，稍后封闭灌浆孔。每榀吊车梁的全部孔道应一次灌浆完成。3、注浆工作应在正温下进行，当室外温度高于35℃时，宜在夜间施工。移动吊车梁时，水泥浆强度不应低于15MPa。-15-4、注浆过程中，应根据施工日期留置同条件养护试块，以便测定水泥浆强度。图5.2.5-1孔道注浆图5.2.5-2注浆孔封堵5、孔道注浆完成后，为防止端头锚具损坏及锈蚀，应及时采用细石砼将端头锚具封堵严密。-16-6.材料设备6.1材料表6.1主要材料序号材料名称规格型号用途相关检验1工具锚环与油压千斤顶配套张拉工具可周转使用硬度检验2工作锚环及夹片符合设计要求结构用硬度检验3钢绞线符合设计要求结构用最大负荷、屈服负荷、伸长率、弹性模量6.2机具设备表6.2主要设备表序号设备名称规格型号数量用途1砂轮切割机常规按现场实际钢绞线下料2手提砂轮机常规按现场实际多余钢绞线切割3张拉油泵JEC-1000按现场实际张拉4千斤顶YDC-1100按现场实际张拉5百分表按现场实际计量砼压缩值-17-6倒链1T按现场实际升降千斤顶7钢尺直角拐尺按现场实际测量钢绞线伸长值8百分表架自制按现场实际固定百分表9三角架自制按现场实际固定倒链10灰浆搅拌机YJ-200按现场实际搅拌水泥浆11注浆机HJB-3按现场实际孔道注浆7.质量控制7.0.1预应力筋张拉锚固后实际建立的预应力值与工程设计规定检验的相对允许偏差为±5%，在同一检验批内，抽检预应力筋总数的3%，且不少于5束。7.0.2每端预应力筋回缩量在6mm以内。7.0.3夹片外露长度不得大于5mm。7.0.4实测伸长值与理论伸长值之差不大于±6％理论伸长值。7.0.5张拉过程中应避免预应力筋断裂或滑脱，当发生断裂或滑脱时，必须符合下列规定:对后张法预应力结构构件，断裂或滑脱的数量严禁超过同一截面预应力筋总根数的3%，且每束钢绞线不得超过一根。7.0.6在张拉过程中出现以下情况,需换锚或重新张拉钢绞线:1、终张拉时发现预/初张拉的锚具中有夹片断裂者。2、同一锚具内夹片断裂超过两片者。3、锚环裂纹损坏者。-18-4、切割钢绞线或压浆时发生滑丝者。8.安全措施8.0.1参加施工的人员，应熟知本工种的安全技术操作规程，进入施工现场，应首先学习安全技术措施，经考试合格后方能上岗。8.0.2任何人员进入施工现场必须配戴安全帽并系好帽带，施工人员必须遵守安全操作规程，用好劳动保护用品。8.0.3严禁“三违”现象发生，严禁酒后作业。8.0.4现场配备专职电工负责预应力施工用电。8.0.5高压油管使用前应作耐压试验，合格后方能使用。8.0.6油压表安装必须紧密满扣，油泵与千斤顶之间采用的高压油管连同油路的各部位接头均需完整紧密，油路畅通，在最大工作油压下保持5min以上均不得漏油，若有损坏者应及时更换。8.0.7钢绞线成盘下料时