1.預應力混凝土結構工程施工的發展現狀概述及特點
1.1 預應力混凝土工程施工技術發展現狀概述
眾所周知,預應力是預加應力的簡稱。預應力混凝土結構就是通過人為方式對混凝土或是鋼筋混凝土內部施加內應力,該內應力的分布形式和數值大小可將外荷載引起的構件應力抵消至設計預期的程度。
預應力混凝土施工的分類,預應力混凝土按施加預應力的方式分為先張法預應力混凝土和后張法預應力混凝土:按施加預應力的手段分為機械張拉預應力混凝土和電熱張拉預應力混凝土;按預應力筋與混凝土的粘結狀態分為有粘結預應力混凝土與無粘結預應力混凝土:按施加預應力大小的程度分為全預應力混凝土和部分預應力混凝土。先張法法施工多在預制場使用,施工現場較少應用。
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1.2 工程中應用預應力混凝土施工的特點
在預應力混凝土結構的施工,必須同時考慮施工時結構受力情況和現場施工條件,從而選定采取適合的施工方法。
預應力混凝土結構與普通鋼筋混凝土結構相比,具有下列主要優點:
1)改善使用階段的性能,使結構抗裂性好,剛度加強。受拉和受彎構件中采用預應力,可延緩裂縫出現并降低較高荷載水平時的裂縫開展寬度;采用預應力,也能降低甚至消除使用荷載下的撓度,提高了構件的剛度,增加了結構的耐久性。因此,可跨越大的空間,建造大跨結構。像鋼筋混凝土屋架下弦、工業工廠水池、石油化工類工廠油罐、壓力容器等施加預應力也是尤為重要的。
2)提高受剪承載力。由于縱向預應力鋼筋的錨栓作用,阻礙了構件斜裂縫的出現,同時縱向預應力的施加也可延緩混凝土構件中斜裂縫的形成,預應力混凝土梁曲線鋼筋合力的豎向分力將部分地抵消剪力,綜合作用從而提高結構的整體受剪承載力。
3)改善卸載后的恢復能力。混凝土構件上的荷載一旦卸去,預應力就會使裂縫完全閉合,大大改善結構構件的彈性恢復能力。
4)提高耐疲勞強度。預應力作用可降低鋼筋中應力循環幅度,而混凝土結構的疲勞破壞一般是由鋼筋的疲勞(而不是由混凝土的疲勞)所控制的。所以可以提高結構抗疲勞程度,這對承受動荷載作用的結構十分有利。
5)相對節省材料,能充分利用高強度鋼材,減輕結構自重。這可以減輕在普通鋼筋混凝土結構中常發生的一些問題,像裂縫和撓度問題;而采用預應力技術,不僅可控制結構使用階段性能,而且能充分利用高強度鋼材的潛能。這樣,采用預應力,可大大節約鋼材用量,并減小截面尺寸和混凝土用量,具有顯著的經濟效益。而且由于結構自重的降低,對大跨度結構、高聳結構和重荷載結構,可減少變形,降低層高,有利于抗震、抗風及結構的使用,提高結構的整體經濟效益。
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6)可調整結構內力提高受壓構件的穩定性。將預應力筋對混凝土結構的作用作為平衡全部和部分外荷載的反向荷載,成為調整結構內力和變形的手段。對鋼筋混凝土柱施加預應力,使縱向受力鋼筋張拉很緊,不但預應力鋼筋本身不易壓彎,而且還可以有助周圍的混凝土提高抗壓彎能力,從而提高整體穩定性。
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預應力混凝土結構也存在著一些缺點:
l)工藝較復雜,質量要求高, 因而需要配備一支技術較熟練的專業隊伍。
2)需要有一定的專門設備,如張拉機具、灌漿設備等。
3)預應力反拱不易控制,它將隨混凝土的徐變增加而加大,可能影響結構使用效果。
4)預應力混凝土結構的開工費用較大,對于跨徑小、構件數量少的工程,成本較高。
2、預應力混凝土結構工程施工中的常見問題及針對解決策略
2.1 波紋管孔道漏漿問題及應對
在實際工程作業中,波紋管孔道漏漿原因主要由于以下兩點。首先是當前波紋管所用的鋼帶材質較差,厚度不足且厚薄不均,用其制作的波紋管強度、剛度大多數達不到要求。在安裝和澆筑砼時易變形和破損,使砂漿漏入孔道造成預應力筋穿束困難,并增大預應力筋張拉時的摩阻力對于澆筑砼前穿入的預應力筋,由于砂漿的流入,往往造成預應力筋鑄固在孔道內無法進行張拉作業。波紋管安裝時,因非預應力筋位置妨礙,又兼波紋管的剛度差,易形成彎折角或管軸線偏位,在彎折角處較為容易開裂造成漏漿。
軸線偏位易造成轉角增加,使張拉時的摩阻損失增加,波紋管與錨墊板相接處,二者軸線不一致,易造成彎折處開裂漏漿,兩根波紋管相接,接頭管的長度不夠或直徑太大, 使其接不嚴也造成漏漿。在砼澆筑中,振搗棒與波紋管相接觸,因振搗時振搗棒高速旋轉和振動,易使波紋管咬口開裂或自身磨損沖擊開洞,造成沙漿漏入波紋管內。
相應的解決措施主要通過以下幾點。工程中遇到堵管問題,首先根據預應力筋曲線坐標,標注漏漿孔道堵塞的位置,在避開梁的主筋位置,采用沖擊鉆緩慢進行開孔,清除波紋管中的水泥漿塊, 使鋼絞線能順利穿過波紋管并能夠自由伸縮。然后待張拉完畢后用高一等級微膨脹混凝土封堵孔洞。
也可在施工前期做一定的預防工作。在施工下料前對波紋管質量仔細檢查,對有缺陷的波紋管及早發現。同時在澆筑混凝土前檢查波紋管的安裝位置,固定好,檢查套管接頭連接是否牢固,密閉性是否達到要求。并且在澆筑混凝土過程中注意波紋管的保護,避免振搗棒碰壞波紋管。
2.2 預應力筋在波紋管內的鑄固問題和應對
預應力筋在波紋管內的鑄固問題,是指在砼澆筑作業中因波紋管漏漿被鑄固,在對結構的預應力筋張拉時,不能自由的拉動,這種現象稱為頂應力筋在波紋管內鑄固。
常見的鑄固情況分為兩種。頂應力筋的鑄固,根據對其張拉時拉動力的大小可分為輕度和重度兩類,在千斤頂拉動預應力筋的拉力為預應力筋的摩阻力1.3倍以下時,該鑄固稱為輕度鑄固。輕度鑄固有的漏漿處較多,但每處漏漿量均不大,漏漿在波紋管內,但預廊力筋在一定拉力下尚可活動。
重度鑄固,有的局部漏漿較多,預應力筋和波紋管固結在一起,但漏漿體積相對整個孔道仍很小,通過較大的拉力拉開后。預應力筋仍可在孔道內來回活動。這種鑄固,預應力筋張拉作業時。其摩阻力增加較多。嚴重的鑄固則是在較大的拉力作用下,甚至在全部預應力筋總張拉力的作用下。仍不會將鑄同的預應力筋拉開。
相應對策。預應力張拉作業中,若出現波紋管和預應力筋的輕度鑄固,常常在預廊力筋實施張拉作業前,不安裝工作錨夾片,用張拉千斤頂由兩端分別交替張拉項應力筋,使其鑄固的項應力筋在波紋管內松動后。并可在外力作用下自由移動。對于嚴重鑄同的孔道,必須找到鑄同的部位,將箱粱結構砼鑿開清理干凈波紋管內的灰漿,然后再經修復后,進行預應力筋的張拉作業。
2.3 鋼絞線滑絲、斷絲問題及應對
常見滑絲原因可能有以下幾種:預應力鋼絞線生銹太厲害或表面有水泥、油污、雜物等;工作夾片中的絲出現生銹、油污、雜物或夾片里的絲被損傷;工作夾片的尺寸不合格(尺寸大);千斤頂被其他工具所抵觸而受力不均。
應對策略:用千斤項拉出滑絲的鋼絞線,取出舊夾片,換上新夾片,再用千斤頂張拉到設計要求。
分析斷絲原因可能有以下幾種:出現鋼絞線相絞纏而發生受力不均,導致個別鋼絞線張拉力太大,而出現拉斷絲現象;鋼絞線在運輸中受到機械損傷。
如果斷絲根數超過設計范圍,應作處理,具體處理方法:一般用千斤頂將鋼絞線全部卸載后,換上新鋼絞線后,重新穿束張拉。張拉完成后,為防止預應力損失,在48小時內必須完成壓漿工作。
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結束語
總而言之,預應力混凝土技術在現代工程建設中具有很大的優勢,應用普遍。只有做好各種預案措施,不斷完善工程施工技術及設備,合理的整合資源配置,才能更好的發揮預應力混凝土結構設計在實際工程中的優勢,同時又能保障工程順利施工。提高施工效率,保證施工安全,縮短施工周期,最終圓滿完成工程任務。
參考文獻:【1】 《混凝土》(美)庫瑪.梅塔,保羅.蒙特羅
【2】 《混凝土結構設計基本原理》 何淅淅
【3】 《公路橋梁預應力混凝土施工中的問題和處理》 李紹通