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引言:我國預應力混凝土發展始于50年代中期,隨著國家當時建設任務規模擴大,鋼材、水泥供應非常緊缺,迫切要求發展預應力混凝土以節約鋼材,經過半個世紀努力,特別是近20年,我國預應力混凝土從過去主要用于建造單層和多層房屋、公路和鐵路橋梁,現已擴大到高層建筑、地下建筑、壓力容器、電視塔等領域,并且無論在設計理論,高強度材料和配套施工工藝及設備以及工程實踐均能與世界各國同步進行。
預應力的施工工藝
1、預應力筋的鋪設
①、施工工藝流程:板底摸→板底筋→預應力筋→電氣管→上部鋼筋→澆注混凝土→張拉→封錨
2、澆筑混凝土
①、在澆筑混凝土之前需要對預應力束形、失高及埋入端錨具進行認真檢查,發現問題及時改正;
②、澆筑混凝土時,嚴禁碰壓預應力筋及觸碰錨具,確保預應力筋的束形和失高準確;
③、混凝土應振搗密實,尤其預埋墊板處不允許出現孔洞;
3、張拉
①、按設計要求,混凝土強度達到設計強度的75%以上方可進行張拉,短束采用一端張拉工藝,長束采用兩端張拉工藝;
②張拉時采用應力為主,伸長值為輔的控制原則
4、封錨保護
①、用手提砂輪切割機切除多余的預應力筋(外留3cm);
②、將錨具處涂上專用防腐潤滑脂后罩上封端帽,后澆筑膨脹混凝土密封;
施工總結
在預應力施加過程中經常遇到的只有三個問題:斷絲、滑絲、預應力損失。經過幾年預應力施工總結了斷絲、滑絲、預應力損失的原因、預防措施和解決方法。
1、斷絲
①造成斷絲的原因
a、預應力筋力學性能不合格;
b、錨板、錨環及千斤頂不同心造成偏位受力不均勻;
c、錨墊板的選用也是原因之一(材質)。
d、采用高強鋼絲做為預應力筋時,錨具夾片硬度不能過高、齒高也不能過大,這樣稍有偏拉就造成刻痕過深容易造成斷絲;
e、操作張拉設備的工人精神不夠集中,導致張拉力過大容易發生斷絲;
②、防止斷絲措施
a、嚴格材料力學性能試驗,強度相同、延伸率差異較大的兩批材料不能同時使用;
b、盡量選用配套的錨具、錨墊板,夾片及預應力筋;
c、在施工中應考慮錨墊板喇叭孔與波紋管的連接。安裝千斤頂應做到位正與墊板方向一致。
d、給張拉設備限壓,使壓力表達到設計應力時不能繼續上升;
③、斷絲處理
a、雙向張拉鋼束時可先用卸錨器卸錨,然后移動鋼束,用單孔小頂進行張拉;
b、當預應力束較短時,也可用單張代替雙張辦法加以解決;
c、當本身就是單張的鋼絲發生斷絲時,一般采用采用超張拉的辦法加以解決。
2、滑絲
①造成滑絲原因
a、錨環、夾片硬度不夠或夾片齒線淺;
b、鋼束、夾片清理不徹底,有鐵銹或某物張拉時存在于夾片與鋼束之間或夾片與錨環之間;
c、當錨環孔坡度過小、過大時都有可能發生滑絲,安裝夾片頂面不齊也能造成滑絲;
d、千斤頂時回程過快也可能發生滑絲現象,拆卸工具錨時劇烈震動也可能造成滑絲;
②、防止滑絲的措施
a、張拉前對鋼束錨固部分、錨環、夾片進行徹底清理,安裝夾片時要保證外露部分相同,頂面平齊。
b、根據所采用的鋼束種類選擇錨具。當用高強鋼絲時宜用采用XM型錨具,因該錨具夾片有偏轉角,錨固方面為360度無間隙。當采用鋼絞線時則用OVM型錨具較為適宜。
③、滑絲的處理
滑絲處理一般采用單孔補張,補張不成功時可采用疊加錨環法處理。
3、預應力損失
①、孔道摩阻損失
孔道摩阻的損失值較大,在實際工程中證明,孔道布設時鋪置加密架立筋并在張拉錨固前不上夾片,反復單張拉數次都可以有效的降低孔道摩阻系數。
②錨具回縮損失
減少錨具回縮損失可從兩方面入手:一是選用機械頂錨的錨具及張拉機具;二是當采用自錨體系時,適當減少錨環與限位板之間的間距,但調整時必須注意不能調整過大,否則錨具回縮損失雖然減少,但錨口損失增加,得不償失。
③混凝土壓縮損失
減少混凝土壓縮損失可在不影響結構受力狀態的前提下,通過調整張拉順序予以減少,一般原則是先長后短、對稱施壓,一次完成。
④松弛損失
減少松弛損失的辦法,除采用高強低松弛鋼絞線外,唯一的辦法是及時飽滿的灌漿并令水泥漿迅速達到設計強度。
三、經濟技術分析
城建大廈地下兩層,地上由5層裙房和27層塔樓組成,在塔樓的7至27層的中央核心筒與外框筒的梁全部采用了無粘結預應力寬扁梁,一降低結構的層高。標準層層高為3.0m,梁高為500mm,凈空2.5m。由于城建大廈采用無粘結預應力混凝土樓蓋,降低了結構層高,提高了構件剛度,因此與普通混凝土樓蓋相比,在建筑高度受限制的情況下,增加了建筑面積,改善了建筑的使用功能以及結構構件的受力性能,降低了造價,帶來顯著的綜合效益。
1、預應力混凝土方案與普通混凝土樓蓋方案的經濟比較
為便于與預應力寬扁梁進行比較,計算了兩種普通混凝土梁,第一種采用普通混凝土寬扁梁,梁高仍為500mm,以保證現有層高不變;第二種方案,按常規普通混凝土構件設計,截面尺寸取為400mm×800mm。
以上三種方案的材料用量比較見表1
方案每平方米鋼材用量(kg/m2)混凝土折算厚度( mm)
預應力筋普通筋合計
①預應力扁梁
1000mm×500mm32629237
②普通混凝土扁梁
1600mm×500mm—3737299
③普通混凝土梁
400mm×800mm—3030215
由表1可以看出,在現有層高及梁高確定的情況下,預應力方案較普通混凝土方案②(1600mm×500mm)可節省鋼材約22%,節省混凝土用量約21%,同時降低了結構自重,可減少基礎造價,減少地震作用下的結構內力。與方案③(400mm×800mm)比較,鋼筋用量持平,預應力方案混凝土用量約增加10%,但由于梁高降低了30cm,使得塔樓部分標準層的層高降低30cm.
2、在建筑總高度不變的情況下,采用預應力樓蓋,增加了樓層和建筑面積
由前面比較可以看出,預應力扁梁較常規的普通混凝土梁(400mm×800mm)高度減少了30cm,以每個標準層降低層高30cm計,23個預應力樓層共降低6.9m,可以多蓋兩個標準層,增加建筑面積約2400 m2,其收益顯然遠高于多出的投資。
3、假設建筑層數不變,采用預應力樓蓋可大大降低建筑的綜合造價
這里僅就采用預應力以后節省下來的玻璃幕墻費用作一分析。該建筑外裝修全部采用玻璃幕墻,在建筑凈空不變的情況下,采用預應力樓蓋可使建筑總高度降低6.9m,建筑周長約120m,因而采用預應力以后可以減少玻璃幕面積約828 m2以每平方米玻璃幕造價2000元計算,可減少費用166萬元。另外建筑高度減少可以降低其垂直交通、供水、消防等設備的使用費用及維護費用,其綜合效益顯而易見。
4、采用預應力樓蓋大大改善了建筑的使用功能
在梁高僅為500mm的情況下,預應力梁的凈跨達到12.9m,跨高比為26:1,從而使得建筑內部空間比較開闊,分隔相當靈活,便于根據用戶的不同需求,進行相應的建筑布置,大大改善了建筑的使用功能,這在房地產市場是很有益的。
結論
本文通過對預應力技術工藝及預應力施工中幾個經常出現問題的分析,使我們很好保證預應力的質量、使預應力混凝土滿足設計和使用功能;通過經濟技術分析,使我們認識到在高層建筑中采用無粘結預應力混凝土樓蓋能較好地適應高層建筑擴大開間,擴大柱網和降低建筑層高的要求,而且施工方便,經濟合理。而且隨著人們對建筑使用功能要求的提高和觀念的不斷更新,無粘結預應力混凝土結構必然有更加廣闊的應用前景。
參考書目
1、馮大斌、欒貴臣,“后張法預應力混凝土施工手冊”,中國建筑出版社,1999。
2、陶學康,“無粘結預應力混凝土設計與施工”,地震出版社,1993。
3、傅溫、張玉明、王宏彬,“高效預應力混凝土工程技術”,中國民航出版社,1996。
4、建筑施工手冊(預應力混凝土工程),中國建筑工業出版社,1998。
5、中華人民共和國行業標準:
“無粘結預應力混凝土結構技術規程”,JGJ92-2004 J409-2005;
“預應力筋用錨具、夾具和連接器技術規程”,JGJ85-92;
“預應力混凝結構抗震設計規程”,JGJ140-2004;