浅谈无粘结预应力混凝土梁的施工

阳燕辉

无粘结预应力混凝土梁，是指配置的主筋为无粘结预应力钢筋的后张法预应力混凝土梁。无粘结预应力钢筋，是指单根或多根高强钢丝、钢绞线，沿其长涂有专用防腐油脂涂料层和外包层，使之与周围混凝土不建立粘结力，张拉时可沿纵向发生相对滑动的预应力钢筋。无粘结预应力混凝土构件可采用类似于普通钢筋混凝土构件的方法进行施工，无粘结筋像普通钢筋一样进行敷设，然后浇筑混凝土，待混凝土达到规定的强度后，进行预应力钢筋的张拉和锚固。

本文主要以无粘结部分预应力混凝土梁工程实例论述无粘结预应力梁的施工。

1、工程概况：湖南某大学学生服务中心工程的KJ2-L4、KJ3-L4两条梁为无粘结预应力混凝土梁，其跨度为21.225米，截面尺寸为1300×300㎜，每条梁内配置4束6Øj15无粘结钢绞线（fptk=1860N/㎜2），无粘结钢绞线呈正反二次抛物线，其锚具为OVM15-1单根绞线锚，本工程使用的材料全部由广西柳州OVM预应力经营公司生产。

2、无粘结预应力施工工艺流程：预应力筋下料→搭设梁板钢管支架→支梁底模、起拱和校正底标高→安装非预应力筋钢筋骨架→预应力筋曲线坐标定位及焊接定位筋→穿入预应力钢绞线→预应力钢绞线固定→安装固定端部锚板→安装端模→预应力、非预应力筋隐蔽验收→混凝土浇筑→混凝土构件养护→梁侧模板拆除→张拉无粘结预应力筋→端头封堵→拆除梁底模和支架

3施工准备：

（1）施工材料：

1）、无粘结钢绞线Øj15，fptk=1860N/㎜2，A0=137.44㎜2，符合国家标准《预应力混凝土钢丝》（GB52235）及《预应力混凝土钢绞线》（GB52245）的规定，加工完成后属通长，无死弯。

2）、单根钢绞线锚具为OVM15-1型。

3）、张拉及固定端钢板为400×880，12㎜厚钢板。

4）、钢绞线及锚具均有出厂合格证及检验报告。

（2）施工机具：

1）、前置内长式千斤顶YCN-20型3台

2）、超高压油泵YB2-6-33型3台

3）、千斤顶及油泵均有标定报告

（3）混凝土龄期：混凝土强度设为C40，经按实验室下达配比，再按经验施工后，混凝土28天龄期强度大C41.3。

（4）现场准备：

1）、混凝土梁两端搭设好操作平台。

2）、电源线路安装到位。

3）、仪表等测量用具安装准备好，调校好。

4）、张拉部位的脚手架及防护栏搭设已完成，并经检查符合。

（5）人员配备：预应力施工人员由技术负责人、施工工长、质检员、安全员、测量记录员及材料员组成。其中管理人员比例不低于总人数的10%，工程师都具有4年预应力施工经验，施工工长具有3年以上预应力施工经验，施工作业人员全部经过严格岗位培训，60%以上工人从事预应力施工2年以上。职能分配如下：

1、技术负责人：制定施工技术方案、进行技术交底、并负责质量控制、验收

2、施工工长：负责具体施工组织工作

3、质检员：负责施工质量检查、监督、验收工作

4、材料员：负责现场材料收发、清点、存放及技术档案保管

5、施工员：根据设计图纸，进行混凝土梁的具体施工

6、测量记录员：负责预应力张拉施工全过程的记录及相关技术数据的量测收集

4、张拉力的控制与计算：

（1）张拉顺序梁截面示意图：

（2）每次张拉应力计算书：

1）、计算参数：单根钢绞线面积：A0=137.44㎜2

预应力钢绞线弹性模量：Es=1.8×105

混凝土弹性模量：Ec=3.25×104

非预应力钢筋弹性模量：Es'=2.0×105

梁的有效截面积：已知A1=A+AsαE2-Ay，αE2=Es'/Ec=6.15，A=3.9×105，As=3476.1㎜2，Ay=7021.3㎜2，则A1=404110.7㎜2

fptk=1860N/㎜2

2）、计算步骤：

根据《混凝土结构设计规范》第3.4.2条，预应力钢绞线的张拉控制应力值σcon不宜超过0.7fptk，但在为了部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与张拉台座之间的温差因素产生的预应力损失情况下σcon允许值可提高0.05fptk。

设：σ11=1860×0.70=1302N/㎜2I=A0Es/A1EcF11=191.73KN

则：σ10=σ12×（1+I）=1397.63N/㎜2F11=192.09KN

Σ9=σ11×（1+I）=1400.26N/㎜2F10=192.45KN

σ8=σ10×（1+I）=1402.90N/㎜2F9=192.81KN

σ7=σ9×（1+I）=1405.54N/㎜2F8=193.18KN

σ6=σ8×（1+I）=1408.19N/㎜2F7=193.54KN

σ5=σ7×（1+I）=1410.84N/㎜2F6=193.91KN

σ4=σ6×（1+I）=1413.50N/㎜2F5=194.27KN

σ3=σ5×（1+I）=1416.16N/㎜2F4=194.64KN

σ2=σ4×（1+I）=1418.83N/㎜2F3=195.00KN

σ1=σ3×（1+I）=1421.50N/㎜2F2=195.37KN

σ0=σ2×（1+I）=1424.18N/㎜2F1=195.74KN

5、张拉质量控制

（1）线材下料：根据施工图提供的参数算出正反二次抛物线方程，根据方程算出内埋长度，按有关规定定出外露长度，内埋长度+外露长度=下料长度：

Y=aX2

S=∫0b（1+y2）1/2dx

=∫0b［1+（2ax）2］1/2dx

=2a∫0b［（1/2a）2+X2］1/2dx

令t=1/2a

则上式=1/t∫0b（t2+x2）1/2dx

按公式=1/t×｛b（b2+t2）1/2/2+t2ln［b+（b2+t2）1/2］/2-tlnt/2｝

Y=（211/34202）X2→S=3428.70㎜（1）

Y=（639/34202）X2→S=7632.72㎜（2）

Y=（601/34202）X2→S=7631.60㎜（3）

Y=（199/50252）X2→S=3033.80㎜（4）

（1）+（2）+（3）+（4）=21727㎜

L=21727+800×2

=23327㎜

（2）线材保管：无粘结预应力筋应堆放在通风干燥处，露天堆放应搁离地面，加以覆盖。

（3）线材检查：无粘结预应力筋使用前，应逐根检查外包层的完好程度，对有轻微破损的可用塑料带补好，对破损严重的予以报废，严禁钢绞线内埋部分有与混凝土直接粘结。

（4）锚具要求：无粘结预应力筋的锚具性能应符合Ⅰ类锚具规定。锚具效率系数Na≥0.95，总应变∑apu.tot≥2.0%。张拉端为单孔夹片式锚具，锚固端为挤压锚。

（5）线材铺设：铺设前先按抛物线方程在梁钢筋笼上号墨放线，无粘结筋曲率可按每隔1米定出线材具体高度，再用铁马凳固定其位置，用铁丝把钢绞线牢牢绑在铁马凳上。铺设时，应先铺标高较低的筋，再铺设标高较高的筋，避免多个方向的无粘结筋相互穿插编结，同时考虑张拉顺序。

（6）梁端加固：钢筋网片及锚板必须按设计定好位，焊接固定。为了加强框架柱端的抗外张力，框架柱外排主筋采用焊接Ø14@500水平筋加强其整体刚度。

（7）混凝土质量保证：

1、严格按实验室下达的混凝土配比书配置混凝土。

2、严格保证混凝土密度，坚决按《混凝土浇筑技术交底》进行施工。

3、试块严格现场取样，及时养护，及时送检。

4、连续保湿养护7天。

5、精确配模、放线，保证构件尺寸标高。

6、张拉前严禁拆除梁底支撑。

（8）拉施工：

1）、张拉控制应力及最大张拉力见计算书。

2）、单根张拉力见计算书。

3）、张拉计算伸长值ΔL=Fp×L/Ap×Es

已知：Ap=137.44㎜2Es=1.8×105L=23327㎜Fp=（2Fz-Fm）/2k=0.0015x=10.86μ=0.55θ=arctg（y1/y2）=0.0875

Fm=δ12/Apδ12=δcon×（kx+μθ）

则：L0=178.62㎜L1=178.24㎜

L2=177.96㎜L3=177.58㎜

L4=177.30㎜L5=176.92㎜

L6=176.64㎜L7=176.26㎜

L8=175.95㎜L9=175.60㎜

L10=175.32㎜L11=174.94㎜

4）、张拉时必须严格按计算书中所示张拉顺序及相应应力张拉，同时用钢尺准确测量钢绞线延伸长度，做好记录，如实际伸长值比计算深长值大10%或小于5%，应暂停张拉，在采取措施予以调整后，方可继续张拉。

5）、预应力筋的实际伸长值，宜在初应力为张拉控制应力10%左右时开始量测，但必须加上初应力以下的推算长度值，而且应扣除混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值。

6）、锚固阶段张拉端预应力筋的内缩量不宜大于5㎜。

7）、无粘结的锚固区，必须有严格的密封防护措施，严防水汽进入锈蚀预应力筋，对外露的预应力筋应分散弯折后，再浇筑在封头混凝土内，无粘结筋及端头锚固区的防护措施，尚应符合有关规定。

本工程采用以上方法进行无粘结预应力混凝土梁施工获得圆满成功，工艺成熟，便于操作，应力、应变数据准确可靠，能切实保证工程质量，该工程已完工十年，从质量回访跟踪来看，未发现任何质量问题。本工程通过张拉高强预应力筋的方法，对大跨度梁的受拉区混凝土施加压应力，有效提高了梁的抗裂性能和刚度，充分利用了高强材料，达到了减少构件截面尺寸，减轻结构自重的目的，取的了良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准，砼结构设计规范（GBJ-89），北京，1989

[2]建设部行业标准，无粘结预应力混凝土结构技术规程（JGJ/T92-93），中国计划出版社，1992

[3]中华人民共和国国家标准，《混凝土结构工程施工质量验收规范》，中国建筑工业出版社，（GB50524-2002）

[4]陶学康，无粘结预应力砼设计与施工，北京，地震工程出版社，1993.5

[5]曹光中，无粘结预应力混凝土结构施工技术，太原，《山西建筑》，2008.4

[6]荣中玲，后张法无粘结预应力混凝土的施工与质量控制，太原，《山西建筑》，2008.6

[7]王继中，无粘结预应力钢筋施工的质量控制，北京《中国高新技术企业》2012