形成原因
環(huán)形預應力應用在特種結構中較多，如儲液池、筒倉、核建筑中的安全殼體等，在市政橋梁中亦應用到曲線預應力的結構。在房屋建筑中，預應力混凝土框架結構形式大多為直線形，曲線應用少。在上海鐵路南站主站屋工程超長環(huán)形平臺框架梁預應力施工取得了圓滿的成功，為環(huán)形梁預應力和曲線形預應力的開發(fā)與應用提供成熟的施工工藝，并為2005年后此類施工提供借鑒。
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環(huán)形預應力梁施工工法
2022-02-25
3753
《環(huán)形預應力梁施工工法》主要的工法特點是采用分離式交叉搭接設置，分批交錯分階段張拉。
2008年01月31日，《環(huán)形預應力梁施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。
工法特點
《環(huán)形預應力梁施工工法》的工法特點是：
預應力筋布置采用分離式交叉搭接設置，分批交錯分階段張拉。通過測試摩阻力，調(diào)整K值（孔道摩阻系數(shù)）和μ值（孔道轉角系數(shù)），確定理論伸長值與張拉力。
操作原理
適用范圍
《環(huán)形預應力梁施工工法》適用于連續(xù)環(huán)形梁預應力和連續(xù)曲線梁預應力施工。
工藝原理
《環(huán)形預應力梁施工工法》的工藝原理敘述如下：
1.預應力筋采用分離式交叉搭接法。既便于預應力張拉，又便于施工時的拆模。預應力建立比較均勻；避免張拉端部過于集中，造成端部預壓應力過大，同時可以使原跨中的預應力損失得到補充。
2.環(huán)形框架梁同跨預應力筋均分批張拉。
3.張拉伸長值控制，采用的以張拉力為主，伸長值校驗的方法。調(diào)整采用預先張拉法。
施工工藝
工藝流程
《環(huán)形預應力梁施工工法》的施工工藝流程
操作要點
《環(huán)形預應力梁施工工法》的操作要點如下：
一、預應力筋安裝
1.波紋管安裝∶按照設計圖紙中預應力筋的曲線坐標，以梁底模板為基準，定出波紋管的位置，固定波紋管。
2.節(jié)點處理
接頭∶必須采用大一號同類型波紋管作接頭套管，接頭管長度不小于300毫米，波紋管接口面應平整，密封，不得漏漿。
排水孔和灌漿孔∶波紋管按設計規(guī)定預留排氣排水孔和灌漿孔，孔口的引出管與波紋管連接處應密實，避免漏漿。
梁端錨墊板；梁端錨墊板處模板采用定型模板，與錨墊板一起加工，安裝位置要求正確、平整，不得扭曲，波紋管穿過錨墊板處應弧順，不得出現(xiàn)拐點。
3.穿束∶可分別采用人工穿束、穿束機穿束和卷揚機穿束等三種方法進行穿束。
4.梁張拉端設置∶可分為以下幾種∶梁上面或梁底面；梁體側面；梁柱間加掖，板面設置張拉混凝土后澆孔。
二、預應力梁混凝土澆筑措施
1.混凝土澆筑前對預應力筋進行全面的檢查，進行隱蔽工程驗收。
2.所有新的振搗棒頭均應用砂輪機磨圓，澆筑混凝土時應絕對避免振動棒強力撞擊波紋管，以防止振動棒將波紋管鑿破后漏漿，破壞其預應力筋的狀態(tài)。
3.張拉端、固定端處鋼筋較為集中，混凝土澆搗必須注意振搗密實。
4.混凝土振搗過程中應有專人不停抽動預應力筋，防止漏漿和堵孔。
三、預應力筋張拉力測試與計算
在第一塊預應力張拉施工時，對曲線預應力梁的K、μ值進行現(xiàn)場測試并反演摩擦系數(shù)K和μ。根據(jù)測試值計算工程空間曲線預應力的摩阻系數(shù)、錨具的預應力損失以及張拉伸長值，為預應力的張拉提供張拉伸長的理論值。
摩擦損失測試采用傳感器法，如圖4所示。操作時須保證預應力束為一端張拉，在張拉前，要求預先在預應力束的兩端各安裝一臺傳感器。測試時，開動張拉端千斤頂進行張拉（張拉伸長值大于1個千斤頂?shù)男谐?，對梁的預應力筋張拉端安裝兩個千斤頂），待達到測試工況要求時停止進油并穩(wěn)定油壓，分別讀出此時兩端傳感器的壓力讀數(shù)，即可得到預應力孔道摩擦損失。每束預應力筋測試分七個工況，分別為0.1σcon、0.2σcon、0.5σcon、0.6σcon、0.8σcon、1.0σcon及持荷3分鐘，讀取每個工況傳感器的讀數(shù)和量測預應力筋張拉伸長值。
通過張拉測試和數(shù)據(jù)分析，分別采用最小二乘法和假定系數(shù)法反演摩擦系數(shù)，計算預應力筋張拉力。
四、施加預應力
1.準備工作∶在預應力筋張拉前進行設備標定，對構件端部預埋件、灌漿孔、混凝土等進行全面檢查，合格后發(fā)出張拉通知單。
2.施加預應力∶施加預應力以張拉力為控制量、張拉伸長值為校核量。按設計圖預應力孔道編號，按設計張拉順序分批張拉。張拉時應做到孔道、錨環(huán)與千斤頂三對中，張拉過程應均勻。張拉完畢后，應檢查端部和其他部位是否有裂縫。并填寫張拉記錄表。實際伸長量與理論伸長推算值之和。與理論伸長相比較誤差不超過+6%、-6%，否則應停機檢查原因，予以調(diào)整后方可張拉。
五、孔道灌漿
1、準備工作∶ 張拉后應及時檢查張拉記錄及錨固情況，經(jīng)認可后再準備灌漿。預應力張拉完成后48小時內(nèi)應進行灌漿。灌漿前全面檢查預應力構件進漿孔。排氣、排水孔是否暢通；檢查灌漿設備、管道及閥門的可性，壓漿泵壓力表。
2.灌漿采用純水泥漿。水泥應采用普通硅酸鹽水泥，強度等級不低于32.5，水泥不得含有結塊物。
3.壓漿∶應緩慢、均勻地進行。
4.壓漿時每一班做70.7毫米×70.7毫米×70.7毫米立方體試件一組，每組六塊，標準養(yǎng)護28天，其抗壓強度作為水泥漿強度質(zhì)量評定的依據(jù)。
5.灌漿時冬季溫度低于0℃或混凝土溫度低于5℃；夏季溫度高于35℃或混凝土溫度高于25℃，停止灌漿。
6.灌漿作業(yè)時，應如實填寫現(xiàn)場施工記錄，每個構件均應有灌漿施工記錄。
施工驗收
《環(huán)形預應力梁施工工法》的驗收質(zhì)量標準按《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50204—2002。
一、預應力混凝土結構驗收時，對預應力專項施工應提供下列文件和記錄∶
1.預應力鋼材合格證和檢驗報告。
2.預應力用錨具合格證、抽檢記錄或檢驗報告。
3.金屬波紋管合格證和抽檢記錄。
4.張拉千斤頂及油壓表的配套檢驗記錄。
5.金屬波紋管鋪設的隱蔽工程驗收記錄。
6.預應力筋張拉記錄。
7.孔道灌漿記錄及水泥漿試塊立方強度試驗記錄。
二、預應力施工驗收，除檢查文件、記錄外，還應進行外觀抽查。
三、當提供的文件、記錄及外觀抽查，均符合規(guī)范時即可進行驗收。
材料設備
一、施工材料
《環(huán)形預應力梁施工工法》所用的材料明細如下：
1.預應力鋼材
預應力鋼材應有產(chǎn)品合格證、出廠質(zhì)量證明書和進場試驗報告單。預應力鋼材進場時應按型號、種類分批檢驗。檢驗內(nèi)容包括查對標牌，外觀檢查，抽取試樣做力學性能試驗，檢驗合格后方可使用。
2.錨具
預應力錨具應有出廠合格證、出廠檢驗報告和試驗報告單。按批檢查錨環(huán)、夾片外形尺寸及表面質(zhì)量，對其中有硬度要求的錨環(huán)和夾片做硬度試驗及靜載錨固性能試驗。
3.制孔材料
檢查出廠合格證，外觀及尺寸檢查，灌水試驗等檢驗。
4.灌漿料檢驗
按《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB 175的規(guī)定。
二、機具設備
《環(huán)形預應力梁施工工法》所用的機具設備。
序號 | 主要設備名稱 | 型號 | 單位 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 穿心式千斤頂 | YCW-250 | 臺 | 2 | 備用1臺 |
2 | ╱ | YCW-150 | 臺 | 2 | 備用1臺 |
3 | 電動油泵 | ZB-500 | 臺 | 2 | ╱ |
4 | 砂輪切割機 | ф400 | 臺 | 2 | ╱ |
5 | 手提式砂輪切割機 | ф180 | 臺 | 1 | ╱ |
6 | 高壓油管 | 6米 | 根 | 4 | 備用2根 |
7 | 開關電箱（一機一閘） | 380伏 | 臺 | 4 | 備用2臺 |
8 | 開關電箱（一機一閘） | 220伏 | 臺 | 2 | 備用1臺 |
9 | 螺桿式灌漿機 | J2GG | 臺 | 1 | 備用1臺 |
10 | 手動葫蘆 | 1.0噸 | 臺 | 4 | 備用2臺 |
11 | 水泥灌漿料拌合機 | 0.3 | 臺 | 1 | ╱ |
12 | 壓力灌漿輸送管 | 2.0兆帕 | 米 | 120 | 備用20米 |
13 | 灌漿保壓閥門 | ╱ | 套 | 2 | ╱ |
14 | 常用工具箱 | ╱ | 套 | 2 | ╱ |
質(zhì)量控制
《環(huán)形預應力梁施工工法》的質(zhì)量控制要求如下：
一、預應力混凝土結構驗收時，對預應力專項施工應提供下列文件和記錄：
1.預應力鋼材合格證和檢驗報告。
2.預應力用錨具合格證、抽檢記錄或檢驗報告。
3.金屬波紋管合格證和抽檢記錄。
4.張拉千斤頂及油壓表的配套檢驗記錄。
5.金屬波紋管鋪設的隱蔽工程驗收記錄。
6.預應力筋張拉記錄。
7.孔道灌漿記錄及水泥漿試塊立方強度試驗記錄。
二、預應力施工質(zhì)量控制，除檢查文件、記錄外，還應進行外觀抽查和關鍵過程控制。
1.鋼絞線的外觀檢查應逐盤（卷）進行。鋼絞線的捻距應均勻，切斷后不松散，其表面不得帶有油污、銹斑或機械損傷。
2.預應力筋用錨具、夾具使用前應進行外觀檢查，其表面因應無污物、銹蝕、機械損傷和裂紋。
3.波紋管安裝后，應檢查曲線標高、平面位置、固定松緊、接頭密封和有無破損，及時糾正偏差，破損處應用波紋管管片覆蓋修補。端口處防止灰漿進入。
4.混凝土澆灌前新的振搗棒頭均應用砂輪機磨圓，澆灌混凝十時應絕對避免振動棒強力撞擊波紋管。以防止振動棒將波紋管鑿破后漏漿。破壞其預應力筋的狀態(tài)。張拉端、固定端處鋼筋較為集中，混凝土澆搗必須注意振搗密實。
5.預應力筋張拉時，混凝土強度應符合設計要求；當設計無具體要求時，不應低于設計的混凝土立方體抗壓強度標準值的75%。
6.孔道灌漿后在水泥初凝后，終凝前應從出漿孔、秘水孔等處用探棒檢查孔道密實情況。如有局部不密實之處，可采用人工或機械補漿填實。
三、質(zhì)量驗收按《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50204、《建筑工程質(zhì)量檢驗統(tǒng)一標準》GB 50300、《預應力混凝土用金屬螺旋管》JG/T 3014、《預應力混凝土用鋼絞線》GB/T 5224、《預應力筋用錨具，夾具和連接器應用技術規(guī)范》JGJ 85、《預應力筋用錨具，夾具和連接器》GB/T 14370、《預應力液壓千斤頂》JG/T 5028、《預應力用電油泵》GB/T 5224、《建筑工程預應力施工規(guī)程》CECS 180、《建筑施工安全檢查標準》JGJ 59等有關規(guī)定執(zhí)行。
安全措施
采用《環(huán)形預應力梁施工工法》施工時，除應執(zhí)行國家、地方的各項安全施工的規(guī)定外，尚應遵守注意下列事項：
1.現(xiàn)場放線切割預應力鋼絲、鋼絞線，應設置專用放線架，避免放線時鋼絲、鋼絞線跳彈傷人。
2.張拉時嚴禁踩踏預應力筋、千斤頂后面不得站人，在測量鋼筋伸長值或擰緊錨具螺帽時，應停止張拉，操作人員必須站在千斤頂側面操作。
3.如遇斷絲、滑絲或錨具碎裂、混凝土破碎、孔道中有異常聲響時應立即放松千斤頂，查明原因，采取措施后方可再張拉。
4.孔道灌漿時，操作人員應戴防護眼鏡，以防水泥漿噴傷眼睛。
5.高空、臨邊張拉作業(yè)應搭設腳手架或操作平臺，腳手架應牢固可靠、有裝卸操作千斤頂用面積，并有可靠的護欄。雨天張拉時，應架設防雨棚。
環(huán)保措施
《環(huán)形預應力梁施工工法》的環(huán)保措施如下：
1.張拉施工過程中，采取隔離措施，防止油泵油污污染。
2.灌漿施工時，對灌漿料進行廢料回收。
效益分析
《環(huán)形預應力梁施工工法》的效益分析如下：
1.圓環(huán)形框架結構不設變形縫，通過設置預應力，解決結構大跨度受力及控制結構變形裂縫產(chǎn)生，減少控制裂縫的其他費用。
2.在施工時根據(jù)預應力張拉分段設置施工縫，每一施工段都能滿足預應力分段張拉。預應力筋采用每二跨按50%的分離式交叉搭接設置，分階段張拉，第一批50%預應力筋張拉完成后即可拆除模板。
3.張拉順序為采用分批張拉和交錯張拉，分散預應力損失和張拉端錨固局部承壓的作用效應。
應用實例
《環(huán)形預應力梁施工工法》先后應用于上海鐵路南站主站屋工程、上海光源工程主體建筑和上海市南匯區(qū)機關辦公中心工程。
實例1
上海鐵路南站主站屋工程9.90米平臺為寬56.35米，外徑270米的圓環(huán)形框架結構。結構超長超寬，不留變形縫?？蚣芷脚_由五條環(huán)形預應力工字梁、徑向次梁及水平梁組成。五條超大直徑預應力環(huán)形工字梁采用有粘結預應力寬扁梁，梁截面為∶高1560～2100毫米，腹板寬700～1950毫米，翼板寬2500毫米。
結構預應力筋一般按兩垮長度設置，交錯搭接。在施工分塊中按柱網(wǎng)每塊至少有兩跨，保證有50%預應力筋能夠在本塊張拉。預應力筋張拉逐塊連續(xù)進行，分批張拉，分批拆模。通過該工法工藝，成功實現(xiàn)了主站屋超長圓環(huán)形梁預應力的施工，取得了良好的經(jīng)濟和質(zhì)量效果，該工程于2003年7月開工，2004年9月結構全面建成，結構施工質(zhì)量被評為上海優(yōu)質(zhì)結構
實例2
上海光源工程主體建筑為圓環(huán)形建筑，其外圍為圓環(huán)形框架結構，結構采用環(huán)形預應力梁施工工法，結構施工取得圓滿成功。工程2004年12月開工，2006年12月全面建成，結構施工質(zhì)量被評為上海優(yōu)質(zhì)結構。
實例3
上海市南匯區(qū)機關辦公中心工程中環(huán)形預應力結構主要分布于F區(qū)+8.500、＋17.200標高的會議中心環(huán)形圍護結構以及屋面的屋蓋支撐梁中。該工法在該工程中應用良好。
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