基于预应力钢筋混凝土结构施工技术研究

基于预应力钢筋混凝土结构施工技术研究

毛顿

毛顿

江苏文旅建设工程有限公司江苏徐州221000

摘要：目前，随着社会经济的快速发展，现代建筑文明的不断进步，对基础设施的质量的要求越来越高，预应力钢筋混凝土结构以其优于钢筋混凝土结构的强度高、截面相对较小、抗震能力强等独特的结构优势，被人们广泛地应用到桥梁、公路、大跨度结构建筑等各个方面，本文从预应力钢筋混凝土结构特点、施工技术、材料要求、质量控制等方面进行相关技术分析研究，以期为广大工程技术人员参考。

关键词：预应力；钢筋混凝土结构；施工技术

1前言

以往在工程施工过程中，普通的混凝土抗裂性能弱，对结构物不能起到很好的保护作用，而预应力钢筋混凝土结构以其优于钢筋混凝土结构的强度高、截面相对较小、抗震能力强的设计结构特点恰好弥补了这一缺陷，目前已经被广泛应用到桥梁、公路、大跨度结构建筑领域当中去，为工程领域的发展打开了一个新的局面。

2预应力钢筋混凝土结构概述

预应力混凝土结构是指在工程结构中，为了提高构件的抗裂性能，在钢筋与混凝土结合之前，预先张拉钢筋，使得结构构件在施加外荷载之前，钢筋受到一个预加的拉应力，而混凝土受到一个预加的压应力，预加的压应力可以抵消外荷载所引起的大部分拉应力，使混凝土结构不开裂，提高结构的耐久度和刚度，这种混凝土称为预应力混凝土。预应力钢筋混凝土结构能够对传统的混凝土结构进行改进，可以提高混凝土的强度、抗震性能，使混凝土的使用寿命延长，还可以在一定程度上节省钢材，降低建设成本，在桥梁建造、大跨度结构等方面应用广泛，是未来最有“前途”的现代建设结构之一。

预应力钢筋混凝土原理：在结构构件受拉区预先施加压力对构件产生预压应力，从而使结构构件在使用阶段产生的拉应力首先抵消预压应力，从而推迟了裂缝的出现和限制裂缝的开展，提高了结构构件的抗裂度和刚度。

3预应力钢筋混凝土结构特点

3.1跨度大。预应力混凝土梁板的经济跨度比钢筋混凝土的要大50％～100％，跨度增大，所需要的柱子及梁的截面面积相应的减少，减轻楼层自重，增加空间面积。

3.2板厚较薄。现浇后无粘结预应力平板的厚度可以做到普通钢筋混凝土板的2/3或更薄，因此有利于降低高层建筑的层高与总高度。当高层建筑物总高度有限制时，采用无粘结预应力平板结构比普通平板结构每十层大约可增建一层。

3.3结构自重轻。梁截面变小，楼面结构厚度小，自重轻，有利于减轻下部支撑结构(柱、墙、基础)荷载和较少的造价。

除以上优点外还有布置灵活、使用性能好、抗腐蚀性强、伸缩缝间距大、管线设置方便、防火性能可靠、抗震性能好、施工速度快等特点。

4预应力钢筋混凝土结构施工技术

目前对预应力钢筋混凝土结构的施工技术主要分为三种，一种是先张法，另一种是后张法，再就是将二者结合起来的共张法。

4.1先张法。先张法就是指在浇筑混凝土前将预应力钢筋进行张拉，然后在临时固定在张拉台座或钢模上，最后在浇筑构件混凝土，待到混凝土的强度达到一定程度(一般不低于设计强度标准值的75％)，，保证预应力筋与混凝土有足够的粘结力时，，放松预应力筋，借助于混凝土与预应力筋的粘结，使混凝土产生预压应力。先张法生产预应力混凝土构件，可采用台座法或机组流水法。但由于台座或钢模承受预应力筋的张拉能力受到限制并考虑到构件的运输条件，因此先张法施工适于在构件厂生产中小型预应力混凝土构件。先张法一般采用高强度的钢丝或者是钢绞线作为预应力筋束，而且一般用的是直线配筋，使荷载弯矩的变化不受截面预加力的影响，故而这种方法仅仅适用于中小跨径受弯构件。先张法的施工程序一般比较简单，而且锚具的重复使用率高。在进行大量生产的时候，采用先张法的构件经济实惠，而且质量稳定性也很好。

4.2后张法。后张法是一种与先张法相反的施工技术，是在施工时先对混凝土构件进行浇筑时，在放置预应力筋的位置处预留孔道，待混凝土强度达到设计规定的数值后，将预应力筋穿入孔道中并进行张拉，然后用锚具将预应力筋锚固在构件上，最后进行孔道灌浆。预应力筋承受的张拉力通过锚具传递给混凝土构件，使混凝土产生预压应力，因此，后张法对锚具的质量要求就很高。与先张法不同的是，后张法的预应力筋一般采用的是曲线配筋，可以根据不同截面上的预加力作用点随时调整荷载弯矩，这种方法对大跨径受弯构件特别受用。后张法施工由于直接在混凝土构件上进行张拉，故不需要固定的台座设备、不受地点限制，适于在施工现场生产大型预应力混凝土构件，特别是大跨度构件如屋架、楼板、箱型桥梁等。后张法施工还可作为一种预制构件的拼装手段，大型构件如拼装式屋架可以预制成小型块体，运至施工现场后，通过预加应力的手段拼装整体预应力结构。但后张法施工工序较多，工艺复杂，锚具作为预应力筋的组成部分，将永远留置在构件上不再重复使用。

4.3共张法。共张法是指将先张法、后张法同时应用于一个构件之上的方法。共张法的优点就是既可以减少先张法下张拉应力过大，找不到相应的台座缺陷又可以克服后张法的施工条件下由于对锚具的质量要求高、工艺复杂导致周期较长、费用较高的不足。共张法将二者的优点结合起来，减少了由于使用单个方法而造成的不足，在工艺参数的选择上更具有灵活性。

5预应力钢筋混凝土结构材料要求

5.1预应力混凝土结构构件所用的混凝土，需满足下列要求：

（1）强度高。与钢筋混凝土不同，预应力混凝土必须采用高强度混凝土。强度高的混凝土对采用先张法的构件可提高钢筋与混凝土之间的粘结力，对采用后张法的构件，可提高锚固端的局部承压承载力。

（2）收缩、徐变小。以减少因收缩、徐变引起的预应力损失。

（3）快硬、早强。可尽早施加预应力，加快台座、锚具、夹具的周转率，以利加快施工进度。

（4）《混凝土结构设计规范》规定，预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。

（下转第77页）

5.2预应力混凝土结构或构件中的预应力筋，主要采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。

（1）预应力钢丝。常用的预应力钢丝为消除应力光面钢丝和螺旋肋钢丝，公称直径有5mm、7mm和9mm等规格。

消除应力钢丝包括低松弛钢丝和普通松弛钢丝；按照其强度级别可分类为：中强度预应力钢丝其极限强度标准值为800～1270N/mm2；高强度预应力钢丝为1470～1860N/mm2等。成品钢丝不得存在电焊接头。

（2）钢绞线。钢绞线是由冷拉光圆钢丝，按一定数量(有2根、3根、7根等)捻制而成钢绞线，再经过消除应力的稳定化处理(为减少应用时的应力松弛，钢绞线在一定的张力下，进行的短时热处理)，以盘卷状供应。

（3）预应力螺纹钢筋。预应力混凝土用螺纹钢筋(也称精轧螺纹钢筋)，是采用热轧、轧后余热处理或或热处理等工艺制作成带有不连续无纵肋的外螺纹的直条钢筋。

6预应力钢筋混凝土结构施工张拉设备的要求

6.1先张法预应力钢筋混凝土张拉设备

（1）张拉设施：台座是先张法施工的主要设备之一，它承受预应力筋的全部张拉力。因此，台座应有足够的强度、刚度和稳定性。台座按构造型式分墩式和槽式两类；选用时根据构件种类、张拉力大小和施工条件而定。墩式台座（高于地面）由台墩、台面和横梁等组成；槽式台座（低于地面）由钢筋混凝土端柱、传力柱、柱垫、横梁和台面等组成。夹具是先张法施工时为保持预应力筋的张拉力并将其固定在台座(或钢模)上用的临时性工具。夹具有单根镦头夹具、圆套筒三片式夹具、方套筒二片式夹具、锥销夹具等。

（2）张拉机械：先张法施工中，常用的张拉机械有电动螺杆张拉机、穿心式千斤顶和电动卷扬张拉机。电动螺杆张拉机既可以张拉预应力钢筋也可以张拉预应力钢丝。它是由张拉螺杆、电动机、变速箱、测力装置、拉力架、承力架和张拉夹具等组成。穿心式千斤顶适用于张拉直径为12～20mm的单根预应力钢筋。它是由夹具、油缸和弹性顶压头组成。

6.2后张法预应力钢筋混凝土张拉设备

（1）张拉设施：锚具是后张法结构或构件中为保持预应力筋拉力，并将其传递到混凝土上用的永久性锚固装置。锚具的种类很多，有螺丝端杆锚具、帮条锚具、锥形螺杆锚具、镦头锚具、钢质锥形锚具、KT—Z型锚具、JM型锚具、单孔夹片锚具、XM型锚具、QM型锚具、QVM型锚具、BS型锚具、精轧螺纹钢筋锚具等。

（2）张拉机械：后张法施工中，常用的张拉机械有拉杆式千斤顶、穿心式千斤顶和锥锚式千斤顶。机械设备所用的千斤顶要定期校核检修。拉杆式千斤顶适用于张拉以螺丝端杆锚具为张拉端锚具的单根钢筋、张拉以锥形螺杆锚具为张拉端锚具的钢丝束、张拉以镦头锚具为张拉端锚具的钢丝束。拉杆式千斤顶构造简单、操作方便，应用范围较广。穿心式千斤顶适用于张拉各种形式的预应力钢绞线，是目前我国预应力混凝土施工中应用最广泛的一种张拉机械。锥锚式双作用千斤顶适用于张拉以KT—Z型锚具为张拉端锚具的钢筋束或钢绞线束，张拉以钢质锥形锚具为张拉端锚具的钢丝束。

7预应力钢筋混凝土结构施工的质量控制

7.1先张法预应力施工的质量控制

为了确保进行张拉作业的质量，施工前要确保张拉设备时的台座具备足够的刚度和强度要求，特别是要能够满足对抗倾覆安全和抗滑移安全系数的要求，抗倾覆系数不低于1.5，抗滑移系数不低于1.3；进行横梁张拉时要注意满足横梁的刚度要求，要确保横梁受力后的最大挠度能够控制在2mm以内；锚固作业时，应注意锚板受力中心能够与预应力筋受力中心合力的一致性；张拉作业中，应保持活动横梁和固定横梁的平行状态下进行，进行放张预应力筋时，要确保混凝土强度符合设计要求，进行预应力构件施工中，如要求未进行规定，混凝土的强度要求应不低于设计值的75%。进行放张顺序要符合规定的要求，并在进行放张作业前，对限制位移的模板进行拆除。

7.2后张法预应力施工的质量控制

当预应力管道安装就位后，应及时对通孔进行全面检查，要避免孔道堵塞，如发现堵塞应及时疏通和后，立即将其端面进行封堵；在进行管道安装和焊接作业时，要对管道采取相应的保护措施，预应力筋进行穿束后进行混凝土浇筑，进行混凝土浇筑时要定时抽动和转动预应力筋；进行先浇混凝土后在预应力筋穿束后进行浇筑时，要确保管道疏通通畅，要确保在进行电焊作业时，对作业区域附近内的预应力钢筋采取必要的保护措施。要确保预应力筋张拉端的设置能够满足设计要求。对于曲线预应力筋如长度超过25m的直线预应力筋时，张拉时可两端同时进行张挠而小于25m时，应在一端进行张拖同一截面中，有多束一端进行张拉的预应力筋时，张拉端宜均匀交错地设置在结构的两端。并且张拉时，应根据孔道摩阻损失进行实际检测，以便确定张拉控制的应力值；预应力筋张拉时的顺序应符合设计要求。

8结束语

预应力钢筋混凝土由于采用了高强度材料和预应力工艺，使结构的受力性得到明显加强，且节省了材料，减小了构件截面尺寸，减轻了构件自重，因而特别适合于桥梁、公路、大跨度结构建筑。然而由于预应力钢筋混凝土施工工艺较为复杂，对施工质量要求较高，若施工方法不当或施工质量存在问题，就会影响结构的安全和稳定性能，因此，在工程施工中，只有严格认真把关，才能确保工程项目的质量，从而促进我国建筑工程项目的顺利进行。

参考文献：

【1】张同波,周伟桥,李衍雷.大体积预应力混凝土结构施工技术的研究与应用［J］.施工技术,2007,(02).

【2】李国平.预应力混凝土结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2000.

【3】杨一兴.后张法无粘结预应力混凝土结构施工技术的研究［J］.天津职业院校联合学报,2009,(05).

作者简介：毛顿（1982.06-），男，汉族，江苏省涟水县人，工程师，一级建造师，主要从事工程建设管理。