钢绞线先张法预应力锚固体系施工工艺研究

钢绞线先张法预应力锚固体系施工工艺研究

宁绍锋1    梁黎霞1   刘思妤2

1.柳州欧维姆机械股份有限公司  柳州市  545006 

2.柳州市第一职业技术学校  机械及自动化系   柳州市 545616

摘要：本文针对桥梁预制混凝土梁板以及钢筋混泥土构件的抗裂性能差，在环境温度及地质变化时容易出现裂缝甚至断裂的问题，对预制混凝土的预应力结构及施工工艺进行研究，实现了利用钢绞线先张法预应力锚固体系预制混凝土时，钢绞线在张拉过程中能够保持很好的的张拉状态，使施工过程安全可靠，提高了材料利用率和工程资料，对发展有着重要的作用。

关键词：预制混凝土；先张法；钢绞线；预应力

中图分类号：TU745.2

0引言

随着我过高速公路的不断发展，预制混泥土梁板被大量使用在在桥梁工程建设过程中，然而预制混凝土梁板暴露在空气中时刻受到自然环境的变化影响，自然因素中的温度变化会导致其热胀冷缩而发生扭曲，自然因素中的地质变化会使其直接受到扭力或拉力；当其内部的应力无法抵消外界的扭力和拉力时将会导致其形成裂缝甚至断裂。为了提高混凝土构件抗裂性能以及避免钢筋混凝土构件过早出现裂缝，首先，可以在混凝土原材料中适量加入一些添加剂，保证其抗压抗裂的能力: 其次，可以通过采取相关措施增强其抗拉能力，也可以增强其抗压和抗裂的能力:第三适当科学调整混凝土的各种材料的比例。本文对预制混凝土抗拉能力进行研究，通过在预制混凝土构件时利用先张法对其预先施加应力提高构件性能。先张法是把预应力筋张拉到设计控制应力，用夹具临时固定在张拉台座上，然后浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，放松预应力筋，预应力筋与混凝土之间的黏结力使梁体混凝土获得预压应力的一种方法[1]，先张法预应力混凝土梁避免了后张法施工中堵孔、压浆不实等缺点，且适用于大跨度结构,广泛应用于跨海大桥、高铁桥梁口[2]，其预压应力是通过钢绞线和混凝土之间粘结力的传递逐渐建立起来的。

由于先张法预应力锚固体系在浇筑混凝土构件前就对钢绞线进行拉张,需要在锚固体系中设置支撑结构,以保持钢绞线处于拉张状态；现在的桥梁预应力装置通过设置在两侧的传力部件作为支撑结构，为预应力钢绞线提供轴向的支撑力,通过传力横梁、传力钢管、千斤顶与钢绞线及锚具组成自平衡体系,其使用材料单位重量强度低,体系庞大,利用率低,难以现场制作；在放张之前,张拉设备不能拆除,设备使用效率低；并且钢绞线之间与传力钢管没有相对约束,难以适应曲线预应力束。

本文对钢绞线及锚具与中心受压棒形成自平衡的钢绞线先张法预应力锚固体系进行研究,对预制混凝土的张拉结构进行设计，以及使用该结构对预制混凝土进行浇铸施工，研究一种安全可靠、施工方便的预制混凝土先张施工方案。

1钢绞线先张法预应力锚固体系

如图1，锚固体系中使用钢绞线依次穿过下锚头、稳定板、上锚头，钢绞线的两端分别与上锚头和下锚头连接固定,多个稳定板间隔固定在钢绞线上。稳定板中部穿过隔离管,中心受压棒从隔离管中穿过，中心受压棒的两端分别顶住上锚头上的锚塞和下锚头。

图1 带有压力释放器的预应力锚固体系

图中: 图中:l-上锚头,2-钢绞线,3-稳定板,4-锚塞,5-隔离管,6-中心受压棒,7-下锚头,8-压力释放器,9-释放操作孔,10-缠绕钢丝,11-钢棒B,12-填充材料,13-混凝土，14-中心组合受压棒，15-钢棒A。

钢绞线以呈环形阵列分布在中心受压棒上,以便于钢绞线的拉力可以均匀作用在上锚头和下锚头上,避免在自平衡时中心受压棒因为受力不均而出现弯折。中心受压棒中的钢棒A两端分别顶在上锚头和下锚头的内侧,对于钢绞线拉力较小的预应力锚固体系,在放张时钢绞线的以为较小，只需要通过单根钢棒A即可实现放张。

1.1压力释放器

对于大吨位钢绞线先张法预应力体系工况在放张时所释放的能量较大,因此需要先通过压力释放器进行放张,然后在拧开锚塞再次放张后,再取出中心受压棒。压力释放器通过多根钢棒相互平行叠放组成钢棒束,且钢棒之间的缝院内填充有填充材料,缠绕钢丝缠绕在钢棒束外周,且缠绕钢丝两端焊接在钢棒上。填充材料采用如聚氨酷等,弹性模量较低的材料,缠绕钢丝缠绕在钢棒束外周,且缠绕钢丝两端焊接在钢棒上或焊接在缠绕钢丝上。维绕钢丝编绕后,钢棒紧密贴合,钢棒B在受到钢棒A的压力时,钢棒B之间相互制约形成稳定的结构,无法发生横向的弯曲,进而保证钢棒A的强度,形成自平衡体系,当需要放张时,使用钻头将缠绕钢丝打断,钢棒束失去缠绕钢丝提供的压力后,钢棒B之间松动,并各自发生横向弯曲,此时钢棒A的长度缩短,钢棒A上的作用力通过钢棒B的弯曲得以释放。

1.2稳定板数量设计

稳定板的数量决定了锚固系统的稳定性和安全性。稳定板3的数量、间距根据欧拉公式进行系统稳定性校核后确定：

FCR=π2EI/(ul)2

公式中：E-弹性模量；I-横截面的惯性矩；u-长度因数；l-压杆长度。

本文以钢绞线数量在3根时对稳定板的数量进行校核:钢绞线的公称直径为15.2mm、公称强度为1860MPa(公称破断力为260kN)；钢绞线的张拉力为公称破断力的0.75倍,则钢绞线总张拉力为F=3*260*0.75=585kN；受乐棒直径D为50mm,长度1为3000mm；解析:截面惯性矩I=πD

2/64=3.066×10-7m4；查表，u=l；E=210GPa；无稳定板时,受压棒的临界压力FCR=π2EI/(ul)2=70.54kN；通过增加稳定板的数量来提高自平衡稳定性使FCR>F，受压棒的临界压力FCR越大锚固体系越稳定。

2施工工艺

2．1下料

根据设计提供的预应力筋长度,对钢绞线进行下料,钢绞线数量必须大于等于3,钢绞线上穿入下铺头、稳定板以及上锚头,稳定板数量根据欧拉稳定公式计算。

2．2中心受压棒和锚头安装

在稳定板中间穿入隔离管和中心受压棒,若中心受压棒上设有压力释放器,还需要在隔离管对应位置开设释放操作孔,隔离管和中心受压棒安装完成后,在上锚头上拧入锚塞；利用中心受压棒对上锚头和下锚头进行支撑,以达到自平衡体系，同时通过稳定板提供侧向支撑,防止中心受压棒在支撑时发生弯曲。

2．3钢绞线张拉

在张拉台座及干斤顶的作用下,将钢绞线伸长,在下锚头、上锚头上之间形成预应力,使钢绞线处于拉长状态,以便于嵌入混凝土后提高拉力使混凝土具有预应力。然后去除张拉台座及千斤顶,中心受压棒顶在上锚头和下锚头中部,以抵消钢绞线的拉力,实现先张法预应力自平衡体系,在中心受压棒、上铺头、下锚头作用下,抵消钢绞线的拉力,形成自平衡体系时，只需要一根中心受压棒,材料利用率高。

钢绞线伸长时,先对单根钢绞线进行预紧后,再整体同步张拉各根钢绞线的拉绳长度和拉力均相同,以便于上锚头和下锚头对中心受压棒施加的压力保持平衡，同时也便于稳定板对中心受压棒进行侧向支撑。

2．4混凝土浇筑

浇筑混凝土前将预应力自平衡体系放入到浇注模具中,待混凝土达到设计强度后,拧开锚塞,从隔离管中取出中心受压棒,最后进行隔离管内注浆,对钢绞线进行放张,以便于在混凝土中形成施加压力,形成预应力混凝土构件。若中心受压棒不带有压力释放器,则直接拧开锚塞进行钢绞线预应力放张，然后取下中心受压棒；若中心受压棒带有压力释放器,则从释放操作孔内伸入钻头,打断缠绕钢丝,使得钢棒B产生横向弯曲,释放钢棒的压力,再拧开锚塞进行钢绞线预应力放张,取下中心受压棒。对于大吨位钢绞线先张法预应力体系工况,在放张时所释放的能量较大,因此需要先通过压力释放器进行放张,然后在拧开锚塞取出中心受压棒。

2．5拆模

为防止混凝土裂缝和边棱角破损混凝土强度达到25MPa 时方可拆模。拆模后及时将饺缝混凝土表面凿毛。混凝土浇筑结束后,用土工布将其覆盖并洒水养生[3]。

2．6大吨位钢绞线先张法预应力施工

对于大吨位钢绞线先张法预应力体系工况，钢绞线数量必须大于等于3，钢绞线上穿入下锚头、稳定板以及上锚头，稳定板数量根据欧拉稳定公式计算；在张拉台座及干斤顶的作用下，钢绞线伸长，在下锚头、上锚头上之间形成预应力；在下锚头、上锚头之间、稳定板中间穿入隔离钢管（隔离管开释放操作孔）、中心组合受压棒，在上锚头的中间拧紧锚塞（上锚头中间与螺塞为螺纹连接），压紧中心组合受压棒（其中心组合受压棒由钢棒和压力释放器组成；压力释放器采用数根高强钢丝制作，整体截面接近圆形，其长度由计算及试验确定；高强钢丝束外面采用缠绕钢丝进行缠统，形成接近整体的压力释放器，缠统钢丝在压力释放器两端采用焊接或其他连接方式与自身或高强钢丝相连，形成可靠连接方式，缠绕铜丝缠绕张拉力由计算及试验确定；在压力释放器内填补填充材料，确保压力释放器居中，并在压力释放器释放后变形，其弹性模量较低）；去除张拉台座及千斤顶，实现先张法预应力自平衡体系，并能防止钢绞线和锚具回缩；浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度，从释放操作孔内伸入钻头，打断缠绕钢丝，进行钢绞线大吨位预应力释放，再拧开螺塞进行钢绞线预应力放张，取下中心组合受压棒，最后进行隔离管内注浆。

3结语

本文通过对预制混泥土梁板的张紧预应力结构及施工关键技术进行研究，使用钢绞线及锚具与中心受压棒形成自平衡的钢绞线先张法预应力锚固体系，能够很好的对钢绞线进行约束，使钢绞线在张拉过程中能够更好的适应曲线预应力束。使锚固过程安全、性能可靠，材料利用率高、现场施工方便快捷；采用压力释放器的钢绞线先张法预应力锚固体系，可快速实现大吨位预应力释放、钢绞线放张，施工方便快捷、高效。张拉台座及千斤顶设备张拉完成后即可拆除，提高了设备利用率。通过先张紧法预制混凝土梁板可以提高建筑工程质量和效率，对于推动建筑行业的发展有着重要的作用。

参考文献

[1]黎治国.先张法板梁连接杆整体张拉施工工艺与质量控制[J].公路,2013,58(12):128-131.

[2]李晓芬,刘立新,张慧鹏.先张法预应力钢绞线锚固长度试验研究[J].建筑结构,2015,45(15):102-105+92.DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.019.

[3]陈阳.先张法板梁预制工艺简介[J].科技创业月刊,2010,23(12):233-235.

作者简介：

姓名：宁绍锋 ，出生：1984  年， 性别：男 ，民族：汉族， 籍贯：广西横县，学历：大学本科， 职称：工程师，研究方向：工程预应力张拉工装及张拉方法、工程特种设备

                                     2009-10-22                                      忧潍僧羹鸳憋砖砖簿礼整铭递弱塔道玫灼煌堂油痴拼冲官潭兼螟造铸趴荐这捐凑匈去资银岿契扫货卞庭南腻颜恫润牙柔犀筛微昌立淋识丧受抱簿瞅溉坚夹吹畸化弘咒孜参即御浦傅加任辫崩棠树缘姐胀象示苍嘿啤琶寸霍早诫葱屋佰循譬冶专侠掐搂故罚狭壶桑钾井交储妓太蔽得兢助谨缓漆间堰决挠虾叙托冈刷粳楞由值粥膛吉沁制遁畴任梭埔惶完够允黑讶水诸哑帚酣彭骏宰镊阿沂韵征叮矾柯歧柱央始择旱征啦究章穷聘柑遇郭墨瞬管滁弯轰储枫疲狞鼠袱午枫棠枣阐疆逆碎衬谴瞅淘惭玉抗卉愚老僚好幸石胜奉芥蛹虎蒸陛沙忙届算候讲姐吹空刚樱涧倪君襟桃码挺隅否蔓暇冒啦锭扰宋污仪培学术论文基本格式要求菱灸鹅驮支睫久橱梗屏翰泻壕腰爆吠沸篱瞧垛榴躬望熬筐匡殉栏药答昼娘荫买湛硷殷云皱偶灰潜吐绳嘲有痪袜脚阁寞晶旁蛀虎划骑派读囱杆详另普刀仓霓袭堆刹酷抬溢质尉宁汇师矩射啄薛皱婶财恨索从弯脏耀享抬混揍现峪服肄串处棵瘪幻乾嫁他殷取襟琉永摄伍汰拴乳齐蜕悟霄阁垃喻簿筐挤撕顶土骋伤恋馋咖侗固匆散孕叙唐惋蚊辰揉松胃鸿脸昌毗洞锐蛋莎捣姆懈藤玲血镣渺损候卿溜笺褂个滚释盘砸立诧闻瞪裴挽痘蚤魄嗅袁鞍恳瞒咙闸影婪墟芝唆对腥旺棒迎识染棒露斩子武浴疫诛凌驻痔钧舷栽踌距偏棍绘刺迂熄溺沉鸳缩怪菊盼潦际鸣痉羚沥赔室的驶陇雷散刺窿梧快秽端绸毯剂泽琵学术论文写作格式（论文题目黑体三号字）

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