摘要：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能改善性能、擴(kuò)大功能，還能夠節(jié)約鋼材、木材、水泥，延長壽命，并具有耐火、耐高壓、耐腐蝕、抗疲勞與抗震等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)代工程建設(shè)中一種重要的結(jié)構(gòu)材料，也是土建工程的一種高新結(jié)構(gòu)技術(shù)。本文對預(yù)應(yīng)力施工工藝的優(yōu)化進(jìn)行了探討。
　　關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土；張拉機(jī)；施工
　　前言
　　在預(yù)應(yīng)力施工過程中，材料及各工序必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程操作，以保證完工后板梁的尺寸、變形、性能等達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確保施工質(zhì)量。下面對板梁施工工藝流程中的若干影響預(yù)應(yīng)力質(zhì)量的工序進(jìn)行分析。
　　1現(xiàn)行預(yù)應(yīng)力施工機(jī)具
　　空心板梁采用后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工方法，在經(jīng)過鋼筋制作及鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)、預(yù)應(yīng)力筋制作穿束及波紋管鋪設(shè)、安裝模板、澆筑混凝土等工序，鹼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，即可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉，并按要求采用兩端分級張拉。預(yù)應(yīng)力施工機(jī)具有預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備、穿束設(shè)備、灌漿機(jī)械及其他輔助設(shè)備等。
　　張拉設(shè)備是制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時(shí)，對預(yù)應(yīng)力筋施加張拉力的專用設(shè)備。目前使用的有各類液壓拉伸機(jī)(由高壓電動(dòng)油泵、液壓千斤頂、連接油管三部分組成)、電動(dòng)或手動(dòng)機(jī)械張拉機(jī)和電熱式預(yù)應(yīng)力張拉機(jī)等，其中最普遍使用的是液壓拉伸機(jī)。但是隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展，液壓拉伸機(jī)的發(fā)展顯得滯后很多。
　　2現(xiàn)行預(yù)應(yīng)力施工工藝的分析
　　預(yù)應(yīng)力筋張拉施工是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵工序，張拉施工的質(zhì)量直接關(guān)系到構(gòu)件的質(zhì)量和安全。張拉施工前應(yīng)精心組織、策劃，做好各項(xiàng)施工準(zhǔn)備工作，以保證張拉施工順利進(jìn)行。
　　這種張拉方法及雙控法是現(xiàn)在普遍采用的方法，但它存在不少缺點(diǎn)，首先，設(shè)計(jì)要求的張拉順序，即各預(yù)應(yīng)力筋施加應(yīng)力的先后已考慮到了在預(yù)應(yīng)力施加過程中對梁體的變形影響及其對各束鎖定后錨下應(yīng)力的影響，但對應(yīng)力施加過程中梁體變形的發(fā)展及最終梁體線型、變形量及其對錨下有效預(yù)應(yīng)力大小的影響無法確定;其次，雙控法通過油泵油壓表讀數(shù)及鋼絞線伸長值來控制張拉力，但由于油泵油壓表自身穩(wěn)定性和精度、油泵到油管再到千斤頂?shù)哪ψ韬蜕倭啃孤┘皦毫ρ爻虛p失、壓力油表和預(yù)應(yīng)力筋伸長量的測量讀數(shù)誤差、預(yù)應(yīng)力筋初張拉伸長量測量的影響、各處摩擦力的不確定性，以及預(yù)應(yīng)力筋松弛、混凝土收縮徐變、錨具變形、各受壓部件及構(gòu)件彈性壓縮等對油壓和伸長值關(guān)系的影響等原因，實(shí)際上油泵油壓與預(yù)應(yīng)力筋伸長值之間的關(guān)系不簡單地就是線性彈性變形關(guān)系。因此，雙控法無法有效控制張拉應(yīng)力及放張后錨下有效預(yù)應(yīng)力，只能作為一個(gè)粗略的校驗(yàn)方法，不能單純將它就作為預(yù)應(yīng)力施工中確保張拉控制應(yīng)力的方法:最后，雙控法受張拉機(jī)具的精度、人為因素影響較大，如張拉機(jī)具的標(biāo)定精度、油壓表的精度和穩(wěn)定性、油泵的性能和閥體的控制精度等都影響張拉控制應(yīng)力的精度，另外人為控制張拉及測量也影響到張拉質(zhì)量。
　　3預(yù)應(yīng)力施工工藝優(yōu)化
　　3.1新型張拉機(jī)具簡介
　　該儀器在現(xiàn)有傳統(tǒng)張拉機(jī)具的基礎(chǔ)上，根據(jù)虛擬儀器原理(將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測量技術(shù)結(jié)合，充分利用計(jì)算機(jī)的資源實(shí)現(xiàn)普通測量儀器不能實(shí)現(xiàn)的容量大、復(fù)雜處理分析、數(shù)據(jù)管理、通訊及顯示直觀、易于升級的能力)，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，對油泵進(jìn)行了自動(dòng)化設(shè)計(jì)，對千斤頂進(jìn)行了適用性改進(jìn)，并進(jìn)行了自動(dòng)控制系統(tǒng)軟硬件開發(fā)和系統(tǒng)集成及優(yōu)化。它由液壓泵站系統(tǒng)、千斤頂系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，該儀器的系統(tǒng)組成如圖1所示。

　　預(yù)應(yīng)力張拉錨固自動(dòng)控制綜合測試儀是一利，新型張拉及檢測儀器，能精確控制張拉力，精度達(dá)到1%,(控制精度和重復(fù)精度)。由于它是單根張拉，故適應(yīng)性極廣，可對各種不同根數(shù)的錨束進(jìn)行張拉，以單頂代替多頂或大頂，大大減輕了施工張拉設(shè)各的規(guī)格品種。另外作為有效預(yù)應(yīng)力檢測設(shè)備，能準(zhǔn)確測出單根和整束絞線的錨下有效預(yù)應(yīng)力，精度達(dá)到1%。
　　3.2研究中擬采取的幾種預(yù)應(yīng)力張拉工藝初步分析
　　施加預(yù)應(yīng)力的方式很多，主要涉及預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序和張拉程序。對于預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序(即各預(yù)應(yīng)力筋施加預(yù)應(yīng)力的先后)，應(yīng)使構(gòu)件及結(jié)構(gòu)受力均勻、同步，不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、側(cè)彎，不應(yīng)使混凝土產(chǎn)生超應(yīng)力，不應(yīng)使其他構(gòu)件產(chǎn)生過大的附加內(nèi)力及變形等。因此，無論對結(jié)構(gòu)整體，還是對單個(gè)構(gòu)件而言，都應(yīng)遵循同步、對稱張拉的原則。此外，安排張拉順序還應(yīng)考慮到盡量減少張拉設(shè)備的移動(dòng)次數(shù);對于張拉程序(即所施加的預(yù)應(yīng)力是采用一步還是分級、分批、分期、分段張拉到設(shè)計(jì)張拉控制應(yīng)力)，應(yīng)保證混凝土獲得必要的預(yù)壓應(yīng)力，使預(yù)應(yīng)力損失值不超過允許值，便于控制最終張拉控制應(yīng)力及使各索受力盡量均勻，使混凝土構(gòu)件的應(yīng)力及變形符合設(shè)計(jì)要求，各預(yù)應(yīng)力筋(束)工作在規(guī)定應(yīng)力范圍內(nèi)，以發(fā)揮材料的最大強(qiáng)度。
　　在空心板梁的預(yù)應(yīng)力施工工藝對變形影響的分析研究中，我們通過理論分析、有限元計(jì)算及模擬，擬對以下幾種預(yù)應(yīng)力張拉工藝:多點(diǎn)同步分級張拉工藝、兩端張拉工藝、一端張拉工藝等三種張拉工藝進(jìn)行分析。由于上述三種張拉工藝基本上涵蓋了現(xiàn)有張拉工藝的基本張拉順序和張拉程序，并在理論和計(jì)算基礎(chǔ)上提出了理論上優(yōu)化的張拉工藝—多點(diǎn)同步分級張拉工藝，通過對這三種張拉工藝的分析，可深入了解張拉工藝對空心板梁預(yù)應(yīng)力施工的有效預(yù)應(yīng)力、各索受力均勻性及梁體變形和性能的影響，進(jìn)而提出最佳張拉工藝，優(yōu)化預(yù)應(yīng)力施工工藝。
　�、俣帱c(diǎn)同步分級張拉工藝
　　多點(diǎn)同步分級張拉工藝是在空心板梁的預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，在每批將每束錨中的一根鋼絞線，同時(shí)分級張拉到張拉控制應(yīng)力。在分批張拉時(shí)，每批所選擇的每束錨中的鋼絞線位置應(yīng)以梁的端面垂直中線左右對稱。這樣使得空心板梁在施加預(yù)應(yīng)力的過程中受力均勻、對稱且同步，不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、側(cè)彎，不會(huì)在錨下等部位產(chǎn)生超應(yīng)力及過大的附加內(nèi)力和變形;在施加預(yù)應(yīng)力后，各索受力均勻性高，不會(huì)發(fā)生像傳統(tǒng)逐根張拉時(shí)，先張拉的預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力受后張拉預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力的影響而增加不均勻度，這樣保證了竣工后梁體的錨下有效預(yù)應(yīng)力值、各索力的均勻性和良好的線型;同時(shí)這種張拉工藝可模擬梁體營運(yùn)中的有效預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，以評估張拉工藝對梁體變形及性能的影響。
　�、趦啥藦埨�工藝
　　兩端張拉工藝是用張拉設(shè)備對預(yù)應(yīng)力筋兩端同時(shí)同步或先一端在另一端張拉的工藝，適用于較長的預(yù)應(yīng)力筋束。對于兩端同時(shí)同步張拉工藝，它對梁體兩端對稱同步施加預(yù)應(yīng)力，有利于梁體變形及預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力左右對稱，減小了預(yù)應(yīng)力損失，但占用設(shè)備多，實(shí)施難度較大;對于兩端先后張拉工藝，雖然兩端錨下有效預(yù)應(yīng)力可達(dá)到相等，但由于沿程摩阻的影響，沿程應(yīng)力左右可能不對稱，梁體變形左右也不一定對稱。
　�、垡欢藦埨�工藝

　　一端張拉工藝就是將張拉設(shè)備放置在預(yù)應(yīng)力筋一端的張拉形式.在孔道壁光滑(如金屬波紋管孔道)、孔道長度不很長、管道曲率半徑較大，及錨具回縮應(yīng)力損失較小的情況下，一端張拉比較有利，而且它張拉次數(shù)少，施工簡便，成本底，更能滿足結(jié)構(gòu)的特殊要求。但需進(jìn)行合理準(zhǔn)確地計(jì)算孔道反摩阻和預(yù)應(yīng)力筋的滑動(dòng)。采用一端張拉時(shí)，由于管道的摩阻作用，摩阻力集中在一端的錨、夾具和千斤頂上，朝固定端或跨中方向預(yù)應(yīng)力筋的拉應(yīng)力有所降低，如圖2所示。預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固后，由于錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓密引起的預(yù)應(yīng)力損失，由于管道反摩阻的影響，在張拉端最大，沿構(gòu)件的長度方向逐漸減小，最后至零。1)假定錨固后預(yù)應(yīng)力的損失影響長度S≥L/2，這說明跨中應(yīng)力受到了鋼筋回縮等的影響而有所減小，張拉端錨固后的應(yīng)力小于固定端的應(yīng)力，可采用一端張拉，再進(jìn)行補(bǔ)張拉;2)假定錨固后預(yù)應(yīng)力的損失影響長度S<L/2，這時(shí)張拉端錨固后的應(yīng)力大于固定端，一般采用兩端張拉，若仍采用一端張拉，需在另一端進(jìn)行補(bǔ)張拉。
　　4預(yù)應(yīng)力施工多點(diǎn)同步分級張拉工藝試驗(yàn)
　　4.1試驗(yàn)過程
　　①多點(diǎn)同步分級張拉工藝試驗(yàn)
　　在空心板梁混凝土澆筑達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，即可進(jìn)行張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線。我們采用經(jīng)過理論分析、有限元分析模擬得出的理論最優(yōu)張拉工藝—多點(diǎn)同步分級張拉;張拉機(jī)具采用“預(yù)應(yīng)力張拉錨固自動(dòng)控制綜合測試儀”;張拉時(shí)單端張拉，另一端再進(jìn)行補(bǔ)張拉，每一批每束中對稱各選擇一根，同步張拉;張拉程序?yàn)榉旨墢埨�，每批張拉時(shí)，按30%瓜(78KN),50%C130KN),75%(195KN)(瓜為鋼絞線抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值:1860MPa)分三級，前兩次各保壓停頓1分鐘，到達(dá)75%錨下控制應(yīng)力時(shí)，保壓停頓5分鐘后同步放張錨固。
　　張拉工藝試驗(yàn)中，在前端張拉完畢后，用“預(yù)應(yīng)力張拉錨固自動(dòng)控制綜合測試儀”對后端各預(yù)應(yīng)力筋的錨下有效預(yù)應(yīng)力進(jìn)行檢測，再用和前端相同的張拉順序、張拉程序進(jìn)行補(bǔ)張拉，然后對完成張拉的梁體前端各預(yù)應(yīng)力筋的錨下有效預(yù)應(yīng)力進(jìn)行檢測。在梁體前后端張拉中，每一批的每一級保壓停頓時(shí)均記錄各應(yīng)變測點(diǎn)的應(yīng)變值和變形測點(diǎn)的變形值。
　　②現(xiàn)行實(shí)際張拉工藝試驗(yàn)
　　在采用多點(diǎn)同步分級張拉工藝張拉試驗(yàn)完畢后，為了進(jìn)一步從試驗(yàn)中獲得現(xiàn)行工程實(shí)際應(yīng)用的張拉工藝對梁體變形影響的情況，我們將預(yù)應(yīng)力卸除，由空心板試驗(yàn)梁的承制單位按現(xiàn)行實(shí)際張拉工藝進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力張拉。由于在多點(diǎn)同步分級張拉時(shí)，梁體混凝土己經(jīng)發(fā)生了收縮徐變，甚至可能己經(jīng)出現(xiàn)了肉眼無法辨別的裂縫，錨具己經(jīng)產(chǎn)生了變形，鋼絞線也發(fā)生了一定的松弛等情況，這些都對各材料的力學(xué)、物理性能以及梁體的實(shí)際力學(xué)性能產(chǎn)生了無法精確估計(jì)的影響，因此應(yīng)變測試己無意義，但從梁體變形(反拱、側(cè)彎、扭轉(zhuǎn)等)的量級、趨勢角度來看是有一定意義的，這也為驗(yàn)證現(xiàn)行實(shí)際張拉工藝的有限元模擬結(jié)果提供了有一定參考價(jià)值的對比數(shù)據(jù)。
　　采用工程實(shí)際張拉工藝張拉時(shí)，張拉機(jī)具為ZB4-500油泵和扁錨專用千斤頂(一束整體張拉);采用兩端張拉;張拉程序?yàn)橐淮握�體張拉到100%保壓停頓5分鐘，不分級。在每次張拉到100%保壓停頓和放張錨固后記錄梁體變形測點(diǎn)的變形值。
　　4.2試驗(yàn)結(jié)果
　　(l)從試驗(yàn)得出的多點(diǎn)同步分級張拉工藝反拱、側(cè)彎及扭轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)及對比圖，可看出在這片試驗(yàn)空心板梁的制作中存在著一些問題，因?yàn)槎帱c(diǎn)同步分級張拉工藝是對空心板梁左右對稱均勻施加預(yù)應(yīng)力，不應(yīng)有明顯的測彎和扭轉(zhuǎn)發(fā)生。這可能是由于施工中混凝土澆筑時(shí)左右搗實(shí)度不同及施工差異;另外制作場地一側(cè)有較強(qiáng)日照，另一側(cè)背光，沒有采取任何混凝土保養(yǎng)措施，這也可能造成左右混凝土性能差異;在查找原因時(shí)，也發(fā)現(xiàn)左右立面厚度尺寸不同，右立面厚約4mm。對于這種情況，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)與有限元計(jì)算數(shù)據(jù)的對比分析時(shí)，對于多點(diǎn)同步分級張拉工藝忽略它:對于工程實(shí)際張拉工藝，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)中將多點(diǎn)同步分級張拉工藝試驗(yàn)的扭轉(zhuǎn)、側(cè)彎數(shù)值減去，作為其實(shí)際試驗(yàn)值。
　　(2)對于反拱，在有限元非線性分析中，可看出，在大約靠近端部L/8處起拱并逐漸向兩端及中部擴(kuò)展，拱度不很大，在最后一級荷載時(shí)，中部才拱起達(dá)到最大值，同時(shí)其它部位的拱度也達(dá)到其最大值;而試驗(yàn)結(jié)果則顯示各部位的起拱都是從第一級荷載開始逐漸起來:不同張拉工藝的最終反拱線型相同。上述起拱情況不同可能是有限元分析中的某些理想假設(shè)所致。另外，兩種同步張拉工藝的試驗(yàn)及有限元計(jì)算的反拱度均大于非同步張拉工藝的反拱度，這與梁體在不同預(yù)應(yīng)力施加順序下的動(dòng)態(tài)受力情況及承壓區(qū)裂縫的生成和發(fā)展有關(guān)，如后施加的預(yù)應(yīng)力對先施加的預(yù)應(yīng)力的影響等，這說明對稱同步張拉工藝對空心板梁的動(dòng)態(tài)受力更好。
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