6.7.1 先张法
先张法是在浇筑混凝土前张拉预应力筋,并将张拉的预应力筋临时固定在台座或钢模上,待混凝土达到一定强度,混凝土与预应力筋已经具备有足够的黏结力,即可放松预应力筋。先张法一般适合生产中小型预应力混凝土构件,其生产方式有台座法和机组流水法(模板法)。
1.墩式台座
墩式台座由台墩、台面与横梁等组成。目前常用的是台墩与台面共同夸受力的墩式台座。台座的长度宜为100~150 m,这样既可利用钢丝长的特点,张拉一次可生产多根构件,又可减少因钢丝滑动或台座横梁变形引起的应力损失。台墩一般由现浇钢筋混凝土制成。台座稍有变形、滑移或倾角,均会引起较大应力损失。台座的强度与刚度应按设计的要求,对稳定性的验算包括抗倾覆验算与抗滑移验算。
2.槽式台座
槽式台座由钢筋混凝土压杆、上下横梁和砖墙等组成,既可承受张拉力,又可作蒸汽养护槽,适用于张拉吨位较高的大型构件,如吊车梁、薄腹梁等。槽式台座长度一般为45 m(可生产6根6 m吊车梁)或76 m(可生产10根6 m吊车梁)。为便于混凝土运输与蒸汽养护,台座宜低于地面。
3.夹具
夹具是先张法施工过为保持预应力筋拉力并将其固定在台座上的临时性锚固装置。按其作用分为固定用夹具和张拉用夹具。对各种夹具的要求是:工作方便可靠、构造简单、加工方便。夹具种类很多,各地使用不一。
4.张拉设备
先张法张拉设备常用油压千斤顶、卷扬机、电动螺杆张拉机等。对张拉设备的要求是:工作可靠、能准确控制张拉应力、能以稳定的速率加大拉力。
采用油压千斤顶张拉时,可从油压表读数直接求得张拉应力值。千斤顶一般张拉力较大,适于预应力筋成组张拉。单根张拉时,由于拉力较小,一般多用电动张拉机张拉。应力控制可采用弹簧测力计或电杠杆测力计进行。目前,随着电阻应变测试技术的日益广泛的应用,有些预制厂已采用电阻应变式传感器控制张拉,可达到很高的精度。
5.先张法施工工艺
先张法施工工艺可大致分为三个阶段:张拉预应力筋—浇筑混凝、养护—预应力筋放张,张拉前应先做好台面的隔离层,隔离剂不得玷污钢丝,以免影响钢丝与混凝土的黏结。预应力筋的张拉控制应力,应符合设计要求,施工中预应力筋需要超张拉时,可比设计要求提高5%,但其最大张拉控制应力不应超过表6.21的规定值。
表6.21 最大张拉控制应力允许值
注:fptk为预应力筋极限抗拉强度标准值;fpyk为预应力筋屈服强度标准值。
预应力筋的张拉程序可采用两种不同方式:在第一种张拉程序中,超张拉5%并持荷2 min,其目的是加速钢筋松弛早期发展,以减少应力松弛引起的预应力损失(约减少50%);第二种张拉程序,超张拉3%,是为了弥补应力松弛所引起的应力损失。预应力钢筋张拉后,一般应校核其伸长值,其理论伸长值与实际伸长值的误差不应超过+10%、-5%。若超过,则应分析其原因,采取措施后再继续施工。
预应力筋实际伸长值,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伸长值(推算方法见后张法)。采用钢丝作预应力筋时,不做伸长值校核。但应在钢丝锚固后,用钢丝测力计检查其钢丝应力,其偏差按一个构件全部钢丝的预应力平均值计算,不得超过设计值的±5%。预应力筋发生断裂或滑脱的数量严禁超过结构同一截面内预应力钢材总根数的5%,且严禁相邻两根断裂或滑脱。在混凝土浇筑前发生预应力筋断裂或滑脱必须予以更换。预应力筋的位置不允许有过大偏差,其限制条件是:偏差不大于5 mm,且不得大于构件截面最短边长的4%。
预应力筋的放张预应力筋放张时,混凝土应达到设计规定的放张强度,若设计无规定,则不得低于设计的混凝土强度标准值的 75%。预应力筋的放张顺序,应符合设计要求,当设计无要求时,应符合下列规定:
(1)对承受轴心预压力的构件(如压杆、桩等),所有预应力筋应同时放张。
(2)对承受偏心预压力的构件,应先同时放张预应力较小区域的预应力筋,再同时放张预压力较大区域的预应力筋。
(3)当不能按上述规定放张时,应分阶段、对称、相互交错地放张,以防止在放张过程中构件发生翘曲、裂纹及预应力筋断裂等情况。对配筋不多的中小型预应力混凝土构件,钢丝可用剪切、锯割等方法放张;配筋多的预应力混凝土构件,钢丝应同时放张。如逐根放张,最后几根钢丝将由于承受过大的拉力而突然断裂,且构件端部易发生开裂。预应力筋为钢筋时,若数量较少可逐根加热熔断放张,数量较多且张拉力较大时,应同时放张。
采用千斤顶放张是利用千斤顶拉动单根钢筋,松开螺母。放张时由于混凝土与预应力筋已结成整体,松开螺母所需间隙只能是最前端构件外露钢筋的伸长,故所需施加的应力往往超过控制应力约 10%,因此应拟定合理的放张顺序并控制每一循环的放张吨位,以免构件在放张过程受力不均。
6.楔块放张方法
楔块装置放置在台座与横梁之间,放松预应力筋时,旋转螺母使螺杆向上运动,带动楔块向上移动,钢块间距变小,横梁向台座方向移动,便可放松所有预应力筋。砂箱放张。砂箱装置由钢制套箱和活塞组成,内装石英砂或铁砂,将其放置在台座与横梁之间。张拉时,砂箱中的砂被压实,承受横梁反力。预应力筋放张时,将出砂口打开,砂缓慢流出,从而使预应力筋慢慢地放张。砂箱装置中的砂应采用干砂,选用适宜的级配,防止出现砂子压碎引起流不出的现象,或者增加砂的空隙率,使预应力筋的预应力损失增大。楔块装置放张方法适用于预应力筋张拉力不超过300 kN的情况,砂箱放张可用于张拉力超过1 000 kN的情况。