CN103850441B - 一种预应力混凝土结构的张拉施工方法及张拉装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种预应力混凝土结构的张拉施工方法及张拉装置，所述方法包括如下步骤：把混凝土结构分为位于中部的支撑段和分别位于两端的左、右锚固段；进行支撑段的钢筋绑扎和混凝土浇筑，在支撑段中预留的孔道中穿入钢绞线束；进行左、右锚固段的钢筋绑扎，并分别在支撑段的两端安装左、右张拉支撑框架、锚固部件、放张沙箱；将钢绞线束分散逐根穿入锚固部件的张拉孔和放张沙箱，逐根张拉钢绞线；对支撑段的钢绞线孔道进行灌浆；分别浇筑左、右锚固段；待左、右锚固段混凝土达到设计强度后进行放张作业。采用本发明的施工方法施工同时克服了先张法和后张法的缺陷。

Description

一种预应力混凝土结构的张拉施工方法及张拉装置

技术领域

本发明涉及道路、铁路的桥梁及其他建筑领域，更具体地，涉及一种预应力混凝土结构的张拉施工方法和张拉装置。

背景技术

预应力混凝土是为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在结构使用(或加载)以前，预先给混凝土一个预压力，即在混凝土的受拉区内，用人为的方法，将钢筋进行张拉，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先承受压力。这就储存了预加压力，当结构因承受荷载产生拉力时，首先抵消混凝土受拉区中储存的预加压力，然后随着荷载增加，才使混凝土受拉，这就限制了混凝土的伸长，延缓或不使结构出现裂缝，提高了结构的抗弯能力，这就叫做预应力混凝土。

目前预应力混凝土的预应力施加方式有两种，第一种是先张预应力施加方式(简称先张法)，第二种是后张预应力施加方式(简称后张法)。

先张法是先进行高强钢筋(也称钢绞线)的预应力张拉绷紧，并将张拉的预应力筋临时锚固，然后绑扎普通钢筋和浇筑混凝土。待混凝土强度接近或达到设计强度时卸掉临时锚固，借助混凝土与预应力筋的粘结握裹施加预应力。先张预应力工艺是在混凝土浇筑之前进行张拉，需要建造一个结实的张拉台座，以用于抵抗绷紧的钢绞线产生的张拉力。

后张法是先绑扎普通钢筋，在普通钢筋骨架内按照钢绞线的设计位置，用成型材料预留钢绞线孔道，混凝土浇筑完成达到设计强度时，于预留孔道之中穿入钢绞线束，利用混凝土结构本身作为支撑，对钢绞线进行张拉，并用锚具将钢绞线锚固在混凝土结构上。后张预应力主要是靠锚具对钢绞线的锚固产生预应力，而非混凝土与预应力筋的粘结握裹力，其后对张拉孔道灌注灰浆虽然对钢绞线有锚固作用，但主要是为了阻止钢绞线腐蚀，提高结构的耐久性。

先张法与后张法相比，增加了张拉台座的造价，但可以节约锚具、锚垫板以及成孔材料。由于先张法一般采用直线布置钢绞线，在较大跨度结构中不能满足受力要求，因此限制了先张法的应用范围，目前最大跨度局限于20m以下。

后张法完全能够按照结构受力的弯矩包络状态，曲线布置钢绞线。弥补了先张法的不足，但需要在结构中埋置大量价格昂贵的锚具以锚固钢绞线。后张法主要应用在先张法不能满足设计要求，跨度在20米以上的大跨度结构中。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种预应力混凝土结构的张拉施工方法，该施工方法既不用建造张拉台座，又不用埋置锚具，同时又能够按照结构的弯矩包络状态、曲线布置钢绞线进行大跨度预应力混凝土结构的施工。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种预应力混凝土结构的张拉装置，使用该张拉装置既可采用上述施工方法，达到不用建造张拉台座，又不用埋置锚具，同时又能够按照结构的弯矩包络曲线布置钢绞线，进行大跨度预应力混凝土结构的施工。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：一种预应力混凝土结构的张拉施工方法，包括如下步骤：

1)按照混凝土结构的受力状态布置钢绞线位置，把混凝土结构分为位于中部的支撑段和分别位于两端的左、右锚固段，确定锚固段和支撑段的长度；

2)进行支撑段的钢筋绑扎和混凝土浇筑，待其达到设计强度后，在支撑段中预留的孔道中穿入钢绞线束；

3)分别进行左、右锚固段的钢筋绑扎，并分别在支撑段的两端安装张拉支撑框架、锚固部件和放张沙箱；

4)将钢绞线束分散逐根穿过锚固部件的张拉孔和放张沙箱，并以支撑段、张拉支撑框架、锚固部件和放张沙箱作为支撑部件，逐根张拉钢绞线，张拉采用左右两端同时张拉钢绞线的方式进行，或采用先张拉钢绞线的一端再张拉另一端的方式进行；

5)对支撑段的钢绞线孔道进行灌浆；

6)分别浇筑左、右锚固段；

7)待左、右锚固段混凝土达到设计强度后进行放张作业。

优选地，所述张拉支撑框架的一端与支撑段固装在一起，锚固部件固定在张拉支撑框架另一端的外侧端面上，所述放张沙箱设置在锚固部件的外侧面上，所述张拉支撑框架的形状与混凝土结构体的外形匹配对应。

优选地，所述锚固部件包括锚孔板、边板和肋板，所述边板和肋板均固定设置在张拉支撑框架另一端的外侧端面上，所述锚孔板固定设置在边板和肋板上，所述锚孔板上开有张拉孔。

优选地，所述放张沙箱包括外管、内管、端盖、尾部挡板、放张螺丝和活塞，所述外管套装在内管外侧，所述端盖与尾部挡板分别固定设置在外管的两端，所述内管的一端穿过端盖，另一端与所述活塞连接，所述活塞能在外管内滑动；所述外管的管体壁上开设有一通孔，所述放张螺丝匹配地设置在所述通孔内，所述放张沙箱的端盖呈半球状结构。

优选地，所述内管的外侧与外管的内侧之间形成腔室，所述腔室中设置有沙子。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种预应力混凝土结构的张拉装置，包括张拉支撑框架和锚固部件；所述张拉支撑框架的一端用于与支撑段固定，所述锚固部件固定在张拉支撑框架另一端的外侧端面上，所述张拉支撑框架的形状与混凝土结构体的形状匹配对应。

优选地，所述锚固部件包括锚孔板、边板和肋板，所述边板和肋板均固定设置在张拉支撑框架另一端的外侧端面上，所述锚孔板固定设置在边板和肋板上，所述锚孔板上开有张拉孔。

优选地，所述张拉装置还包括放张沙箱，该放张沙箱设置在所述锚孔板上；所述放张沙箱包括外管、内管、端盖、尾部挡板、放张螺丝和活塞，所述外管套装在内管外侧，所述端盖与尾部挡板分别固定设置在外管的两端，所述内管的一端穿过端盖，另一端与所述活塞连接，所述活塞能在外管内滑动；所述外管的管体壁上开设有一通孔，所述放张螺丝匹配地设置在所述通孔内；所述放张沙箱的端盖呈半球状结构，所述张拉孔的孔径大于钢绞线直径小于所述端盖的直径，该端盖与所述张拉孔匹配对应设置在一起。

本发明的有益效果如下：

本发明同时克服了先张法施工需要建造费用不菲的张拉台座，和不能在较大跨度结构中应用的局限，并解决了后张法施工需要埋置价格昂贵的锚具的缺陷。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明的张拉施工方法的流程图。

图2为本发明的组装示意图。

图3为本发明的支撑段示意图。

图4为本发明的支撑段剖切示意图。

图5为本发明的张拉支撑框架结构示意图。

图6为本发明的锚固部件结构示意图

图7为本发明的锚固部件剖切示意图

图8为本发明的放张沙箱结构示意图

图9为本发明的放张沙箱剖切示意图。

图10为本发明的放张沙箱与锚固部件连接示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种预应力混凝土结构的张拉施工方法步骤如下：计算锚固段尺寸——>计算支撑段尺寸——>浇筑支撑段——>穿入钢绞线束——>安装张拉支撑框架、锚固部件及放张沙箱——>张拉钢绞线——>支撑段张拉孔道灌浆——>浇筑锚固段——>放张。

按照结构的弯矩包络状态，曲线布置钢绞线，施工时把结构分为中间支撑段和两端锚固段(计算确定支撑段和锚固段的长度)分别进行施工。锚固段的长度要满足混凝土结构设计规范GBJ10-89中的关于钢绞线锚固长度的规定。绑扎混凝土结构支撑段的钢筋完成支撑段的浇筑，待其达到设计强度后，于预留的钢绞线孔道中穿入钢绞线束并绑扎锚固段钢筋。分别以支撑段作为后背，在支撑段的左右两端分别安装张拉支撑框架，将锚固部件和放张沙箱同时安装在张拉支撑框架上，将钢绞线的两端头穿过锚固部件和放张沙箱，并与张拉锚具固定连接。为了增加混凝土对钢绞线的握裹力，要将钢绞线束分散开。用前卡式单根张拉千斤顶衔住钢绞线的端头进行逐根张拉锚固作业，张拉时可采用两台千斤顶分别在钢绞线的两端同时进行张拉，以免出现钢绞线的一端达到规定的载荷而另一端没有达到规定载荷的现象。或者采用一台前卡式千斤顶先张拉钢绞线的一端，然后再张拉钢绞线的另一端，同样可以避免出现钢绞线的一端达到规定的载荷而另一端没有达到规定载荷的现象。达到规定的荷载后，要从支撑段钢绞线孔道最低点注入灰浆，以免产生气阻。当灰浆充满支撑段钢绞线孔道时，浇筑锚固段混凝土，待左、右锚固段混凝土达到设计强度后通过放张沙箱进行放张作业。此时左、右锚固段的混凝土以及孔道内的灰浆与钢绞线已完成握裹粘结，达到了钢绞线的预应力曲线张拉和锚固的目的，同时也克服了先张法和后张法的各自缺陷。

图2示出了本发明张拉装置的结构，为简洁起见，图中仅示出位于混凝土结构右端的张拉装置，省略了与之相对称的位于混凝土结构左端的张拉装置。如图2所示，一种预应力混凝土结构的张拉装置包括张拉支撑框架2、锚固部件4和放张沙箱5，张拉支撑框架2固定在支撑段1上，锚固部件4固定在张拉支撑框架2的侧端面上，放张沙箱5固定在锚固部件4上。张拉支撑框架2的内侧为用于浇筑左右锚固段3的模板，形成与支撑段1相匹配对应的空间。

如图3、图4所示，按照混凝土结构的弯矩包络状态布置钢绞线孔道12并浇筑支撑段1，浇筑时预留张拉支撑框架2的固定孔11。待混凝土达到设计强度后，于预留孔道12中穿入钢绞线束。

如图5所示，张拉支撑框架2通过框架安装孔21与固定孔11用粗圆钢螺栓牢固地栓结在支撑段1上。在框架型钢23的翼缘开有安装锚固部件的螺栓孔22。张拉支撑框架2与混凝土模板是一体结构，既能起到张拉支撑的作用也具有模板的作用。

如图6、图7所示，锚固部件4通过螺栓孔42与螺栓孔22栓结在框架上。锚固部件4为单面开口的盒体，包括边板41、肋板45和锚孔板46，边板41和肋板45固定在右张拉支撑框架2的端模板上，锚孔板46固定在边板41和肋板45上。锚孔板46上开有张拉孔44。边板41与肋板45均短向布置(在此为横向)，从而能够对锚孔板46起到很好的支撑作用。边板41开有操作孔43能方便钢绞线穿入张拉孔44，还可填塞物品阻挡混凝土流入锚固部件4中。

如图8～10所示，放张沙箱5包括外管51、内管54、端盖53、尾部挡板55、放张螺丝52和活塞56，外管51套装在内管54外侧，尾部挡板55固定连接在外管51的一端，端盖53丝接在外管的另一端以方便灌沙。内管51的一端穿过端盖53，另一端与活塞56连接，外管51的侧壁上开有一通孔，放张螺丝52与该通孔匹配连接。内管54的外侧壁与外管51的内侧壁之间的空间中填充沙子，张拉时，沙子承担张拉千斤顶的压力。端盖53为半球形，活塞56上设置的单孔锚锚具，使钢绞线在前卡式千斤顶的作用下只能向张拉方向运动而不能向内缩回。钢绞线穿过张拉孔44、端盖53、内管54、活塞56和单孔锚锚具与张拉千斤顶连接。张拉孔44直径大于钢绞线直径而小于端盖53的直径。本发明的张拉支撑框架2和锚固部件4的形状应与预应力混凝土结构体的外形匹配对应，但放张沙箱5保持不变。

端盖53顶在张拉孔44上，钢绞线穿过张拉孔44与放张沙箱5，与单孔锚锚具连接。张拉孔44的直径大于钢绞线直径小于半球端盖53的直径，所以锚孔板46在承载球形端盖53传递巨大压力的同时，还可使放张沙箱纵轴线保持与钢绞线轴线重合。放张沙箱的活塞56能够在沙箱内充满沙子时承载钢绞线的巨大压力，放张沙箱的端盖53为半球形，端盖53与张拉孔44配合，使放张沙箱在巨大压力下也能各向摆动，从而保持钢绞线始终为轴线受力。

操作时把混凝土结构体分为支撑段1和左右锚固段3(计算确定锚固段和支撑段的长度)。在浇筑完成支撑段1后，于其预留孔道12中穿入钢绞线束，利用安装孔21和粗圆钢螺栓安装右张拉支撑框架2，锚固部件4安装在右张拉支撑框架2的侧端面上。为了增加锚固段3混凝土对钢绞线的握裹力，需将钢绞线束分散开，逐根地穿入锚固部件4的张拉孔44。在穿过张拉孔44的钢绞线上穿入放张沙箱5，钢绞线端头与单孔锚具连接。放张沙箱的球型端盖53顶在张拉孔44上，从操作孔43塞入小胶囊并充气膨胀，以阻挡混凝土进入锚固部件4内部。按照张拉操作规程及张拉顺序，用前卡式千斤顶衔住钢绞线的端头进行逐根张拉锚固作业，达到规定的荷载后，先在支撑段1的钢绞线孔道中注满灰浆，然后浇筑左、右锚固段3的混凝土，左、右锚固段3混凝土达到设计强度后，打开所有放张沙箱5的放张螺丝52，用气泵逐次减量地吹走各个小沙箱内的沙子，从而达到了松弛钢绞线的目的，最终完成了钢绞线预应力曲线张拉和锚固。本发明即克服了先张法和后张法的各自缺憾。

以上实施例以T型梁为例，对于其它形状的混凝土结构，本发明的张拉支撑框架2和锚固部件4的形状与其相匹配对应。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种预应力混凝土结构的张拉施工方法，其特征在于：包括如下步骤，

1)按照混凝土结构的受力状态布置钢绞线位置，把混凝土结构分为位于中部的支撑段和分别位于两端的左、右锚固段，确定锚固段和支撑段的长度；

2)进行支撑段的钢筋绑扎和混凝土浇筑，待其达到设计强度后，在支撑段中预留的孔道中穿入钢绞线束；

3)分别进行左、右锚固段的钢筋绑扎，并分别在支撑段的两端安装张拉支撑框架、锚固部件和放张沙箱；

4)将钢绞线束分散逐根穿过锚固部件的张拉孔和放张沙箱，并以支撑段、张拉支撑框架、锚固部件和放张沙箱作为支撑部件，逐根张拉钢绞线，张拉采用左右两端同时张拉钢绞线的方式进行，或采用先张拉钢绞线的一端再张拉另一端的方式进行；

5)对支撑段的钢绞线孔道进行灌浆；

6)分别浇筑左、右锚固段；

7)待左、右锚固段混凝土达到设计强度后进行放张作业。

2.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土结构的张拉施工方法，其特征在于：所述张拉支撑框架的一端与支撑段固装在一起，锚固部件固定在张拉支撑框架另一端的外侧端面上，所述放张沙箱设置在锚固部件的外侧面上，所述张拉支撑框架的形状与混凝土结构体的外形匹配对应。

3.根据权利要求1或2所述的一种预应力混凝土结构的张拉施工方法，其特征在于：所述锚固部件包括锚孔板、边板和肋板，所述边板和肋板均固定设置在张拉支撑框架另一端的外侧端面上，所述锚孔板固定设置在边板和肋板上，所述锚孔板上开有张拉孔。

4.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土结构的张拉施工方法，其特征在于：所述放张沙箱包括外管、内管、端盖、尾部挡板、放张螺丝和活塞，所述外管套装在内管外侧，所述端盖与尾部挡板分别固定设置在外管的两端，所述内管的一端穿过端盖，另一端与所述活塞连接，所述活塞能在外管内滑动；所述外管的管体壁上开设有一通孔，所述放张螺丝匹配地设置在所述通孔内，所述放张沙箱的端盖呈半球状结构。

5.根据权利要求4所述的一种预应力混凝土结构的张拉施工方法，其特征在于：所述内管的外侧与外管的内侧之间形成腔室，所述腔室中设置有沙子。

6.一种预应力混凝土结构的张拉装置，其特征在于：所述张拉装置包括张拉支撑框架和锚固部件；所述张拉支撑框架的一端用于与支撑段固定，所述锚固部件固定在张拉支撑框架另一端的外侧端面上，所述张拉支撑框架的形状与混凝土结构体的形状匹配对应。

7.根据权利要求6所述的张拉装置，其特征在于：所述锚固部件包括锚孔板、边板和肋板，所述边板和肋板均固定设置在张拉支撑框架另一端的外侧端面上，所述锚孔板固定设置在边板和肋板上，所述锚孔板上开有张拉孔。

8.根据权利要求7所述的张拉装置，其特征在于：所述张拉装置还包括放张沙箱，该放张沙箱设置在所述锚孔板上；所述放张沙箱包括外管、内管、端盖、尾部挡板、放张螺丝和活塞，所述外管套装在内管外侧，所述端盖与尾部挡板分别固定设置在外管的两端，所述内管的一端穿过端盖，另一端与所述活塞连接，所述活塞能在外管内滑动；所述外管的管体壁上开设有一通孔，所述放张螺丝匹配地设置在所述通孔内；所述放张沙箱的端盖呈半球状结构，所述张拉孔的孔径大于钢绞线直径小于所述端盖的直径，该端盖与所述张拉孔匹配对应设置在一起。