CN110565508B - 一种预应力混凝土梁预制方法及预应力混凝土梁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及预应力结构技术领域，公开一种预应力混凝土梁预制方法及预应力混凝土梁。所述预应力混凝土梁预制方法包括：S1、在需要强制预应力失效的预应力筋上安装防护装置，防护装置用于将预应力筋的预应力失效段与混凝土隔离；S2、释放预应力筋的张拉力；S3、填充防腐材料至防护装置内，并将预应力筋包裹；S4、将截断后的预应力筋的端部封堵。本发明在需要强制预应力失效的预应力筋上安装防护装置，该防护装置将预应力筋的预应力失效段与混凝土隔离，以实现预应力失效的功能，还能充当普通钢筋，并发挥其抗裂作用，填充防腐材料至防护装置内，并将预应力筋包裹，以实现预应力筋防腐目的，提升预应力筋耐久性能进而混凝土的抗裂性能。

Description

一种预应力混凝土梁预制方法及预应力混凝土梁

技术领域

本发明涉及预应力结构技术领域，尤其涉及一种预应力混凝土梁预制方法及预应力混凝土梁。

背景技术

长期使用过程中，预应力混凝土空心板梁的端部和梁底下表面逐渐出现横向、斜向裂缝，而这些裂缝刚好处于预应力筋预应力有效区和失效区过渡段。将此开裂区域混凝土保护层剥开后发现，部分预应力筋锈蚀、混凝土胀裂，更为严重的则是预应力筋锈蚀至断裂。究其原因，预应力筋在梁端部预应力失效段采用外套PVC管等方法的预应力失效措施存在以下缺陷：

(1)预应力筋张拉完毕，进行放张的时候，底板内预应力筋在端部预应力有效区和失效区过渡段存在应力集中，而预应力失效段预应力筋和混凝土之间采用外套PVC管进行了隔离，导致预应力失效区混凝土配筋率不足，混凝土被拉裂；

(2)预应力筋在预应力失效段外套的PVC管防水措施存在缺陷，导致桥面积水进入PVC管内部，PVC管内预应力筋长期遭受积水侵蚀，最终预应力筋锈蚀、断裂，混凝土保护层胀裂破损；

(3)预应力混凝土空心板梁的端部预应力失效区有两类预应力筋穿过，一类是人为强制预应力失效的预应力筋，另一类是必须保持预应力有效的预应力筋，而人工强制预应力失效的预应力筋因为PVC管缺陷导致预应力筋锈蚀断裂、混凝土保护层胀裂破损后，该区域的另外一类必须保持有效预应力的预应力筋表面握裹的混凝土被损伤波及而强制胀裂、剥离，其预应力的有效性难以保证，同时该区域混凝土大面积出现裂缝，预应力筋耐久性能下降，最终两类预应力筋都会趋于锈蚀、断裂，梁体承载能力失效，危及结构安全。

对于存在此类缺陷的预应力混凝土空心板梁，需要拆除重建。这不仅是一种资源浪费，而且需中断交通，成本高，工期长。特别是该类桥梁如果跨越特殊结构物，如铁路、军用设施等情况下，拆除重建的难度更大，成本更高，工期更长。

因此，对于新建预应力混凝土空心板桥梁，必须采取合理、有效措施，提高预应力失效段预应力筋的耐久性能、混凝土的抗裂性能，成为目前亟需解决的迫切问题。

发明内容

基于以上问题，本发明的目的在于提供一种预应力混凝土梁预制方法及预应力混凝土梁，能够提高预应力失效段预应力筋的耐久性能、混凝土的抗裂性能。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种预应力混凝土梁预制方法，包括：

S1、在需要强制预应力失效的预应力筋上安装防护装置，所述防护装置用于将所述预应力筋的预应力失效段与混凝土隔离；

S2、释放所述预应力筋的张拉力；

S3、填充防腐材料至所述防护装置内，并将所述预应力筋包裹；

S4、将截断后的所述预应力筋的端部封堵。

作为本发明的预应力混凝土梁预制方法的优选方案，在步骤S1之前，还包括：进行所述预应力筋的放样和下料，并确定所述预应力筋的预应力失效段的长度和位置。

作为本发明的预应力混凝土梁预制方法的优选方案，在步骤S1之后，步骤S2之前，还包括：完成混凝土浇筑和养护，并使强度指标满足设计要求。

作为本发明的预应力混凝土梁预制方法的优选方案，所述防护装置包括闭口断面段和开口断面段，所述闭口断面段套设于所述预应力筋的预应力失效段上，所述开口断面段套设于所述预应力筋的预应力有效段上。

作为本发明的预应力混凝土梁预制方法的优选方案，所述防腐材料填充于所述闭口断面段内，所述防腐材料包括水泥基灌浆料、水泥浆或聚氨酯发泡材料。

一种预应力混凝土梁，采用如上所述的预应力混凝土梁预制方法制备而成，所述预应力混凝土梁包括：

预应力筋，包括预应力失效段和预应力有效段；

防护装置，包括闭口断面段和开口断面段，所述闭口断面段套设于所述预应力失效段上，所述开口断面段套设于所述预应力有效段上；

防腐材料，填充于所述闭口断面段内。

作为本发明的预应力混凝土梁的优选方案，所述闭口断面段的两端设置有限位堵头。

作为本发明的预应力混凝土梁的优选方案，所述闭口断面段的截面包括圆环形、椭圆环形、方形或多边形。

作为本发明的预应力混凝土梁的优选方案，所述闭口断面段的长度与所述预应力失效段的设计长度相同，所述开口断面段的长度为50cm-100cm。

作为本发明的预应力混凝土梁的优选方案，所述开口断面段的缺口竖直向上设置，或者，所述开口断面段的缺口设置于所述防护装置的两侧。

本发明的有益效果为：

本发明提供的预应力混凝土梁预制方法，可以用于预制预应力混凝土空心板梁，首先，在需要强制预应力失效的预应力筋上安装防护装置，该防护装置将预应力筋的预应力失效段与混凝土隔离，以实现预应力失效的功能，还能充当普通钢筋，并发挥其抗裂作用；其次，释放预应力筋的张拉力，预应力筋放张完毕后，预应力筋的预应力失效段处于无应力状态，完全不参与结构受力；然后，填充防腐材料至防护装置内，并将预应力筋包裹，以实现预应力筋防腐目的；最后，将截断后的预应力筋的端部封堵，提升预应力筋耐久性能和混凝土的抗裂性能。本发明提供的预应力混凝土梁预制方法，无需改变现行预应力空心板梁结构尺寸，不改变空心板梁外形，不改变桥下净空，不改变桥梁结构受力体系，不改变、不干扰现行的预应力空心板梁施工工艺及流程，彻底解决空心板梁预应力失效段和有效段交界区混凝土配筋率不足、抗裂失效的问题，彻底解决空心板梁预应力失效段预应力筋锈蚀断裂的耐久性问题，彻底有效地提高了预应力空心板梁耐久性能和使用寿命，具有极大的经济效益。

本发明提供的预应力混凝土梁，通过将预应力失效段完全包裹在闭口断面段内，在后续浇筑混凝土的过程中，闭口断面段将预应力失效段与混凝土隔离，以实现预应力失效的功能，同时闭口断面段还能充当普通钢筋、并发挥其抗裂作用；通过开口断面段套设于预应力有效段上，此部分为开放式的，不影响后续浇筑的混凝土对预应力有效段的握裹作用，且与闭口断面段连接为整体，跨越预应力失效段和预应力有效段，增强混凝土应力突变区间的抗裂性能；将预应力失效段完全包裹在防腐材料内部，以实现预应力筋防腐目的。本发明提供的预应力混凝土梁，无需改变现行预应力空心板梁结构尺寸，不改变空心板梁外形，不改变桥下净空，不改变桥梁结构受力体系，不改变、不干扰现行的预应力空心板梁施工工艺及流程，彻底解决空心板梁预应力失效段和有效段交界区混凝土配筋率不足、抗裂失效的问题，彻底解决空心板梁预应力失效段预应力筋锈蚀断裂的耐久性问题，彻底有效地提高了预应力空心板梁耐久性能和使用寿命，具有极大的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式提供的预应力混凝土梁预制方法的流程图；

图2是本发明具体实施方式提供的预应力筋布置在空心板梁上的示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的预应力筋的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的预应力筋和防护装置的结构示意图；

图5是本发明具体实施方式提供的预应力筋、防护装置和限位堵头的结构示意图；

图6是本发明具体实施方式提供的预应力混凝土梁的结构示意图；

图7是本发明具体实施方式提供的防护装置和限位堵头的结构示意图；

图8是本发明具体实施方式提供的闭口断面段的剖面示意图；

图9是本发明具体实施方式提供的开口断面段的剖面示意图；

图10是本发明具体实施方式提供的防护装置和紧固件的结构示意图；

图11是本发明具体实施方式提供的防护装置和紧固件的剖面示意图；

图12是本发明具体实施方式提供的防护装置的第一结构示意图；

图13是本发明具体实施方式提供的防护装置的第二结构示意图；

图14是本发明具体实施方式提供的防护装置的第三结构示意图；

图15是本发明具体实施方式提供的防护装置中闭口断面段的剖面示意图；

图16是本发明具体实施方式提供的防护装置中开口断面段的剖面示意图；

图17是本发明具体实施方式提供的防护装置的第四结构示意图；

图18是本发明具体实施方式提供的防护装置的第五结构示意图。

图中：

1-预应力筋；2-防护装置；3-防腐材料；4-限位堵头；5-混凝土；6-紧固件；

11-预应力失效段；12-预应力有效段；

21-闭口断面段；22-开口断面段。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供一种预应力混凝土梁预制方法，可以用于预制预应力混凝土空心板梁。如图1所示，该预应力混凝土梁预制方法包括：

S1、在需要强制预应力失效的预应力筋1上安装防护装置2，防护装置2用于将预应力筋1的预应力失效段11与混凝土5隔离；

S2、释放预应力筋1的张拉力；

S3、填充防腐材料3至防护装置2内，并将预应力筋1包裹；

S4、将截断后的预应力筋1的端部封堵。

如图2-图6所示，首先，在需要强制预应力失效的预应力筋1上安装防护装置2，该防护装置2将预应力筋1的预应力失效段11与混凝土5隔离，以实现预应力失效的功能，还能充当普通钢筋，并发挥其抗裂作用；其次，释放预应力筋1的张拉力，预应力筋1放张完毕后，预应力筋1的预应力失效段11处于无应力状态，完全不参与结构受力；然后，填充防腐材料3至防护装置2内，并将预应力筋1包裹，以实现预应力筋1防腐目的；最后，将截断后的预应力筋1的端部封堵，提升预应力筋1耐久性能和混凝土5的抗裂性能。

可选地，在步骤S1之前，还包括：进行预应力筋1的放样和下料，并确定预应力筋1的预应力失效段11的长度和位置。首先根据预应力混凝土空心板梁施工图进行预应力筋1的放样和下料，按照施工图中的数据确定预应力筋1的预应力失效段11的长度和位置。图2为典型的空心板梁断面图，预应力筋1由上至下可编号为N1、N2、N3。图3为预应力筋1的俯视图，图中虚线表示位于空心板梁端部的预应力筋1的预应力失效段11，实线表示预应力筋1的预应力有效段12。N2整根通长预应力筋1均为预应力有效段12(实线部分)。N1和N3预应力筋1各自均被划分为预应力失效段11(虚线部分)和预应力有效段12(实线部分)。N1和N3预应力筋1虽然被划分为预应力失效段11和预应力有效段12，但是各自均为通长、完整的一根预应力筋1。N1、N3预应力筋1的预应力失效段11和预应力有效段12的设计参数均由具体的施工图确定，本实施例仅作示例。

可选地，在步骤S1之后，步骤S2之前，还包括：完成混凝土5浇筑和养护，并使强度指标满足设计要求。在混凝土5浇筑完毕，养护结束，强度指标满足设计要求后，再对预应力筋1的张拉力进行释放。

可选地，如图4-图6所示，防护装置2包括闭口断面段21和开口断面段22，闭口断面段21套设于预应力筋1的预应力失效段11上，开口断面段22套设于预应力筋1的预应力有效段12上。闭口断面段21外套在预应力筋1的预应力失效段11，其长度与预应力失效段11的设计长度完全一致，将预应力失效段11完全包裹在防护装置2内部，在后续浇筑混凝土5的过程中，闭口断面段21将预应力失效段11与混凝土5隔离，以实现预应力失效的功能，同时闭口断面段21还能充当普通钢筋、并发挥其抗裂作用。开口断面段22外套在预应力筋1的预应力有效段12，其长度在50～100cm之间，此部分为开放式的，不影响后续浇筑的混凝土5对预应力有效段12的握裹作用，且与闭口断面段21连接为整体，跨越预应力失效段11和预应力有效段12，增强混凝土5应力突变区间的抗裂性能。

可选地，防腐材料3填充于闭口断面段21内，防腐材料3包括水泥基灌浆料、水泥浆或聚氨酯发泡材料。待普通钢筋绑扎完毕、预应力筋1张拉到位后，依照施工图位置参数，将防护装置2完全固定在预应力筋1表面。同时在闭口断面段21的两端设置限位堵头4，闭口断面段21和限位堵头4组成一个密闭的空腔，确保后续浇筑的混凝土5不会进入此空腔，将预应力失效段11与混凝土5隔离，以实现预应力失效的功能。同时还能将预应力筋1限制、固定在空腔正中，这样在后续往空腔中注入防腐材料3后，预应力筋1外表能被均匀的握裹在其中，强化预应力筋1防腐性能。

在空心板梁的混凝土5浇筑完毕，养护结束，强度指标满足设计要求后，进行预应力筋1放张施工。待预应力筋1放张施工完毕，向防护装置2与预应力失效段11组成的空腔内部填充微膨防腐材料3(防腐材料3可以包括但不限于水泥基灌浆料、水泥浆、聚氨酯发泡材料等)，并将预应力失效段11完全包裹在防腐材料3内部，以实现预应力筋1防腐目的。最后，将截断后的预应力筋1端部封闭，彻底提升预应力筋1耐久性能。

本实施例提供的预应力混凝土梁预制方法，无需改变现行预应力空心板梁结构尺寸，不改变空心板梁外形，不改变桥下净空，不改变桥梁结构受力体系，不改变、不干扰现行的预应力空心板梁施工工艺及流程，彻底解决空心板梁预应力失效段11和有效段交界区混凝土5配筋率不足、抗裂失效的问题，彻底解决空心板梁预应力失效段11预应力筋1锈蚀断裂的耐久性问题，彻底有效地提高了预应力空心板梁耐久性能和使用寿命，具有极大的经济效益。

本实施例还提供一种预应力混凝土梁，采用如上的预应力混凝土梁预制方法制备而成，如图2-图6所示，该预应力混凝土梁包括预应力筋1、防护装置2和防腐材料3。

具体地，预应力筋1包括预应力失效段11和预应力有效段12；防护装置2包括闭口断面段21和开口断面段22，闭口断面段21套设于预应力失效段11上，开口断面段22套设于预应力有效段12上；防腐材料3填充于闭口断面段21内。

通过将预应力失效段11完全包裹在闭口断面段21内，在后续浇筑混凝土5的过程中，闭口断面段21将预应力失效段11与混凝土5隔离，以实现预应力失效的功能，同时闭口断面段21还能充当普通钢筋、并发挥其抗裂作用；通过开口断面段22套设于预应力有效段12上，此部分为开放式的，不影响后续浇筑的混凝土5对预应力有效段12的握裹作用，且与闭口断面段21连接为整体，跨越预应力失效段11和预应力有效段12，增强混凝土5应力突变区间的抗裂性能；将预应力失效段11完全包裹在防腐材料3内部，以实现预应力筋1防腐目的。

可选地，闭口断面段21的两端设置有限位堵头4。在闭口断面段21的两端设置限位堵头4，闭口断面段21和限位堵头4组成一个密闭的空腔，确保后续浇筑的混凝土5不会进入此空腔，将预应力失效段11与混凝土5隔离，以实现预应力失效的功能。同时还能将预应力筋1限制、固定在空腔正中，这样在后续往空腔中注入防腐材料3后，预应力筋1外表能被均匀的握裹在其中，强化预应力筋1防腐性能。

可选地，闭口断面段21的截面包括圆环形、椭圆环形、方形或多边形。当然，开口断面段22的截面包括圆环形、椭圆环形、方形或多边形。可选地，闭口断面段21的长度与预应力失效段11的设计长度相同，开口断面段22的长度为50cm-100cm。可选地，开口断面段22的缺口竖直向上设置。安装时，开口断面段22的缺口竖直向上设置，即必须将开口断面段22置于预应力筋1的正下方，充当普通钢筋的作用。

如图7-图18所示，在本实施例中，防护装置2的材质可以为钢材，在其外表面采取特殊构造(可设置包括但不限于刻痕、螺纹、剪力键等构造)以增强防护装置2与混凝土5的粘结性能。当然，在其他实施例中，防护装置2的材质也可以为铝合金等材料，在此不做限制。

为方便施工，可将防护装置2沿图10中的轴向剖开成上下两部分，施工安装时，将上下两部分对扣在预应力筋1的外面，然后通过紧固件6(螺丝)将上下两部分连接为一个整体。上下两部分连接包括但不限于螺丝连接方式，此外还可以采用企口、卡环等其他连接方式。

为方便施工，可将防护装置2沿图12中的横向切成标准段，在标准段一头一尾设置内螺纹和外螺纹，施工安装时通过螺口将标准段连接为通长的整体。标准段纵向连接包括但不限于螺纹连接方式，此外还可以采用企口等其他连接方式。当然，为方便施工，如图13所示，轴向和横向切分可以相结合。

如图14-图18所示，本实施例还提供另一种结构形式的防护装置2，与上述第一种结构形式的防护装置2的区别，在于开口断面段22的另一种结构实现方式，即开口断面段22的缺口设置于防护装置2的两侧，闭口断面段21的结构一致。安装时，开口断面段22的缺口朝预应力筋1横向两侧布置，即必须将半圆部分置于预应力筋1正上方和正下方，充当普通钢筋的作用。

本实施例提供的预应力混凝土梁，通过将预应力失效段11完全包裹在闭口断面段21内，在后续浇筑混凝土5的过程中，闭口断面段21将预应力失效段11与混凝土5隔离，以实现预应力失效的功能，同时闭口断面段21还能充当普通钢筋、并发挥其抗裂作用；通过开口断面段22套设于预应力有效段12上，此部分为开放式的，不影响后续浇筑的混凝土5对预应力有效段12的握裹作用，且与闭口断面段21连接为整体，跨越预应力失效段11和预应力有效段12，增强混凝土5应力突变区间的抗裂性能；将预应力失效段11完全包裹在防腐材料3内部，以实现预应力筋1防腐目的。

本实施例提供的预应力混凝土梁，无需改变现行预应力空心板梁结构尺寸，不改变空心板梁外形，不改变桥下净空，不改变桥梁结构受力体系，不改变、不干扰现行的预应力空心板梁施工工艺及流程，彻底解决空心板梁预应力失效段11和有效段交界区混凝土5配筋率不足、抗裂失效的问题，彻底解决空心板梁预应力失效段11预应力筋1锈蚀断裂的耐久性问题，彻底有效地提高了预应力空心板梁耐久性能和使用寿命，具有极大的经济效益。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (2)

1.一种预应力混凝土梁预制方法，其特征在于，包括：

S1、进行预应力筋（1）的放样和下料，并确定所述预应力筋（1）的预应力失效段（11）的长度和位置；在需要强制预应力失效的所述预应力筋（1）上安装防护装置（2），所述防护装置（2）包括闭口断面段（21）和开口断面段（22），所述闭口断面段（21）套设于所述预应力筋（1）的预应力失效段（11）上，所述开口断面段（22）套设于所述预应力筋（1）的预应力有效段（12）上，所述闭口断面段（21）的长度与所述预应力失效段（11）的设计长度相同，所述防护装置（2）将所述预应力筋（1）的预应力失效段（11）与混凝土（5）隔离；所述闭口断面段（21）的截面包括圆环形、椭圆环形或多边形；所述开口断面段（22）的长度为50cm-100cm；所述开口断面段（22）的缺口竖直向上设置，或者，所述开口断面段（22）的缺口设置于所述防护装置（2）的两侧；

S2、完成混凝土（5）浇筑和养护，并使强度指标满足设计要求；释放所述预应力筋（1）的张拉力；

S3、填充防腐材料（3）至所述防护装置（2）的所述闭口断面段（21）内，并将所述预应力筋（1）的所述预应力失效段（11）包裹；所述防腐材料（3）包括水泥基灌浆料、水泥浆或聚氨酯发泡材料；所述闭口断面段（21）的两端设置有限位堵头（4），所述闭口断面段（21）和所述限位堵头（4）组成一个密闭的空腔，确保后续浇筑的所述混凝土（5）不会进入所述空腔，将所述预应力筋（1）的预应力失效段（11）与所述混凝土（5）隔离，以实现预应力失效的功能，同时还能将所述预应力筋（1）限制、固定在所述空腔正中，这样在后续往所述空腔中注入所述防腐材料（3）后，所述预应力筋（1）的所述预应力失效段（11）外表能被均匀的握裹在所述防腐材料（3）中，强化所述预应力筋（1）的防腐性能；

S4、将截断后的所述预应力筋（1）的端部封堵。

2.一种预应力混凝土梁，其特征在于，采用如权利要求1所述的预应力混凝土梁预制方法制备而成，所述预应力混凝土梁包括：

预应力筋（1），包括预应力失效段（11）和预应力有效段（12）；

防护装置（2），包括闭口断面段（21）和开口断面段（22），所述闭口断面段（21）套设于所述预应力失效段（11）上，所述开口断面段（22）套设于所述预应力有效段（12）上；

防腐材料（3），填充于所述闭口断面段（21）内。