市政工程教学课件：桥梁预应力施工隐患分析与精细化施工技术.ppt

1、1 由于现行的人工加载试验设备无法达到周期荷载试验的要 求，可采用预应力锚具和连接器综合试验台（图4.6.1）。 预应力锚具和连接器综合试验台克服了一般的试验台架手 工加载、人为因素影响大、质量难以控制的缺点。整个试 验过程完全由计算机控制，可实现全过程的有效监控，具 有高精度、重复精度和操作安全、可靠的特点，能准确、 科学地对锚具性能进行检测和评价。计算机设有人机对话 界面，只要输入试验要求的参数，开动泵站，即可进入计 算机自动控制，屏幕上清晰显示试验过程中的图像与数据 （图4.6.2、图4.6.3），实现实时跟踪控制。一旦进入屈 服区或图像异常，立即报警，提醒操作人员注意避免事故 发生。加

2、载时自动生成周期图像，具有峰值留存功能。对 连接器试验，可自动定心和调索。所有试验均能自动打印 实验结果（含图像与数据），并出具相应的试验报告。试 验过程中采集的数据自动保存，并可任意设定步长、打印 数据清单。此外，对连接器试验，可长短台架并用，使连 接的锚具端先获得定心和调索，然后再装挤压套的绞线， 进行另一端调索，这样调索精度高，取消了另一个大千斤 顶，试验可靠、精度高。 2 图图4.6.1 预应力锚具与连接器综合试验台预应力锚具与连接器综合试验台 3 图图4.6.2 静载试验曲线静载试验曲线 4 图图4.6.3静载试验中绞线、夹片相对静载试验中绞线、夹片相对 锚具的位移变化曲线锚具的位移

3、变化曲线 5 图4.6.4 周期荷载试验曲线 6 图4.6.5 摩阻测试 7 图4.6.6 摩阻测试 1 钢绞线钢绞线 2 工作锚工作锚 3 千斤顶一千斤顶一 4 台座台座 5 (单根钢绞线单根钢绞线)磁通量传感器磁通量传感器 6 约束环约束环 7 被动端传感器被动端传感器 8 混凝土试件混凝土试件 9 锚垫板锚垫板 10 工作夹片工作夹片 12 限位板限位板 13 张拉端传感器张拉端传感器 14 千斤顶二千斤顶二 15 工具锚工具锚 8 2. 梳编穿束 2.1 疏编穿束工艺 为了避免单根穿束引起的绞线相互缠绕，导致张拉时绞线 受力严重不均。我们强调采用整束穿束系统进行穿束，此 工艺已在不少工

4、程中得到应用，对多索、长索效果更加明 显，方法如下： 1）对于预制梁等预应力筋束长度较短的构件，用锚具疏 顺钢绞线，每隔1米绑扎一次，以使绞线顺直、等长，绑 扎成束顺直不扭转，以提高其刚度便于穿束，禁止在钢绞 线不顺直的情况下绑扎成束。穿束时，应整束穿入，注意 前端封头，以便于导向穿束，穿束时只做平动，切不可转 动或扭动。若遇阻力，可前后拖动（平动），或用牵引。 9 2）对于预应力筋长度较长、整束索数较多的现浇预应力 构件，一般的整束穿束方法操作困难，甚至可能无法完成。 此时可采取以下方法（图4.1）：钢绞线下料完毕后在其 一端套入锚板作为梳束工具（也可用限位板），用砂轮锯 将该端钢绞线各索端

5、头切割2030cm，但保留中心一根 钢丝，将中心丝穿入具有与锚具相似位置孔的牵引螺塞后 镦头（图4.1.1），镦头直径大于牵引螺塞孔的直径，以满 足整束穿束时拖动绞线平动的要求。牵引塞上各孔距略大 于钢绞线直径，镦头后的整束钢绞线（图4.1.2）通过牵引 螺塞和螺旋套连接（图4.1.3），牵引螺塞外径和螺旋套内 径相同，均带有丝口，拧紧即可，螺旋套另一端由卷扬机 上的钢丝绳牵引。绞线穿束前钢绞线端头（包括切割部分） 须用胶带缠绕保护（注意牵引头缠胶带以前，应先用卷扬 机牵引，使各绞线在镦头处长短一致），防止穿束过程中 钢绞线端头散索。将牵引螺塞与螺旋套连接，螺旋套另一 端由卷扬机上的钢丝绳牵引

6、，穿束时由卷扬机缓慢牵引整 束绞线平动完成整束穿束。若受场地限制可利用转向滑轮， 也可增加卷扬机，钢绞线牵引时应采用锚板边梳理边绑扎， 绑扎间距宜为1.0m。在穿束过程中，注意只克服预应力筋 束与波纹管的摩阻，便于对系统的保护。 10 图图4.1 疏编穿束示意图疏编穿束示意图 1.梳束板（或锚具） 2.钢绞线 3.牵引螺塞 7.绑扎胶带 13.扎丝 11 图图4.1.1 整束穿束的牵引套整束穿束的牵引套 12 图图4.1.2 钢绞线的墩头钢绞线的墩头 13 图图4.1.3 镦头后整束钢绞线及牵引镦头后整束钢绞线及牵引 头头 14 图图4.1.4 牵引头和牵引套连接后牵引头和牵引套连接后 15

7、3）对于分节段施工的连续梁桥和连续刚构桥，宜 采用梳束板梳束。梳束板上各孔的大小略大于钢 绞线直径，但也不易过大，防止其在穿束过程中 扭转与其它钢绞线缠绕。梳束板各孔的间距宜为 2mm，并且各孔位应做好对应编号，其位置应与 锚具安装孔位保持一致。梳束时，连接器周边带 挤压套的绞线与梳束板之间钢绞线线形平顺，没 有相互缠绕，对已梳理顺直的钢绞线可在远端进 行逐段绑扎。梳束结束后，将绑扎好的整束钢绞 线进行编号再穿束。由于梳束板比锚具轻巧，在 预应力筋束较短的构件施工中，使用梳束板更加 方便。 16 4）在疏编穿束进行之前，预应力筋管道的安装一 定要符合要求。管道在直线段应平顺，在曲线段 应圆滑，

8、接头两端与被接管交接处必须用密封胶 带或塑料热缩管封裹，以防接缝处进浆堵塞管道， 管道连接处应平顺。安装完毕后，应采取可靠措 施，防止水或其他杂物进入管道，特别是在浇筑 混凝土时，一定要避免混凝土渗入管道，造成堵 塞。 施工单位按照疏编穿束工艺进行，在工艺实施过 程中，疏束与穿束可分别同时进行，在熟练掌握 后不仅不会耽误工期，还能大大提高工程效率， 并消除各根绞线受力不均引起的滑丝、断丝等事 故。 17 梳编穿束实例 疏编穿束不当会严重影响各绞线受力的 均匀性 18 19 20 经有效预应力进行检测控制，采用整束穿 束的方法进行施工后，取得了明显效果， 同束索力不均匀度大为改观，绝不会出现 张

9、拉中的断丝现象，检测数据见下表。 21 22 23 24 分段张拉锚固的预应力束，由于受到梁段 长度的限制，纵向预应力束普遍较短，分 段张拉时用连接器接长预应力束，各孔内 绞线极易缠绕。这就对预应力束的疏、编、 穿束工艺提出了更高的要求。根据我们现 场观测，有些施工单位由于工期紧、施工 难度大等原因，预应力束的安装没有严格 按照规范要求的疏、编、穿束工艺执行 （见图4.1.5），故不均匀性严重（见表 4.1.3）。 25 图图4.1.5 预应力施工现场预应力施工现场 26 表表4.1.3 有效预应力检测报告有效预应力检测报告 27 带挤压套的绞线在完成P型锚具（连接器周边槽） 安装后必须逐根编

10、号，套入锚具进行梳理，锚具 各孔位也应做好对应编号，此位置应与锚具安装 孔位保持一致。P锚与梳理锚具之间各绞线线形 圆顺，不得有缠绕现象发生。同时应采用扎丝对 已梳理顺直的绞线逐段绑扎，绑扎间距不宜大于 1m。绑扎完毕的绞线方可依次安装罩壳、紧箍环 和波纹管。为慎重起见，在预应力张拉前还应采 用单索张拉千斤顶对各索预应力筋逐根预紧，预 紧力为0.15con。经检测发现问题、进行整改，精 细化施工工艺，采取上述工艺进行整束穿束后， 预应力施工质量有了明显的改观，同束索力不均 匀度完全合格（见表4.1.4） 28 表表4.1.4 有效预应力检测报告有效预应力检测报告 29 3.预应力张拉施工预应力

11、张拉施工 3.1 张拉准备 张拉前混凝土几何尺寸必须符合设计要求， 锚垫板下混凝土密实、无蜂窝及其它明显缺 陷。混凝土强度、龄期必须符合设计要求。 张拉时锚垫板下混凝土若有蜂窝及其它缺陷， 应在拆模后立即进行处理，待处理完毕后方 可张拉。这样做的原因是：张拉时，锚垫板 下混凝土承受很大的压应力，如果其质量不 满足要求，会造成张拉时发生意外。 30 张拉前对仪器进行标定。成套（千斤顶、油压表系统与张 拉仪）同时标定（至少保证同规格型号千斤顶系统有一组 与张拉仪同步标定），能提高其读表精度，使传统的双控 法进一步发挥良好的作用。在检测控制中，逐步让施工人 员适应准确定位精读油压表数，提高张拉力的控

12、制精度。 施加预应力所用的机具设备及仪表应由专人使用和管理， 并应定期维护和校验。千斤顶与压力表应配套校验，以确 定张拉力与压力表之间的关系曲线，校验应在经主管部门 授权的法定计量技术机构定期进行。千斤顶、油压表系统 与张拉仪应成套同时标定，至少保证同规格型号千斤顶系 统有一组与张拉仪同步标定。压力表与压力电阻变送器 油压传感器，输出Mpa与电压。 张拉机具设备应与锚具配套使用，并应在进场时进行检查 和校验。对长期不使用的张拉机具设备，应在使用前进行 全面校验。标定张拉设备用的试验机或测力计精度，不得 低于2%。压力表的精度不宜低于1.5级，最大量程不宜 小于设备额定张拉力的1.3倍。标定时千

13、斤顶活塞的运行 方向，应与实际张拉工作状态一致。 31 使用期间的校验期限应视机具设备的情况确定， 当千斤顶使用超过6个月或200次或在使用过程中 出现不正常现象或检修以后应重新校验。弹簧测 力计（油压表）的校验期限不宜超过2个月。当发 生下列情况之一时，应对张拉设备重新标定： 1）千斤顶经过拆卸修理； 2）千斤顶久置后重新使用； 3）压力表受过碰撞或出现失灵现象； 4）更换压力表； 5）张拉中预应力筋发生多根破断事故或张拉伸长 值误差较大。 32 千斤顶、压力表和油泵应当是一个完整的张拉施 力系统，千斤顶显示张拉力值，油压表显示兆帕 数，两者的相互转换与油缸本身性质（如张拉油 缸面积）相关，

14、因此必须结合施工现场整体静态 标定，实际上在许多施工现场却是分割标定 只标定千斤顶与压力表，有的还是动态标定，其 误差大又违背使用条件，往往导致张拉停顿持荷 中张拉力偏大。由于千斤顶摩阻值在低压力状态 下表现强烈，影响大，在标定时应尽量满量程标 定（至少80%）以上，以减少摩阻的影响。一般 情况下，千斤顶的内泄漏不允许过大，内泄漏过 大使千斤顶无法保压，也无法静态标定，不能进 行张拉中的持荷保压，将导致张拉失控。 33 油压传感器是电子元件，其精度很高，能够达到3。在 标定过程中，油压传感器有校正作用，在其使用后期，可 以对油压表读数进行多次校核，而无须将油压表送检测中 心校核。油压传感器自身

15、精度必须达到0.5级。由于油压 传感器只能显示电压值，只有在使用中配套二次仪表，与 张拉力系统（千斤顶、油压表）配套标定方可显示张拉力 值。油压传感器标定时，应使用20%以上的量程标定，过 小（小于10%FS）会导致误差增大。 无论何种测力装置在小于满量程10%后，其精度往往较差。 油压传感器由于自身精度高，未与千斤顶配套标定显示张 拉力值时，也可使用，但精度受到影响：油压传感器自身 标定时，只显示油压与电压关系，而安装在张拉系统后， 受千斤顶性能（如活塞与油缸摩阻）影响，其油压与活塞 面积乘积与张拉力有些偏差。在小量程（小于10%FS）， 误差太大；在50%FS时情况大大好转，可以使用，不过

16、 最好与千斤顶压力表共同标定一次，还可对张拉系统作长 期标定控制。 34 3.2 张拉施工工艺 预应力筋的张拉，应采取多顶同步分级张拉工艺， 使梁在施加预应力的过程中受力均匀、对称且同 步。施加预应力后，各束受力不均匀度高，不会 发生像传统逐束张拉时，梁体受到偏心力矩发生 弯曲扭转，施加预应力过程中对称、同步，受力 均匀，不产生有害变形。 张拉施工时，各张拉机具应在保压持荷均达到稳 定后同步放张。为排除混凝土的弹性压缩不均、 预应力筋回缩及锚具变形不均等对张拉后有效预 应力的影响而产生同断面有效预应力不均匀，采 用设计规定的分级张拉程序，尽量消除各束预应 力损失不均带来的有效预应力偏差。必要时

17、可测 出全断面的锚下有效预应力，求出张拉顺序影响 系数，校正张拉应力，以消除先后张拉影响。 35 张拉应力为张拉控制应力与锚圈口摩阻损失之和， 其值必须小于预应力筋的屈服极限，此时预应力 筋处于弹性状态，经多次张拉后能够恢复到初始 状态。 钢丝、钢绞线无屈服台阶的预应力筋在张拉时， 应考虑对预应力筋进行超张拉。对于竖向束等短 束，主要根据由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩 造成的预应力损失情况来调整张拉应力，必要时 采用低回缩值锚具；对于长束、环形束，主要根 据摩阻损失情况来调整张拉应力。确定张拉应力 时必须考虑预应力筋束有效预应力的不均匀度， 最大张拉应力不允许超过其屈服强度的0.94倍。 36

18、 对于端部设有锚圈（有锚圈口摩阻损失的锚具） 的锚具，张拉控制应力小于张拉应力；对于端部 不设锚圈（无锚圈口摩阻损失的锚具）的锚具， 张拉控制应力等于张拉应力。端部设有锚圈的锚 具，张拉时，张拉应力最大值一般不得超过0.8， 端部不设锚圈的锚具，张拉应力一般不得超过 0.75。也就是说梁的张拉应力一般不应超过0.8， 梁的张拉控制应力一般不得超过0.75。 明确张拉控制应力与锚下有效预应力的区别，张 拉控制应力是张拉时对预应力筋锚下所施加的最 大应力值，而锚下有效预应力是锚固后张拉控制 应力扣除了各种因素的预应力损失（此时主要是 绞线回缩和梁体压缩）。至于经长期衰减、徐变 后的锚下有效预应力，

19、对无粘结筋即为沿程有效 预应力，对有粘结筋则仍为锚下永存拉应力。 37 梁的竖向预应力筋（精轧螺纹钢筋）可反复张拉 到控制应力，以尽可能消除构件间的非弹性变形， 然后按正常张拉程序张拉锚固后测伸长和锚固； 也可采用先张拉、锚固，在压浆前再次重新张拉、 锚固的方法张拉。这种方法比较复杂，施工较为 繁琐。建议采用低松弛钢绞线并实施单根超张拉， 张拉应力可相应提高，取0.85，必要时宜采用承 压式低回缩值锚具，张拉时应保证持荷时间，使 应力充分传递。这种方法较为简便，能尽可能消 除梁体锚具变形，有利于有效预应力的建立，有 利于反拱度。 38 3.3 断丝处理 引起断丝的原因有： 预应力筋整束不均匀度

20、过大，部分绞线 应力大于其极限强度； 钢绞线本身质量有问题； 千斤顶重复多次使用，导致张拉力不准 确，应重新标定千斤顶。 锚具存在质量问题。 39 张拉过程中不允许出现断丝，若出现断丝情况，可能因为 绞线受力不均匀度过大或锚具、绞线存在质量问题。若因 为锚具或绞线质量不合格而出现断丝情况，必须更换锚具 或绞线。预应力工程施工中，如果在疏束、编束、穿束时 遵守严格的施工工艺进行施工，那么是能够保证各筋张拉 后的受力均匀性的，只要坚持严谨的施工方法，均匀度完 全可以达到要求，并且张拉中同一断面1%的断丝是完全 可以避免的。如出现断丝情况，必须查明原因，杜绝因为 锚具、钢绞线不合格而出现断丝情况。若

21、由同束绞线受力 不均而引起的断丝，说明梳、编、穿束工艺大有问题，张 拉后同束中各根预应力筋有效预应力严重不均，其它各束 绞线中受力大的有的已处于屈服阶段，达到极高的应力值， 经衰减后仍然大于其疲劳强度（0.65），在使用阶段中汽 车等活载作用下将导致绞线早期疲劳断裂，造成梁体下挠 甚至断裂，这在连续刚构桥中尤为明显。因此，若因张拉 力过大或同束索力不均匀度过大而导致断丝，必须更换， 同时对所有束进行检测，必要时退锚，重新疏束。 40 3.4 停顿（持荷）时间 持荷时间为油泵开启、油压表读数稳定后的稳压 时间，不得少于5分钟。一般来说，从张拉至张拉 控制应力到油压表读数稳定一般要58min（与

22、梁的长短、预应力筋布局、张拉方式有关）。所 以一般40mT梁两端张拉时停顿时间取5分钟， 40100m取7分钟，100200m取8到10分钟。 以保证有效预应力充分传递，对梁体反拱也有很 大好处。同时，充分的持荷时间可以部分抵消由 于梁体和锚具变形，接缝压缩等所造成的预应力 损失。根据我们对40m长度T梁的试验结果，张拉 完毕持荷2min后锚固，梁体反拱为0.91.1cm， 持荷5min后锚固，梁体反拱为1.61.8cm。 41 3.5 张拉控制 在预应力张拉过程中，张拉过程控制包括：单束 钢绞线两端张拉同步性、多束钢绞线对称张拉同 步性、张拉停顿点同步性。 对张拉过程进行控制，能及时发现施工

23、中存在的 问题，完善施工工艺和方法。 张拉直接影响有效预应力大小和同断面的不均匀 度，其控制频数：一般桥梁不宜少于10%；对于 连续梁桥、连续刚构桥等重要桥梁应加大控制频 数（20%），确保张拉操作人员的工作和张拉器 材的使用达到良好的效果。 42 梁体中有效预应力同断面大小和不均匀度，对其 预应力度、受力、变形、反拱度等均有很大影响。 一般要求对梁体同一断面中有效预应力偏差控制 在2%的范围内，由于各束预应力筋的钢绞线根 数未必一样，可采用同一断面中各束单根绞线锚 下有效预应力平均值的不均匀度来反映张拉施工 的控制水平。实践证明，现场施工条件既可以达 到上述要求，又能保证张拉应力的稳定性与精

24、确 性。 张拉跟踪控制需保持张拉过程中两端的同步性， 传统方法是在张拉时，梁体两端操作人员通过步 话机联系，相互报告张拉值、伸长值的数据。由 于两端张拉同步性要求高，在张拉过程中，应增 加停顿次数。加载到张拉控制应力应保证其精度 和足够的持荷时间，再缓缓同步放张锚固。但数 据记录、表报处理费时费事。 43 现有数显式张拉控制系统能对张拉过程中 的压力和位移进行实时检测，指导张拉。 张拉控制仪的数显控制箱，可与油压传感 器和位移传感器连接并接受其信号，进行 数字化显示，同时还可以连接计算机，并 将其存储的压力和位移数据作为张拉结果 打印。此外，张拉控制仪相互之间可以进 行无线通信，分别将该仪器安

25、装在梁体的 两端进行张拉时，可将其伸长值、张拉值 进行数据互相传输并显示，避免了油粘度、 摩阻、内泄漏、人为读数等的影响。 44 图图4.3.1 张拉测试仪的安装张拉测试仪的安装 45 图图4.3.2 在实验室里的多顶同步张在实验室里的多顶同步张 拉拉 46 图图4.3.3 工作人员正在进行张拉同步监控工作人员正在进行张拉同步监控 47 图图4.3.4 数显式张拉控制仪数显式张拉控制仪 48 使用时，给张拉千斤顶的进油口配上三通接头， 其中两个接头分别连接油压传感器和位移传感器， 并将油压传感器和位移传感器的另一端连接到数 显式张拉控制仪上，即可对张拉过程中的压力和 位移进行实时检测。需要打印

26、张拉数据时，可把 数显式张拉控制仪连接到计算机及打印设备打印 即可，同时还能进行摩阻的动态测试（含锚口、 锚垫板、管道摩阻）。 施工中利用数显式张拉控制仪对张拉进行控制， 可更准确地进行两端同步张拉（如图4.3.5所示）。 位于梁体两端的数显式张拉控制仪可同时显示本 机和对方的数据，并根据对方当前的张拉力值， 及时做出调整，可以更准确地进行两端同步张拉， 而且仪器自动记录了所有张拉数据，可根据需要 打印出来。 49 图图4.3.5 数显拉控制仪检测原理图数显拉控制仪检测原理图 50 图图4.3.6 工人利用数显拉控制仪进行监控工人利用数显拉控制仪进行监控 51 图图4.3.7 千斤顶、油压传感器、三通接头千斤顶、油压传感器、三通接头