河南體育場工程緩粘結預應力施工技術獲獎資料

緩粘結預應力技術XX體育場項目部2010年11月緩粘結預應力技術1）技術開發(fā)背景《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2002對預應力框架梁作了新的規(guī)定：“框架梁宜采用后張有粘結預應力鋼筋和非預應力鋼筋的混合配筋方式”《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2001對抗震框架梁也做了規(guī)定“C.1.2抗震設計時，框架的后張預應力構件宜采用有粘結預應力筋”，這2個規(guī)定都限制了無粘結預應力技術在參與抗震計算的框架結構中的使用。但有粘結預應力施工需要預留穿筋孔或預穿預應力筋及套管、后注漿等施工工藝繁瑣；無粘結預應力筋在工作中受力幾乎處處相等，易造成預應力筋和錨具疲勞以及受拉區(qū)混凝土裂縫多、寬度大和結構強度利用率低的缺點。直接制約了其適用范圍。緩粘結預應力的發(fā)展是工程的迫切需要，緩凝型預應力體系將無粘結預應力體系和有粘結預應力體系相結合.緩粘結預應力技術具有無粘結預應力技術施工方便、造價低和有粘結預應力技術所具有的結構延性好、抗震性能優(yōu)等特點，達到有粘結預應力結構的效果。2）工程概況及設計要求（1）概況：XX體育場工程作為第七屆全國農民運動會主場館，是XX市重點工程、至此單體體量最大的工程，更是XX市標志性建筑。位于XX高新區(qū)“白河”與“獨山”之間。本工程總用地面積27公頃，建筑面積42500平方米,占地面積29400平方米，可容納觀眾座位數(shù)35000座。工程設計為大跨度結構，直徑246m，近似圓形。建筑高度為45.3m，地上5層，看臺挑棚結構最高處，建筑高度50.3m。（2）本工程設計要求：①YKZ表示為預應力框架柱，為配合屋頂鋼結構挑棚，預應力柱主要分布在外環(huán)兩條環(huán)向軸線上，預應力筋分布及設置進行深化設計，預應力應用在豎向結構屬于行業(yè)技術創(chuàng)新，本工程充分總結了經(jīng)驗教訓。②整個結構雖經(jīng)變形縫分成八個獨立的區(qū)段,但各個區(qū)段混凝土部分仍然超長,針對各個部位采取相應措施，看臺部位采取措施為：看臺梁、屋頂環(huán)梁等沿環(huán)向施加預應力，且防止溫度裂縫；緩粘結預應力結構提高結構強度及抗裂性能，尤其對涉及抗拔效果的外環(huán)圓柱。有利于降低結構占用層高尺寸和減輕結構自重；改善結構的使用功能，看臺梁板撓度小，幾乎不存在裂縫；施工方便、速度快；節(jié)約鋼材和混凝土，有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。2、詳細科學技術內容（總體思路、技術方案、關鍵技術、實施效果）2.1總體思路“緩粘結”釋義：顧名思義：緩凝介質→制備工藝→張拉流程→緩粘效應環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂鋼絞線外包護套定位緩粘結膠粘劑涂覆外包護套涂裹裸線放料緩粘結預應力筋的生產(chǎn)流程：定位緩粘結膠粘劑涂覆外包護套涂裹裸線放料外包護套壓痕緩粘結筋盤料牽引、定位冷卻外包護套壓痕緩粘結筋盤料牽引、定位冷卻現(xiàn)有的預應力混凝土技術，由于施工的工藝不同，有無粘結和有粘結兩種預應力體系之分。無粘結預應力體系由于布置靈活方便、無成孔和灌漿等繁瑣和復雜的施工工序而受到工程界廣泛重視，并得到大量使用。無粘結筋中防腐油脂和護套可起到一些防腐作用，但無粘結預應力筋在工作中受力幾乎處處相等，易造成預應力筋和錨具疲勞以及受拉區(qū)混凝土裂縫多、寬度大和結構強度利用率低的缺點。基于無粘結預應力體系的以上特點，目前只應用于板和次梁等非主要承載構件中。有粘結預應力體系克服了無粘結預應力筋工作中表現(xiàn)出來的缺點，但該體系施工工藝要求預留孔道、壓孔灌漿，造成施工干擾，而灌漿質量又難以控制，易造成預應力筋腐蝕，影響結構的耐久性，且預留孔道對構件截面削弱較大，特別是在梁柱節(jié)點處由于預應力筋成束布置而較難穿過，這些因素都影響和制約著有粘結預應力體系的應用。無粘結預應力體系和有粘結預應力體系由于各自存在一定的缺點，使其應用受到限制，工程上迫切需要一種新的預應力體系。緩凝型預應力體系即將無粘結預應力體系和有粘結預應力體系相結合，取各自之長，避各自之短，即施工時于無粘結體系一樣，使用中靠包裹于預應力筋上的緩凝材料逐漸硬化，達到有粘結預應力體系的效果。緩凝材料也可以阻擋腐蝕介質介入的通道，對鋼絞線起到了一定的保護作用。緩凝結預應力筋單根布置，在梁柱節(jié)點處較易穿過，對節(jié)點削弱也很小。2.2技術方案XX體育場工程預應力施工方案2.3關鍵技術前期技術支持1原材料加工，關鍵在于緩凝粘結劑的配制與灌注；（一）預應力筋示意圖圖1預應力筋示意圖圖1中上圖為緩粘預應力筋構造圖，下圖為實體照片。2圖紙深化設計：根據(jù)設計意圖,對預應力施工圖進行全面的深化,主要包括繪制預應力鋪放圖、張拉端節(jié)點詳圖和確定預應力施工技術參數(shù)等。此外,根據(jù)工程的具體要求,編制預應力專項施工組織設計。緩粘結預應力筋的下料長度參考無粘結預應力筋，當緩粘結預應力筋長度超過30m時，宜采取兩端張拉；當筋長超過60m時，宜采取分段張拉和錨固[3]。本工程設計要求：①YKZ表示為預應力框架柱，為配合屋頂鋼結構挑棚，預應力柱主要分布在外環(huán)兩條環(huán)向軸線上，預應力筋分布及設置進行深化設計，預應力應用在豎向結構屬于行業(yè)技術創(chuàng)新。②整個結構雖經(jīng)變形縫分成八個獨立的區(qū)段,但各個區(qū)段混凝土部分仍然超長,針對各個部位采取相應措施，看臺部位采取措施為：看臺梁、屋頂環(huán)梁等沿環(huán)向施加預應力，且防止溫度裂縫；③設計要求預應力筋均采用JY-BRPC緩粘結預應力技術。緩粘結預應力筋是由外涂緩粘結膠粘劑、外包PE組成和鋼絞線。緩粘結膠粘劑要保證在張拉階段可以自由滑動，2年內完全固化；緩粘結預應力筋外層PE表面必須有凹凸不平的壓痕；緩粘結預應力筋重量為1.35kg/m。預應力鋼絞線為直徑15.2高強低松弛鋼鉸線，f?ptk?=1860MPa。④緩粘結預應力施工工藝可參照《無粘結預應力混凝土結構技術規(guī)程》JGJ92-2004（J409-2005）中的相關規(guī)定。緩粘結預應力筋下料。按照施工圖紙要求進行，根據(jù)預應力筋的曲線長度、張拉設備及不同形式的組裝要求及預應力筋的張拉端預留張拉長度進行下料。預先做好PE外套，并將緩凝粘結劑在工廠預先灌注完成。預應力筋下料應用砂輪切割機切割，嚴禁使用電焊和氣焊。對一端錨固、一端張拉的預應力筋要逐根進行組裝，固定端由擠壓錨具、承壓板、螺旋筋組成，固定端的節(jié)點做法見下圖。預應力固定端節(jié)點做法示意緩粘結預應力筋的材料運輸及存放?，F(xiàn)場抽樣復試緩粘結筋采用1860MPa低松馳鋼鉸線，公稱直徑為15.24mm，錨具采用JMl5P型擠壓錨具和PM15-1型夾片錨：在張拉端采用片錨具，固定端采用擠壓套筒錨具。承壓板采用100×100×10鋼板，對鋼鉸線和錨具應按現(xiàn)行《預應力混凝土用鋼鉸線》(GB／T5224)及《預應力筋用錨具、夾具和連接器》(GB／T14370)的規(guī)定進行抽驗檢驗，符合設計要求后方可使用。進場材料如果不能短時間內施工，應安排固定的場地進行堆放，并注意防護，進行遮蓋，避免雨淋及長時間陽光曝曬，以免造成緩粘結預應力筋外包PE護套的老化及開裂現(xiàn)象。圖為監(jiān)理見證取樣：切割鋼絞線必須用砂輪切除多余預應力筋，嚴禁采用電弧燒斷。2.3.4梁、柱緩粘結預應力筋鋪設。（橫向結構梁內、豎向結構柱內）緩粘結預應力筋的施工工藝流程、施工操作要點以及一些具體的操作要點與無粘結預應力筋的施工基本相同。其核心技術就是緩粘結劑隨著時間的推移逐漸硬化與混凝土和鋼絞線間形成很強的粘結力，即按無粘結預應力筋施工，但是卻達到有粘結預應力筋的力學效果。緩粘結預應力深化設計→材料加工運至現(xiàn)場→材料驗收復檢→預應力筋安裝并做好錨固端固定→辦理相應手續(xù)澆筑混凝土→滿足條件后張拉→切筋→張拉端封錨。本工程緩粘結預應力筋的安裝分為：梁內橫向結構按照自然曲線進行鋪設，結構圓柱內豎向結構預應力筋安裝；預應力筋張拉端有出板面張拉和穴模式兩種做法，本工程柱頂采用出板面張拉，梁內及柱搭接采用的穴模式安裝；鋪設時將承壓板穿在預應力筋上，張拉作用線與承壓板面垂直，承壓板后曲線段的起始點至張拉錨固點應有不小于300mm的直線段，在承壓板后設置一個高強小彈簧螺旋筋。1、梁內預應力筋安裝：1）看臺梁板預應力筋的分段該工程預應力混凝土樓面屬于超長、大面積環(huán)形預應力混凝土樓面。超長預應力混凝土樓面必須分段布置預應力筋，分段張拉。分段過長，預應力損失較大；分段過短，張拉次數(shù)多、效率低，錨具費用大。因此，預應力筋的分段是否合理是一個考慮的重點。體育場結構分為八個分區(qū)，分區(qū)內側弧長約76m，外側弧長約100m。考慮到溫度作用的影響，沿結構環(huán)向設置了18道800mm寬的后澆帶。參考《無粘結預應力混凝土結構技術規(guī)程》中第條的規(guī)定，在每個分區(qū)的端部設置小于30m長的緩粘結預應力筋，單端張拉。在分區(qū)中部設置采用兩端張拉的預應力筋，板中部預應力筋與端部預應力筋直接搭接或者在后澆帶處設置短預應力筋相搭接，在保證預應力損失較小的同時，降低張拉次數(shù)，減小錨具費用。大面積預應力混凝土樓面施工周期長，后澆帶處緩粘結預應力筋應加強保護。圖中表示張拉端,表示固定端。預應力筋超過25米長需要進行分段張拉。2）梁內緩粘結預應力筋錨固端固定3）梁內緩粘結預應力筋分布：4）梁內緩粘結預應力筋張拉端固定2、柱內預應力筋鋪設YKZ表示為預應力框架柱，為配合屋頂鋼結構挑棚，預應力柱主要分布在外環(huán)兩條環(huán)向軸線上，預應力筋分布及設置進行深化設計，預應力應用在豎向結構屬于行業(yè)技術創(chuàng)新。1）柱內緩粘結預應力錨固端固定2）柱內緩粘結預應力筋分布：3）柱內緩粘結預應力張拉端固定4）柱模板對預應力筋分段張拉的影響。摩擦損失是預應力損失中比較大的一個部分，一般來說，摩擦損失隨著預應力構件長度的增加而增加?！稛o粘結預應力混凝土結構技術規(guī)程》中第條規(guī)定：當無粘結預應力筋長度超過30m時，宜采取兩端張拉；當筋長超過60m時，宜采取分段張拉和錨固。本工程預應力柱最高高度達到37m，由于柱施工有其自身的特點，預應力筋只能采用單端張拉的方式，在柱頂張拉會使得緩粘結預應力鋼絞線摩擦損失大大增加，影響柱預應力的施加效果?？紤]將預應力筋分為兩段張拉，第一段張拉位置設在中間層的結構梁頂標高處，第二段張拉位置設置在柱頂。但對于外側柱子而言，有一側是沒有約束的，柱模板從底部直接到達頂部，對第一段預應力筋預留張拉端帶來了困難。為解決這一問題，考慮了以下兩個方案：方案一：預應力筋靠近柱子形心位置處布置，并且在柱第一段張拉端處設置張拉盒，將張拉端預應力筋置于張拉盒中，利用聚苯板等對張拉盒進行臨時填充，待柱拆模后進行張拉。如圖3所示。方案二：預應力筋在柱主筋范圍內盡量沿柱截面外圍布置，并且根據(jù)現(xiàn)場情況，將緩粘結預應力筋繞過鋼骨或者在鋼骨上打孔后穿過鋼骨錨固在兩側的梁頂上。方案一對柱子預應力施加效果較好，但是設置張拉盒需要切斷部分箍筋和縱筋，對柱子的受力性能影響較大。方案二不需要破壞柱子的箍筋，但是預應力筋布置離柱形心較遠，且甩到梁中錨固會使得預應力筋摩擦損失有所加大。通過綜合考慮及現(xiàn)場施工情況，本工程采用第二種方案，避免方案一對柱子節(jié)點區(qū)的削弱，而影響柱子的受力性能。方案圖示緩粘結預應力張拉在混凝土強度達到張拉要求之后，開始預應力筋的張拉。預應力張拉控制應力及伸長值應滿足設計要求。預應力筋張拉采用張拉力與伸長值雙控進行，如發(fā)現(xiàn)伸長值不滿足規(guī)范的有關規(guī)定，應立即停止張拉，并查明原因，采取相應的措施，然后完成張拉程序?；炷翉姸冗_到90%的設計強度后可無粘結預應力筋，預應力筋的張拉采用雙控，即以控制張拉力為主，以伸長值作為校核。張拉程序為：0—1.03σcon—錨固。預應力張拉采用YCN-25液壓式千斤頂及其油泵，板中預應力筋張拉控制應力系數(shù)為0.70,張拉控制應力σcon=1302Mpa，實際張拉力根據(jù)實際狀況進行3%的超張拉。本工程預應力每根鋼絞線的設計張拉力為182kN，考慮超張拉3%，每根鋼絞線的實際張拉力為187.7kN。1、看臺梁內緩粘結預應力筋張拉現(xiàn)場2、柱內緩粘結預應力筋張拉現(xiàn)場張拉后緩粘結預應力筋張拉端處理緩粘結筋的錨固區(qū)，必須有嚴格的密封防護措施，嚴防水汽進入，銹蝕預應力筋。因此，緩粘結預應力筋張拉完畢后，應立即對緩粘結預應力筋進行封端保護。張拉端封錨情況示意：張拉完成經(jīng)監(jiān)理驗收合格后，用機械方法將外露預應力筋切斷，剩余預應力筋長度控制在3-5cm，然后及時對張拉端頭涂刷防銹漆進行防腐防銹處理，最后用同標號微膨脹混凝土將錨具封堵好，封堵一定要密實，防止孔內有蜂窩,錨具的保護層厚度不應小于50mm