河南体育场工程缓粘结预应力施工技术获奖资料

缓粘结预应力技术XX体育场项目部2010年11月缓粘结预应力技术1）技术开发背景《混凝土结构设计规范》GB50010-2002对预应力框架梁作了新的规定：“框架梁宜采用后张有粘结预应力钢筋和非预应力钢筋的混合配筋方式”《建筑抗震设计规范》GB50011-2001对抗震框架梁也做了规定“C.1.2抗震设计时，框架的后张预应力构件宜采用有粘结预应力筋”，这2个规定都限制了无粘结预应力技术在参与抗震计算的框架结构中的使用。但有粘结预应力施工需要预留穿筋孔或预穿预应力筋及套管、后注浆等施工工艺繁琐；无粘结预应力筋在工作中受力几乎处处相等，易造成预应力筋和锚具疲劳以及受拉区混凝土裂缝多、宽度大和结构强度利用率低的缺点。直接制约了其适用范围。缓粘结预应力的发展是工程的迫切需要，缓凝型预应力体系将无粘结预应力体系和有粘结预应力体系相结合.缓粘结预应力技术具有无粘结预应力技术施工方便、造价低和有粘结预应力技术所具有的结构延性好、抗震性能优等特点，达到有粘结预应力结构的效果。2）工程概况及设计要求（1）概况：XX体育场工程作为第七届全国农民运动会主场馆，是XX市重点工程、至此单体体量最大的工程，更是XX市标志性建筑。位于XX高新区“白河”与“独山”之间。本工程总用地面积27公顷，建筑面积42500平方米,占地面积29400平方米，可容纳观众座位数35000座。工程设计为大跨度结构，直径246m，近似圆形。建筑高度为45.3m，地上5层，看台挑棚结构最高处，建筑高度50.3m。（2）本工程设计要求：①YKZ表示为预应力框架柱，为配合屋顶钢结构挑棚，预应力柱主要分布在外环两条环向轴线上，预应力筋分布及设置进行深化设计，预应力应用在竖向结构属于行业技术创新，本工程充分总结了经验教训。②整个结构虽经变形缝分成八个独立的区段,但各个区段混凝土部分仍然超长,针对各个部位采取相应措施，看台部位采取措施为：看台梁、屋顶环梁等沿环向施加预应力，且防止温度裂缝；缓粘结预应力结构提高结构强度及抗裂性能，尤其对涉及抗拔效果的外环圆柱。有利于降低结构占用层高尺寸和减轻结构自重；改善结构的使用功能，看台梁板挠度小，几乎不存在裂缝；施工方便、速度快；节约钢材和混凝土，有较好的经济效益和社会效益。2、详细科学技术内容（总体思路、技术方案、关键技术、实施效果）2.1总体思路“缓粘结”释义：顾名思义：缓凝介质→制备工艺→张拉流程→缓粘效应环氧树脂环氧树脂钢绞线外包护套定位缓粘结胶粘剂涂覆外包护套涂裹裸线放料缓粘结预应力筋的生产流程：定位缓粘结胶粘剂涂覆外包护套涂裹裸线放料外包护套压痕缓粘结筋盘料牵引、定位冷却外包护套压痕缓粘结筋盘料牵引、定位冷却现有的预应力混凝土技术，由于施工的工艺不同，有无粘结和有粘结两种预应力体系之分。无粘结预应力体系由于布置灵活方便、无成孔和灌浆等繁琐和复杂的施工工序而受到工程界广泛重视，并得到大量使用。无粘结筋中防腐油脂和护套可起到一些防腐作用，但无粘结预应力筋在工作中受力几乎处处相等，易造成预应力筋和锚具疲劳以及受拉区混凝土裂缝多、宽度大和结构强度利用率低的缺点。基于无粘结预应力体系的以上特点，目前只应用于板和次梁等非主要承载构件中。有粘结预应力体系克服了无粘结预应力筋工作中表现出来的缺点，但该体系施工工艺要求预留孔道、压孔灌浆，造成施工干扰，而灌浆质量又难以控制，易造成预应力筋腐蚀，影响结构的耐久性，且预留孔道对构件截面削弱较大，特别是在梁柱节点处由于预应力筋成束布置而较难穿过，这些因素都影响和制约着有粘结预应力体系的应用。无粘结预应力体系和有粘结预应力体系由于各自存在一定的缺点，使其应用受到限制，工程上迫切需要一种新的预应力体系。缓凝型预应力体系即将无粘结预应力体系和有粘结预应力体系相结合，取各自之长，避各自之短，即施工时于无粘结体系一样，使用中靠包裹于预应力筋上的缓凝材料逐渐硬化，达到有粘结预应力体系的效果。缓凝材料也可以阻挡腐蚀介质介入的通道，对钢绞线起到了一定的保护作用。缓凝结预应力筋单根布置，在梁柱节点处较易穿过，对节点削弱也很小。2.2技术方案XX体育场工程预应力施工方案2.3关键技术前期技术支持1原材料加工，关键在于缓凝粘结剂的配制与灌注；（一）预应力筋示意图图1预应力筋示意图图1中上图为缓粘预应力筋构造图，下图为实体照片。2图纸深化设计：根据设计意图,对预应力施工图进行全面的深化,主要包括绘制预应力铺放图、张拉端节点详图和确定预应力施工技术参数等。此外,根据工程的具体要求,编制预应力专项施工组织设计。缓粘结预应力筋的下料长度参考无粘结预应力筋，当缓粘结预应力筋长度超过30m时，宜采取两端张拉；当筋长超过60m时，宜采取分段张拉和锚固[3]。本工程设计要求：①YKZ表示为预应力框架柱，为配合屋顶钢结构挑棚，预应力柱主要分布在外环两条环向轴线上，预应力筋分布及设置进行深化设计，预应力应用在竖向结构属于行业技术创新。②整个结构虽经变形缝分成八个独立的区段,但各个区段混凝土部分仍然超长,针对各个部位采取相应措施，看台部位采取措施为：看台梁、屋顶环梁等沿环向施加预应力，且防止温度裂缝；③设计要求预应力筋均采用JY-BRPC缓粘结预应力技术。缓粘结预应力筋是由外涂缓粘结胶粘剂、外包PE组成和钢绞线。缓粘结胶粘剂要保证在张拉阶段可以自由滑动，2年内完全固化；缓粘结预应力筋外层PE表面必须有凹凸不平的压痕；缓粘结预应力筋重量为1.35kg/m。预应力钢绞线为直径15.2高强低松弛钢铰线，fŽptk=1860MPa。④缓粘结预应力施工工艺可参照《无粘结预应力混凝土结构技术规程》JGJ92-2004（J409-2005）中的相关规定。缓粘结预应力筋下料。按照施工图纸要求进行，根据预应力筋的曲线长度、张拉设备及不同形式的组装要求及预应力筋的张拉端预留张拉长度进行下料。预先做好PE外套，并将缓凝粘结剂在工厂预先灌注完成。预应力筋下料应用砂轮切割机切割，严禁使用电焊和气焊。对一端锚固、一端张拉的预应力筋要逐根进行组装，固定端由挤压锚具、承压板、螺旋筋组成，固定端的节点做法见下图。预应力固定端节点做法示意缓粘结预应力筋的材料运输及存放。现场抽样复试缓粘结筋采用1860MPa低松驰钢铰线，公称直径为15.24mm，锚具采用JMl5P型挤压锚具和PM15-1型夹片锚：在张拉端采用片锚具，固定端采用挤压套筒锚具。承压板采用100×100×10钢板，对钢铰线和锚具应按现行《预应力混凝土用钢铰线》(GB／T5224)及《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB／T14370)的规定进行抽验检验，符合设计要求后方可使用。进场材料如果不能短时间内施工，应安排固定的场地进行堆放，并注意防护，进行遮盖，避免雨淋及长时间阳光曝晒，以免造成缓粘结预应力筋外包PE护套的老化及开裂现象。图为监理见证取样：切割钢绞线必须用砂轮切除多余预应力筋，严禁采用电弧烧断。2.3.4梁、柱缓粘结预应力筋铺设。（横向结构梁内、竖向结构柱内）缓粘结预应力筋的施工工艺流程、施工操作要点以及一些具体的操作要点与无粘结预应力筋的施工基本相同。其核心技术就是缓粘结剂随着时间的推移逐渐硬化与混凝土和钢绞线间形成很强的粘结力，即按无粘结预应力筋施工，但是却达到有粘结预应力筋的力学效果。缓粘结预应力深化设计→材料加工运至现场→材料验收复检→预应力筋安装并做好锚固端固定→办理相应手续浇筑混凝土→满足条件后张拉→切筋→张拉端封锚。本工程缓粘结预应力筋的安装分为：梁内横向结构按照自然曲线进行铺设，结构圆柱内竖向结构预应力筋安装；预应力筋张拉端有出板面张拉和穴模式两种做法，本工程柱顶采用出板面张拉，梁内及柱搭接采用的穴模式安装；铺设时将承压板穿在预应力筋上，张拉作用线与承压板面垂直，承压板后曲线段的起始点至张拉锚固点应有不小于300mm的直线段，在承压板后设置一个高强小弹簧螺旋筋。1、梁内预应力筋安装：1）看台梁板预应力筋的分段该工程预应力混凝土楼面属于超长、大面积环形预应力混凝土楼面。超长预应力混凝土楼面必须分段布置预应力筋，分段张拉。分段过长，预应力损失较大；分段过短，张拉次数多、效率低，锚具费用大。因此，预应力筋的分段是否合理是一个考虑的重点。体育场结构分为八个分区，分区内侧弧长约76m，外侧弧长约100m。考虑到温度作用的影响，沿结构环向设置了18道800mm宽的后浇带。参考《无粘结预应力混凝土结构技术规程》中第条的规定，在每个分区的端部设置小于30m长的缓粘结预应力筋，单端张拉。在分区中部设置采用两端张拉的预应力筋，板中部预应力筋与端部预应力筋直接搭接或者在后浇带处设置短预应力筋相搭接，在保证预应力损失较小的同时，降低张拉次数，减小锚具费用。大面积预应力混凝土楼面施工周期长，后浇带处缓粘结预应力筋应加强保护。图中表示张拉端,表示固定端。预应力筋超过25米长需要进行分段张拉。2）梁内缓粘结预应力筋锚固端固定3）梁内缓粘结预应力筋分布：4）梁内缓粘结预应力筋张拉端固定2、柱内预应力筋铺设YKZ表示为预应力框架柱，为配合屋顶钢结构挑棚，预应力柱主要分布在外环两条环向轴线上，预应力筋分布及设置进行深化设计，预应力应用在竖向结构属于行业技术创新。1）柱内缓粘结预应力锚固端固定2）柱内缓粘结预应力筋分布：3）柱内缓粘结预应力张拉端固定4）柱模板对预应力筋分段张拉的影响。摩擦损失是预应力损失中比较大的一个部分，一般来说，摩擦损失随着预应力构件长度的增加而增加。《无粘结预应力混凝土结构技术规程》中第条规定：当无粘结预应力筋长度超过30m时，宜采取两端张拉；当筋长超过60m时，宜采取分段张拉和锚固。本工程预应力柱最高高度达到37m，由于柱施工有其自身的特点，预应力筋只能采用单端张拉的方式，在柱顶张拉会使得缓粘结预应力钢绞线摩擦损失大大增加，影响柱预应力的施加效果。考虑将预应力筋分为两段张拉，第一段张拉位置设在中间层的结构梁顶标高处，第二段张拉位置设置在柱顶。但对于外侧柱子而言，有一侧是没有约束的，柱模板从底部直接到达顶部，对第一段预应力筋预留张拉端带来了困难。为解决这一问题，考虑了以下两个方案：方案一：预应力筋靠近柱子形心位置处布置，并且在柱第一段张拉端处设置张拉盒，将张拉端预应力筋置于张拉盒中，利用聚苯板等对张拉盒进行临时填充，待柱拆模后进行张拉。如图3所示。方案二：预应力筋在柱主筋范围内尽量沿柱截面外围布置，并且根据现场情况，将缓粘结预应力筋绕过钢骨或者在钢骨上打孔后穿过钢骨锚固在两侧的梁顶上。方案一对柱子预应力施加效果较好，但是设置张拉盒需要切断部分箍筋和纵筋，对柱子的受力性能影响较大。方案二不需要破坏柱子的箍筋，但是预应力筋布置离柱形心较远，且甩到梁中锚固会使得预应力筋摩擦损失有所加大。通过综合考虑及现场施工情况，本工程采用第二种方案，避免方案一对柱子节点区的削弱，而影响柱子的受力性能。方案图示缓粘结预应力张拉在混凝土强度达到张拉要求之后，开始预应力筋的张拉。预应力张拉控制应力及伸长值应满足设计要求。预应力筋张拉采用张拉力与伸长值双控进行，如发现伸长值不满足规范的有关规定，应立即停止张拉，并查明原因，采取相应的措施，然后完成张拉程序。混凝土强度达到90%的设计强度后可无粘结预应力筋，预应力筋的张拉采用双控，即以控制张拉力为主，以伸长值作为校核。张拉程序为：0—1.03σcon—锚固。预应力张拉采用YCN-25液压式千斤顶及其油泵，板中预应力筋张拉控制应力系数为0.70,张拉控制应力σcon=1302Mpa，实际张拉力根据实际状况进行3%的超张拉。本工程预应力每根钢绞线的设计张拉力为182kN，考虑超张拉3%，每根钢绞线的实际张拉力为187.7kN。1、看台梁内缓粘结预应力筋张拉现场2、柱内缓粘结预应力筋张拉现场张拉后缓粘结预应力筋张拉端处理缓粘结筋的锚固区，必须有严格的密封防护措施，严防水汽进入，锈蚀预应力筋。因此，缓粘结预应力筋张拉完毕后，应立即对缓粘结预应力筋进行封端保护。张拉端封锚情况示意：张拉完成经监理验收合格后，用机械方法将外露预应力筋切断，剩余预应力筋长度控制在3-5cm，然后及时对张拉端头涂刷防锈漆进行防腐防锈处理，最后用同标号微膨胀混凝土将锚具封堵好，封堵一定要密实，防止孔内有蜂窝,锚具的保护层厚度不应小于50mm