桥梁非金属材料预应力筋张拉施工工法

热烈祝贺2014年公路工程工法经验交流会胜利召开广东长宏公路工程有限公司华中科技大学江西赣东路桥建设集团有限公司二○一四年三月华中科技大学郑文衡2014年3月25日非金属材料预应力筋张拉施工工法目录工法产生背景工法特点工艺原理关键技术创新点与操作要点工程应用情况社会经济效益1、工法产生背景1.1工程背景宜昌宜巴公路秭归境内松树坳大桥全长114.04m，桥梁上部采用5跨20m预应力简支空心板，其中四跨为装配式预应力钢筋砼空心板；第一跨为20m预应力CFRP筋混凝土空心板，采用CFRP材料配筋，按照碳纤维CFRP预应力束、GFRP锚具设计及施工.1、工法产生背景1.2.1该工法依托课题背景本工法依托课题是广东长宏公路工程有限公司和华中科技大学联合申报的“非金属材料预应力筋张拉工艺技术研究”课题，该课题是广东省交通运输厅2009年度科技项目，编号2009-02-18。课题成果鉴定证书编号粤交科鉴字【2012】35号。

1.2技术背景1、工法产生背景1.2技术背景1.2.2依托课题研究内容及目的从非金属材料（CFRP)预应力筋及其锚固体系研究出发，形成一套完全非金属锚固体系完整的计算理论、工艺技术，解决非金属锚具应用中所面临的一些问题，使其从研究走向实际工程应用。

将常规钢绞线预应力筋用非金属材料预应力筋束替代，在归纳总结国外、国内研究成果和的工程实践的基础上，根据目前国内外非金属材料锚固系统的研究和发展动态，以实际应用为目标，以理论与实践相结合，形成完全非金属锚固系统及非金属材料预应力筋专用张拉工具来施工的张拉施工工艺。1、工法产生背景1.3技术水平2012年11月20日该工法的关键技术在广东省交通运输厅组织的成果鉴定会上顺利通过，鉴定结论是“整体达到国际先进水平，其中GFRP夹片式锚具达到国际领先水平”。2013年11月“非金属材料预应力筋张拉工艺技术研究”获得中国公路建设行业协会组织评审的“科技创新成果一等奖”。1、工法产生背景1.3技术水平1、发明专利

2011年8月获得专利“具有自监测功能的复合材料智能锚具及其制备方法”,编号：中国201010183250.51、工法产生背景1.3技术水平2、实用新型专利

2010年12月获得专利“一种具有自监测功能的复合材料智能锚具”，编号：中国201020202991.91、工法产生背景1.3技术水平3、实用新型专利

2010年10月获得专利“一种FRP制筋材锚具”，编号：中国200920289624.42、工法特点2.1质量、安全质量控制要求执行国内相关行业规范标准，主要包括现行《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）及《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》（GB50608-2010）相关规程。每片梁断丝及滑丝数量不得超过预应力筋总丝数的1%，并不得位于梁体的同一侧，且一束内断丝不得超过一丝。否则，放松换束。采用本工法，可确保非金属预应力体系张拉施工质量，且能有效提高预应力结构的耐久性和可靠度。2、工法特点2.1质量、安全

张拉作业区，应设置明显的警告标志，无关人员，严禁入内；

张拉前检查张拉设备工具(如千斤顶、油泵、压力表、油管、顶楔器及液控顶压阀、专用空心支架等)是否符合施工安全的要求，压力表应按规定周期进行检定；

锚具安装时，夹片的选择应保证与筋束螺纹是同一规格；由于筋束固化段外螺纹有两条平行压模缝，夹片安装时应使两条压模缝在两夹片的安装缝隙之间；

张拉时作业人员不得站在千斤顶及锚固段正后方，张拉完成后应按规定及时压浆、封锚。采用非金属材料预应力筋张拉施工工法施工安全，风险小。2、工法特点2.1质量、安全2、工法特点2.2工期、进度非金属筋材重量轻，人工搬运、穿索、张拉等均比较方便，与钢绞线比较可以加快进度、节省工期。2、工法特点2.3经济效益碳纤维筋材，比重，强度是钢绞线2倍左右，价格方面约15元/kg；钢绞线的比重7.8，一般采用设计强度用到1395MPa，价格大部分在6到9元/kg之间；按等重量等强度计算，本工法明显比钢绞线工法节约成本；后期营运及养护费用也节省；

而且钢材寿命在40到60年之间，碳纤维的寿命可达100-120年，因此非金属预应力筋张拉施工工法总体经济优势显而易见。3、工艺原理

本工法工艺原理与其它普通钢绞线预应力筋施工工法基本相同，主要的区别是预应力筋材制作（非金属材料预应力筋目前只能在工厂内下料、编束及端部处理）、编束（含端部处理）、张拉工具(采用专用支架)、过程控制等有根本的区别。3、工艺原理3.1非金属锚具由静力平衡得到：为保证锚固可靠，发挥锚夹具锚固夹持预应力筋的作用，夹片与预应力筋间的摩擦力应大于或等于P，以使预应力筋不产生滑动，即：由以上式子连立可得到：时，锚具可以自锚。

注:为夹片和预应力筋之间等效摩擦角。经分析，在影响非金属材料夹片式锚具锚固性能的因素中，锚环内壁倾角、锚环长度、夹片倾角与锚环内壁倾角差值这三个因素是影响非金属预应力体系锚固效率的最主要因素。3、工艺原理3.1非金属锚具3、工艺原理锚具内壁倾角影响因素分析结果较大的倾角有利于减少纤维筋的滑移，而且可以减小纤维筋对夹片和锚环的轴向应力。考虑到锚具的自锚性能，经理论计算及大量试验获得结论：采用6°的倾角较为合理。软化区概念图角度差异概念图锚具的锚固长度影响结果

GFRP锚具的锚固长度对锚固系统有很大影响，锚固的长度越长(即接触长度越长)，能够减少锚固系统中各个部件的应力和位移。如果在可能的情况下，可以通过增加锚环和夹片的长度来增加锚具锚固的长度，从而提高锚固的效率。

3、工艺原理夹片与茅锚环的便锥角差朴的影响奖分析结弹果锚环笋锥角两和夹归片锥山角之晃间合森适的聋角度羊差异厕可以藏减少呢锚具箭部件刺中的宏应力武峰值痰，使证夹片鱼受到巡寿的横谜向挤简压力例变得天均匀鸽，减职少了朱对GFR汇P筋的挖径向卧挤压捆损伤你，一涨般夹碎片倾姨角大您于锚机环倾退角0.1根0～0.矩20，可姿以达她到较蜡好的歇效果工。3、工艺妻原理3、工艺贤原理3.2斧CF怜RP预应力浮束预应绵力束姻采用19根6mm脂CFR烤P筋，端阵部用环喇氧树脂因压模制舌成螺纹晓状。4、关偶键技溜术创浆新点奥与施笑工工群艺操钱作要群点4.矩1关键宅技术松创新此点研发了播用于预球应力混巴凝土结度构的高盲强度CFR声P筋和预坑应力平语行CF睬RP束单根CF网RP筋直径断为6mm，单筋强谷度超过30户00肾Mp颤a（单筋刺强度已夸达国际凤领先水麻平），并用19根6mm的CFR抢P筋组成昂预应力鸡平行CF膛RP束，在旋两端用感自行研猛发的环害氧树脂兴配方压狐模形成血与夹片纷内螺纹私相对应乏的螺纹因状。最终会形成罪的CF散RP预应绳力束团形式析在国钳内外脊都属红首创。研发拼了GF苦RP制锚秀具(ZL放20殃092云028联962足4.4穗)，并对晶其参数矩进行了赠优化设豪计GF矩RP制锚具狸设计时江对最佳控锥角和叼角度差算的概念装在结合义已有国栽内外研恭究成果顾的基础哪上进行滑了深入以研究，吓经过理赔论研究激、仿真宇模拟和符试验研闪究提出并了夹片哪最佳毯锥角硬为6°，以及0.1毛°的锥纹角差大，有叮效的味解决获了大钞吨位任张拉班力作叼用下GF猛RP夹片免局部舰应力兰集中遥问题浊。4、关键描技术创连新点与答操作要先点4.1关键柔技术昨创新芝点4、关键惜技术创县新点与叨操作要丑点4.1关键烧技术陆创新燃点锚固勉系统句采用集完全不非金按属材依料（窑不含捞金属漫材质塘）整套锚汗固张拉据系统包姓括：锚芝环、夹化片和预最应力束意。锚环伶和夹片妄均采用GF炎RP材料班，预翼应力啄筋采先用CF桌RP材料，旅预应力农束两端既的螺纹默采用环铺氧树脂宫压模形俩成。整遣套锚固肉系统完两全采用我非金属闸材料，爸不含金车属材质执，从根乡丰本上解云决了金珠属材质叼在使用杀阶段易斩生锈导雁致承载窑能力和狼使用性王能降低浪的弱点柜，在国社内外都插属首创铸。4、关度键技仿术创纳新点怜与操虑作要俊点4.卖2操作要嫌点4.2证.1施工工蹈艺流程工厂内据设计长度非金属处理预应力筋下料、编束、处理端部穿束安装工作锚安装限位板张拉油缸回油，工具锚松脱关闭油泵、张拉千斤顶油缸全部复位安装专用工具（特制支架）安装千斤顶、工具锚等至σcon（量测伸长值）锚固（持荷5min）油泵配套安装初张拉（量测伸长值）依次卸下工具锚、千斤顶、专用支架等孔道压浆封锚清理修正管口检查砼强度4、关键誉技术创熔新点与男操作要硬点4.2操作要管点4.减2.确2原材井料要迈求非金属绕材料预粗应力筋劈燕可采用CFR膝P筋或GFR猛P筋，但毒从下表抬参数可催以看出屡，CFR柴P筋更测具有畅优势寻。本波工法欺依托太工程肤预应散力筋铲材采墓用的浊是CFR刚P筋，剂锚夹中具采匙用GFR姻P材料肤，该余桥CF业RP预应力数筋由19根直娱径6mm的CF阴RP筋平厕行编铺束而队成，愁锚固员段、巩张拉竖段及员工作嗽段经粮环氧宇树脂辛固化蛮成外今径为35敢mm的螺烧纹状然，其浮它部将位用喉塑料抖拴扣冻紧。吸具体排参数行见下蛋表。4、关物键技妹术创携新点过与操紧作要以点4.冤2操作棍要点4.2舞.2原材料俯进场项目GFRP筋CFRP筋抗拉强度标准值（MPa）7002700抗拉强度设计值（MPa）3571753抗压强度设计值（MPa）100弹性模量（MPa）45000160000热膨胀系数0.0000110.000011FR音P筋力趣学指盯标表4、关牵键技使术创具新点兆与操孕作要口点4.战2操作要孔点原材功料进摘场非金属己锚具、崭夹片根据撤设计扛方案洲委托颈有资揭质的陕厂家滴制作议非金萌属锚斜夹具秋系统趟，进佳场后圣按相断关规洽范及油设计检要求践进行邮外观眯、硬宏度、能静载渠锚固减性能扭等验牲收。4、关键砖技术创免新点与番操作要哨点4.芒2操作眉要点4.她2.伤3预应力堡体系安饼装1、波通纹管辅、锚费垫板享安装与普通灶钢绞线隶预应力忽体系同袋，注意锚下坡垫板由必须捎与预汪应力演束垂咏直放雾置，邮垫板克中心踢应对痒准管拐道中齿心。2、预应咸力筋下始料及编恨束非金震属材贼料预夜应力伤筋束派端部沾必须皂采用缘瑞环氧古树脂刷进行择特殊计处理俭，目愉前非寻金属娇材料坚预应胆力筋哲束需催要在趁专业茶工厂雾内根云据每劲束设桥计长绑度再阿加上揪施工雕工具脸长度浊进行投下料护、编阶束、建端部厚处理姜等，叔下料柿时要仁对筋艘材做之好保信护措系施，孝有被者污染奴的要秤将污痒染物舌清理乔干净末后才贸能使展用。4、关碧键技眉术创错新点挂与操跟作要态点4.洪2操作验要点预应扔力体若系安舅装预应力转筋根据械设计长惩度并预牧留足够秧工作长洁度下料烟，下料骆时采用纪砂轮锯完切割，栏严禁用心氧气或晨电焊切择割。CFR胀P预应力膀筋由19根直径6mm的CFR珠P筋平行则编束而老成，锚落固段、锣张拉段湿及工具贱段经环怒氧树脂轻固化成蓬外径为35陆mm螺纹毛状，搜与设轻计锚秆具配雄合锚援固，锹中间决段每1m用塑广料拴滨扣紧储。4、关键蜜技术创勉新点与句操作要名点4.倚2操作退要点预应赌力筋投穿索穿束辰前将股锚垫厌板孔淡口及趁喇叭载管内欢的混鹅凝土骑浆碴抬清除唉干净闯。中扫长束纲可人峰工传瓜束，竖长束甜穿索另时采羡用5t卷扬机煌进行穿迎束作业凉。将卷往扬机钢抢丝绳套杰在预应加力筋束矩前端，刮人工将昼筋材端村头抬高代并放入者管道口变内，开惹动卷扬例机，使乎筋材缓喘缓进入慕孔道内馋，避免偷筋材扭迫曲，如墙发生个伞别筋材寸顶弯，这将其更卵换后再厚穿束。烂筋束顺椅直，不恨得有死霜弯，不激得沾有锄油渍。4、关键景技术创坏新点与借操作要漆点4.2操作要症点安装锚抢具、夹心片锚具金安装寸前先夫进行轨清孔仙、吹求孔，产使孔哲内清贞洁无欣杂物枯，并记且量跪一下尸两端冷头悬洽出的锣筋束荐长度召是否驾一样雷长，粮坚决游避免美出现拌一头咐长一呈头短赤和同灾束筋昂材长斗短差欧别过喜大的消情况墓。然土后再焰安装捏锚杯守，锚告杯一绒定要扁安装岂在锚靠板的弱限位旺槽内拉，并雕用套脚筒将旦夹片准打紧省，使技锚杯惊不脱堤离限淹位槽洗为原鹅则。4、关键母技术创颜新点与柱操作要矮点4.2操作要榜点4.隙2.则6安装抹千斤贱顶由于察非金磁属预边应力想体系办的特爱殊性有，根谁据实竭际需丽要设屈计了循专门蜓的传朝力支徐架。优采用握三角王支架死或特抽制的迟吊装线支架宅配合忧手拉家葫芦冷吊装妇千斤长顶，刚人工兴定位督。千申斤顶蛮定位贤时，闻要使顽千斤投顶轴搬线、僵锚杯篇轴线厘、传碎力筒委以及门预留债孔道伴四轴芦线同截心，凤张拉夏开始厚后当悲千斤插顶开枣始受另力后蚂将吊朴千斤码顶的施吊链蹄放松屿。然大后检拌查千怜斤顶低活塞饭顶部傅是否趴全部垂套进岭锚垫锯板定踩位凹扁槽内堤，必瞎须确房诚保千眨斤顶畜顶部疤全部晨套在楚锚垫脚板凹店槽内脏。4、关键铃技术创口新点与边操作要哪点4.睡2操作要景点4.衔2.惩7预应食力张策拉1、张浓拉方柔式：饭根据刷桥梁幅预制椅梁的言设计壳分别器采用贞单端仗或两肝端分胶次张把拉。源预应越力张唱拉采合用双舞控措裙施，或两端虫张拉缺过程恨应保粱持两看端的肚伸长恩量基关本一榴致。预制梁农张拉前线将内模祝松开。泳预应力团张拉应涉按预张缝拉、初紧张拉和如终张拉京三个阶吼段进行荷。终张展拉应在炎梁体混殖凝土强袜度及弹尚模达到梁设计值果后、龄浙期不少钞于10天时进惯行。2、千奋斤顶雄：根祝据设友计筋罩束设个计控蓬制应滴力选晶择合鼻适的肤千斤蓬顶，宝一般天额定柔吨位哑大于思设计渐控制唐应力昆的两钢倍以补上。4、关键怨技术创赛新点与删操作要擦点4.2操作些要点4.2辩.7预应扫力张孩拉3、张犹拉控翼制应唤力根据《纤维增开强复合艇材料建做设工程感应用技译术规范》（GB膜50宝60尸8-犯20渡10）第鹿条规知定，CF镰RP预应力咸筋的张蒸拉控制闷应力下耕限值为0.4倒ffk，张拉铃控制应条力上限遭值为0.6强5ff茄k；本设狗计使用美材料抗吹拉强度嘴标准值银取ffk厅=2惠700顾MPa，则筝张拉或控制诸应力纠下限厌值为换：0.哄4×玻27挠00喝=1丹08非0M心Pa，张铜拉控柔制应来力上岭限值裳为：0.箱65你×2防70皱0=船17迫55炊MP榨a；4、关压键技商术创餐新点悦与操焦作要恶点4.福2操作严要点4.筐2.确7预应力踢张拉4、张发拉过扩程控柳制1）施惊加预乞应力欲应采烈用张微拉力恋与引求伸量薄双控涨。当唯预应交力束娇张拉躲达到度设计散张拉造力时陷，实毛际引漂伸量衣值与触理论同引伸敢量值伏的误饭差应精控制向在6%以内。拘保证张基拉力达愁到设计车要求，僚具体张南拉控制需过程如硬下表所乞示：4、关键钓技术创舱新点与羞操作要附点4.恰2操作劳要点4.2用.7预应力娇张拉百分比张拉力/kN液压表读数/MPa筋材应力/MPa伸长量/mm持荷时间/min20%134.005.6266.933.4240%268.0010.3533.966.7260%402.0015.0800.8100.1380%536.0019.61067.7133.52100%670.0024.31334.7166.85依托大工程CF霉RP筋束债张拉梅过程货控制勺数据午表2）张拉视程序初张拉徒：0→初应骄力0.屠1σ絮k(作伸长谊值标记)→张拉至接初张拉担设计要美求的控限制应力(测伸长粉值)→回油、截锚固(持荷5分钟，常测量总趋回缩量)。4、关键卵技术创李新点与啦操作要瞒点4.2操作马要点4.时2.圾7预应馒力张哭拉4、关软键技全术创农新点炉与操却作要播点4.雕2操作语要点4.2安.7预应助力张扣拉张拉前塔先计算浇出每束敬预应力含筋锚下挖总的伸穿长量和呢工作长各度部分文的伸长池量，以笛锚下伸番长量和摄工作长料度部分浊的伸长卷量之和菠作为理共论伸长构量，用似理论伸奔长量来嚷复核实志际伸长筒量是否彼满足规日范要求迈。张拉到赵设计吨奏位并按鬼规定时谱间持荷踪蝶后千斤驰顶回油犯，测预源应力筋惧总回缩杀量和测在夹片外扔露量有拴无超标男。否则订，查明堆原因后纺重新张唇拉。终张蛇拉完活成后刃，在轧锚圈于口处滔的钢孝束做阵上记黑号，24恋h后检啊查确习认无饮滑丝堆、断寺丝现掀象方岁可割怀束，向切断尘处距生夹片宰尾5～8c肝m。筋束恼切割采晕用砂轮皮角磨机动作业，税严禁使校用氧焰此切割。每截面断丝及啊滑丝数县量不得移超过预达应力筋泼总丝数赵的1%，且样一束虑内断隙丝不源得超矩过一约丝。湾否则汽，放疾松换列束。4、关咬键技够术创猾新点六与操欺作要古点4.舍2操作要阿点4.熊2.宿7预应萝力张袖拉4、关澡键技肯术创管新点煤与操禽作要把点4.2操作秩要点4.2溪.8孔道压重浆非金萌属材筐料预忠应力鼠筋在渠预应王力筋矿张拉负后应乓尽早盈进行块孔道幸压浆盯且在12寺h内完成刚，压浆因采用真腔空辅助端压浆工揉艺。其余站要求与摩普通钢县绞线预手应力孔旗道压浆吨同。5、工缺程应冤用情召况本工法嫌在“宜都市声清江一肯桥”加饭固工程及湖北宜例昌秭归切松树坳占大桥中得到成摆功应用绝。以下插是施工甲中的部视分照片狼。5、工程恢应用情已况5、工程