形成原因
环形预应力应用在特种结构中较多，如储液池、筒仓、核建筑中的安全壳体等，在市政桥梁中亦应用到曲线预应力的结构。在房屋建筑中，预应力混凝土框架结构形式大多为直线形，曲线应用少。在上海铁路南站主站屋工程超长环形平台框架梁预应力施工取得了圆满的成功，为环形梁预应力和曲线形预应力的开发与应用提供成熟的施工工艺，并为2005年后此类施工提供借鉴。
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环形预应力梁施工工法
2022-02-25
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《环形预应力梁施工工法》主要的工法特点是采用分离式交叉搭接设置，分批交错分阶段张拉。
2008年01月31日，《环形预应力梁施工工法》被中华人民共和国住房和城乡建设部评定为2005-2006年度国家一级工法。
工法特点
《环形预应力梁施工工法》的工法特点是：
预应力筋布置采用分离式交叉搭接设置，分批交错分阶段张拉。通过测试摩阻力，调整K值（孔道摩阻系数）和μ值（孔道转角系数），确定理论伸长值与张拉力。
操作原理
适用范围
《环形预应力梁施工工法》适用于连续环形梁预应力和连续曲线梁预应力施工。
工艺原理
《环形预应力梁施工工法》的工艺原理叙述如下：
1.预应力筋采用分离式交叉搭接法。既便于预应力张拉，又便于施工时的拆模。预应力建立比较均匀；避免张拉端部过于集中，造成端部预压应力过大，同时可以使原跨中的预应力损失得到补充。
2.环形框架梁同跨预应力筋均分批张拉。
3.张拉伸长值控制，采用的以张拉力为主，伸长值校验的方法。调整采用预先张拉法。
施工工艺
工艺流程
《环形预应力梁施工工法》的施工工艺流程
操作要点
《环形预应力梁施工工法》的操作要点如下：
一、预应力筋安装
1.波纹管安装∶按照设计图纸中预应力筋的曲线坐标，以梁底模板为基准，定出波纹管的位置，固定波纹管。
2.节点处理
接头∶必须采用大一号同类型波纹管作接头套管，接头管长度不小于300毫米，波纹管接口面应平整，密封，不得漏浆。
排水孔和灌浆孔∶波纹管按设计规定预留排气排水孔和灌浆孔，孔口的引出管与波纹管连接处应密实，避免漏浆。
梁端锚垫板；梁端锚垫板处模板采用定型模板，与锚垫板一起加工，安装位置要求正确、平整，不得扭曲，波纹管穿过锚垫板处应弧顺，不得出现拐点。
3.穿束∶可分别采用人工穿束、穿束机穿束和卷扬机穿束等三种方法进行穿束。
4.梁张拉端设置∶可分为以下几种∶梁上面或梁底面；梁体侧面；梁柱间加掖，板面设置张拉混凝土后浇孔。
二、预应力梁混凝土浇筑措施
1.混凝土浇筑前对预应力筋进行全面的检查，进行隐蔽工程验收。
2.所有新的振捣棒头均应用砂轮机磨圆，浇筑混凝土时应绝对避免振动棒强力撞击波纹管，以防止振动棒将波纹管凿破后漏浆，破坏其预应力筋的状态。
3.张拉端、固定端处钢筋较为集中，混凝土浇捣必须注意振捣密实。
4.混凝土振捣过程中应有专人不停抽动预应力筋，防止漏浆和堵孔。
三、预应力筋张拉力测试与计算
在第一块预应力张拉施工时，对曲线预应力梁的K、μ值进行现场测试并反演摩擦系数K和μ。根据测试值计算工程空间曲线预应力的摩阻系数、锚具的预应力损失以及张拉伸长值，为预应力的张拉提供张拉伸长的理论值。
摩擦损失测试采用传感器法，如图4所示。操作时须保证预应力束为一端张拉，在张拉前，要求预先在预应力束的两端各安装一台传感器。测试时，开动张拉端千斤顶进行张拉（张拉伸长值大于1个千斤顶的行程，对梁的预应力筋张拉端安装两个千斤顶），待达到测试工况要求时停止进油并稳定油压，分别读出此时两端传感器的压力读数，即可得到预应力孔道摩擦损失。每束预应力筋测试分七个工况，分别为0.1σcon、0.2σcon、0.5σcon、0.6σcon、0.8σcon、1.0σcon及持荷3分钟，读取每个工况传感器的读数和量测预应力筋张拉伸长值。
通过张拉测试和数据分析，分别采用最小二乘法和假定系数法反演摩擦系数，计算预应力筋张拉力。
四、施加预应力
1.准备工作∶在预应力筋张拉前进行设备标定，对构件端部预埋件、灌浆孔、混凝土等进行全面检查，合格后发出张拉通知单。
2.施加预应力∶施加预应力以张拉力为控制量、张拉伸长值为校核量。按设计图预应力孔道编号，按设计张拉顺序分批张拉。张拉时应做到孔道、锚环与千斤顶三对中，张拉过程应均匀。张拉完毕后，应检查端部和其他部位是否有裂缝。并填写张拉记录表。实际伸长量与理论伸长推算值之和。与理论伸长相比较误差不超过+6%、-6%，否则应停机检查原因，予以调整后方可张拉。
五、孔道灌浆
1、准备工作∶ 张拉后应及时检查张拉记录及锚固情况，经认可后再准备灌浆。预应力张拉完成后48小时内应进行灌浆。灌浆前全面检查预应力构件进浆孔。排气、排水孔是否畅通；检查灌浆设备、管道及阀门的可性，压浆泵压力表。
2.灌浆采用纯水泥浆。水泥应采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5，水泥不得含有结块物。
3.压浆∶应缓慢、均匀地进行。
4.压浆时每一班做70.7毫米×70.7毫米×70.7毫米立方体试件一组，每组六块，标准养护28天，其抗压强度作为水泥浆强度质量评定的依据。
5.灌浆时冬季温度低于0℃或混凝土温度低于5℃；夏季温度高于35℃或混凝土温度高于25℃，停止灌浆。
6.灌浆作业时，应如实填写现场施工记录，每个构件均应有灌浆施工记录。
施工验收
《环形预应力梁施工工法》的验收质量标准按《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204—2002。
一、预应力混凝土结构验收时，对预应力专项施工应提供下列文件和记录∶
1.预应力钢材合格证和检验报告。
2.预应力用锚具合格证、抽检记录或检验报告。
3.金属波纹管合格证和抽检记录。
4.张拉千斤顶及油压表的配套检验记录。
5.金属波纹管铺设的隐蔽工程验收记录。
6.预应力筋张拉记录。
7.孔道灌浆记录及水泥浆试块立方强度试验记录。
二、预应力施工验收，除检查文件、记录外，还应进行外观抽查。
三、当提供的文件、记录及外观抽查，均符合规范时即可进行验收。
材料设备
一、施工材料
《环形预应力梁施工工法》所用的材料明细如下：
1.预应力钢材
预应力钢材应有产品合格证、出厂质量证明书和进场试验报告单。预应力钢材进场时应按型号、种类分批检验。检验内容包括查对标牌，外观检查，抽取试样做力学性能试验，检验合格后方可使用。
2.锚具
预应力锚具应有出厂合格证、出厂检验报告和试验报告单。按批检查锚环、夹片外形尺寸及表面质量，对其中有硬度要求的锚环和夹片做硬度试验及静载锚固性能试验。
3.制孔材料
检查出厂合格证，外观及尺寸检查，灌水试验等检验。
4.灌浆料检验
按《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB 175的规定。
二、机具设备
《环形预应力梁施工工法》所用的机具设备。
序号 | 主要设备名称 | 型号 | 单位 | 数量 | 备注 |
1 | 穿心式千斤顶 | YCW-250 | 台 | 2 | 备用1台 |
2 | ╱ | YCW-150 | 台 | 2 | 备用1台 |
3 | 电动油泵 | ZB-500 | 台 | 2 | ╱ |
4 | 砂轮切割机 | ф400 | 台 | 2 | ╱ |
5 | 手提式砂轮切割机 | ф180 | 台 | 1 | ╱ |
6 | 高压油管 | 6米 | 根 | 4 | 备用2根 |
7 | 开关电箱（一机一闸） | 380伏 | 台 | 4 | 备用2台 |
8 | 开关电箱（一机一闸） | 220伏 | 台 | 2 | 备用1台 |
9 | 螺杆式灌浆机 | J2GG | 台 | 1 | 备用1台 |
10 | 手动葫芦 | 1.0吨 | 台 | 4 | 备用2台 |
11 | 水泥灌浆料拌合机 | 0.3 | 台 | 1 | ╱ |
12 | 压力灌浆输送管 | 2.0兆帕 | 米 | 120 | 备用20米 |
13 | 灌浆保压阀门 | ╱ | 套 | 2 | ╱ |
14 | 常用工具箱 | ╱ | 套 | 2 | ╱ |
质量控制
《环形预应力梁施工工法》的质量控制要求如下：
一、预应力混凝土结构验收时，对预应力专项施工应提供下列文件和记录：
1.预应力钢材合格证和检验报告。
2.预应力用锚具合格证、抽检记录或检验报告。
3.金属波纹管合格证和抽检记录。
4.张拉千斤顶及油压表的配套检验记录。
5.金属波纹管铺设的隐蔽工程验收记录。
6.预应力筋张拉记录。
7.孔道灌浆记录及水泥浆试块立方强度试验记录。
二、预应力施工质量控制，除检查文件、记录外，还应进行外观抽查和关键过程控制。
1.钢绞线的外观检查应逐盘（卷）进行。钢绞线的捻距应均匀，切断后不松散，其表面不得带有油污、锈斑或机械损伤。
2.预应力筋用锚具、夹具使用前应进行外观检查，其表面因应无污物、锈蚀、机械损伤和裂纹。
3.波纹管安装后，应检查曲线标高、平面位置、固定松紧、接头密封和有无破损，及时纠正偏差，破损处应用波纹管管片覆盖修补。端口处防止灰浆进入。
4.混凝土浇灌前新的振捣棒头均应用砂轮机磨圆，浇灌混凝十时应绝对避免振动棒强力撞击波纹管。以防止振动棒将波纹管凿破后漏浆。破坏其预应力筋的状态。张拉端、固定端处钢筋较为集中，混凝土浇捣必须注意振捣密实。
5.预应力筋张拉时，混凝土强度应符合设计要求；当设计无具体要求时，不应低于设计的混凝土立方体抗压强度标准值的75%。
6.孔道灌浆后在水泥初凝后，终凝前应从出浆孔、秘水孔等处用探棒检查孔道密实情况。如有局部不密实之处，可采用人工或机械补浆填实。
三、质量验收按《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204、《建筑工程质量检验统一标准》GB 50300、《预应力混凝土用金属螺旋管》JG/T 3014、《预应力混凝土用钢绞线》GB/T 5224、《预应力筋用锚具，夹具和连接器应用技术规范》JGJ 85、《预应力筋用锚具，夹具和连接器》GB/T 14370、《预应力液压千斤顶》JG/T 5028、《预应力用电油泵》GB/T 5224、《建筑工程预应力施工规程》CECS 180、《建筑施工安全检查标准》JGJ 59等有关规定执行。
安全措施
采用《环形预应力梁施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：
1.现场放线切割预应力钢丝、钢绞线，应设置专用放线架，避免放线时钢丝、钢绞线跳弹伤人。
2.张拉时严禁踩踏预应力筋、千斤顶后面不得站人，在测量钢筋伸长值或拧紧锚具螺帽时，应停止张拉，操作人员必须站在千斤顶侧面操作。
3.如遇断丝、滑丝或锚具碎裂、混凝土破碎、孔道中有异常声响时应立即放松千斤顶，查明原因，采取措施后方可再张拉。
4.孔道灌浆时，操作人员应戴防护眼镜，以防水泥浆喷伤眼睛。
5.高空、临边张拉作业应搭设脚手架或操作平台，脚手架应牢固可靠、有装卸操作千斤顶用面积，并有可靠的护栏。雨天张拉时，应架设防雨棚。
环保措施
《环形预应力梁施工工法》的环保措施如下：
1.张拉施工过程中，采取隔离措施，防止油泵油污污染。
2.灌浆施工时，对灌浆料进行废料回收。
效益分析
《环形预应力梁施工工法》的效益分析如下：
1.圆环形框架结构不设变形缝，通过设置预应力，解决结构大跨度受力及控制结构变形裂缝产生，减少控制裂缝的其他费用。
2.在施工时根据预应力张拉分段设置施工缝，每一施工段都能满足预应力分段张拉。预应力筋采用每二跨按50%的分离式交叉搭接设置，分阶段张拉，第一批50%预应力筋张拉完成后即可拆除模板。
3.张拉顺序为采用分批张拉和交错张拉，分散预应力损失和张拉端锚固局部承压的作用效应。
应用实例
《环形预应力梁施工工法》先后应用于上海铁路南站主站屋工程、上海光源工程主体建筑和上海市南汇区机关办公中心工程。
实例1
上海铁路南站主站屋工程9.90米平台为宽56.35米，外径270米的圆环形框架结构。结构超长超宽，不留变形缝。框架平台由五条环形预应力工字梁、径向次梁及水平梁组成。五条超大直径预应力环形工字梁采用有粘结预应力宽扁梁，梁截面为∶高1560～2100毫米，腹板宽700～1950毫米，翼板宽2500毫米。
结构预应力筋一般按两垮长度设置，交错搭接。在施工分块中按柱网每块至少有两跨，保证有50%预应力筋能够在本块张拉。预应力筋张拉逐块连续进行，分批张拉，分批拆模。通过该工法工艺，成功实现了主站屋超长圆环形梁预应力的施工，取得了良好的经济和质量效果，该工程于2003年7月开工，2004年9月结构全面建成，结构施工质量被评为上海优质结构
实例2
上海光源工程主体建筑为圆环形建筑，其外围为圆环形框架结构，结构采用环形预应力梁施工工法，结构施工取得圆满成功。工程2004年12月开工，2006年12月全面建成，结构施工质量被评为上海优质结构。
实例3
上海市南汇区机关办公中心工程中环形预应力结构主要分布于F区+8.500、＋17.200标高的会议中心环形围护结构以及屋面的屋盖支撑梁中。该工法在该工程中应用良好。
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