一种弧形屋面预应力钢筋布设系统及其施工方法
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，具体属于一种弧形屋面预应力钢筋布设系统及其施工方法。
背景技术
预应力钢筋由于使用时可以带来更好的抗拉力或抗压力，可以有效减少由于跨度大而带来的温度裂缝，因此得到建筑行业的推广。但现有的预应力钢筋大多是无粘结预应力钢绞线，是在有粘接钢绞线的基础上做了涂包层，不与砼土直接接触，便于张拉，与混凝土的握裹力不足，在使用时，容易发生松动，影响使用性能，有粘结预应力钢绞线则是钢绞线与混凝土直接接触，没有外包塑料管，与混凝土握裹力较强，但是张拉困难，难以满足施工需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种弧形屋面预应力钢筋布设系统及其施工方法，要解决现有技术不能满足施工需要的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种弧形屋面预应力钢筋布设系统，其特征在于：包括上下两层弧形预应力钢筋层，上层弧形预应力钢筋层位于上层非预应力钢筋层下方，下层弧形预应力钢筋层位于下层非预应力钢筋层上方，每层弧形预应力钢筋层均包括均匀间隔设置预应力钢筋，所述预应力钢筋包括缓粘结预应力钢筋和无粘结预应力钢筋，所述预应力钢筋均包括张拉端、固定端和连接在张拉端的钢绞线，所述张拉端包括顺次设置的螺旋筋一、小承压板、夹片锚和穴模，所述固定端包括顺次设置的螺旋筋二、单孔承压板和挤压锚。
进一步优选地，所述缓粘结预应力钢筋由高密度聚乙烯护套通过高分子缓凝粘合剂与钢绞线粘结固定。
进一步地，所述高密度聚乙烯护套的护套厚度为0.8~1.4mm，护套肋宽a为（0.4~0.7）倍的护套肋间距长度、护套肋高h大于等于1.2mm，护套肋间距l为10~16mm。
更加优选地，所述张拉端端部设有张拉工具，所述张拉工具包括顺次设置的夹片限位器、夹片垫块、穿心式千斤顶和工作锚具。
一种弧形屋面预应力钢筋布设系统的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，预应力钢筋穿束：预应力钢筋待钢筋支架基本固定后逐根穿入，若穿入有困难时可以安装牵引器，穿束完成后浇筑混凝土；
步骤二：预应力钢筋理论伸长值△Lt计算：
式中，Fj-预应力钢筋张拉端张拉力；AP-预应力钢筋截面积；EP-预应力钢筋弹性模量；k -每米孔孔道局部偏差摩擦影响系数；μ-预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数；θ-从张拉端至固定端曲线孔道部分切线的总夹角；
步骤三，预应力钢筋张拉：待预应力混凝土强度同条件试块到达75%以上，通过张拉工具对张拉端钢绞线张拉，张拉控制应力为预应力钢筋强度标准值fptk的0.75倍，实测伸长值控制为理论伸长值的（1±6%）倍。
进一步地，所述步骤二中缓粘结预应力钢筋的钢绞线直径为15.2mm，k=0.004~0.012，μ=0.004~0.12；无粘结预应力钢筋的钢绞线直径为15.2mm，k=0.004，μ=0.09。
此外，所述步骤三预应力钢筋张拉具体包括以下步骤：
步骤1，张拉前装备：张拉前首先对张拉端进行清理，将张拉端穴模取出，清理张拉槽，将张拉端钢绞线剥皮后进行张拉工具安装，穿心式千斤顶采用25t穿心式千斤顶，工作锚具采用15-1单孔锚具，张拉前对锚具进行复试，复试合格后方可进行张拉；
步骤2，预应力钢筋张拉：实测伸长值小于180mm的预应力钢筋张拉时，采用一次性张拉，张拉力控制由0至1.0σcon，之后持荷1min，卸压后测量伸长量并记录；实际大于180mm的预应力钢筋张拉时，分两次张拉，张拉力控制由0至千斤顶伸长＜185mm，后回油收顶；然后进行第二次张拉张拉力控制由0至1.0σcon，之后持荷1min，卸压后测量伸长量并记录。
更加优选地，所述步骤三中预应力钢筋强度标准值fptk=1860 Mpa。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
缓粘结预应力钢筋比无粘结预应力钢筋减少埋设波纹管与灌浆两道复杂工序，施工便捷性大大提高，摩擦系数与无粘结预应力钢筋相当，比有粘结预应力钢筋小，预应力损失缓粘结预应力钢筋小于有粘结预应力钢筋，抗震性能与有粘结预应力钢筋相当，疲劳性和耐久性优于有粘结预应力钢筋，更适宜用于铁路、公路等领域，适宜用于设计寿命长的工程，抗裂性能优于无粘结预应力钢筋及有粘结预应力钢筋，可减少构件截面削弱，无需增加现场灌浆工序，无需冬季养护或停工，特别适用于冬季寒冷地区的连续施工作业;
缓粘结预应力钢筋在弧形屋面中彼此独立排布，又与混凝土全长范围有效粘结，故使用阶段因功能改变需要开洞时，可灵活切断预应力钢绞线，对相邻结构、施工作业均无障碍和危险，缓粘结预应力钢筋相较无粘结、有粘结预应力钢筋具有明显技术优势。
附图说明
图1为本发明涉及的弧形屋面预应力钢筋布设图示；
图2为图1本发明涉及的预应力钢筋层和非预应力钢筋层的位置关系图示；
图3为本发明涉及的预应力钢筋张拉端的结构示意图；
图4为本发明涉及的预应力钢筋固定端的结构示意图；
图5为本发明涉及的张拉工具的结构示意图；
图6为本发明涉及的缓粘结预应力钢筋纵剖图示；
图7为本发明涉及的缓粘结预应力钢筋横剖图示。
附图标记：1-上层弧形预应力钢筋层；2-下层弧形预应力钢筋层；3-钢绞线；4-螺旋筋一；5-小承压板；6-夹片锚；7-穴模；8-螺旋筋二；9-单孔承压板；10-挤压锚；11-夹片限位器；12-夹片垫块；13-穿心式千斤顶；14-工作锚具；15-高密度聚乙烯护套；16-高分子缓凝粘合剂；17-上层非预应力钢筋层；18-下层非预应力钢筋层；a-护套肋宽；h-护套肋高；l-护套肋间距；a-护套肋宽；h-护套肋高；l-护套肋间距。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
一种弧形屋面预应力钢筋布设系统，如图1和2所示，包括上下两层弧形预应力钢筋层，上层弧形预应力钢筋层1位于上层非预应力钢筋层17下方，下层弧形预应力钢筋层2位于下层非预应力钢筋层18上方，每层弧形预应力钢筋层均包括均匀间隔设置预应力钢筋，预应力钢筋包括缓粘结预应力钢筋和无粘结预应力钢筋，预应力钢筋均包括张拉端、固定端和连接在张拉端的钢绞线3，如图3所示，张拉端包括顺次设置的螺旋筋一4、小承压板5、夹片锚6和穴模7，如图4所示，固定端包括顺次设置的螺旋筋二8、单孔承压板9和挤压锚10。
缓粘结预应力钢筋由高密度聚乙烯护套15通过高分子缓凝粘合剂16与钢绞线3粘结固定。缓粘结预应力钢筋施工时无需加腋、预留张拉开洞，故节省了此部分费用，减少了穿波纹管、灌浆两道工序，工期减半，减少了人、机、料的消耗故节省费用，缓粘结预应力钢筋分散布置，局部承压要求低混凝土强度达到75%以上时即可张拉,故节约工期节省费用，因节约工期，模板周转率提高，节省费用，缓粘结预应力钢筋在弧形屋面中彼此独立排布，又与混凝土全长范围有效粘结，故使用阶段因功能改变需要开洞时，可灵活切断预应力钢绞线，对相邻结构、施工作业均无障碍和危险，缓粘结预应力钢筋相较无粘结、有粘结预应力钢筋具有明显技术优势。
如图6和7所示，本发明中缓粘结预应力钢筋的高密度聚乙烯护套15的护套厚度为0.8~1.4mm，护套肋宽a为（0.4~0.7）倍的护套肋间距长度、护套肋高h大于等于1.2mm，护套肋间距l为10~16mm。
如图5所示，张拉工具包括顺次设置的夹片限位器11、夹片垫块12、穿心式千斤顶13和工作锚具14。
一种弧形屋面预应力钢筋布设系统的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，预应力钢筋穿束：预应力钢筋待钢筋支架基本固定后逐根穿入，若穿入有困难时可以安装牵引器，穿束完成后浇筑混凝土；
步骤二：预应力钢筋理论伸长值△Lt计算：
式中，Fj-预应力钢筋张拉端张拉力；AP-预应力钢筋截面积；EP-预应力钢筋弹性模量；k -每米孔孔道局部偏差摩擦影响系数；μ-预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数；θ-从张拉端至固定端曲线孔道部分切线的总夹角；
缓粘结预应力钢筋的钢绞线直径为15.2mm，k=0.004~0.012，μ=0.004~0.12；无粘结预应力钢筋的钢绞线直径为15.2mm，k=0.004，μ=0.09。
步骤三，预应力钢筋张拉：待预应力混凝土强度同条件试块到达75%以上，通过张拉工具对张拉端钢绞线3张拉，张拉控制应力为预应力钢筋强度标准值fptk的0.75倍，本发明采用的预应力钢筋强度标准值fptk=1860 Mpa，也即张拉控制应力为σcon=0.75fptk=1395MPa，，实测伸长值控制为理论伸长值的（1±6%）倍，预应力钢筋张拉具体包括以下步骤：
步骤1，张拉前装备：张拉前首先对张拉端进行清理，将张拉端穴模（7）取出，清理张拉槽，将张拉端钢绞线剥皮后进行张拉工具安装，穿心式千斤顶（13）采用25t穿心式千斤顶，工作锚具（14）采用15-1单孔锚具，张拉前对锚具进行复试，复试合格后方可进行张拉；
步骤2，预应力钢筋张拉：实测伸长值小于180mm的预应力钢筋张拉时，采用一次性张拉，张拉力控制由0至1.0σcon，之后持荷1min，卸压后测量伸长量并记录；实际大于180mm的预应力钢筋张拉时，分两次张拉，张拉力控制由0至千斤顶伸长＜185mm，后回油收顶；然后进行第二次张拉张拉力控制由0至1.0σcon，之后持荷1min，卸压后测量伸长量并记录。
预应力张拉及注意事项
1） 模板安装与拆除
预应力钢筋侧模板和非预应力钢筋模板应在预应力钢筋张拉前拆除。
2）预应力钢筋下料
① 预应力钢筋的下料长度为:孔道的实际长度+张拉工作长度。
实际孔道长度：应事先进行理论计算，编制每层的钢绞线下料统计表并在现场抽查孔道实际长度进行校核。
工作长度：张拉端应考虑工作锚、千斤顶、工具锚所需长度并留出适当余量。
② 钢绞线要用砂轮切割机切断，严禁用电弧焊熔断。
③ 埋入式固定端采用挤压锚，按常规作业。
4）预应力钢筋穿束
① 预应力钢筋待钢筋支架基本固定后逐根穿入，若穿入有困难时可以安装牵引器。
② 穿束后应核对预应力钢筋的预应力配筋，不得穿错。
③ 张拉端钢绞线应平齐并满足张拉所需的工作长度。
5）浇筑混凝土
混凝土浇筑时需安排专人值班；需加强张拉端位置的振捣力度，确保张拉端混凝土浇注的密实度；浇注时振捣棒应注意避让预应力钢筋，避免将预应力振捣偏移。本工程混凝土浇筑采用晒水养护。
6）张拉要求
本工程预应力混凝土强度等级才用C35；预应力混凝土强度同条件试块到达90%以上；混凝土浇筑时每100方留一组标养试块，每个浇筑单元再预留3组同条件试块，当同条件试块达到90%时才可进行张拉；张拉控制应力为σcon=0.75fptk=1395MPa。缓粘结预应力钢筋张拉适用期为180天，固化期为540天。因张拉适用期为室温持续20~35摄氏度的条件下为180天。而本工程施工阶段属于夏季气温较适宜，对标准适用期影响不大。
7）张拉准备
张拉前首先对张拉进行清理，将张拉端穴模取出，清理张拉槽，将张拉端钢绞线剥皮后进行锚具安装。张拉设备采用25t穿心式千斤顶。锚具采用15-1单孔锚具，张拉前需对张拉设备进行标定，对锚具进行复试，复试合格后方可进行张拉。根据设备标定的回归方程计算油表读数；根据钢绞线力学性能实验所测的弹性模量计算理论伸长值。
张拉时需时时对张拉端局部承压混凝土的裂缝进行观测，如出现混凝土裂缝较多情况，需及时停止张拉，进行退锚放张，将承压部位混凝土全部剔除重新浇筑达到强度后在进行张拉。
张拉时需锚具变形和预应力钢筋内缩值，由于张拉时夹片处于张开状态，在油泵回油时夹片锁紧的瞬间会有预应力钢筋内缩现象，测量方法为在持荷状态下测量预应力钢筋末端至承压小铁板间的预应力钢筋长度L1，千斤顶回油后再次测量预应力钢筋末端至承压小铁板间的预应力钢筋长度L2；L1减L2的差值为锚具回缩量，其回缩长度主要影响因素为限位器槽口深度，通常回缩量不大于5mm，张拉时需在张拉前后测量柱顶变位和梁的反拱值。
8）张拉控制
本工程张拉控制应力为0.75fptk =1395MPa；张拉前应对张拉班组进行详细交底，对张拉方法、张拉控制应力，张拉油表读数、张拉理论伸长值及张拉伸长值的测量方法均进行交底。张拉时分为两种情况；一种为伸长值小于180mm的预应力钢筋张拉方法，另一种为伸长值大于180mm的预应力钢筋张拉方法，其区别的原因为千斤顶的内缸长度伸长不易大于185mm，所以伸长大于180mm的预应力钢筋需分两次完成张拉。
a. 第一种伸长值小于180mm的预应力钢筋，采用一次性张拉，张拉步骤为：张拉力控制由0→1.0σcon→持荷1min→卸压→测量伸长量→记录；
b. 第二种伸长值大于180mm的预应力钢筋，采用两次张拉的方法，张拉步骤为：张拉力控制由0→千斤顶伸长（＜185mm） 回油收顶；然后进行第二次张拉张拉力控制为0 →1.0σcon→持荷1min→卸压→测量伸长量→记录。
实测伸长值与理论伸长值之间的相对允许偏差为±6%。如超出范围应立即停止张拉，待查明原因后方可继续张拉。
9）切割与封锚
张拉成后12小时观察夹片无回缩情况后用手持砂轮切割机将张拉操作钢绞线进行切除，切割后钢绞线的外露长度不低于30mm；切割完成后对锚具及外露的钢绞线进行防腐处理，凿毛处理完成后，采用同标号微膨胀细石混凝土进行封锚。
预应力钢筋在施工过程中为了防止漏浆应在钢绞线两头用防水胶布包扎，预应力张拉切割后夹片缝隙用防腐涂料涂抹均匀。
张拉完成后，缓粘结预应力钢筋，进入固化阶段，固化期内应禁止施工堆载，张拉完成48小时后方可拆除梁底支撑。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
