橋梁非金屬材料預(yù)應(yīng)力筋張拉施工工法50

熱烈祝賀2014年公路工程工工法經(jīng)驗交流流會勝利召開廣東長宏公路路工程有限公公司華華中科技技大學(xué)江西贛東路橋橋建設(shè)集團有有限公司二○一四年三月華中科技大學(xué)學(xué)鄭鄭文衡2014年3月25日非金屬材料預(yù)預(yù)應(yīng)力筋張拉拉施工工法目錄工法產(chǎn)生背景景工法特點工藝原理關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新新點與操作要要點工程應(yīng)用情況況社會經(jīng)濟效益益1、工法產(chǎn)生背背景1.1工程背景宜昌宜巴公路路秭歸境內(nèi)松松樹坳大橋全全長114.04m，橋梁上部采采用5跨20m預(yù)應(yīng)力簡支空空心板，其中中四跨為裝配配式預(yù)應(yīng)力鋼鋼筋砼空心板板；第一跨為為20m預(yù)應(yīng)力CFRP筋混凝土空心心板，采用CFRP材料配筋，按按照碳纖維CFRP預(yù)應(yīng)力束、GFRP錨具設(shè)計及施施工.1、工法產(chǎn)生背背景1.2.1該工法依托課課題背景本工法依托課課題是廣東長長宏公路工程程有限公司和和華中科技大大學(xué)聯(lián)合申報報的“非金屬屬材料預(yù)應(yīng)力力筋張拉工藝藝技術(shù)研究””課題，該課課題是廣東省省交通運輸廳廳2009年度科技項目目，編號2009-02-18。課題成果鑒定定證書編號粵粵交科鑒字【2012】】35號。1.2技術(shù)背景1、工法產(chǎn)生背背景1.2技術(shù)背景1.2.2依托課題研究究內(nèi)容及目的的從非金屬材料料（CFRP)預(yù)應(yīng)力筋及其其錨固體系研研究出發(fā)，形形成一套完全全非金屬錨固固體系完整的的計算理論、、工藝技術(shù)，，解決非金屬屬錨具應(yīng)用中中所面臨的一一些問題，使使其從研究走走向?qū)嶋H工程程應(yīng)用。將常規(guī)鋼絞線線預(yù)應(yīng)力筋用用非金屬材料料預(yù)應(yīng)力筋束束替代，在歸歸納總結(jié)國外外、國內(nèi)研究究成果和的工工程實踐的基基礎(chǔ)上，根據(jù)據(jù)目前國內(nèi)外外非金屬材料料錨固系統(tǒng)的的研究和發(fā)展展動態(tài)，以實實際應(yīng)用為目目標，以理論論與實踐相結(jié)結(jié)合，形成完全非金屬錨錨固系統(tǒng)及非非金屬材料預(yù)預(yù)應(yīng)力筋專用用張拉工具來來施工的張拉拉施工工藝。。1、工法產(chǎn)生背背景1.3技術(shù)水平2012年11月20日該工法的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)在廣廣東省交通運運輸廳組織的的成果鑒定會上順利通過，，鑒定結(jié)論是是“整體達到國國際先進水平平，其中GFRP夾片式錨具達達到國際領(lǐng)先先水平”。2013年11月“非金屬材材料預(yù)應(yīng)力筋筋張拉工藝技技術(shù)研究”獲獲得中國公路路建設(shè)行業(yè)協(xié)協(xié)會組織評審審的“科技創(chuàng)創(chuàng)新成果一等等獎”。1、工法產(chǎn)生背背景1.3技術(shù)水平1、發(fā)明專利2011年8月獲得專利““具有自監(jiān)測測功能的復(fù)合合材料智能錨錨具及其制備備方法”,編號：中國201010183250.51、工法產(chǎn)生背背景1.3技術(shù)水平2、實用新型專專利2010年12月獲得專利““一種具有自自監(jiān)測功能的的復(fù)合材料智智能錨具”，，編號：中國國201020202991.91、工法產(chǎn)生背背景1.3技術(shù)水平3、實用新型專專利2010年10月獲得專利““一種FRP制筋材錨具””，編號：中中國200920289624.42、工法特點2.1質(zhì)量、安全質(zhì)量控制要求求執(zhí)行國內(nèi)相相關(guān)行業(yè)規(guī)范范標準，主要要包括現(xiàn)行《公路橋涵施工工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF50-2011）及《纖維增強復(fù)合合材料建設(shè)工工程應(yīng)用技術(shù)術(shù)規(guī)范》（GB50608-2010）相關(guān)規(guī)程。。每片梁斷絲絲及滑絲數(shù)量量不得超過預(yù)預(yù)應(yīng)力筋總絲絲數(shù)的1%，并不得位于于梁體的同一一側(cè)，且一束束內(nèi)斷絲不得得超過一絲。。否則，放松松換束。采用本工法，，可確保非金金屬預(yù)應(yīng)力體體系張拉施工工質(zhì)量，且能能有效提高預(yù)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的的耐久性和可可靠度。2、工法特點2.1質(zhì)量、安全張拉作業(yè)區(qū)，，應(yīng)設(shè)置明顯顯的警告標志志，無關(guān)人員員，嚴禁入內(nèi)內(nèi)；張拉前檢查張拉設(shè)備備工具(如千斤頂、油油泵、壓力表表、油管、頂頂楔器及液控控頂壓閥、專專用空心支架架等)是否符合施工工安全的要求求，壓力表應(yīng)按規(guī)規(guī)定周期進行行檢定；錨具安裝時，，夾片的選擇擇應(yīng)保證與筋筋束螺紋是同同一規(guī)格；由由于筋束固化化段外螺紋有有兩條平行壓壓?？p，夾片片安裝時應(yīng)使使兩條壓?？p縫在兩夾片的的安裝縫隙之之間；張拉時作業(yè)人人員不得站在在千斤頂及錨錨固段正后方方，張拉完成后應(yīng)應(yīng)按規(guī)定及時時壓漿、封錨錨。采用非金屬材材料預(yù)應(yīng)力筋筋張拉施工工工法施工安全全，風(fēng)險小。。2、工法特點2.1質(zhì)量、安全2、工法特點2.2工期、進度非金屬筋材重重量輕，人工工搬運、穿索索、張拉等均均比較方便，，與鋼絞線比比較可以加快快進度、節(jié)省省工期。2、工法特點2.3經(jīng)濟效益碳纖維筋材，，比重1.65-1.9，強度是鋼絞絞線2倍左右，價格格方面約15元/kg；鋼絞線的比比重7.8，一般采用設(shè)設(shè)計強度用到到1395MPa，價格大部分分在6到9元/kg之間；按等重重量等強度計計算，本工法法明顯比鋼絞絞線工法節(jié)約約成本；后期期營運及養(yǎng)護護費用也節(jié)省?。欢忆摬膲勖?0到60年之間，碳纖纖維的壽命可可達100-120年，因此非金金屬預(yù)應(yīng)力筋筋張拉施工工工法總體經(jīng)濟濟優(yōu)勢顯而易易見。3、工藝原理本工法工藝原理與其它普通鋼鋼絞線預(yù)應(yīng)力力筋施工工法基本相同，主主要的區(qū)別是是預(yù)應(yīng)力筋材材制作（非金金屬材料預(yù)應(yīng)應(yīng)力筋目前只只能在工廠內(nèi)內(nèi)下料、編束束及端部處理理）、編束（（含端部處理理）、張拉工工具(采用專用支架架)、過程控制等等有根本的區(qū)區(qū)別。3、工藝原理3.1非金屬錨具由靜力平衡得得到：為保證錨固可可靠，發(fā)揮錨錨夾具錨固夾夾持預(yù)應(yīng)力筋筋的作用，夾夾片與預(yù)應(yīng)力力筋間的摩擦擦力應(yīng)大于或或等于P，以使預(yù)應(yīng)力力筋不產(chǎn)生滑滑動，即：由以上式子連連立可得到：：時，錨具可以以自錨。注:為夾片和預(yù)應(yīng)應(yīng)力筋之間等等效摩擦角。。經(jīng)分析，在影影響非金屬材材料夾片式錨錨具錨固性能能的因素中，，錨環(huán)內(nèi)壁傾角角、錨環(huán)長度度、夾片傾角角與錨環(huán)內(nèi)壁壁傾角差值這三個因素是是影響非金屬屬預(yù)應(yīng)力體系系錨固效率的的最主要因素素。3、工藝原理3.1非金屬錨具3、工藝原理錨具內(nèi)壁傾角角影響因素分分析結(jié)果較大的傾角有有利于減少纖纖維筋的滑移移，而且可以以減小纖維筋筋對夾片和錨錨環(huán)的軸向應(yīng)應(yīng)力?？紤]到到錨具的自錨錨性能，經(jīng)理理論計算及大大量試驗獲得得結(jié)論：采用用6°的傾角較為合合理。軟化區(qū)概念圖圖角角度度差異概念圖圖錨具的錨固長長度影響結(jié)果果GFRP錨具的錨固長長度對錨固系系統(tǒng)有很大影影響，錨固的的長度越長(即接觸長度越越長)，能夠減少錨錨固系統(tǒng)中各各個部件的應(yīng)應(yīng)力和位移。。如果在可能能的情況下，，可以通過增增加錨環(huán)和夾夾片的長度來來增加錨具錨錨固的長度，，從而提高錨錨固的效率。。3、工藝原理夾片與錨環(huán)的的錐角差的影影響分析結(jié)果果錨環(huán)錐角和夾夾片錐角之間間合適的角度度差異可以減減少錨具部件件中的應(yīng)力峰峰值，使夾片片受到的橫向向擠壓力變得得均勻，減少少了對GFRP筋的徑向擠壓壓損傷，一般般夾片傾角大大于錨環(huán)傾角角0.10～0.20，可以達到較較好的效果。。3、工藝原理3、工藝原理3.2CFRP預(yù)應(yīng)力束預(yù)應(yīng)力束采用用19根6mmCFRP筋，端部用環(huán)環(huán)氧樹脂壓模模制成螺紋狀狀。4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與施工工工藝操作要要點4.1關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新新點4.1.1研發(fā)了用于預(yù)預(yù)應(yīng)力混凝土土結(jié)構(gòu)的高強強度CFRP筋和預(yù)應(yīng)力平平行CFRP束單根CFRP筋直徑為6mm，單筋強度超過過3000Mpa（單筋強度已已達國際領(lǐng)先先水平），并用19根6mm的CFRP筋組成預(yù)應(yīng)力力平行CFRP束，在兩端用用自行研發(fā)的的環(huán)氧樹脂配配方壓模形成成與夾片內(nèi)螺螺紋相對應(yīng)的的螺紋狀。最終形成的CFRP預(yù)應(yīng)力束形式式在國內(nèi)外都都屬首創(chuàng)。4.1.2研發(fā)了GFRP制錨具(ZL200920289624.4)，并對其參數(shù)數(shù)進行了優(yōu)化化設(shè)計GFRP制錨具設(shè)計時時對最佳錐角角和角度差的的概念在結(jié)合合已有國內(nèi)外外研究成果的的基礎(chǔ)上進行行了深入研究究，經(jīng)過理論論研究、仿真真模擬和試驗驗研究提出了了夾片最佳錐角角為6°，以及0.1°的錐角差，有有效的解決了了大噸位張拉拉力作用下GFRP夾片局部應(yīng)力力集中問題。。4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.1關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新新點4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.1關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新新點4.1.3錨固系統(tǒng)采用用完全非金屬屬材料（不含含金屬材質(zhì)））整套錨固張拉拉系統(tǒng)包括：：錨環(huán)、夾片片和預(yù)應(yīng)力束束。錨環(huán)和夾夾片均采用GFRP材料，預(yù)應(yīng)力力筋采用CFRP材料，預(yù)應(yīng)力力束兩端的螺螺紋采用環(huán)氧氧樹脂壓模形形成。整套錨錨固系統(tǒng)完全全采用非金屬屬材料，不含含金屬材質(zhì)，，從根本上解解決了金屬材材質(zhì)在使用階階段易生銹導(dǎo)導(dǎo)致承載能力力和使用性能能降低的弱點點，在國內(nèi)外外都屬首創(chuàng)。。4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.1施工工藝流程程工廠內(nèi)據(jù)設(shè)計長度非金屬處理預(yù)應(yīng)力筋下料、編束、處理端部穿束安裝工作錨安裝限位板張拉油缸回油，工具錨松脫關(guān)閉油泵、張拉千斤頂油缸全部復(fù)位安裝專用工具（特制支架）安裝千斤頂、工具錨等至σcon（量測伸長值）錨固（持荷5min）油泵配套安裝初張拉（量測伸長值）依次卸下工具錨、千斤頂、專用支架等孔道壓漿封錨清理修正管口檢查砼強度4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.2原材料要求非金屬材料預(yù)預(yù)應(yīng)力筋可采采用CFRP筋或GFRP筋，但從下表表參數(shù)可以看看出，CFRP筋更具有優(yōu)勢勢。本工法依依托工程預(yù)應(yīng)應(yīng)力筋材采用用的是CFRP筋，錨夾具采采用GFRP材料，該橋CFRP預(yù)應(yīng)力筋由19根直徑6mm的CFRP筋平行編束而而成，錨固段段、張拉段及及工作段經(jīng)環(huán)環(huán)氧樹脂固化化成外徑為35mm的螺紋狀，其其它部位用塑塑料拴扣緊。。具體參數(shù)見見下表。4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.2原材料進場項目GFRP筋CFRP筋抗拉強度標準值（MPa）7002700抗拉強度設(shè)計值（MPa）3571753抗壓強度設(shè)計值（MPa）100彈性模量（MPa）45000160000熱膨脹系數(shù)0.0000110.000011FRP筋力學(xué)指標表表4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.2原材料進場非金屬錨具、、夾片根據(jù)設(shè)計方案案委托有資質(zhì)質(zhì)的廠家制作作非金屬錨夾夾具系統(tǒng)，進進場后按相關(guān)關(guān)規(guī)范及設(shè)計計要求進行外外觀、硬度、、靜載錨固性性能等驗收。。4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.3預(yù)應(yīng)力體系安安裝1、波紋管、錨錨墊板安裝與普通鋼絞線線預(yù)應(yīng)力體系系同，注意錨下墊板必須須與預(yù)應(yīng)力束束垂直放置，，墊板中心應(yīng)應(yīng)對準管道中中心。2、預(yù)應(yīng)力筋下下料及編束非金屬材料預(yù)預(yù)應(yīng)力筋束端端部必須采用用環(huán)氧樹脂進進行特殊處理理，目前非金金屬材料預(yù)應(yīng)應(yīng)力筋束需要要在專業(yè)工廠廠內(nèi)根據(jù)每束束設(shè)計長度再再加上施工工工具長度進行行下料、編束束、端部處理理等，下料時時要對筋材做做好保護措施施，有被污染染的要將污染染物清理干凈凈后才能使用用。4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.3預(yù)應(yīng)力體系安安裝預(yù)應(yīng)力筋根據(jù)據(jù)設(shè)計長度并并預(yù)留足夠工工作長度下料料，下料時采采用砂輪鋸切切割，嚴禁用用氧氣或電焊焊切割。CFRP預(yù)應(yīng)力筋由19根直徑6mm的CFRP筋平行編束而而成，錨固段段、張拉段及及工具段經(jīng)環(huán)環(huán)氧樹脂固化化成外徑為35mm螺紋狀，與設(shè)設(shè)計錨具配合合錨固，中間間段每1m用塑料拴扣緊緊。4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.4預(yù)應(yīng)力筋穿索索穿束前將錨墊墊板孔口及喇喇叭管內(nèi)的混混凝土漿碴清清除干凈。中中長束可人工工傳束，長束束穿索時采用用5t卷揚機進行穿穿束作業(yè)。將將卷揚機鋼絲絲繩套在預(yù)應(yīng)應(yīng)力筋束前端端，人工將筋筋材端頭抬高高并放入管道道口內(nèi)，開動動卷揚機，使使筋材緩緩進進入孔道內(nèi)，，避免筋材扭扭曲，如發(fā)生生個別筋材頂頂彎，將其更更換后再穿束束。筋束順直直，不得有死死彎，不得沾沾有油漬。4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.5安裝錨具、夾夾片錨具安裝前先先進行清孔、、吹孔，使孔孔內(nèi)清潔無雜雜物，并且量量一下兩端頭頭懸出的筋束束長度是否一一樣長，堅決決避免出現(xiàn)一一頭長一頭短短和同束筋材材長短差別過過大的情況。。然后再安裝裝錨杯，錨杯杯一定要安裝裝在錨板的限限位槽內(nèi)，并并用套筒將夾夾片打緊，使使錨杯不脫離離限位槽為原原則。4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.6安裝千斤頂由于非金屬預(yù)預(yù)應(yīng)力體系的的特殊性，根根據(jù)實際需要要設(shè)計了專門門的傳力支架架。采用三角角支架或特制制的吊裝支架架配合手拉葫葫蘆吊裝千斤斤頂，人工定定位。千斤頂頂定位時，要要使千斤頂軸軸線、錨杯軸軸線、傳力筒筒以及預(yù)留孔孔道四軸線同同心，張拉開開始后當(dāng)千斤斤頂開始受力力后將吊千斤斤頂?shù)牡蹑湻欧潘伞Ｈ缓髾z檢查千斤頂活活塞頂部是否否全部套進錨錨墊板定位凹凹槽內(nèi)，必須須確保千斤頂頂頂部全部套套在錨墊板凹凹槽內(nèi)。4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.7預(yù)應(yīng)力張拉1、張拉方式：：根據(jù)橋梁預(yù)預(yù)制梁的設(shè)計計分別采用單單端或兩端分分次張拉。預(yù)預(yù)應(yīng)力張拉采采用雙控措施施，兩端張拉拉過程應(yīng)保持持兩端的伸長長量基本一致致。預(yù)制梁張拉前前將內(nèi)模松開開。預(yù)應(yīng)力張張拉應(yīng)按預(yù)張張拉、初張拉拉和終張拉三三個階段進行行。終張拉應(yīng)應(yīng)在梁體混凝凝土強度及彈彈模達到設(shè)計計值后、齡期期不少于10天時進行。2、千斤頂：根根據(jù)設(shè)計筋束束設(shè)計控制應(yīng)應(yīng)力選擇合適適的千斤頂，，一般額定噸噸位大于設(shè)計計控制應(yīng)力的的兩倍以上。。4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.7預(yù)應(yīng)力張拉3、張拉控制應(yīng)應(yīng)力根據(jù)《纖維增強復(fù)合合材料建設(shè)工工程應(yīng)用技術(shù)術(shù)規(guī)范》（GB50608-2010）第6.1.4條規(guī)定，CFRP預(yù)應(yīng)力筋的張張拉控制應(yīng)力力下限值為0.4ffk，張拉控制應(yīng)應(yīng)力上限值為為0.65ffk；本設(shè)計使用用材料抗拉強強度標準值取取ffk=2700MPa，則張拉控制制應(yīng)力下限值值為：0.4×2700=1080MPa，張拉控制應(yīng)應(yīng)力上限值為為：0.65×2700=1755MPa；4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.7預(yù)應(yīng)力張拉4、張拉過程控控制1）施加預(yù)應(yīng)力力應(yīng)采用張拉拉力與引伸量量雙控。當(dāng)預(yù)預(yù)應(yīng)力束張拉拉達到設(shè)計張張拉力時，實實際引伸量值值與理論引伸伸量值的誤差差應(yīng)控制在6%以內(nèi)。保證張張拉力達到設(shè)設(shè)計要求，具具體張拉控制制過程如下表表所示：4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.7預(yù)應(yīng)力張拉百分比張拉力/kN液壓表讀數(shù)/MPa筋材應(yīng)力/MPa伸長量/mm持荷時間/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依托工程CFRP筋束張拉過程程控制數(shù)據(jù)表表2）張拉程序初張拉：0→初應(yīng)力0.1σk(作伸長值標記記)→張拉至初張拉拉設(shè)計要求的的控制應(yīng)力(測伸長值)→回油、錨固(持荷5分鐘，測量總總回縮量)。4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.7預(yù)應(yīng)力張拉4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.7預(yù)應(yīng)力張拉張拉前先計算算出每束預(yù)應(yīng)應(yīng)力筋錨下總總的伸長量和和工作長度部部分的伸長量量，以錨下伸伸長量和工作作長度部分的的伸長量之和和作為理論伸伸長量，用理理論伸長量來來復(fù)核實際伸伸長量是否滿滿足規(guī)范要求求。張拉到設(shè)計噸噸位并按規(guī)定定時間持荷后后千斤頂回油油，測預(yù)應(yīng)力力筋總回縮量量和測夾片外外露量有無超超標。否則，，查明原因后后重新張拉。。終張拉完成后后，在錨圈口口處的鋼束做做上記號，24h后檢查確認無無滑絲、斷絲絲現(xiàn)象方可割割束，切斷處處距夾片尾5～8cm。筋束切割采采用砂輪角磨磨機作業(yè)，嚴嚴禁使用氧焰焰切割。每截面斷絲及滑絲數(shù)數(shù)量不得超過過預(yù)應(yīng)力筋總總絲數(shù)的1%，且一束內(nèi)斷斷絲不得超過過一絲。否則則，放松換束束。4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.7預(yù)應(yīng)力張拉4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新點與操作作要點4.2操作要點4.2.8孔道壓漿非金屬材料預(yù)預(yù)應(yīng)力筋在預(yù)預(yù)應(yīng)力筋張拉拉后應(yīng)盡早進進行孔道壓漿漿且在12h內(nèi)完成，壓漿漿采用真空輔輔助壓漿工藝藝。其余要求與與普通鋼絞線線預(yù)應(yīng)力孔道道壓漿同。5、工程應(yīng)用情情況本工法法在““宜都市市清江江一橋橋”加加固工工程及湖北宜宜昌秭秭歸松松樹坳坳大橋橋中得到成成功應(yīng)應(yīng)用。。以下下是施施工中中的部部分照照片。。5、工程程應(yīng)用用情況況5、工程程應(yīng)用用情況況5、工程程應(yīng)用用情況況5、工程程應(yīng)用用情況況6、社會會經(jīng)濟濟效益益6.1直接經(jīng)經(jīng)濟效效益碳纖維維筋材材，比比重1.65-1.9，強度度是鋼鋼絞線