10、5预应力混凝土屋架制作

10、5预应力混凝土屋架制作

预应力混凝土屋架的形式有拱形屋架、梯形屋架及折线形屋架（图10－11）常用跨度为18～36m。拆线形屋架易于制作，屋面施工方便，杆件受力比较均匀，应用最为广泛。

预应力混凝土屋架控制作方法

分类可以分为整体式屋架、腹杆拼

装式屋架（部分腹杆预制后在现场

拼装，与弦杆、端竖杆等整浇在一

起）、块体拼装式屋架（屋架分为

2～3个块体，预制后在现场拆装张

拉）。屋架生产工艺有先张法及后张

法，一般均为后张法现场预制，如

运输条件许可，18rn屋架可采用先

张法或后张法工厂预制。屋架的预

应力筋有个φs5碳素钢丝束、钢绞

线束、冷拉Ⅱ、Ⅲ级钢筋及冷拉Ⅳ级钢筋束。

本工艺标准适用于采用碳素钢丝束的后张法预应力混凝土屋架制作工程。

一、材料要求

1、预应力钢筋

碳素钢丝力学性能见表10－7。

2、锚具

（1）钢制锥形锚具，由锚环、锚塞组成，锚环采用45号钢经调质热处理后加工，或模锻加工；锚塞采用45号钢或40Cr钢，热处理硬度应达到设计要求，齿部不得产生脱碳层，锚环与锚塞锥度应保持一致。

（2）墩头式锚具由锚林螺母、锚板及张拉连接螺杆组成，锚板用于固定端。锚具材料为45号钢。锚杯、错板上孔的间距要准确，尤其要保证锚杯内螺纹一面的孔距准确，内螺纹退刀槽应严格按图加工，不能过深。锚杯、螺母及连接螺杆的螺纹，应具有3级配合精度。φs5mm的墩头直径为7.0～7.5mm，高度为4.8～5.3mm．头部应圆正，不偏歪，颈部母材不得受伤，头部的抗拉强度不得小于母村抗拉强度的98％。

（3）锚具应由专业厂加工。锚具进场经检查验收合格才能使用。锚具—钢丝束组装件静载试验结果应满足下式要求：

锚具效率系数ηa≥0.90

达到实测极限拉力的总应变εapu≥17％

3、混凝土

混凝土强度等级不小于C40（预制腹杆不小于C30）。采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、中砂、20mm碎石配制，水泥用量不宜大于450kg／m3。宜加入早强减水剂。

4、隔离剂

柴油石蜡。

二、主要施工机具

1、千斤顶：

（1）锥锚式三作用干斤顶（配套钢质雏形锚具），有YZ38、YZ60、YZ85三种型号，根据工程情况选用（表10—8）。

锥锚式三作用干斤顶性能表10—8

（2）YL30型、YL60型拉杆式千斤顶，其公称张拉力分别为300kN、600kN，张拉行程为150mm，两撑脚间净距分别为90mm、120mm。

2、油泵。ZB2×2／50型或ZB2×1.5／63型油泵。

3、孔道灌浆设备，包括发装搅拌机、灌浆泵、贮浆桶、过滤筛、灌浆嘴等。

4、LD10型钢丝冷墩器。

5、小型卷扬拔管机。

6、对讲机。

7、预留孔道芯管为φ48mm3.0～3.5mm钢管，每条孔道两根，当钢管长度不足作一根芯管时，用两节钢管拼接，拼接处穿入一段内付钢管（长400mm），钢管坡口焊，焊口打平磨光。芯管露出屋架的端部600mm左右，管端设置两对相互垂直的φ16mm圆孔。

三、作业条件

1、预应力碳素钢丝进场复验合格；锚具进场验收合格；钢丝墩头试件外观

检查及拉力试验合乎要求。2、张拉设备完好齐备，已配套校验。

3、混凝土配合比及灰浆水灰比已经试验确定。

4、张拉前，混凝土抗压强度达到100％的强度标准值。

四、施工操作工艺

1、工艺原理

同第10.1节。

2、工艺流程

铺底模、涂刷隔离剂→安装钢筋骨架、支模→安装芯管及预埋件→浇筑混凝

土→抽拔芯管→清孔→养护→钢丝下料、编束→穿束→张拉→灌浆→养护→起模。

3、施工操作要点

（1）安装芯管

芯管表面应先清平直，无锈蚀，无污

垢，无局部凹陷或焊疤，管径应一致，

无扁孔、椭圆孔现象。每条孔道的两根

芯管在屋架下弦中部接头，接头处外套

镀锌铁皮管，套管长400mm左右，两端

加工成卷边（便于抽管，又可防止抽管

时带走外套管）。

芯管的钢筋支架间距1.0～1.2m，支

架为φb4mm点焊网片，作成开口式（图

1.0~1.2）。用20～22号铁线将支架与钢筋骨架绑牢。

芯管安装时，必须保证其中心线与屋架端部承压钢板相垂直。预应力孔道应随同屋架下弦按设计要求起拱。

（2）浇筑混凝土

混凝土浇筑程序视气温情况而定，气温高时。从屋架上弦中间处开始浇筑，用2台振动器分别向两端进行，最后在下弦中部合拢；汽温敕低时，从下弦中间处开始浇筑分别向两头推进，最后在上弦中部合拢。

叠层预制一般为3～4层，如场地条件好，必要时可叠浇5层。层间隔离剂涂刷柴油石蜡两遍，不得漏涂。下层屋架混凝土强度达到5.0lN／mm2，以后才可浇筑上层屋架（常温下一般两天浇筑一层）。

振捣混凝土时，不准强力挤压或碰撞芯管，保证芯管位置准确；捣固下弦混凝土时采用小直径振动棒，屋架端部及下弦各节点应仔细振捣，保证密实。芯管露出屋架的端部，管上作出明显标记，振捣过程中随时观察芯管是否向外移位。

孔道灌浆孔留置方法；用φ20mm圆钢、钢管或圆木自屋架下弦顶面或侧面插入，端部贴紧芯管，混凝土浇筑后转动几次，待混凝土终凝后拔出即成。（3）抽拔芯管

浇筑下弦混凝土时，用φ14mm短钢筋插入芯管端部孔内。转动芯管数次。混凝土浇筑后，每隔10～15min转动一次，转动朝着一个方向不能左右摇动。拔管时间视水泥品种、混凝土强度等级、气温等因素而定，常温下一般为3～6h。施工时用手指按压下弦混凝土表面，不出现明显印痕时即可抽拔。

拔管使用小卷杨拔管机，技管要匀速平缓。边转边拔，拔出的管段用支架托着，保持抽出管段与孔道在一条直线上。抽管次序先上后下。

（4）清孔

成孔之后，检查孔道是否畅通，有坍陷堵塞现象应及时处理。检查时站在屋架端部观察，如能看到孔道另一端的亮光，说明此孔畅通，如看不到一点亮光，则孔道不通，可用一根有径为16一18mm的长钢筋穿入孔内，来回抽动、反复冲击阻塞处直至打通。

清孔后，将一自制的尾部带有圆盘的硬木塞插入孔道（木塞直径略小于孔径，圆盘直径等于锚环外径），然后用石笔在承压钢板表面沿圆盘画一圆（对中千斤顶时备用）。

（5）钢丝束制备及穿束

1）下料

采用锥形锚具时，一端张拉钢丝下料长度（图10—13）：L0=L＝ι+ι+2H+a+a1

1

两端张拉钢丝下料长度：L0＝ι+2（ι1+H＋a）

式中ι—屋架孔道长度；

ι1—千斤顶分丝头端面至卡盘外边缘的距离；

H—锚环高度；

a—钢丝露出卡盘长度，150一200mm；

a1—锚固瑞钢丝露出锚环外预留长度，一般为500mm。

采用墩头式铺具时，一端张拉钢丝下料长度（图10－14）：

L0=ι+H1+H2+2Δ-1/2（H-H0）-Δι-c

两端张拉钢丝下料长度：

L0=ι+2H2+2Δ-（H-H0）-Δι-c

式中ι—屋架孔道长度；

H1——锚板高度

H2—锚杯底部厚度；

H—锚杯高度；

H0——螺母厚度；

Δ—钢丝墩头留量，取Δ=10mm；

Δι—钢丝束张拉伸长计算值；

C——张拉时屋架下弦混凝土弹性压缩值。

钢丝下料时，如采用锥形锚具，不要求等长下料；如采用墩头式锚具，要求等长下料，同束钢丝下料长度的相对差值不大于L0／5000，且不大于5mm，下料方法采用钢管限位法或保持钢丝拉紧状态下下料。

2）墩头

正式墩头前先进行试墩．制作6个试件做外观检查及拉力试验。墩头头型应圆正，不偏歪，颈部母材不得受损伤；外观检查尺寸不小于规定值，不允许有水平裂缝及纵向贯通裂缝以及显著的夹持刻痕。墩头的强度不应低于母材标准强度的98％。

3）编束

采用钢质锥形锚具时钢丝编束方法：在工作台或平整地面上将钢丝平行排列整齐，用20～22号铁线编织成帘状（（铁线间距2～3m），然后将铁丝帘卷捆用铁线扎紧即成。

采用墩头式锚具时钢丝编束方法：先将一端已墩头的钢丝逐根穿入锚杯孔内（墩头进至杯底），在钢丝束中间及未墩头的另一端各用铁线编扎一道（如锚杯上钢丝孔为两圈时，内外圈钢丝分别编束），捆扎系紧后穿入孔道。然后穿入另一端的锚板（或锚杯，再进行墩头。

4、穿束

将已编好束的钢丝一端用20号铁线扎紧，人力可顺利穿入孔道。

（6）张拉

1）张拉采用应力控制方法，校核张拉伸长值。18—30m屋架一端张拉，33m、36m屋架两端张拉。张拉顺序为分批对称张拉。张拉程序：0→1.03σcon 2）张拉值：根据千斤顶校验数据，计算各束相应张拉力的油压表压力值读数。趁张拉时的控制应力可比设计要求提高5％，但其最大张拉控制应力，不得超过钢丝抗拉强度标准值的75％。

分批张拉时，应考虑后批钢丝束张拉所产生的混凝土弹性压缩，引起先批张拉的钢丝束的预应力损失，而将先批张拉的钢丝束的张拉力增加，其增加值ΔF 按下列公式计算：

后批张拉的钢丝束的有效预应力σpe：

σpe=σcon-σL1

由预加应力在先批张拉的钢丝束作用点处产生的混凝法向应力σpc

σpc=σpe A p2/A n+(σpe A p2e pn/I n)y n

当每批2束同时对称张拉时，σpe计算式第二项为零。先批张拉的钢丝束应增加张拉力：

ΔF=αEσpc A pl

式中σcon一后批张拉的钢丝束的张拉控制应力；

σL1—预应力损失值；

A p2－后批张拉钢丝束的截面面积；

A p1—先批张拉钢丝束的截面面积；

A n—屋架下弦净截面面积；

I n—净截面惯性矩；

e pn—净截面重心至后批张拉钢丝束作用点之距离；

y n—净截面重心至先批张拉钢丝束作用点之距离；

a E—碳素钢丝弹性模量Es与混凝土弹性模量Ec之比值。

叠层浇筑的屋架，自上而下逐层张拉。当采用钢质锥形锚具时，按逐层增加1.5％～2.0％σcon计算下层张拉力（σcon为顶层屋架预应力筋的张拉控制应力）。但其最大张拉应力不得超过钢丝折拉强度标准值的75％。当采用墩头式锚具时，自上而下反复张拉，逐层补足张拉控制应力。

3）张拉伸长值按下列公式计算；

Δι=σconι/Es

式中—σcon钢丝束的张拉控制应力；

ι—钢丝束长度；

Es一联索钢丝弹性模量。

实际的张拉伸长值，取初应力为0.1σcon时开始测量，测量值加上动应力以下的推算值，并扣除屋架张拉过程中下弦弹性压缩值，作为张拉实测值。

4）开始张拉时，注意调整千斤顶位置，使锚环（或锚杯螺母）对准承压钢板上画的标记，以保持千斤顶、钢丝束与孔道对中良好。

采用一端张拉时，每批张拉的两束其张拉端分别设置在屋架两端。两端张拉时，对于墩头式锚具，每批张拉两束，张拉端分别设置在屋架两端张拉锚固后，再分别张拉另一端，补足张拉值启锚固。两端张拉采用锥形锚具时，每批张拉一束（两台千斤顶分置于该束的两端），这种情况需计算出各束的张拉力。

张拉过程中，屋架两端操作人员用对讲机联系，始终保持两台千斤顶同步。采用锥形锚具的钢丝束，在张拉锚固过程中如通断丝、滑丝等情况。需要更换钢丝或错塞时，千斤顶应缓慢回油，同时用钢丝钎棍搂住锚塞，不让锚塞被钢丝带人锚环孔中。

1）孔道灌浆

张拉锚固后应及时进行孔道灌浆。当采用锥形锚具，屋架块体上没有预留灌浆孔时，可从锚塞尾部中心圆孔灌浆。灌浆前，用高强度等级调水泥净浆封堵锚具与钢丝之间的缝隙，锚塞中心插入一根木塞留出灌浆孔。

灰浆采用不低于425号的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥拌制，水灰比0.40～0.45。灌浆顺序自下而上逐条孔道灌满，灌浆操作具体要求同第10.1节。

（8）拼装式屋架的块体拼接

1）按照预定的位置将每榀屋架的两个块体就位，调整好屋架跨度、垂直度及起拱值，校正侧弯。拼接就住时。在下弦拼接点预留孔道中穿入铁皮套管，套管长350～400mm，外径略小于孔道直径。

2）穿束时注意观察拼接处内套管，随时拨正其位置，防止套管的一端从块体孔道内退出。

3）检查屋架跨度、垂直度、起拱值及恻弯，并调整至符合设计要求；检查拼接节点是否对齐、内套管有无退出。

4）焊接上弦拼接节点的连接钢板。

5）下弦拼接节点接头灌缝。缝宽不大于22mm时灌入高强度等级水泥砂浆，逢宽大于20mm时，灌筑细石混凝土。灌缓前将接头处块体混凝土表面清理干净并用水充分湿润；灌缝时仔细捣固密实。接缝应加强养护，冬施期间采用白灰锯

屑保温养护。

6）接缝混凝土（或砂浆）达到设计要求后，张拉预应力筋及孔道灌浆。张拉时每批按对称位置张拉两束，张拉端分别设置在屋架两端，张拉过程中两台千斤顶保持同步。张拉锚固后．及时进行孔道灌浆。

7）焊接下弦拼接节点的连接钢板。焊接时宜对称分层施焊，防止烧伤接头处混凝土。如拼接节点处两块体宽度误差较大，应先焊一块钢垫板我平后再爆连接钢板。

8）上弦拼接节点处立缝灌浆，捣固密实，然后覆盖湿养护。

五、质量标准

1、预应力筋预留孔道位置允许偏差3mm；

2、屋架测向弯曲允许偏差L／1000，且≤20mm；

3、两端均采用墩头式锚具时，同一束中各根钢丝下料长度的相对差值，不大于L／5000且不大于5mm。

4、需超张拉时，最大张拉控制应力允许值0.75f ptk；（f ptk—钢丝极限抗拉强度标准值）；

5、实际张拉伸长值与张拉伸长计算值的允许差值+10％~5％；

6、张拉锚固过程中，断丝或滑丝的数量不得超过同一截面钢丝总数量的3％，且一束钢丝只允许一根；

7、锚固阶段张拉端预应力筋内缩量允许值，墩头式锚具1mm，锥形锚具5mm；

8、张拉锚固后，实际预应力值与设计规定检验值的相对允许偏差±5％；

9、孔道灌浆水泥浆强度20N/mm2；

10、屋架张拉时，其混凝土抗压强度应达到设计强度标准值的100％。

六、成品保护

1、孔道灌浆后，当灰浆强度达到15N/mm2时，方可移动构件。

2、采用锥形锚具的钢丝束，张拉锚固后用氧—乙炔炬切去多余的外露钢丝，留在锚具外的钢丝长度不宜小于30mm。

3、封端应支设模板．用细石混凝土认真捣实。封端混凝土宜配置钢筋网片，网片用φ4mm冷拔低碳钢丝加工成┏形，再点焊成网片，然后将网片焊在屋架下弦端部承压钢板上。

4、屋架起模堆放时，支点用道木垫好，场地应平整坚实、利于排水。几榀屋架并列堆放时，相邻屋架上弦之间用水换隔开再用横木绑牢；外侧的屋架用斜撑支牢。

七、安全措施

1、张拉区应设有明显标志，非工作人员不准入内。张拉时屋架下弦两端严禁站人。

2、操作人员应严格遵守技术交底及操作规程，工作中集中精力。密切合作，屋架两端配备对讲机保持联系。

3、司泵人员要戴防护眼镜，防止因油管意外破裂喷溅油液伤及眼睛。灌浆人员要戴防护眼镜、穿防雨服避免压力水泥浆喷射伤人。

4、工作开始之前认真检查油管及油管接头，保证完好，没有油管扭接或接头不严等现象。张拉过程中，支承千斤顶的吊具或支架应适应干斤顶缸体的运动，不能对其造成阻碍。

八、施工注意事项

1、厂房采用敞开法施工。屋架布置在车间内预制时．应避免同榀屋架的一部分在设备基础上，另一部分在普通地基上。确实避不开的，应对地基采取可靠的加固措施，并保证场地排水良好。

2、钢丝念头操作时注意事项：

（l）钢丝切断之端面应与母树轴线垂直；

（2）镦头油压值一般为对—33~35N/mm2实际油压值应试衡后确定；

（3）镦头器使用前应调好油泵的安全保护阀防止突然升压过高；

（4）镦头时，应将钢丝居中送入镦头器直至镦头模的端面，以防止钢丝头部裂缝或者损坏镦头器夹片。

3、施工当中应注意防止屋架侧向弯曲超过允许偏差采取减少屋架侧向弯曲变形的措施。主要措施有：

（1）保证孔道位置的偏差不大于允许值；

（2）张拉过程中保持预应力筋、锚具与孔道中心线对中良好，两端张拉时要保证同步；

（3）张拉力值应按设计要求不得随意提高；

（4）尽量采用分批对称张拉，分批张拉的张拉力应考虑分批张拉引起的预应力损失。

4、腹杆拼装式屋架的预制腹杆，制作时应控制好其断面尺寸、主筋位置及杆件长度；拜杆件部划毛。屋架拼装时，预制腹杆的垫本厚度应经计算确定，保证腹杆安装位置准确。