专利名称：平衡构形制造预应力砼梁的施工方法
技术领域：
本发明属于建筑结构构件技术领域，尤其是一种平衡构形制造预 应力砼梁的施工方法。
背景技术：
现有技术中，预应力砼构件的施工方法，均沿纵向张拉预应力束 (钢筋)，张拉设备主要由千斤顶、连接油管和油泵组成。施工工艺是 直接采用张拉机具并由压力表的读数控制张拉力，无论是建筑结构的 张拉，还是各种桥梁以及特种结构的张拉，大都是采用这种张拉工艺， 均存在一些缺陷，如①设备复杂、品种不一、配套不完善；②张拉 力一压力表的标定误差和压力表的读数误差较大，渎数不稳定，张拉 伸长值测量不准确；③加压操纵控制误差大，分辨率低，难于精确控 制张拉力；④没有多余观测数据对比，预应力张拉的可靠度差，即张 拉精度失控，轻则会引起结构张拉端的纵向裂缝，重则反拱过大，出 现横向裂缝，甚至于预应力束(钢筋)断裂，造成预应力结构失效、 破坏以及生命财产巨大损失的事故时有发生； 施工难度大，生产成 本高，效率低。
发明内容
鉴于上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种施工简单、安 全可靠的平衡构形制造预应力砼梁的施工方法。 本发明的技术解决方案如下一种平衡构形制造预应力砼梁(1)的施工方法，特征是所述的预 应力砼梁(1)在侧卧状态下施工，成品梁再侧翻转90('变成设计的状
态，在固定端模支架(3)间，普通钢筋(7)骨架侧翻90。绑扎，任两个钢筋(7)骨架成镜面对称，具体是① 、在三角形或成镜面对称布置的预应力砼梁(1)预制台座中，把预应力束(2)固定到固定端模支架(3)匕在预应力束(2)上安 装简单的横张装置(4)及张拉拉杆(5)，以另一预应力砼梁(1)的 同一预应力束(2)为反力承受体，施加横向力而使预应力束(2)变 形并获得所需预应力；② 、施加横向力的工艺是通过螺母(8)转动带动螺栓杆，螺栓 杆带动U形钢结构，U形钢结构逼迫预应力束横向移动并伸长变形；③ 、预应力(2)束获得预应力时，与张拉拉杆(5)及固定端模 支架(3) —起，组成稳定的平衡构形，此时测量预应力束(2)的变 形量和振动频率，分别计算预应力束(2)实际获得的预应力数值并对 比差异，以此作为是否符合设计耍求的判断依据； 、当预应力束(2)获得所需预应力时，停lh施加横向力，浇筑 混凝土；◎、当混凝土到达设计强度，解除预应力束(2)与固定端模支架 (3)的联系，在梁(1)顶面的设计受压区体外施加临时预应力，成 品梁(1)侧翻90Q，变成设计的状态，解除临时预应力，常规装运。 本发明突出的实质特点和显著进步是1、 预应力混凝土梁在侧翻90°的状态下施工，成品梁再侧翻90° 变成设计的状态，常规装运，改进了预应力混凝土梁的传统施工思想及 作业模式；2、 张拉预应力束(钢筋)过程中，在工程容许的误差范围内运用
工程力学的虚功原理及材料力学中的平衡构形概念，由数值很小的作 用力(人工转动扳手)的做功积累，使预应力束(钢筋)变形和获得预想 的轴向应力，物理学及数学模型明确和严密，方法成立，工艺可行，确保 设计、施工及计算严格一致；3、 使用市场上容易购置的常规工具，测量预应力束的变形量和振动频率，确定预应力束实际获得应力数值，准确获取控制依据，成本低廉，可靠度高，拓宽及丰富了预应力混凝土结构效果检查的渠道；4、 利用本发明方法提供的施工工艺，使用相同的施T设备制作 各种类型的预应力混凝土梁，如折线配筋预应力混凝土简支梁、双 预应力混凝土梁等，能够简化施工设备，节省材料，降低施工的技术 难度，减少社会资源的占用和浪费；5、 在一定程度上提高预应力混凝土梁的质量及耐久性。
图1为本发明的平衡构形示意图。 图2为本发明的图1中I - I断面图。 图3为本发明的图2屮C的局部放大图。 图4为本发明的横张装置立体模型示意图。 图5为本发明的横向张拉拉杆立体模型示意图。 图6为本发明的固定端模支架立体模型示意图。 图7为本发明的计算横向张力计算示意图。 图8为本发明的成品梁侧翻90°的翻转装置立体模型示意图。 在图1 8中，侧卧的混凝土空心梁(1)、混凝土空心梁里折线 布置的预应力束(2)、固定端模支架(3)、横张装置(4)、横向张拉杆(5)、底板直线预应力束(6)、顶板的普通架立钢筋(7)、横张预应力束的加力螺母(8)。
具体实施例方式本发明的最佳实施例是这样的，参照图1至图8所示， 一种平衡 构形制造预应力砼梁(1)的施工方法，其中，所述的预应力砼梁(1) 在侧卧状态下施工，成品梁(1)再侧翻转90°变成设计的状态，在固 定端模支架(3)间，普通钢筋(7)骨架侧翻90。绑扎，任两个钢筋 骨架成镜面对称，具体是① 、在三角形或成镜面对称布置的预应力砼梁(1)预制台座中， 把预应力朿(2)同定到同定端模支架(3)上，在预应力束(2)上安 装简单的横向张拉装置(4)及张拉拉杆(5)，以另一预应力砼梁(1) 的同一预应力束(2)为反力承受体，施加横向力而使预应力束(2) 变形并获得所需预应力；② 、施加横向力的工艺通过螺母(8)转动带动螺栓杆，螺栓杆 带动U形钢结构，U形钢结构逼迫预应力束(2)横向移动并伸长变形；③ 、预应力束(2)获得预应力时，与张拉装置(4)、张拉拉杆(5) 及固定端模支架(3) —起，组成稳定的平衡构形，此时测量预应力束(2) 的变形量和振动频率，分别计算预应力束(2)实际获得的预应 力数值并对比差异，以此作为是否符合设计要求的判断依据； 、当预应力束(1)获得所需预应力即设计给定的应力时，停止 施加横向力，浇筑混凝土；⑤、当混凝土到达设计强度，解除预应力束(2)与固定端模支架(3) 的联系，在梁(1)顶面的设计受压区体外施加临时预应力，成
品梁侧翻90°，变成设计的状态，解除体外施加临时预应力，常规装运。以下是具体实施中与现有技术相区别的理论基础及工艺的论述， 即测量预应力束(钢绳)的变形量和振动频率，分别计算预应力束(钢筋)实际获得的预应力数值的物理学基础的说明及成品梁侧翻90°工艺说明如图7戶标的计算示意图中，示意横张力、预A力束应力做功的距离，说 明F疲力束柳鬼力与其^f;量之间及横张力与预应力束应力之间的;)^。预应力束(钢绳)预应力与其变形量之间的关系公式推导。图7虚线表示预应力束(钢绳)张拉前的位置，实线表示把表示张拉后的位置。下面根据图7，计算出预应力束在横张后所需要的横向位移以及用扳手横张预应力束的扭力。预应力束的弹性模量Ep、截面积Ap为已知值，预应力束的控制应 力 .由设计给定，则预应力束获得控制应力^的变形量为<formula>formula see original document page 7</formula>2 (7—1)根据图7中阴影表示的直角三角形，则需要的横向位移为-(7—4)式与(7—5)式表明，可以通过测量图7中P， P间的 距离，求出预应力束获得的控制应力 ,.，其求算的精度由测距精度、 预应力束的弹性模量Ep精度、截面积Ap精度控制。现阶段测量设备的 测距精度可以经济的到达1/2000，而设计时预应力束的弹性模量Ep、 截面积Ap直接取用标准值。在(7—4)中使用设计时预应力束的弹 性模量Ep、截面积Ap标准值，则测量横向位移控制应力^,.，与设计计 算的误差可以保证在工程容许范围以内。
根据虚功原理，得<formula>formula see original document page 8</formula>( 7 6 ) 式中Fld——横张力的合力；/~~^黄张力合力通过的距离，通过实际测量或安装在(4)上的 位移传感器得到； 一一预应力束重心处获得的预压应力，设计给定的已知量； ——临时锚具获得的内应力，其极限值小于^;",——预应力束松弛内应力，其极限值小于 ,；L、 y、 zX e x、 Y、 z——横张后某时刻点临时锚具的变形；^/。——预应力束变形量，通过实际测量得到；"/t——预应力束对应松弛内应力的变形量，通过实际测量得到； (7—6)式清楚表明，预应力混凝土的预应力束及临时锚具应该使用 高强度的材料，至少要使用强度大于1470MPa的钢绳，最好用强度为 1870MPa的钢绳。因为使用高强度的材料，就可以减少临时锚具及松 弛内应力的消耗功，保证混凝土永久预应力的稳定。目前工程实践中， 对(7—6)式的后两项的处理，把它作为^的百分比(如5%)看待，所以，在阴影表示的区域，在工程容许的范围内存在尸,W^x(V/W-") ( 7—7)式屮Np= (l+a ) (7—6)式和(7—7)式表明，预应力束重心处获得的预应力 与其变形及预应力束松弛有关，可以通过测量图7中所示实线的相对 于虚线变形，然后调整距离/来保证混凝土获得的预压应力符合设计。 在图7中，横张预应力束由两根螺栓完成，则每根螺栓的压应力
为""《 (7—8)设螺栓的螺距d为1毫米，扳手扭转半径为1米(IOOO毫米)，则扳手扭力FN:F =— ,—^____ (7—9)"1000 x ;r2 x 1000 x ;r把(5—10)、 (5—9)代入(5—7)式，整理，得F — (" + ^—"x w,'— V/2"2-"x (7—10)" / 2xl000 x;r / 2x 1000 x ;r根据计算，iZZZ^的数值在0.07 0. 11间，(7—10)式表明，用1米长度的扳手通过图H所示构造横张预应力束，能够以不超过 控制应力六万分之7的扭力扳动，使预应力束获得控制预应力。换而言 之，横张工序只需一把普通游标卡尺及一把修理机械用的带测量扭力 功能的扳手，人工扳动就可以完成。测量振动频率检验预应力束应力。目前工程实践中，预应力束一 般采用钢绳，所以，根据结构动力学的基本原理，预应力束(钢绳) 的振动频率与预加应力之间存在着一定的关系(预应力束应力计算公式)式中A—为预应力束第n阶固有振动频率。 m _为预应力束的单位长度质量 /一-为预应力束的长度^一为预应力束的截面抗弯刚度对于某一根预应力束，只要测出预应力束的振动频率，利用计算
公式，便可求得该预应力束的实际应力。使用频谱分析仪，对预应力 束的随机信号进行频谱分析，可测量预应力束的振动频率。频谱分析 仪是市场上的普通商品。如图8所示，翻转装置由翻转模、滚动部分和固定部分组成。翻 转模由内圆和下半外圆组成。内圆模由四个拼装块构成，方便装拆， 外套四氟乙稀材料，其直径可根据梁的轮廓尺寸来确定。半圆模外模 采用钢板制成，制作误差应控制在一定的范围内。内圆模的外套四氟 乙稀层与下半外圆外模间设置足够的滚珠(轴)，以使转动运行顺利、 平稳。内模设置足够的螺旋千斤顶以顶紧、固定粱体，防止梁体在翻 转过程中产生移位或扭转。将翻转模置于固定架上，拉紧张紧器，将 下半模固定。翻转模的翻转滚动采用牵行倒链作动力。本发明具有的积极效果是1、 预应力混凝土梁结构可以更加方便地采用折线配置预应力束， 改善结构受力性能，既有先张预应力混凝土梁结构跨度局限于20米以下的局面得以彻底突破；2、 在施工过程中，方法使施工装置及三榀混凝土梁的预应力束自 成系统，预应力束的张力或压力属于平衡构形系统的内力，受力明确， 计算方便，安全可靠，并且不需要进行高要求的地基处理来抵消反力， 节约成本，减少环境污染影响；3、 通过测量预应力束的变形量和振动频率，可靠确定预应力束实 际获得的应力数值，彻底杜绝张拉精度失控及因此时有发生事故的情 况；4、 省去现有预应力混凝土技术所必须的部分复杂工艺，简化了张 拉设备，如取消使用千斤顶、连接油管和油泵，改用扭力扳手和人力 施加作用力，施工的安全性和可控性进一步提高。本发明在良好的使 用性，用料的经济性，施工的简易性、安全性以及环境友好性五方面 达到了更好的统一。
权利要求
1、一种平衡构形制造预应力砼梁(1)的施工方法，其特征在于，所述的预应力砼梁(1)在侧卧状态下施工，成品梁(1)再侧翻转90°变成设计的状态，在固定端模支架(3)间，普通钢筋(7)骨架侧翻90°绑扎，任两个钢筋(7)骨架成镜面对称，具体是①、在三角形布置(或成镜面对称)的预应力砼梁(1)预制台座中，把预应力束(2)固定到固定端模支架上，在预应力束(2)上安装简单的横张装置(4)及张拉拉杆(5)，以另一预应力砼梁(1)的同一预应力束(2)为反力承受体，施加横向力而使预应力束(2)变形并获得所需预应力；②、施加横张力的工艺是通过螺母(8)转动带动螺栓杆，螺栓杆带动U形钢结构，U形钢结构逼迫预应力(2)束横向移动并伸长变形；③、预应力束(2)获得预应力时，与张拉装置(4)、张拉拉杆(5)及固定端模支架(3)一起，组成稳定的平衡构形，此时测量预应力束(2)的变形量和振动频率，分别计算预应力(2)束实际获得的预应力数值并对比差异，以此作为是否符合设计要求的判断依据；④、当预应力束(2)获得所需预应力即设计给定数值时，停止施加横向力，浇筑混凝土；⑤、当混凝土到达设计强度，解除预应力束(2)与固定端模支架(3)的联系，在梁(1)顶面的设计受压区体外施加临时预应力，成品梁侧翻90°，变成设计的状态，解除体外施加临时预应力，常规装运。
全文摘要
本发明公开了一种平衡构形制造预应力砼梁的施工方法，其特征在于以工程与材料力学中虚功原理、平衡构形概念为理论基础，预应力砼梁在侧卧状态下施工，成品梁再侧翻转90°变成设计的状态；在固定端模支架间，普通钢筋骨架侧翻90°绑扎，任两个钢筋骨架成镜面对称；预应力束与支撑构造联结成平衡构形，由较小作用力经由横张装置做功积累，让预应力束变形的同时获得设计的应力，从而简化了施工设备及工艺；施工过程中，预应力束的张力或压力属于平衡构形的系统内力，节约抵消反力的成本；通过测量预应力束的变形量和振动频率，确保预应力束应力与设计、计算吻合，杜绝事故。方法用相同的设备，施工不同类型的预应力砼梁，适合规模生产，也适合现场小量施工，将促进先张法预应力砼梁在20米以上跨度的使用。
文档编号E04G21/12GK101158237SQ200710168320
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月7日 优先权日2007年11月7日
发明者苏宇丽, 春 陈 申请人:陈 春;苏宇丽