一种组合钢梁预应力施工方法

1.本发明属于建筑技术领域，特别涉及一种组合钢梁预应力施工方法。


背景技术：

2.型钢混凝土结构具有良好的承载力及刚度，被广泛应用于大跨重载结构中，但是其抗裂表现一般，遂有学者提出预应力型钢混凝土结构，但目前型钢混凝土的预应力主要依靠预应力筋提供，可达到的预应力程度有限，且预应力损失严重，其张拉过程控制也较为严格，易出现反拱开裂等现象。若采用单根预弯梁预应力施工方法，直接对型钢进行荷载的施加，没有辅助型钢的帮助，则会由于单根型钢刚度较小而导致挠度过大，有效预压区面积较小等问题，混凝土预制率遭到限制，现场施工量增加。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种组合钢梁预应力施工方法，在型钢预应力的施加过程中借助辅助型钢提高梁的刚度，形成组合钢梁，组合钢梁截面中和轴位于下部钢梁的外部，相比单根预弯梁，其预压区面积更大，可根据实际需要灵活控制预制混凝土的高度，获得一个较高的预制率，达到减小现场施工量的目的。且组合钢梁存在多种组合方式：双直线型、双拱型以及上大下小型，分别用于解决预压区高度较低带来的型钢预应力有限、大跨度施工挠度较大以及预应力筋施工困难等问题。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种组合钢梁预应力施工方法，包括以下步骤：
6.s1)将辅助型钢与下部型钢组合得到组合钢梁；
7.s2)施加向下的竖向荷载，将所述组合钢梁预弯；
8.s3)对所述下部型钢浇筑预制混凝土；
9.s4)卸载并拆除辅助型钢；
10.s5)在预制混凝土中张拉跨中预应力筋，得到预制组合梁。
11.在一个实施例中，所述s1)包括：将加工成型的辅助型钢与下部型钢用抗剪螺栓进行固定，形成组合钢梁。
12.在一个实施例中，所述s2)包括：在辅助型钢上部施加竖向荷载使组合钢梁产生挠度，其中竖向荷载的大小保证下部型钢和辅助型钢仅发生弹性形变，在竖向荷载撤除后，辅助型钢变形完全恢复，能够作为永久辅助构件反复使用。
13.在一个实施例中，所述s3)包括：在对组合钢梁施加预弯荷载并达到设定挠度后进行预制混凝土的浇筑，浇筑完成后进行蒸汽养护，其中预制混凝土采用超高性能混凝土。
14.在一个实施例中，所述s4)包括：待预制混凝土达到设定强度后卸载，卸载完成后拆除辅助型钢。
15.在一个实施例中，所述s5)中跨中预应力筋采用预应力钢绞线，并采用后张法进行施工，施工时从两端进行张拉，待组合钢梁的变形完全恢复，将跨中预应力筋两端用锚具一
进行固定。
16.在一个实施例中，在现场，将相邻预制组合梁的下部型钢连接，并浇筑现浇混凝土，待现浇混凝土达到设定强度后，在其中张拉支座预应力筋，所述支座预应力筋为跨中预应力筋的延长部分。
17.在一个实施例中，所述组合钢梁为双直线型组合方式、上大下小型组合方式或双拱型组合方式。
18.在一个实施例中，采用上大下小型组合方式时，下部型钢的截面高度比辅助型钢的截面高度高，施工过程与双直线型组合方式完全相同；
19.采用双拱型组合方式时，下部型钢与辅助型钢均为拱型，其翼缘部分可以完美贴合，且螺栓孔相互匹配；施工时，在预弯荷载的作用下上拱消失，组合钢梁变为直线型，然后浇筑预制混凝土，不进行跨中预应力筋的张拉，得到的最终形态为拱型。
20.在一个实施例中，所述支座预应力筋为跨中预应力筋的延长部分，现浇混凝土上预留凹槽，以安装锚具二对支座预应力筋进行锚固，锚固完成后用混凝土对凹槽进行填充。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.1、效益显著
23.与传统预应力型钢混凝土梁施工方法相比，本发明在材料成本没有增加的前提下，仅在预制阶段通过改变施工方法，先对组合钢梁施加预弯荷载，利用组合钢梁的弹性收缩对混凝土施加一期预应力，然后利用预应力筋的作用对混凝土施加二期预应力，相比仅依靠预应力筋提供预应力的方法而言，本施工方法预应力的效果大大提高，同时可以减少预应力筋数量，大大节约了成本。
24.2、受力合理
25.本发明一期预应力由型钢的恢复力提供，由于一期预应力需对型钢施加预弯荷载，预制混凝土达到一定强度卸载后，型钢受到预制混凝土的约束作用，不能恢复初始状态，仍有残余挠度变形，此时通过张拉预应力筋产生的反拱作用抵消一期预压荷载带来的残余挠度变形，使型钢恢复初始几何状态，便于后期“梁-梁”连接，“梁-柱”连接安装。
26.3、性能优越
27.本发明采用组合钢梁预应力施工方法，相比直接将荷载施加在下部型钢上，此方法能够解决一期预应力作用下挠度过大的问题，达到小挠度高应力的效果。同时由于中和轴位置提高，下部型钢可完全位于受压区内，有效预压区面积增加，混凝土预制率提高，现场施工量减小。对于双拱形组合方式而言，由于不用进行预应力筋的张拉，其施工过程更加简洁，施工速度较快，可作为楼板中的暗梁使用，大大节省净空。
附图说明
28.图1是本发明的双直线组合方式施工过程示意图。
29.图2是本发明的上大下小组合方式施工过程示意图。
30.图3是本发明的双拱型组合方式施工过程示意图。
31.图4是本发明各部分连接关系示意图。
32.图5是本发明负弯矩区预应力筋连接示意图。
33.附图标记释义：
34.下部型钢1；辅助型钢2；预制混凝土3；跨中预应力筋4；锚具一5；现浇混凝土6；凹槽7；支座预应力筋8；锚具二9。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
36.参考图1～图5，混合预应力组合梁包括预制组合梁和现浇混凝土6，预制组合梁主要包括下部型钢1以及浇筑于下部型钢1的预制混凝土3，预制混凝土3中张拉有跨中预应力筋4，相邻预制组合梁的下部型钢1在端部连接且具有间距。现浇混凝土6浇筑于下部型钢1上方以及相邻的预制组合梁之间，跨中预应力筋4延长并伸入至现浇混凝土6中，端部固定。
37.该结构中，跨中预应力筋4是在下部型钢1预弯状态下从预制混凝土3的两端进行张拉，并在下部型钢1变形恢复后在其两端以锚具一5固定。
38.本发明中，将跨中预应力筋4的延长部分定义为支座预应力筋8，现浇混凝土6位于下部型钢1的上翼缘的上方设置有凹槽7，支座预应力筋8在现浇混凝土6中张拉，其端部在凹槽7中以锚具二9固定。
39.本发明组合钢梁预应力施工方法，包括预制部分施工和现场施工，其中预制部分施工主要是制备预制组合梁，现场施工主要是将各预制组合梁连接为一体。
40.如图1所示，预制组合梁的制备包括以下步骤：
41.s1)将辅助型钢2与下部型钢1组合得到组合钢梁。
42.示例地，可将加工成型的辅助型钢2与下部型钢1上下叠放(翼缘水平，腹板竖直)，然后用抗剪螺栓等方式进行固定，形成组合钢梁。
43.在本实施例中，辅助型钢2与下部型钢1的截面相同，得到的是双直线型组合方式的组合钢梁。
44.s2)施加向下的竖向荷载，将组合钢梁预弯。
45.示例地，可在辅助型钢2上部施加竖向荷载，使组合钢梁产生挠度，其中竖向荷载的大小应保证下部型钢1和辅助型钢2仅发生弹性形变。并且，在竖向荷载撤除后，辅助型钢2的变形可完全恢复，能够作为永久辅助构件反复使用。
46.s3)对下部型钢1浇筑预制混凝土3。
47.示例地，在对组合钢梁施加竖向荷载使其预弯并达到设定挠度后，进行预制混凝土3的浇筑，浇筑完成后进行蒸汽养护，其中预制混凝土3可采用超高性能混凝土。
48.其中，预制混凝土3具体可浇筑于下部型钢1的下翼缘、腹板的下部以及下翼缘下方。
49.s4)卸载并拆除辅助型钢2。
50.示例地，待预制混凝土3达到设定强度后卸载，卸载完成后拆除辅助型钢2。
51.s5)在预制混凝土3中张拉跨中预应力筋4，得到预制组合梁。
52.示例地，跨中预应力筋4采用预应力钢绞线，并采用后张法进行施工，施工时从两端进行张拉，待下部型钢1的变形完全恢复，将跨中预应力筋4两端在预制混凝土3外用锚具一5进行固定。
53.在预弯过程中，因组合钢梁具有更高的刚度，能够大大减小预弯过程中跨中的挠度，达到小挠度高应力的效果；且二者绑定后，中和轴位置上移，有效预压区面积增加，混凝
土预制率提高，现场施工量降低。
54.可选地，本发明的组合钢梁还可为上大下小型组合方式或双拱型组合方式。
55.具体地，如图2所示，当采用上大下小型组合方式时，下部型钢1的截面高度比辅助型钢2的截面高度高，施工过程与双直线型组合方式完全相同，该组合方式，可解决小型钢梁预压区高度较低的问题。
56.如图3所示，当采用双拱型组合方式时，下部型钢1与辅助型钢2均为拱型，其翼缘部分可以完美贴合，且螺栓孔相互匹配；施工时，在预弯荷载的作用下上拱消失，组合钢梁变为直线型，然后浇筑预制混凝土3，不进行跨中预应力筋4的张拉，得到的最终形态为拱型，该组合方式，可解决大跨度造成的挠度过大问题。
57.如图4、图5所示，在现场施工时，先连接相邻预制组合梁的下部型钢1，然后浇筑现浇混凝土6，待现浇混凝土6达到设定强度后，在其中张拉支座预应力筋8，并用锚具二9进行锚固。
58.图中n
p1
和n
p2
分别表示一期预应力和二期预应力。其中一期预应力由型钢的恢复力提供，为卸载后型钢收缩对混凝土产生的压应力；二期预应力由预应力筋提供，可分为两部分，其中一部分为预制组合梁制备阶段施加，另一部分为现浇混凝土6达到设计强度后施加。
59.其中，现浇混凝土6具体可浇筑于下部型钢1的上翼缘、腹板的上部以及上翼缘上方。
60.具体地，现浇混凝土6上预留凹槽7，以安装锚具二9对支座预应力筋8进行锚固，锚固完成后用混凝土对凹槽7进行填充。