專利名稱：平衡構形制造預應力砼梁的施工方法
技術領域：
本發(fā)明屬于建筑結構構件技術領域，尤其是一種平衡構形制造預 應力砼梁的施工方法。
背景技術：
現(xiàn)有技術中，預應力砼構件的施工方法，均沿縱向張拉預應力束 (鋼筋)，張拉設備主要由千斤頂、連接油管和油泵組成。施工工藝是 直接采用張拉機具并由壓力表的讀數(shù)控制張拉力，無論是建筑結構的 張拉，還是各種橋梁以及特種結構的張拉，大都是采用這種張拉工藝， 均存在一些缺陷，如①設備復雜、品種不一、配套不完善；②張拉 力一壓力表的標定誤差和壓力表的讀數(shù)誤差較大，瀆數(shù)不穩(wěn)定，張拉 伸長值測量不準確；③加壓操縱控制誤差大，分辨率低，難于精確控 制張拉力；④沒有多余觀測數(shù)據(jù)對比，預應力張拉的可靠度差，即張 拉精度失控，輕則會引起結構張拉端的縱向裂縫，重則反拱過大，出 現(xiàn)橫向裂縫，甚至于預應力束(鋼筋)斷裂，造成預應力結構失效、 破壞以及生命財產巨大損失的事故時有發(fā)生； 施工難度大，生產成 本高，效率低。

發(fā)明內容
鑒于上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種施工簡單、安 全可靠的平衡構形制造預應力砼梁的施工方法。 本發(fā)明的技術解決方案如下一種平衡構形制造預應力砼梁(1)的施工方法，特征是所述的預 應力砼梁(1)在側臥狀態(tài)下施工，成品梁再側翻轉90('變成設計的狀
態(tài)，在固定端模支架(3)間，普通鋼筋(7)骨架側翻90。綁扎，任兩個鋼筋(7)骨架成鏡面對稱，具體是① 、在三角形或成鏡面對稱布置的預應力砼梁(1)預制臺座中，把預應力束(2)固定到固定端模支架(3)匕在預應力束(2)上安 裝簡單的橫張裝置(4)及張拉拉桿(5)，以另一預應力砼梁(1)的 同一預應力束(2)為反力承受體，施加橫向力而使預應力束(2)變 形并獲得所需預應力；② 、施加橫向力的工藝是通過螺母(8)轉動帶動螺栓桿，螺栓 桿帶動U形鋼結構，U形鋼結構逼迫預應力束橫向移動并伸長變形；③ 、預應力(2)束獲得預應力時，與張拉拉桿(5)及固定端模 支架(3) —起，組成穩(wěn)定的平衡構形，此時測量預應力束(2)的變 形量和振動頻率，分別計算預應力束(2)實際獲得的預應力數(shù)值并對 比差異，以此作為是否符合設計耍求的判斷依據(jù)； 、當預應力束(2)獲得所需預應力時，停lh施加橫向力，澆筑 混凝土；◎、當混凝土到達設計強度，解除預應力束(2)與固定端模支架 (3)的聯(lián)系，在梁(1)頂面的設計受壓區(qū)體外施加臨時預應力，成 品梁(1)側翻90Q，變成設計的狀態(tài)，解除臨時預應力，常規(guī)裝運。 本發(fā)明突出的實質特點和顯著進步是1、 預應力混凝土梁在側翻90°的狀態(tài)下施工，成品梁再側翻90° 變成設計的狀態(tài)，常規(guī)裝運，改進了預應力混凝土梁的傳統(tǒng)施工思想及 作業(yè)模式；2、 張拉預應力束(鋼筋)過程中，在工程容許的誤差范圍內運用
工程力學的虛功原理及材料力學中的平衡構形概念，由數(shù)值很小的作 用力(人工轉動扳手)的做功積累，使預應力束(鋼筋)變形和獲得預想 的軸向應力，物理學及數(shù)學模型明確和嚴密，方法成立，工藝可行，確保 設計、施工及計算嚴格一致；3、 使用市場上容易購置的常規(guī)工具，測量預應力束的變形量和振動頻率，確定預應力束實際獲得應力數(shù)值，準確獲取控制依據(jù)，成本低廉，可靠度高，拓寬及豐富了預應力混凝土結構效果檢查的渠道；4、 利用本發(fā)明方法提供的施工工藝，使用相同的施T設備制作 各種類型的預應力混凝土梁，如折線配筋預應力混凝土簡支梁、雙 預應力混凝土梁等，能夠簡化施工設備，節(jié)省材料，降低施工的技術 難度，減少社會資源的占用和浪費；5、 在一定程度上提高預應力混凝土梁的質量及耐久性。


圖1為本發(fā)明的平衡構形示意圖。 圖2為本發(fā)明的圖1中I - I斷面圖。 圖3為本發(fā)明的圖2屮C的局部放大圖。 圖4為本發(fā)明的橫張裝置立體模型示意圖。 圖5為本發(fā)明的橫向張拉拉桿立體模型示意圖。 圖6為本發(fā)明的固定端模支架立體模型示意圖。 圖7為本發(fā)明的計算橫向張力計算示意圖。 圖8為本發(fā)明的成品梁側翻90°的翻轉裝置立體模型示意圖。 在圖1 8中，側臥的混凝土空心梁(1)、混凝土空心梁里折線 布置的預應力束(2)、固定端模支架(3)、橫張裝置(4)、橫向張拉桿(5)、底板直線預應力束(6)、頂板的普通架立鋼筋(7)、橫張預應力束的加力螺母(8)。
具體實施例方式本發(fā)明的最佳實施例是這樣的，參照圖1至圖8所示， 一種平衡 構形制造預應力砼梁(1)的施工方法，其中，所述的預應力砼梁(1) 在側臥狀態(tài)下施工，成品梁(1)再側翻轉90°變成設計的狀態(tài)，在固 定端模支架(3)間，普通鋼筋(7)骨架側翻90。綁扎，任兩個鋼筋 骨架成鏡面對稱，具體是① 、在三角形或成鏡面對稱布置的預應力砼梁(1)預制臺座中， 把預應力朿(2)同定到同定端模支架(3)上，在預應力束(2)上安 裝簡單的橫向張拉裝置(4)及張拉拉桿(5)，以另一預應力砼梁(1) 的同一預應力束(2)為反力承受體，施加橫向力而使預應力束(2) 變形并獲得所需預應力；② 、施加橫向力的工藝通過螺母(8)轉動帶動螺栓桿，螺栓桿 帶動U形鋼結構，U形鋼結構逼迫預應力束(2)橫向移動并伸長變形；③ 、預應力束(2)獲得預應力時，與張拉裝置(4)、張拉拉桿(5) 及固定端模支架(3) —起，組成穩(wěn)定的平衡構形，此時測量預應力束(2) 的變形量和振動頻率，分別計算預應力束(2)實際獲得的預應 力數(shù)值并對比差異，以此作為是否符合設計要求的判斷依據(jù)； 、當預應力束(1)獲得所需預應力即設計給定的應力時，停止 施加橫向力，澆筑混凝土；⑤、當混凝土到達設計強度，解除預應力束(2)與固定端模支架(3) 的聯(lián)系，在梁(1)頂面的設計受壓區(qū)體外施加臨時預應力，成
品梁側翻90°，變成設計的狀態(tài)，解除體外施加臨時預應力，常規(guī)裝運。以下是具體實施中與現(xiàn)有技術相區(qū)別的理論基礎及工藝的論述， 即測量預應力束(鋼繩)的變形量和振動頻率，分別計算預應力束(鋼筋)實際獲得的預應力數(shù)值的物理學基礎的說明及成品梁側翻90°工藝說明如圖7戶標的計算示意圖中，示意橫張力、預A力束應力做功的距離，說 明F疲力束柳鬼力與其^f;量之間及橫張力與預應力束應力之間的;)^。預應力束(鋼繩)預應力與其變形量之間的關系公式推導。圖7虛線表示預應力束(鋼繩)張拉前的位置，實線表示把表示張拉后的位置。下面根據(jù)圖7，計算出預應力束在橫張后所需要的橫向位移以及用扳手橫張預應力束的扭力。預應力束的彈性模量Ep、截面積Ap為已知值，預應力束的控制應 力 .由設計給定，則預應力束獲得控制應力^的變形量為<formula>formula see original document page 7</formula>2 (7—1)根據(jù)圖7中陰影表示的直角三角形，則需要的橫向位移為-(7—4)式與(7—5)式表明，可以通過測量圖7中P， P間的 距離，求出預應力束獲得的控制應力 ,.，其求算的精度由測距精度、 預應力束的彈性模量Ep精度、截面積Ap精度控制?，F(xiàn)階段測量設備的 測距精度可以經濟的到達1/2000，而設計時預應力束的彈性模量Ep、 截面積Ap直接取用標準值。在(7—4)中使用設計時預應力束的彈 性模量Ep、截面積Ap標準值，則測量橫向位移控制應力^,.，與設計計 算的誤差可以保證在工程容許范圍以內。
根據(jù)虛功原理，得<formula>formula see original document page 8</formula>( 7 6 ) 式中Fld——橫張力的合力；/~~^黃張力合力通過的距離，通過實際測量或安裝在(4)上的 位移傳感器得到； 一一預應力束重心處獲得的預壓應力，設計給定的已知量； ——臨時錨具獲得的內應力，其極限值小于^;",——預應力束松弛內應力，其極限值小于 ,；L、 y、 zX e x、 Y、 z——橫張后某時刻點臨時錨具的變形；^/。——預應力束變形量，通過實際測量得到；"/t——預應力束對應松弛內應力的變形量，通過實際測量得到； (7—6)式清楚表明，預應力混凝土的預應力束及臨時錨具應該使用 高強度的材料，至少要使用強度大于1470MPa的鋼繩，最好用強度為 1870MPa的鋼繩。因為使用高強度的材料，就可以減少臨時錨具及松 弛內應力的消耗功，保證混凝土永久預應力的穩(wěn)定。目前工程實踐中， 對(7—6)式的后兩項的處理，把它作為^的百分比(如5%)看待，所以，在陰影表示的區(qū)域，在工程容許的范圍內存在尸,W^x(V/W-") ( 7—7)式屮Np= (l+a ) (7—6)式和(7—7)式表明，預應力束重心處獲得的預應力 與其變形及預應力束松弛有關，可以通過測量圖7中所示實線的相對 于虛線變形，然后調整距離/來保證混凝土獲得的預壓應力符合設計。 在圖7中，橫張預應力束由兩根螺栓完成，則每根螺栓的壓應力
為""《 (7—8)設螺栓的螺距d為1毫米，扳手扭轉半徑為1米(IOOO毫米)，則扳手扭力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根據(jù)計算，iZZZ^的數(shù)值在0.07 0. 11間，(7—10)式表明，用1米長度的扳手通過圖H所示構造橫張預應力束，能夠以不超過 控制應力六萬分之7的扭力扳動，使預應力束獲得控制預應力。換而言 之，橫張工序只需一把普通游標卡尺及一把修理機械用的帶測量扭力 功能的扳手，人工扳動就可以完成。測量振動頻率檢驗預應力束應力。目前工程實踐中，預應力束一 般采用鋼繩，所以，根據(jù)結構動力學的基本原理，預應力束(鋼繩) 的振動頻率與預加應力之間存在著一定的關系(預應力束應力計算公式)式中A—為預應力束第n階固有振動頻率。 m _為預應力束的單位長度質量 /一-為預應力束的長度^一為預應力束的截面抗彎剛度對于某一根預應力束，只要測出預應力束的振動頻率，利用計算
公式，便可求得該預應力束的實際應力。使用頻譜分析儀，對預應力 束的隨機信號進行頻譜分析，可測量預應力束的振動頻率。頻譜分析 儀是市場上的普通商品。如圖8所示，翻轉裝置由翻轉模、滾動部分和固定部分組成。翻 轉模由內圓和下半外圓組成。內圓模由四個拼裝塊構成，方便裝拆， 外套四氟乙稀材料，其直徑可根據(jù)梁的輪廓尺寸來確定。半圓模外模 采用鋼板制成，制作誤差應控制在一定的范圍內。內圓模的外套四氟 乙稀層與下半外圓外模間設置足夠的滾珠(軸)，以使轉動運行順利、 平穩(wěn)。內模設置足夠的螺旋千斤頂以頂緊、固定粱體，防止梁體在翻 轉過程中產生移位或扭轉。將翻轉模置于固定架上，拉緊張緊器，將 下半模固定。翻轉模的翻轉滾動采用牽行倒鏈作動力。本發(fā)明具有的積極效果是1、 預應力混凝土梁結構可以更加方便地采用折線配置預應力束， 改善結構受力性能，既有先張預應力混凝土梁結構跨度局限于20米以下的局面得以徹底突破；2、 在施工過程中，方法使施工裝置及三榀混凝土梁的預應力束自 成系統(tǒng)，預應力束的張力或壓力屬于平衡構形系統(tǒng)的內力，受力明確， 計算方便，安全可靠，并且不需要進行高要求的地基處理來抵消反力， 節(jié)約成本，減少環(huán)境污染影響；3、 通過測量預應力束的變形量和振動頻率，可靠確定預應力束實 際獲得的應力數(shù)值，徹底杜絕張拉精度失控及因此時有發(fā)生事故的情 況；4、 省去現(xiàn)有預應力混凝土技術所必須的部分復雜工藝，簡化了張 拉設備，如取消使用千斤頂、連接油管和油泵，改用扭力扳手和人力 施加作用力，施工的安全性和可控性進一步提高。本發(fā)明在良好的使 用性，用料的經濟性，施工的簡易性、安全性以及環(huán)境友好性五方面 達到了更好的統(tǒng)一。
權利要求
1、一種平衡構形制造預應力砼梁(1)的施工方法，其特征在于，所述的預應力砼梁(1)在側臥狀態(tài)下施工，成品梁(1)再側翻轉90°變成設計的狀態(tài)，在固定端模支架(3)間，普通鋼筋(7)骨架側翻90°綁扎，任兩個鋼筋(7)骨架成鏡面對稱，具體是①、在三角形布置(或成鏡面對稱)的預應力砼梁(1)預制臺座中，把預應力束(2)固定到固定端模支架上，在預應力束(2)上安裝簡單的橫張裝置(4)及張拉拉桿(5)，以另一預應力砼梁(1)的同一預應力束(2)為反力承受體，施加橫向力而使預應力束(2)變形并獲得所需預應力；②、施加橫張力的工藝是通過螺母(8)轉動帶動螺栓桿，螺栓桿帶動U形鋼結構，U形鋼結構逼迫預應力(2)束橫向移動并伸長變形；③、預應力束(2)獲得預應力時，與張拉裝置(4)、張拉拉桿(5)及固定端模支架(3)一起，組成穩(wěn)定的平衡構形，此時測量預應力束(2)的變形量和振動頻率，分別計算預應力(2)束實際獲得的預應力數(shù)值并對比差異，以此作為是否符合設計要求的判斷依據(jù)；④、當預應力束(2)獲得所需預應力即設計給定數(shù)值時，停止施加橫向力，澆筑混凝土；⑤、當混凝土到達設計強度，解除預應力束(2)與固定端模支架(3)的聯(lián)系，在梁(1)頂面的設計受壓區(qū)體外施加臨時預應力，成品梁側翻90°，變成設計的狀態(tài)，解除體外施加臨時預應力，常規(guī)裝運。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平衡構形制造預應力砼梁的施工方法，其特征在于以工程與材料力學中虛功原理、平衡構形概念為理論基礎，預應力砼梁在側臥狀態(tài)下施工，成品梁再側翻轉90°變成設計的狀態(tài)；在固定端模支架間，普通鋼筋骨架側翻90°綁扎，任兩個鋼筋骨架成鏡面對稱；預應力束與支撐構造聯(lián)結成平衡構形，由較小作用力經由橫張裝置做功積累，讓預應力束變形的同時獲得設計的應力，從而簡化了施工設備及工藝；施工過程中，預應力束的張力或壓力屬于平衡構形的系統(tǒng)內力，節(jié)約抵消反力的成本；通過測量預應力束的變形量和振動頻率，確保預應力束應力與設計、計算吻合，杜絕事故。方法用相同的設備，施工不同類型的預應力砼梁，適合規(guī)模生產，也適合現(xiàn)場小量施工，將促進先張法預應力砼梁在20米以上跨度的使用。
文檔編號E04G21/12GK101158237SQ200710168320
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月7日 優(yōu)先權日2007年11月7日
發(fā)明者蘇宇麗, 春 陳 申請人:陳 春;蘇宇麗