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作者：趙勇李東彬單位：同濟大學(xué)土木工程學(xué)院中國建筑科學(xué)研究院

預(yù)應(yīng)力筋的連接

對于分段張拉錨固的預(yù)應(yīng)力筋，常用的連接方式有:采用連接器連接、節(jié)點處交錯搭接以及利用后澆帶搭接等。

1)采用連接器連接通常采用連接器連接預(yù)應(yīng)力筋有兩種情況:①僅是通過連接器接長預(yù)應(yīng)力筋;②通過連接器將超長的預(yù)應(yīng)力筋分段張拉錨固并連成連續(xù)的預(yù)應(yīng)力筋。在分段施工的超長結(jié)構(gòu)中，采用連接器連接預(yù)應(yīng)力筋屬于第2種情況，因此，連接器僅僅是為了降低預(yù)應(yīng)力筋的張拉長度。一般情況下，均按一定流程，從一端施工并張拉錨固后，再在連接器上連上下一段預(yù)應(yīng)力筋并施工下一段預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。由于工藝的限定，連接器接長預(yù)應(yīng)力筋時，只能采用一端張拉。

2)節(jié)點處交錯搭接

在節(jié)點處交錯搭接是最為常用的預(yù)應(yīng)力筋連接方式。《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010—2010規(guī)定:“后張預(yù)應(yīng)力筋的錨具、連接器不宜設(shè)置在梁柱節(jié)點核心區(qū)內(nèi)”。因此，預(yù)應(yīng)力筋往往需要穿過梁柱節(jié)點進行張拉，通常有兩種做法:①在梁頂留張拉槽，如圖1所示，根據(jù)梁寬情況，張拉槽可并排設(shè)置，也可錯開設(shè)置，此種做法適用于梁較寬或采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的情況，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的張拉端還可以在梁側(cè)面留槽設(shè)置;②柱兩側(cè)梁寬加腋，如圖2所示，預(yù)應(yīng)力筋張拉端處宜設(shè)置次梁，此種做法常用于采用群錨的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋。

3)利用后澆帶搭接

在超長混凝土結(jié)構(gòu)中，通常會設(shè)置混凝土后澆帶，可以利用后澆帶來搭接預(yù)應(yīng)力筋，如圖3所示。圖3中后澆帶所在跨兩側(cè)的預(yù)應(yīng)力筋分開張拉錨固時，其錨固區(qū)可根據(jù)具體情況設(shè)置。對于后澆帶所在跨的預(yù)應(yīng)力筋，當(dāng)跨度不大時，可采用一端張拉，而且張拉端和固定端可交錯設(shè)置。后澆帶跨的預(yù)應(yīng)力筋或成孔管道在澆筑后澆帶兩側(cè)混凝土前就得埋設(shè)，成孔管道埋設(shè)到預(yù)應(yīng)力筋張拉間隔時間比較長，應(yīng)加強防護措施，因此宜采用“后穿法”施工工藝進行施工。

張拉端設(shè)置

張拉端可直接設(shè)置在構(gòu)件端部或構(gòu)件中間合適的位置，當(dāng)構(gòu)件端部截面尺寸偏小時，也可通過加腋增大構(gòu)件端部來設(shè)置。設(shè)置張拉端時，應(yīng)充分考慮錨墊板的排布空間、張拉設(shè)備的操作空間以及鋼筋避讓等問題。對位于建筑外表面的凸出式張拉端，可能會影響建筑立面效果，尚應(yīng)得到建筑設(shè)計師的認(rèn)可。此外，張拉端的預(yù)應(yīng)力筋端部線形往往是空間曲線，其曲率半徑應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，且設(shè)計計算時摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失應(yīng)加以考慮。

1)構(gòu)件端部留張拉端對于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，采用單孔錨墊板可方便在構(gòu)件端部設(shè)置張拉端。對于懸臂構(gòu)件，由于懸臂端鋼筋一般較少，也可方便設(shè)置張拉端。對于有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架梁，在其端部設(shè)置張拉端時，應(yīng)特別注意鋼筋的避讓。預(yù)應(yīng)力框架的梁、柱縱向鋼筋和節(jié)點箍筋應(yīng)精心布置，以避免在施工現(xiàn)場為放置錨墊板和螺旋筋而切割鋼筋的情況發(fā)生。在圖4a中，錨墊板埋置在節(jié)點內(nèi)，其端面可與柱外表面平齊，也可做成內(nèi)凹式，在錨墊板放置處，柱外側(cè)縱筋凈距應(yīng)足夠大以便放入錨墊板，另外部分梁面縱筋可以縮進下彎，但需滿足設(shè)計規(guī)范的錨固要求，此外，節(jié)點區(qū)的局部箍筋間距、肢距也需增大;在圖4b中，通過在柱邊設(shè)置外延伸的錨固端，將錨墊板埋置在柱外，對此柱縱筋的凈距只需大于波紋管的外徑即可。值得注意的是，根據(jù)GB50010—2010，柱縱筋凈距尚應(yīng)≤300mm(有抗震要求時應(yīng)≤200mm)。

2)構(gòu)件表面留張拉槽對于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋或孔數(shù)較少的群錨有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，特別是板或?qū)挶饬海跇?gòu)件表面留設(shè)張拉槽是較為簡便的張拉端設(shè)置方案，但需要采用變角張拉技術(shù)。對于預(yù)應(yīng)力框架梁，梁頂留槽有可能將梁中縱筋和箍筋剪斷，因此張拉槽應(yīng)留設(shè)在梁端箍筋加密區(qū)之外，且應(yīng)對折斷的鋼筋進行補強，其中槽口處箍筋可采用開口箍筋并在張拉后焊接封閉，如圖5所示，另外還應(yīng)考慮配置用于抵抗在構(gòu)件中部設(shè)置錨固區(qū)所產(chǎn)生拉力的鋼筋。張拉槽尺寸應(yīng)保證安裝張拉變角塊的空間，并應(yīng)減少鋼筋剪斷。

3)構(gòu)件端部加腋當(dāng)梁端面較窄或鋼筋稠密時，張拉端可采取加腋處理。在實際工程中，構(gòu)件端部水平加腋是最為常見的張拉端設(shè)置方式，而且文獻的試驗結(jié)果表明，水平加腋節(jié)點具有良好的延性和耗能能力，能夠滿足抗震設(shè)防要求。構(gòu)件端部加腋可分為內(nèi)加腋、外加腋兩種，其形狀常用的有三角形和矩形，如圖6所示。設(shè)計時也需要考慮柱縱筋凈距可穿過預(yù)應(yīng)力筋束或波紋管。此外，為了張拉方便，在張拉端附近需要在板上設(shè)置張拉洞，洞口尺寸應(yīng)根據(jù)施工要求確定，且板筋宜預(yù)留，張拉洞的后澆混凝土強度等級不應(yīng)低于設(shè)計的混凝土強度等級，可摻膨脹劑并應(yīng)加強養(yǎng)護。

2.4固定端設(shè)置

固定端可采用與張拉端相同的做法或采取內(nèi)埋式。對于常用的鋼絞線內(nèi)埋式固定端，可采用壓花錨具或擠壓錨具，但壓花錨具僅適用于有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線。內(nèi)埋式固定端的位置應(yīng)位于不需要預(yù)壓應(yīng)力的截面外，且不宜小于100mm;對梁中多孔內(nèi)埋設(shè)式固定端，宜采用錯開布置方式，且間距不宜小于500mm;對于板中單孔內(nèi)埋設(shè)式固定端，當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋間距＜300mm時，宜錯開布置，且固定端間距宜≥300mm。

錨墊板布置

錨墊板指用以承受錨具傳來的預(yù)加力并傳遞給混凝土的部件，其中將錨具傳來的預(yù)加力直接傳遞給混凝土的鋼板稱為普通墊板，而將端板和喇叭管鑄造為一體的錨墊板稱為鑄造墊板。錨墊板的布置主要考慮錨固區(qū)局部受壓承載力。對于普通錨墊板，應(yīng)根據(jù)設(shè)計規(guī)范進行局部受壓承載力驗算。對于鑄造錨墊板，文獻的試驗結(jié)果表明，采用設(shè)計局部受壓承載力公式估算整體鑄造墊板錨固區(qū)的極限承載力與試驗值會有較大偏差。為此錨具按規(guī)程JGJ85—2010要求由錨具生產(chǎn)廠家提供“錨固區(qū)傳力性能檢驗報告”以及“錨具排布要求的錨具最小中心間距amin和錨具中心到構(gòu)件邊緣的最小距離bmin”，且使用時，“應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)要求選用與錨具配套的錨墊板和局部加強鋼筋，并應(yīng)確定錨墊板間距、錨墊板到構(gòu)件邊緣距離”，“當(dāng)產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)不滿足工程實際條件時，應(yīng)由設(shè)計方專門設(shè)計，必要時應(yīng)根據(jù)設(shè)計條件進行錨固區(qū)傳力性能試驗”。此外，CECS180∶2005規(guī)定，張拉端和內(nèi)埋式固定端錨墊板邊緣至構(gòu)件邊緣的距離分別不宜小于50mm和40mm。張拉端錨墊板的布置要求如圖7a所示，且錨墊板一般布置在縱向鋼筋下，因此，尚需考慮與縱向鋼筋的避讓問題，如圖7b所示。錨墊板、局部加強鋼筋和連接器應(yīng)按設(shè)計要求的位置和方向安裝牢固，錨墊板豎向位置的允許偏差應(yīng)不大于施工規(guī)范表6.3.7中預(yù)應(yīng)力筋的豎向位置偏差。為保證錨固體系和預(yù)應(yīng)力筋受力正常，錨墊板的承壓面應(yīng)與預(yù)應(yīng)力筋或孔道曲線末端的切線垂直，且預(yù)應(yīng)力筋曲線起始點與張拉錨固點之間的直線段最小長度應(yīng)符合施工規(guī)范表6.3.10的要求。另外，內(nèi)埋式固定端錨墊板不應(yīng)重疊，錨具與錨墊板應(yīng)貼緊。

錨固區(qū)的加強鋼筋配置

預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)可能出現(xiàn)受壓破壞或受拉破壞，其中受壓破壞包括承壓面局部混凝土下陷、承壓面下混凝土局部壓酥、以及墊板碎裂等現(xiàn)象，受拉破壞包括劈裂、剝裂和偏心受拉等現(xiàn)象。為此，美國規(guī)范ACI318—08和AASHTO將后張預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)分為局部錨固區(qū)和總體錨固區(qū)兩部分，如圖8所示，其中局部錨固區(qū)的主要設(shè)計內(nèi)容是驗算墊板后的局部受壓承載力以及局部錨固區(qū)端部的平均壓應(yīng)力，而總體錨固區(qū)設(shè)計主要解決抗劈裂鋼筋、抗剝裂鋼筋以及偏心受拉鋼筋的配筋量及相應(yīng)的構(gòu)造措施等問題。

1錨固區(qū)局部受壓加強鋼筋

錨固區(qū)局部受壓加強鋼筋指在局部錨固區(qū)配置的用于提供局部受壓承載力的鋼筋，在GB50010—2010中也稱為局部受壓區(qū)的間接鋼筋，主要有兩種配筋形式:方格網(wǎng)式和螺旋式，配置在普通錨墊板的后部或鑄造墊板的周圍。螺旋筋的圈徑過小、材料強度偏低是目前我國預(yù)應(yīng)力產(chǎn)品的質(zhì)量通病。根據(jù)JGJ85—2010，“局部受壓加強鋼筋的體積配筋率應(yīng)≥0.5%;螺旋筋的圈徑所圍面積與錨墊板端面面積不應(yīng)小于1.25，螺旋筋應(yīng)與錨墊板對中，螺旋筋的首圈鋼筋到錨墊板端面的距離宜≤25mm;網(wǎng)片筋的鋼筋間距宜≤150mm，首片網(wǎng)片筋至錨墊板端面的距離宜≤25mm，網(wǎng)片之間的間距宜≤150mm”，這是局部受壓加強鋼筋的基本要求，在設(shè)計與施工中應(yīng)嚴(yán)格遵守。

2錨固區(qū)抗拉加強鋼筋

1)抗劈裂鋼筋、抗剝裂鋼筋和側(cè)邊抗拉鋼筋

如圖9b所示，為抵抗錨固區(qū)的劈裂力、剝裂力和側(cè)邊拉力，應(yīng)配置相應(yīng)的加強鋼筋。根據(jù)文獻等的研究結(jié)果，GB50010—2010給出了抗劈裂鋼筋和抗抗剝裂鋼筋的配筋計算公式和配筋構(gòu)造要求。值得注意的是，GB50010—2010的有關(guān)規(guī)定與ACI318—08和AASHTO有一定差別，且總體上更嚴(yán)，如圖9和表1所示，其中:e為預(yù)應(yīng)力筋合力點到鄰近邊緣的距離;h為構(gòu)件端部截面高度;dsb為鋼筋直徑;P為預(yù)拉力設(shè)計值。文獻［指出，對于螺旋筋圈徑較小的試件，表層箍筋的配置對提高試件的極限承載力有明顯效果。因此當(dāng)局部受壓加強鋼筋的混凝土保護層厚度較大時，建議將抗劈裂鋼筋的起始位置調(diào)整為靠近錨墊板端面。另外，對于密布錨具錨固區(qū)的抗拉加強鋼筋可采用“整體計算法”進行計算。對各種錨固區(qū)的加強鋼筋配筋形式及構(gòu)造要求可參考文獻。

2)構(gòu)件中間錨固抗拉鋼筋

圖1和圖7中，錨固區(qū)不在構(gòu)件端部，在錨固裝置后面將由于錨固裝置前后區(qū)域變形的協(xié)調(diào)要求而產(chǎn)生局部拉應(yīng)力，因此需要在緊靠錨墊板周圍布置抗拉鋼筋，以限制錨固裝置后面裂縫的擴展。對構(gòu)件中間錨固抗拉鋼筋，ACI318—08要其承擔(dān)的拉力不應(yīng)小于0.35P，且應(yīng)圍繞錨固裝置對稱布置，并應(yīng)有可靠錨固。

3)抗崩裂鋼筋

在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，當(dāng)沿構(gòu)件凹面布置曲線預(yù)應(yīng)力束時，應(yīng)進行防崩裂設(shè)計。GB50010—2010在工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，參考日本預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計施工規(guī)范及美國規(guī)范AASHTO，提出了防崩裂設(shè)計要求和抗崩裂鋼筋的配置要求。

4)預(yù)應(yīng)力梁端板加強鋼筋

對于預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)框架梁跨度較大、預(yù)應(yīng)力筋配筋量較大時，由于變形協(xié)調(diào)，在框架端部的板上會產(chǎn)生斜向裂縫，對此，建議在預(yù)應(yīng)力梁端l1/4(l1為板區(qū)格的短跨計算長度)的板內(nèi)配置雙層雙向加強鋼筋，且鋼筋直徑宜≥8mm，鋼筋間距宜≥100mm，并應(yīng)有可靠的錨固(見圖10)。

錨具封閉與保護

后張預(yù)應(yīng)力混凝土外露金屬錨具，應(yīng)采取可靠的防腐及防火措施。GB50010—2010，GB50666—2011及JGJ85—2010，JGJ92—2005，CECS180∶2005中均給出了錨具封閉與保護的要求和措施。結(jié)合工程應(yīng)用經(jīng)驗，將相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定總結(jié)整理如下。

1外露預(yù)應(yīng)力筋多余長度切除

后張法預(yù)應(yīng)力筋錨固后的其外露長度le不宜小于預(yù)應(yīng)力筋直徑的1.5倍，且不應(yīng)小于30mm。外露多余長度宜采用機械方法切割，也可采用乙炔焰切割，當(dāng)采用乙炔焰切割時，宜適當(dāng)加大外露預(yù)應(yīng)力筋的長度或采取對錨具降溫等措施。

2封錨端尺寸

確定封錨端尺寸時，應(yīng)該考慮錨固體系的相關(guān)參數(shù)，包括錨具直徑G、錨具厚度H、錨具的間距a、錨具及預(yù)應(yīng)力筋端部的保護層厚度ca、預(yù)應(yīng)力筋外露長度le等。對于內(nèi)凹式封錨端，尚應(yīng)考慮張拉空間的要求。為便于張拉千斤頂安裝，宜將封錨端側(cè)邊做成20°～30°的倒角，且錨墊板距離邊距倒角根部宜≥20mm。

3封錨端的混凝土

采用混凝土封閉錨具時，混凝土強度等級宜與構(gòu)件混凝土強度等級一致，且不應(yīng)低于C30。采用無收縮砂漿或混凝土封閉保護時，其錨具及預(yù)應(yīng)力筋端部的保護層厚度ca不應(yīng)小于:一類環(huán)境時20mm，二類a、二類b環(huán)境時50mm，三類a、三類b環(huán)境時80mm。封錨混凝土與構(gòu)件混凝土應(yīng)可靠粘結(jié)，如錨具在封閉之前應(yīng)將周圍混凝土界面鑿毛并沖洗干凈。

4外凸式封錨端鋼筋配置

外凸式封錨端周邊應(yīng)配置鋼筋與構(gòu)件相連接，連接鋼筋直徑宜≥12mm，間距宜≥150mm，錨固長度應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)范的要求，可在混凝土澆筑前預(yù)埋，也可在封錨前通過植筋設(shè)置。外凸式封錨端內(nèi)宜配置1～2片鋼筋網(wǎng)。連接鋼筋與鋼筋網(wǎng)的混凝土保護層厚度宜≥20mm。

5無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的特殊要求

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋宜采用內(nèi)凹式張拉端，也可用后澆的鋼筋混凝土外包圈梁進行封閉。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋外露錨具應(yīng)采用注有足量防腐油脂的塑料帽封閉錨具，并應(yīng)采用無收縮砂漿或混凝土封閉。對處于二類、三類a、三類b環(huán)境條件下的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)，應(yīng)采用全封閉的防腐蝕體系，其封錨端及各連接部位應(yīng)能承受10kPa的靜水壓力而不得透水。圖11c的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋封錨端做法1僅適用于一類環(huán)境條件。

結(jié)語

本文針對我國工程應(yīng)用的特點，并根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對后張預(yù)應(yīng)力混凝土錨固區(qū)的深化設(shè)計方法和要求進行了總結(jié)并提出了相關(guān)建議，討論了錨固體系的選擇、錨固區(qū)的設(shè)置、錨墊板的布置、錨固區(qū)加強鋼筋的配置、錨具的封閉與保護等錨固區(qū)深化設(shè)計的相關(guān)問題，可為施工人員提供參考。