阅读说明：本技术 一种先张法预制工字梁及其施工方法 (A kind of pre-tensioning system precast H-beam and its construction method ) 是由 刘刚亮 陈杰 王成皿 王中文 徐一鸣 陈榕锋 邓百洪 陈泰浩 周毅 雷尊贵 崔立 于 2019-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种先张法预制工字梁及其施工方法,包括钢绞线张拉与放张、钢筋骨架绑扎与吊装、混凝土浇筑与养护和工字梁拆模；本发明是通过采集控制钢绞线张拉应力保证有效预应力,并根据所浇筑混凝土与减水剂的实际属性,来建立先张法工字梁的收缩徐变模型,从而优化施工方案与结构设计；且依据钢绞线与所浇筑混凝土的粘结力来传递预应力,在整体结构的弹性阶段经一定的传递长度将预应力传递至混凝土结构内,同时钢绞线所形成的钢束在预制过程中无沿程摩阻损失,有利于保证工程质量,以免因后张预制构件预应力摩擦过大、受力筋易回缩和预应力损失过大的问题,进而导致工字梁的整体结构强度大大降低。(The invention discloses a kind of pre-tensioning system precast H-beam and its construction method, including steel strand tension and put, tie with reinforcing bar and lifting, concreting and maintenance and I-beam demoulding；The present invention is to guarantee effective prestress by acquisition control steel strand tension stress, and according to the actual attribute of institute's casting concrete and water-reducing agent, the shrinkage and creep model of Lai Jianli pre-tensioning system I-beam, so that Optimizing Construction Scheme and structure design；And prestressing force is transmitted according to the cohesive force of steel strand wires and institute's casting concrete, prestressing force is transferred in concrete structure through certain transmission length in integrally-built elastic stage, steel strand wires are formed by steel beam and lose in prefabrication process without friction drag simultaneously, advantageously ensure that construction quality, in order to avoid because post-tensioning prefabricated components prestressing force rubs the problem that excessive, principal rod easily bounces back and loss of prestress is excessive, and then the overall structural strength of I-beam is caused to substantially reduce.)

一种先张法预制工字梁及其施工方法

技术领域

本发明涉及道路桥梁结构技术领域，具体为一种先张法预制工字梁及其施工方法。

背景技术

在我国高速公路应用时间最久、最广泛的三种桥梁结构形式分别为装配式空心板、装配式T梁和装配式箱梁，它们对高速公路与交通业的迅猛发展均做出了巨大贡献。

而随着高速公路逐渐的追求短、平、快的工期目标，则需要涉及到先张法预制工字梁，但现有的先张法预制工字梁的预制过程中仍然存在预制摩擦过大、受力筋易回缩和预应力损失过大的问题，进而导致工字梁的整体结构强度大大降低；且先张法预制工字梁的预制过程中还存在吊装夹紧效果差的问题，易因吊装时的晃动过大、夹紧力过小而导致施工精度受到影响。

为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种先张法预制工字梁及其施工方法，本发明的先张法预制工字梁无需复杂的预应力筋穿孔、灌浆工艺，大大简化了施工工序，明显缩短了施工周期，并从根本上克服了后张法预应力混凝土梁孔道灌浆不密实的缺点，提高了结构耐久性的同时还体现了桥梁结构全寿命理念，边、中梁结构外形完全一致，腹板等厚设计，同时对于桥梁加宽、扩建比较便捷，使得先张法预制工字梁更加标准化、工厂化；

本发明是依据钢丝绳和伸缩弹簧的绷紧作用和双重夹紧作用，大大提升了吊装时的稳定性，且两个连接块在做相向运动的同时，还将带动两个齿轮条和齿轮间做啮合运动，进而可将两个第二卡板限制为同步运动，即为两个第二卡板做同向的同步运动来将钢筋骨架夹紧，使得吊装时的晃动减弱、夹紧力增大，大大提升了施工精度和工作效率。

本发明所要解决的技术问题如下：

(1)如何通过一种有效的方式，来解决预制过程中仍然存在的预制摩擦过大、受力筋易回缩和预应力损失过大的问题，以免工字梁的整体结构强度大大降低；

(2)如何依据一种有效的手段，来解决预制过程中还存在的吊装夹紧效果差的问题，以免因吊装时的晃动过大、夹紧力过小而导致施工精度受到影响。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种先张法预制工字梁，包括顶板、横隔板、应力钢束、腹板、底板、主梁主筋和底板预应力筋，所述腹板的顶端中心处和底端中心处分别设置有顶板和底板，且腹板、顶板和底板一同构成工字型结构，且相邻工字型结构的顶板与底板间均设置有横隔板，所述底板预应力筋均匀的嵌入至底板内，所述主梁主筋均匀的嵌入至顶板、腹板和底板内，且均为靠近外沿处设置，所述应力钢束均匀的嵌入至腹板内，且一同为倒梯形状分布，所述应力钢束的数量共有十根，且均分为两排并对应设置。

一种先张法预制工字梁的施工方法，包括钢绞线张拉与放张、钢筋骨架绑扎与吊装、混凝土浇筑与养护和工字梁拆模，具体步骤如下：

步骤一：钢绞线张拉与放张，先向台座上的钢绞线施加25吨液压千斤顶最大起重量的10％的张拉力，在钢绞线上均匀划出标记并作为测量延伸量的基点，再向其施加400吨液压千斤顶最大起重量的20％的张拉力，且采用一端固定与另一端张拉的张拉方式，并依据中间向两端对称的张拉顺序进行，而两次张拉的张拉力均保持在50N/s至100N/s的增大速率内，并在持荷2min后将400吨液压千斤顶以25N/s至50N/s的减小速率直至钢绞线达到3％至7％的延伸量范围内，则对钢绞线进行锚固，而在钢绞线位于3％至7％的延伸量范围之外时，则对钢绞线及其联动部件进行检修；

步骤二：钢筋骨架绑扎与吊装，先将钢筋与箍筋一同置于模板上，再将钢筋均匀的穿过箍筋并按由纵向至横向的顺序依次将两者相绑扎，其中纵向的钢筋采用帮条焊工艺，焊缝长度为钢筋直径的5至10倍，并依据先中间再两边、先下部再上部的对称方式来一次焊接成型，且相邻焊缝应分区对称的跳焊，以得到初步的钢筋骨架，最后将各钢筋骨架的接头处相搭接并上下错开布置，搭接长度为钢筋直径的20至30倍，再采用分段焊接工艺将其焊接成型，以得到最终的钢筋骨架，并将其经卡夹吊装设备进行卡夹安装操作，具体方式如下：

先将两个第二卡板贴附于钢筋骨架的两侧，并旋动紧固螺钉来带动第二卡板将钢筋骨架逐渐的夹紧，再拧紧紧固螺母将其固定住，并由外部起吊设备来带动活动柱逐渐提升，活动柱带动钢丝绳上升并逐渐绷紧，而两个钢丝绳则带动两个连接块做相向运动，两个连接块带动两个L型板做相向运动，并由两个L型板间接的带动两个第二卡板将钢筋骨架再度夹紧，且两个连接块在做相向运动的同时，还将带动伸缩弹簧逐渐拉伸，以及两个齿轮条和齿轮间做啮合运动，进而将两个第二卡板限制为同步运动，即为两个第二卡板做同向的同步运动来将钢筋骨架夹紧，以完成卡夹安装操作；并经由外部起吊设备将其移动、装配至预制工字梁模型的腹板、顶板和底板处；

步骤三：混凝土浇筑与养护，先将C70高流态自密实混凝土与三瑞减水剂SD-600P-01相混合，并将其经预制工字梁模型的浇筑预留孔导入，且采用纵向分段的整体浇筑方式，沿端部按顺序逐渐推进，纵向分段长度为5厘米至10厘米，再以***式振动棒的振动作用为主，附着式振捣器的振动作用为辅，将各分段或是各接缝处的C70高流态自密实混凝土捣平接合，同时自下而上的依次均匀嵌入底板预应力筋至底板的指定位置处和应力钢束至腹板的指定位置处，以及主梁主筋至底板、腹板和顶板的指定位置处，最后在其初凝后进行洒水养护并覆盖保护膜；

步骤四：工字梁拆模，当C70高流态自密实混凝土在预制工字梁模型内的整体强度达到设计强度的75％时，将保护膜掀开并在台座上逐步放松钢绞线，且放松速率位于80N/s至120N/s范围内，同时向预制工字梁模型内洒水除尘，而在一段时间后将其逐步拆除，以得到整体的工字梁并将其装配至操作平台。

进一步的，所述卡夹吊装设备由活动柱、连接块、L型板、紧固螺母、第一卡板、第二卡板、紧固螺钉、矩形柱、钢丝绳、伸缩弹簧、第一滑块、第一滑槽、固定块、壳体、齿轮条、矩形孔、第二滑块、第二滑槽、固定轴和齿轮组成；

所述矩形柱的两侧内壁对应开设有第一滑槽，且两个第一滑槽的内部均对应安装有第一滑块，且竖直方向上的两个相邻第一滑块间通过螺栓固定有连接块，所述连接块的一侧与矩形柱的一侧内壁间通过点焊固定有伸缩弹簧，所述连接块的顶部中心处通过铰链活动连接有钢丝绳，且两个钢丝绳的同一端均与活动柱通过铰链活动连接，所述活动柱的一端与外部起吊设备相连接；

所述连接块的底部中心处通过螺栓固定有L型板，所述L型板的一端通过点焊固定有第一卡板，且两个紧固螺钉均穿过第一卡板，且两个紧固螺钉的同一端均与第二卡板通过轴承活动连接，所述紧固螺母套接于紧固螺钉的外部并与其通过螺纹活动连接；

所述第一滑槽的一侧内壁中心处通过螺栓固定有固定块，且两个固定块间通过螺栓固定有壳体，所述壳体的两侧均对应开设有矩形孔，所述壳体的顶部内壁和底部内壁开设有相对应的第二滑槽，所述第二滑槽的内部安装有第二滑块，且两个第二滑块的相邻一侧均通过点焊固定有齿轮条，且两个齿轮条的齿面相对设置，所述齿轮条的一端穿过矩形孔并与连接块通过点焊固定，所述壳体的内部通过点焊固定有固定轴，所述固定轴的外部中心处通过轴承活动连接有齿轮，且齿轮与两个齿轮条间均为啮合连接。

进一步的，所述连接块共安装有两个，且其中一个与相对应的竖直方向上的两个相邻第一滑块的中上部相接触，且另一个与相对应的竖直方向上的两个相邻第一滑块的中下部相接触。

本发明的有益效果：

1.本发明是通过采集控制钢绞线张拉应力保证有效预应力，并根据所浇筑混凝土与减水剂的实际属性，来建立先张法工字梁的收缩徐变模型，从而优化施工方案与结构设计；且依据钢绞线与所浇筑混凝土的粘结力来传递预应力，在整体结构的弹性阶段经一定的传递长度将预应力传递至混凝土结构内，同时钢绞线所形成的钢束在预制过程中无沿程摩阻损失，进而使得工字梁的整体结构强度大大提升，有利于保证工程质量；

且先张法预制工字梁的下翼缘宽度相较于T梁更宽，因而其横向稳定性更好，运输及安装过程更加稳定；且先张法预制工字梁可实现多片梁的同步张拉，能够大大提高生产效率；且先张法预制工字梁相较于装配式箱梁而言，具有无内模施工、检修养护方便、吊装重量轻和钢筋配筋量少的优点，与“可检、可修、可达”的桥梁结构全寿命理念密切吻合；

2.本发明在吊装过程中，是先将两个第二卡板贴附于钢筋骨架的两侧，并旋动紧固螺钉来带动第二卡板将钢筋骨架逐渐的夹紧，再拧紧紧固螺母将其初步的固定住，并由外部起吊设备来带动活动柱逐渐提升，活动柱带动钢丝绳上升并逐渐绷紧，而两个钢丝绳则带动两个连接块做相向运动，两个连接块带动两个L型板做相向运动，并由两个L型板间接的带动两个第二卡板将钢筋骨架再度夹紧，同时两个连接块还将带动伸缩弹簧逐渐拉伸并逐渐绷紧，进而依据钢丝绳和伸缩弹簧的绷紧作用和双重夹紧作用，大大提升了吊装时的稳定性，且两个连接块在做相向运动的同时，还将带动两个齿轮条和齿轮间做啮合运动，进而可将两个第二卡板限制为同步运动，即为两个第二卡板做同向的同步运动来将钢筋骨架夹紧，使得吊装时的晃动减弱、夹紧力增大，大大提升了施工精度和工作效率。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明；

图1为本发明的预制工字梁整体结构示意图；

图2为本发明的应力钢束受力结构示意图；

图3为本发明的卡夹吊装设备整体结构示意图；

图4为本发明的矩形柱内部结构示意图；

图5为本发明的壳体内部结构示意图。

具体实施方式

如图1-5所示，一种先张法预制工字梁，包括顶板1、横隔板2、应力钢束3、腹板4、底板5、主梁主筋6和底板预应力筋7，腹板4的顶端中心处和底端中心处分别设置有顶板1和底板5，且腹板4、顶板1和底板5一同构成工字型结构，且相邻工字型结构的顶板1与底板5间均设置有横隔板2，底板预应力筋7均匀的嵌入至底板5内，主梁主筋6均匀的嵌入至顶板1、腹板4和底板5内，且均为靠近外沿处设置，应力钢束3均匀的嵌入至腹板4内，且一同为倒梯形状分布，应力钢束3的数量共有十根，且均分为两排并对应设置。

一种先张法预制工字梁的施工方法，包括钢绞线张拉与放张、钢筋骨架绑扎与吊装、混凝土浇筑与养护和工字梁拆模，具体步骤如下：

步骤一：钢绞线张拉与放张，先向台座上的钢绞线施加25吨液压千斤顶最大起重量的10％的张拉力，在钢绞线上均匀划出标记并作为测量延伸量的基点，再向其施加400吨液压千斤顶最大起重量的20％的张拉力，且采用一端固定与另一端张拉的张拉方式，并依据中间向两端对称的张拉顺序进行，而两次张拉的张拉力均保持在50N/s至100N/s的增大速率内，并在持荷2min后将400吨液压千斤顶以25N/s至50N/s的减小速率直至钢绞线达到3％至7％的延伸量范围内，则对钢绞线进行锚固，而在钢绞线位于3％至7％的延伸量范围之外时，则对钢绞线及其联动部件进行检修；

步骤二：钢筋骨架绑扎与吊装，先将钢筋与箍筋一同置于模板上，再将钢筋均匀的穿过箍筋并按由纵向至横向的顺序依次将两者相绑扎，其中纵向的钢筋采用帮条焊工艺，焊缝长度为钢筋直径的5至10倍，并依据先中间再两边、先下部再上部的对称方式来一次焊接成型，且相邻焊缝应分区对称的跳焊，以得到初步的钢筋骨架，最后将各钢筋骨架的接头处相搭接并上下错开布置，搭接长度为钢筋直径的20至30倍，再采用分段焊接工艺将其焊接成型，以得到最终的钢筋骨架，并将其经卡夹吊装设备进行卡夹安装操作，具体方式如下：

先将两个第二卡板16贴附于钢筋骨架的两侧，并旋动紧固螺钉17来带动第二卡板16将钢筋骨架逐渐的夹紧，再拧紧紧固螺母14将其固定住，并由外部起吊设备来带动活动柱11逐渐提升，活动柱11带动钢丝绳19上升并逐渐绷紧，而两个钢丝绳19则带动两个连接块12做相向运动，两个连接块12带动两个L型板13做相向运动，并由两个L型板13间接的带动两个第二卡板16将钢筋骨架再度夹紧，且两个连接块12在做相向运动的同时，还将带动伸缩弹簧20逐渐拉伸，以及两个齿轮条25和齿轮30间做啮合运动，进而将两个第二卡板16限制为同步运动，即为两个第二卡板16做同向的同步运动来将钢筋骨架夹紧，以完成卡夹安装操作；并经由外部起吊设备将其移动、装配至预制工字梁模型的腹板、顶板和底板处；

步骤三：混凝土浇筑与养护，先将C70高流态自密实混凝土与三瑞减水剂SD-600P-01相混合，并将其经预制工字梁模型的浇筑预留孔导入，且采用纵向分段的整体浇筑方式，沿端部按顺序逐渐推进，纵向分段长度为5厘米至10厘米，再以***式振动棒的振动作用为主，附着式振捣器的振动作用为辅，将各分段或是各接缝处的C70高流态自密实混凝土捣平接合，同时自下而上的依次均匀嵌入底板预应力筋7至底板5的指定位置处和应力钢束3至腹板4的指定位置处，以及主梁主筋6至底板5、腹板4和顶板1的指定位置处，最后在其初凝后进行洒水养护并覆盖保护膜；

其中，采用三种厂家的不同减水剂，其与C70高流态自密实混凝土相结合后的性能状态及力学性能的具体参数如下表1和2所示：

表1-性能状态数据表

品牌	强度等级	后场坍落度	后场扩展度	前场坍落度	前场扩展度
						超利	C70	270mm	680mm	270mm	700mm
三瑞	C70	255mm	650mm	270mm	680mm
						苏博特	C70	270mm	680mm	265mm	660m

表2-力学性能数据表

而/则表示该减水剂无需进行此类操作或是不能进行此类操作；

其中，采用三种厂家的不同减水剂，其与C70高流态自密实混凝土相结合后的浇注方式如下表3所示：

表3-浇注工艺数据表

步骤四：工字梁拆模，当C70高流态自密实混凝土在预制工字梁模型内的整体强度达到设计强度的75％时，将保护膜掀开并在台座上逐步放松钢绞线，且放松速率位于80N/s至120N/s范围内，同时向预制工字梁模型内洒水除尘，而在一段时间后将其逐步拆除，以得到整体的工字梁并将其装配至操作平台。

进一步的，卡夹吊装设备由活动柱11、连接块12、L型板13、紧固螺母14、第一卡板15、第二卡板16、紧固螺钉17、矩形柱18、钢丝绳19、伸缩弹簧20、第一滑块21、第一滑槽22、固定块23、壳体24、齿轮条25、矩形孔26、第二滑块27、第二滑槽28、固定轴29和齿轮30组成；

矩形柱18的两侧内壁对应开设有第一滑槽22，且两个第一滑槽22的内部均对应安装有第一滑块21，且竖直方向上的两个相邻第一滑块21间通过螺栓固定有连接块12，连接块12的一侧与矩形柱18的一侧内壁间通过点焊固定有伸缩弹簧20，连接块12的顶部中心处通过铰链活动连接有钢丝绳19，且两个钢丝绳19的同一端均与活动柱11通过铰链活动连接，活动柱11的一端与外部起吊设备相连接，连接块12共安装有两个，且其中一个与相对应的竖直方向上的两个相邻第一滑块21的中上部相接触，且另一个与相对应的竖直方向上的两个相邻第一滑块21的中下部相接触；

连接块12的底部中心处通过螺栓固定有L型板13，L型板13的一端通过点焊固定有第一卡板15，且两个紧固螺钉17均穿过第一卡板15，且两个紧固螺钉17的同一端均与第二卡板16通过轴承活动连接，紧固螺母14套接于紧固螺钉17的外部并与其通过螺纹活动连接；

第一滑槽22的一侧内壁中心处通过螺栓固定有固定块23，且两个固定块23间通过螺栓固定有壳体24，壳体24的两侧均对应开设有矩形孔26，壳体24的顶部内壁和底部内壁开设有相对应的第二滑槽28，第二滑槽28的内部安装有第二滑块27，且两个第二滑块27的相邻一侧均通过点焊固定有齿轮条25，且两个齿轮条25的齿面相对设置，齿轮条25的一端穿过矩形孔26并与连接块12通过点焊固定，壳体24的内部通过点焊固定有固定轴29，固定轴29的外部中心处通过轴承活动连接有齿轮30，且齿轮30与两个齿轮条25间均为啮合连接。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。