高強碳素鋼絲與電熱張拉在預應力拼裝式圓形水池中的應用

摘 要：簡要介紹在往年實際工程中高強碳素鋼絲電熱張拉的應用，當年建設單位為找到有經驗的施工隊伍，曾不遠數千里從西北輾轉多地才找到我們承建此工程。針對應用中遇到的關鍵問題及相應處理方法，整理成文供同行借鑒參考。

關鍵詞：高強碳素鋼絲；電熱張拉；拼裝；預應力；圓形水池

在某市配水站兩座5000m3水池，為預制裝配式圓形水池，水池內徑30m，凈高7m，壁厚250mm，水池容量V=5000m3。水池后張預應力筋原設計為60 18，其布置如下圖示，要求每圈分四段張拉。

此前公司亦施工過多個同類水池，如廣西柳州太陽村水泥廠及甘肅白銀市水廠的配水池等，積累了相當的施工經驗，考慮到 18鋼筋張拉難度大，預應力損失較大，因此項目組提出且經甲方及設計院同意，用？覫S5高強碳素鋼絲代換 18預應力筋，采取等強代換法換算，其預應力筋原設計及代換后的布置情況如上圖示，代換計算略。

機具選擇

1 夾具。采取自制并經中心試驗室檢測且經實際使用驗證可行的夾具-單槽夾具及雙槽夾具，夾具要求板面平整、槽內無毛刺、無焊渣、板端部平整。

2 錨固肋。針對預應力筋代換后的情況，設計了如上圖示錨固肋，其用3號鋼60×22×7000的條鋼開槽而成。在焊接錨固肋前，必須先進行定位放線，使4根錨固肋上相對應的錨固槽口對齊，并使錨固肋保持垂直，肋間距離相等。

3 加熱變壓器的選擇。

電熱張拉要求將一次電壓380V變為二次電壓30～60V，提高電流強度，使鋼筋受熱伸長，此水池的電張加熱機具采用交流弧焊機代替三相低壓變壓器進行加熱。

（1）預應力鋼絲溫度的計算

（2）變壓器功率的計算

（3）選用加熱器的確定

在水池的四周布設兩個用鋼管搭設的三角架，通過定滑輪將導引配重與預應力鋼絲連接，配重為控制應力的5～10%，即G=10%×1099×2.52×3.14=2176N≈216Kg，由于水池預制板接縫處砼及補抹砂漿外凸形成棱角，為減少張拉時此處壓陷造成的預應力損失，配重取250kg，一次導線采用35mm2鋁線，二次導線采用50mm2鋁線，BXS-500-1電焊機置于水池頂板中央位置，每一錨固肋布放一根二次導線，一次導線從水池底部進排水口進入，以免影響鋼絲的布放。

預應力高強碳素鋼絲進場后，逐盤進行編號，要求抽樣檢驗其機械性能，同時，由于每盤鋼絲的彈性模量差異很大，而鋼絲的彈性模量與控制伸長值有直接的關系，為保證控制應力值建立的準確度，每一盤鋼絲都必須檢測其彈性模量值，從檢測值來看，最大與最小的相差達0.45×105，而相應伸長值相差達31mm。機械性能要求：fy≥160Kg/mm2，兩端差值不大于18Kg/mm2，ρ屈服≥128Kg/mm2，伸長率 ≥3%，彈性模量值出來后，根據實測值計算每段鋼絲長（兩錨固肋間的實測值23.955m），計算電熱伸長值，然后逐盤標于其編號牌上。

電張施工

（1）搭設操作腳手架，腳手架與池壁間的凈距保持在150～200mm為宜，腳手架除用作上人操作用外，亦起到安全護欄作用，預防鋼絲繃斷傷人。

（2）腳手架搭設好后，要對水池劈面進行整理。a.將接縫處外凸砼及棱角修鑿圓順，以減少鋼絲壓陷所造成的預應力損失；b.將壁面的所有外露的導電鐵件（如鋼釘、鐵絲及鋼筋等）清除掉。

（3）布放鋼絲進行張拉。a.人員分布。池頂上安排3人，兩人負責布放鋼絲，1人負責量測一次、二次電壓、電流及通電時間；前端錨固肋安排2人，后錨固肋安排1人，中間安排4人，配重三角架處設1人。b.鋼絲放到位后，在壁處的4人將鋼絲擺放到適當位置，保證鋼絲基本水平，同段間距一致，然后將導引配重掛上，使鋼絲繃緊，然后從錨固肋前沿邊量取事先已計算好的電熱伸長值，取得安設錨固夾具的位置，根據十一冶公司中心試驗室取得的數據，每夾具的堅固螺桿以16kg.m的力矩施加效果最好，在夾焊鉗前，必須將夾的部位用砂紙將鐵銹清除，以免通電后接觸不良而燒傷鋼絲。c.焊鉗夾好后，經檢查鋼絲沒有接觸其它鐵件，全部人員確認后才能通電。d.在通電過程中，中間4人用木錘不斷擊打鋼絲，以使鋼絲彈動而均勻伸長，后端錨固肋處負責人要時刻注意焊鉗夾緊處是否打火、異常燒紅或徑縮現象，如出現上述現象，則必須馬上通知斷電處理，負責前錨固肋人員則注意鋼絲伸長情況，當夾具越過錨固肋后即斷電，將鋼絲及時卡進錨固肋槽內。e.由于鋼絲是螺旋連續布筋，按理論來說，只需要開端及結束收尾這兩個夾具則足以建立預應力，但如果只要整個水池的預應力鋼絲有一處因破損斷裂，則整個水池的鋼絲會全部松散，須從頭開始重新張拉，為避免這種情況的發生，我們采取了每5圈鋼絲在錨固肋左右留設一對夾具，解決此一問題。f.由于中間留設了一對夾具，而鋼絲間距極小，最小的只有23mm，按以往的施工，張拉下一圈到此處時必須跳一格，以避免夾具無法就位的問題，這樣水池鋼絲的總圈數就比設計的圈數少十多圈，在本水池施工中，我們采取了將夾具由原水平放置變為垂直池壁放置的改進，徹底避免了上述弊端。g.張拉施工過程中如發現電焊機響聲異常增強或超出正常時間太多而達不到電張伸長值時，有可能出現分流，必須停電檢查，找到原因處理后，再重張，重張的鋼絲由于其E值發生變化，其電張伸長值亦必須改變，在此工程中，我們采取了每重張一次減少2mm的伸長值，同一鋼絲重張的次數不許超過三次。h.鋼絲在電張過程中的溫度不許超過規范規定值，要求用半導體點溫計或變色測溫筆測定預應力鋼絲的表面溫度。i.在施工此工程時，遇到了以前從未遇到過的問題

太陽村水泥廠、甘肅白銀水廠施工的水池都是地下式，而此配水站水池為半地下式，大部分高出地面，張拉時處于8、9月份，西北已是寒風勁吹，每天風都很大，張拉時鋼絲一受寒風吹，則鋼絲受冷收縮，無法達到設計伸長值。用塑料編織布圍蔽效果亦不理想，電張一段要通電十幾到二十分鐘才能完成。為解決此問題，試了很多辦法都不理想而最終作罷。后來經分析，要想抵消因風吹而損失的熱量，只有增加單位時間內產生的熱量才行，根據Q=0.24I2Rt=0.24U2/Rt，U、I是兩個相互影響的量，在輸入功率不變的情況下，增大I則U變小，即UI是一個常量，因此只有從R即負荷方面著手。我們采取將每一段張拉鋼絲增加一個導點，如下圖示，則電阻R變為R/4，這樣負荷減少，輸入功率增大，二級電壓、電流隨之變大，根據Q=0.24I2Rt=0.24U2/Rt得單位時間內產生的熱量成倍數增加。實際張拉正常情況下張拉一段需時間3分鐘左右，改變接線方式后（分兩段鋼絲并聯），則用時不到1分鐘，最短只需45秒就達到電張伸長值，為了保證鋼絲均勻伸長，避免只局部伸長，調節弧焊機變壓器的阻抗，以減少輸出電流使電張時間不小于2分鐘。改接后，一級導線未變，次級導線相應進行了變動，兩錨固肋處的導線（同極）為50mm2鋁線、中間接點導線為75mm2鋁線。由于兩錨固肋處的接點為同極，這樣就避免了鋼絲前端往往由于布放過長而在電張伸長中外彈碰觸到鋼腳手架而打火擊傷預應力鋼絲的弊病，增強了電張的安全性；j.根據技術要求每段鋼絲電張錨固后應檢測其預應力，檢驗宜在張拉后1小時進行，要求鋼絲實際建立的預應力值與檢驗規定值偏差的百分率不應超過+10%及-5%，從我們施工的水池檢測記錄看完全達到要求，而在施工2#池時（第一個電張水池），由于檢測儀器沒有到位，其檢測是在張拉后將近半月后進行，檢測數據仍達到規范要求，說明預應力保持良好，預應力損失比預期少。

4 滿水檢測

電張施工完畢，經檢測預應力建立符合要求后，應盡快對預應力鋼絲進行除銹防腐蝕處理，并對池內壁分三次批灰，經養護達到一定強度后，注滿池水一周時間進行檢測，經檢測未發現任何滲漏現象，預應力的緊箍效應完全達到設計要求，并一次通過驗收。