¶ 03231 預力鋼腱及端錨
¶ 1. 03231 預力鋼腱及端錨 V2005.11.doc
第03231章
預力鋼腱及端錨
Prestressed Tandon and Anchorage
1. 通則
1.1 本章概要
說明預力混凝土構造物所採預力鋼腱(Tendon)、鋼絞線(Strand)、鋼線(Wire)、套管(Sheath)及端錨(Anchorage)等之材料、設備、施工及檢驗等相關規定。
1.2 工作範圍
1.2.1 預力端錨及預力續接器產品資料之分階段送審
1.2.2 預力鋼線及鋼絞線、預力端錨及預力續接器、預力混凝土用套管之材料規格
1.2.3 安裝、檢驗及現場品質管制
1.3 相關章節
1.3.1 第03380章-後拉法預力混凝土
1.4 相關準則
1.4.1 中國國家標準(CNS)
(1) CNS 3332 G3073 預力混凝土用應力消除無被覆鋼線及鋼絞線
(2) CNS 8497 G3163 熱軋不銹鋼鋼板、鋼片及鋼帶
(3) CNS 8499 G3164 冷軋不銹鋼鋼板、鋼片及鋼帶
(4) CNS 12739 A2243 預力混凝土用螺旋套管
(5) CNS 12740 A3317 預力混凝土用螺旋套管檢驗法
1.4.2 交通部
(1) 交通部頒「公路橋梁設計規範」
1.4.3 美國州公路及運輸協會(AASHTO)
(1) AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges
1.4.4 美國材料試驗協會(ASTM)
(1) ASTM A53 Standard Specification for Pipe, Steel, Black and Hot-Dipped, Zinc-Coated, Welded and Seamless
(2) ASTM C564 Standard Specification for Rubber Gaskets for Cast Iron Soil Pipe and Fittings
(3) ASTM D3350 Standard Specification for Polyethylene Plastics Pipe and Fittings Materials
1.5 定義
1.5.1 預力系統:係指後拉法之端錨或續接器之整組構件,包含錨頭、承壓板、喇叭套筒、夾片或錨錐、保護蓋、活動續接器套管及施預力設備等。
1.5.2 預力續接器:分為固定型及可動型,固定型為接續原已設置並經施畢預力錨碇後之鋼腱,可動型為接續原已設置但尚未施預力之鋼腱。續接處不得產生影響應力傳遞之滑動。
1.5.3 台灣地區:係台灣、澎湖、金門、馬祖及政府統治權所及之其他地區。
1.6 資料送審
1.6.1 預力鋼線及鋼絞線:提貨單及原廠檢驗合格證明書應送請工程司查驗,並應經認可之檢驗機構試驗合格後始准使用。
1.6.2 預力端錨及預力續接器:承包商應於下列各階段提報相關文件送請工程司核可後始可進行次一階段之作業。
(1) 訂約後
A. 產品說明書(含製造廠名稱及地址、產品編號或型號、預力系統各部構件及機具之規格、尺寸及構造詳圖等)
B. 型式檢驗報告書:應為最近五年內由具公信力之試驗機構所辦理符合本章規定之同型號規格產品試驗報告。
C. 品質計畫書:含材料規格、檢驗及試驗規範(含項目、方法、頻率及合格標準等)、產品標示等,其中檢驗項目及頻率應至少符合下列規定,且每批產品係指同一類型(型式相同而所配鋼絞線直徑或錨頭之孔數不同時視為不同類型)不超過1000組(一組係預力端錨或預力續接器之全部構件)之產品。
外觀檢驗:每批產品每10組取樣1組,且不小於10組。
硬度檢驗:就有硬度要求之零件,每批產品每20組取樣1組,且不小於5組(其中端錨之夾片每組至少抽取5片)。
靜載重試驗(Static Load Test):每批產品取樣3組。
D. 產品安裝說明書。
E. 製造廠派赴工地指導承包商辦理安裝作業之技術人員資歷文件。
(2) 進場時:
A. 製造廠出具之產品出廠證明。
B. 依品質計畫書辦理之各項材料及成品試驗報告。
C. 台灣地區以外之產品尚需附經海關蓋章證明之進口報單或相關證明文件。
1.6.3 預力混凝土用螺旋套管:應提報原製造廠之產品測試報告,產品送達工地後應再取樣試驗。
2. 產品
2.1 材料
2.1.1 預力鋼絞線及鋼線:應符合CNS 3332 G3073之SWPR7BL規定及設計圖示規格並經工程司核可,且降伏應力fy*=17100 kgf/cm2,彈性模數Es=1.97×106 kgf/cm2。
2.1.2 預力端錨及預力續接器:應為經工程司核可之預力系統,其材質應符合經核可之品質計畫書所提材料規格及試驗、檢驗規範。
2.1.3 預力混凝土用套管
(1) 內置預力者:應符合CNS 12739 A2243規定及設計圖示內徑及規格,並應具充分強度以免搬運及安裝或澆置混凝土時因混凝土之壓力或與振動機接觸而變形,且應具水密性,以免水泥漿滲入套管內而影響施預力工作。
(2) 外置預力者
A. 其外徑與管厚應符合設計圖示,埋置於混凝土內部分應採鋼管且材質符合ASTM A53之Grade B規定,外露部分則採高密度聚乙烯(HDPE)管且材質符合ASTM D3350之元件分類PE345433 C規定,並應附原廠之產品測試報告以確保產品品質,產品送達工地後應取樣試驗。前述兩類管間須以能防漏密封之緊迫接頭接合,該接頭經軸向之水壓力測試須達17.5 kgf/cm2壓力時無洩漏,而其內部防水材質須符合ASTM C564規定,外部緊迫體須為CNS 8497 G3163或CNS 8499 G3164規定之304類不銹鋼材,且其螺栓厚度須小於1.5cm以符合該兩類管相接之空間。
B. 套管及其接頭應具足夠堅固性,能承受混凝土澆置、灌漿及施工荷載而不損壞或過度變形,並能承受因半途終止之灌漿作業所需清理灌漿沖洗套管之水壓力。
C. 灌漿:應符合第03380章「後拉法預力混凝土」規定。
2.1.4 材料試驗及成品檢驗報告經工程司核可並不解除現場安裝使用後承包商所應負契約規定之責任。
3. 施工
3.1 準備工作
承包商擬訂之施工計畫書應妥為考慮採購、製造、送審、試驗及檢驗、運輸等相關作業所需時程,並配合工期及時辦理鋼絞線之低鬆弛試驗,否則因而延誤工期,應由承包商負全責。
3.2 安裝
3.2.1 鋼絞線或鋼線及預力構材之安裝應符合設計圖示及第03380章「後拉法預力混凝土」規定。
3.2.2 預力混凝土用螺旋套管
(1) 相鄰套管間及與端錨之接頭應緊密,絕不可漏漿或受力脫開,並應作水密性試驗。接頭處應為螺旋式,其搭接長度應為內徑之1.5倍以上,且不得接成折線,安裝時應注意不得損及套管。
(2) 套管應安裝於正確之位置及方向並以鋼筋固定,其固定鋼筋之間距應小於1 m,以免澆置混凝土時因受混凝土之壓力或與振動機接觸而移動位置或方向。
(3) 必要時,部分彎曲度較大之套管須於工廠內預彎。
(4) 套管安裝完成後之位置及方向是否正確、套管有無受損、是否將預力鋼腱之必要部分全部包裏、接頭處是否牢固及密不漏漿等均須經工程司檢查認可後始可封模並澆置混凝土。
3.3 檢驗
3.3.1 預力鋼絞線及鋼線
(1) 材料樣品須具代表性並自相同之捲中取樣,並於預定使用期限前及時依CNS 3332 G3073規定試驗,其中鬆弛試驗試片之取樣及檢驗頻率為每30捲,若連續試驗6次(含經加倍取樣重驗)均合格則頻率放寬為每60捲,其後若有不合格且經加倍取樣重驗仍不合格,則回歸原頻率。
(2) 為確保品質控制,承包商應選用優良產品,該產品若有3次抽驗不合格時,承包商應改採其他製造廠牌之產品。
3.3.2 預力端錨及預力續接器:詳附錄,為利品質控制,承包商應選用優良產品,該產品若有3次抽驗不合格時,承包商應改採其他製造廠牌之產品。
3.3.3 外置預力部分之鋼絞線應取代表性試體(含鋼絞線及夾片)二件依交通部頒「公路橋梁設計規範」第7.27節規定作動力試驗,其試驗報告應於外置預力鋼腱安裝於完成結構物至少30日前送工程司核可。
3.3.4 預力混凝土用螺旋套管:應符合CNS 12740 A3317規定。
3.4 現場品質管制
3.4.1 預力鋼絞線及鋼線
(1) 裝運時應併同所用防蝕劑置於貨櫃(箱)內以免受物理性損壞與銹蝕,其包裝或貨櫃若受損應即更新或整修。除特殊需要或工程司特許外,預力鋼材表面不得塗以化學防蝕劑。
(2) 儲放於工地時應有妥善防蝕措施並設專人保管維護,若有銹蝕、沾污或損傷者均不得使用。
3.4.2 預力端錨及預力續接器
(1) 預力端錨及預力續接器之各組件應標示其製造廠名稱、型式及號碼等(夾片則僅需標示製造廠名稱),儲存及運輸時亦應妥善保護並設專人保管,若有銹蝕、沾污、機械損傷或散失者均不得使用。
(2) 臨時性防護措施應不影響安裝操作之效果及永久性防蝕之實施。
(3) 預力系統安裝及施拉預力時應由製造廠指派經驗豐富之技術人員(其曾實際指導安裝之橋梁工程內容、施工時程、端錨及續接器之型式及數量等經歷應提報工程司備查)赴工地指導承包商辦理並於安裝施拉前向工程司解說安裝施拉作業,直至工程司認為承包商可自行安裝及施拉預力為止,其費用已包含於契約相關費用內,不另給付。
(4) 其餘事項應依第1.4.3(1)目規範1996年版施工篇第10章規定辦理。
3.4.3 預力混凝土用螺旋套管
(1) 經工程司認可之螺旋套管應儲存於倉庫內或加覆蓋存於適當之場所,以免銹蝕或沾油污、灰塵等雜物,並應防止受損或變形。
(2) 套管若有受損或內面有顯著銹蝕者不得使用,其外表面若沾有油污、鐵銹等雜物時,安裝前應以適當方法清除乾淨。
4. 計量與計價
4.1 計量
「預力鋼腱」、「預力鋼腱(外置鋼腱)」係依設計圖示兩端錨間各預力鋼腱之總長度換算為重量並以「公噸」為計量單位,若因承包商施工或設備之故而增加之預力鋼腱應由承包商自行負擔,不另計付。
4.2 計價
「預力鋼腱」、「預力鋼腱(外置鋼腱)」之契約單價已包含預力鋼絞線(或鋼線)、預力端錨、套管、施預力、灌漿、錨碇設備、設計圖未明示惟係承包商所採預力系統必要之補強鋼筋(「預力鋼腱」另含預力續接器、間隔器,「預力鋼腱(外置鋼腱)」另含套管接頭處理)、損耗等所需一切材料、人工、機具設備等費用,且型式檢驗、進場前依品質計畫書辦理之各項材料與成品試驗、製造廠派赴工地指導承包商辦理安裝作業之技術人員等費用已含於預力端錨及預力續接器材料費內,另無其他給付。
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工作項目名稱
計價單位
預力鋼腱
公噸
預力鋼腱(外置鋼腱)
公噸
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〈本章結束〉
附錄
預力端錨及預力續接器之檢驗
1. 試驗用之測力系統誤差不得大於2%;測量總應變之量具標距及指示應變之誤差分別不得大於標距之0.2%及0.1%,且該試驗設備及儀器應每年至少檢定一次。
2. 檢驗分為下列兩類:
2.1 型式檢驗:係為證實其可靠性及提供施工現場之技術數據所辦理之試驗,計有靜載重試驗、動力載重試驗(Dynamic Load Test)、載重傳遞試驗(Load Transfer Test)及輔助試驗(Supplementary Test)等項目,其中前三項每次試驗取樣3組。
2.2 進場檢驗:係產品交貨時辦理之檢驗,每批(其定義同第1.6.2(1)目所述)取樣3組辦理外觀、硬度檢驗及靜載重試驗,若有一組不合格則該批均視為不合格並應即運離工地,且該批後之各批抽樣數提高為5組,直至連續3批樣本均合格再恢復為3組。
3. 外觀檢驗及硬度檢驗:應依經核可之品質計畫書辦理,外觀檢驗之合格標準為表面無裂縫且尺寸符合設計要求,硬度檢驗為每個零件測試3點所得硬度值符合設計要求之範圍。
4. 靜載重試驗
4.1 所用預力鋼材及端錨與續接器應依預定使用情況就所有錨固預力鋼材之必要部分組裝,各種鋼材之幾何構造應與實際所用之組裝構件一致。
4.1.1 預力鋼材母材試驗:最少試驗三組預力鋼材並記錄試件母材之主要幾何尺寸及機械性能、實際之平均極限載重、最大載重時之平均總伸長率、平均截面積及表面特徵等資料。
4.1.2 試件之預力鋼材自由受力段不得小於3公尺。
4.1.3 相同端錨或續接器錨固之預力鋼材應選用同一種類、同一規格而最高強度級別者。
4.2 試驗方法:
4.2.1 對於施預力時預力鋼材已安裝於端錨或續接器之系統,含端錨或續接器之整組試件應安裝於經校正之試驗設備,依預力鋼材標稱抗拉強度Fu之20%、40%、60%、80%以每分鐘約980 kgf/cm2分四級等速加載,達到80%時維持此載重一小時,再逐步加載至破壞。
4.2.2 對於施拉預力鋼材後再錨碇之系統,預力鋼腱應安裝於經校正之試驗設備,並以施工時之施拉設備於一端依Fu之20%、40%、60%、80%以每分鐘約980 kgf/cm2分四級等速加載,達到80%後錨固並維持此載重一小時,再逐步加載到破壞。(若能證明預力鋼材於先施拉後再錨碇對靜載性能無影響時,亦可依前述a之方法加載。)
4.3 試驗過程中應觀察及量測之紀錄項目如下(參圖1所示):
圖1 試驗過程應測量之項目圖:1)錨碇前 2)錨碇後
4.3.1 預力鋼材與端錨或續接器間之相對位移Δa及其與力及時間之關係。
4.3.2 端錨或續接器各零件間相對位移Δb及其與力及時間之關係。
4.3.3 端錨或續接器各零件之變形。
4.3.4 破壞時預力鋼材自由段之伸長率εu。
4.3.5 量測得之極限拉力FTu。
4.3.6 試件之破壞部位及形式。
4.4 合格標準:
4.4.1 試驗後端錨或續接器各部位之殘餘變形應證明其可靠性(不影響端錨或續接器之性能)。
4.4.2 端錨或續接器各部位間及其與預力鋼材間之位移增量應與預力鋼材之受力增量成比例變化。
4.4.3 於達到0.80Fu並維持一小時階段,前項所述相對位移應於前30分鐘內達穩定。
4.4.4 試件破壞形式應為預力鋼材之斷裂,且該斷裂非因端錨或續接器部位破壞所致。
4.4.5 測得之錨碇效率ηA= FTu/Fpm≧0.95
FTu:試件量測之極限拉力
Fpm:試件母材預力鋼材之實際極限拉力;Fpm=Apm×fpm
Apm:試件預力鋼材之實際平均截面積
fpm:試件預力鋼材之實際平均極限強度
4.4.6 在量測極限拉力時之總應變εu≧2%。
5. 動力載重試驗
5.1 試件規定同靜載重試驗,若試驗設備能量不足,則預力鋼材根數可減少,惟位於端錨外圈部分不可省略。
5.2 試驗方法:
5.2.1 應於裝有脈衝器之拉伸試驗設備進行,其加載脈衝頻率每分鐘不得超過500次。
5.2.2 試驗施力上限為0.65Fu,其應力幅度為816 kgf/cm2且於試驗中保持不變。
5.2.3 試件於試驗中應避免次振動(Secondary Oscillation),組裝試件安裝於試驗設備時應審慎並確保加載力均勻分布於預力鋼材。對於已灌漿之鋼腱,可用專門之器具以免距端錨或續接器較遠之預力鋼材因磨損而過早破壞。
5.3 試驗過程中應觀察和量測之紀錄項目如下:
5.3.1 預力鋼材及端錨或續接器各部位間、端錨或續接器本身與載重及其循環次數有關之相對位移(參圖1所示)。
5.3.2 試驗後端錨或續接器及預力鋼材之疲勞損傷及變形之檢查。
5.3.3 試驗過程中預力鋼材發生疲勞破壞之載重循環次數、斷裂位置及數量。
5.4 合格標準:
5.4.1 不應發生端錨或續接器部位之疲勞破壞。
5.4.2 試件經200萬次循環載重後,預力鋼材因端錨或續接器影響發生疲勞破壞之面積不得大於試驗開始時其試件初始總截面積之5%。
6. 載重傳遞試驗
6.1 試件形狀及尺寸(示意圖參圖2所示):
圖2 載重傳遞試驗試體示意圖
6.1.1 試件應包含埋入混凝土結構中之端錨或續接器部分,其布設應按實際應用情形並與專業製造廠商之技術要求一致。
6.1.2 試件應為一軸向受壓的混凝土矩形柱,其受壓面各邊之長度(a,b)應與該端錨或續接器於構造物之最小中心間距一致。
6.1.3 混凝土試件之端錨或續接器最低壓力傳遞面以下之長度h應為長邊b之二倍以上。
6.1.4 端錨或續接器附近應配置與預力系統所規定之相同尺寸及構造之防爆鋼筋,另可配置輔助鋼筋以固定防爆鋼筋,惟該輔助鋼筋之縱向總截面積≦2cm2,且於混凝土中沿試件高度均勻布置之箍筋≦50 kg/m3。
6.1.5 試件之混凝土應與實際使用者相同,且於澆置一天後拆模,再進行濕治養護直至達試驗強度(本工程各混凝土施預力強度之最小值),並與測定抗壓強度之試體同樣處理。
6.2 試驗方法:
6.2.1 試件應安裝於經校正之試驗設備,依結構實際載重情況(例如加載於預力鋼材或直接於端錨或續接器)及Fu之20%、40%、60%、80%分四級等速加載(參圖3所示),達80%後至少需進行十次慢速循環加載,其上、下限分別為Fu之80%和12%。
圖3 載重傳遞試驗施載重程序圖
6.2.2 載重循環次數取決於合於D之d、e所述應變讀數及裂縫寬度之穩定性,循環載重後應逐漸增加載重直至試件破壞。
6.2.3 循環載重期間應量測若干循環之上下限載重,以決定應變及裂縫寬度是否達后列D之穩定狀態。
6.2.4 試件混凝土於最後之破壞試驗之平均抗壓強度fcm不得大於1.3fci’及0.85fc’。
6.3 試驗過程中應觀察及量測之紀錄項目如下:
6.3.1 各次循環載重上下限時,最大劈裂影響區內試件側面混凝土之縱向及橫向應變。
6.3.2 上述時刻試件側面裂縫之發生、寬度及擴展情況。
6.3.3 與混凝土接觸之端錨或續接器之變形情況。
6.3.4 破壞之位置和形式。
6.3.5 破壞載重Fu。
6.4 合格標準(參圖4所示):
6.4.1 首次達載重上限0.80Fu(載重點4)之裂縫寬度≦0.1 mm。
6.4.2 末次達載重下限0.12Fu(載重點n-1)之裂縫寬度≦0.1 mm。
6.4.3 末次達載重上限0.80Fu(載重點n)之裂縫寬度≦0.25 mm。
6.4.4 若循環載重期間最後兩次載重之縱向和橫向應變增量小於5%,則可判定應變已穩定。
6.4.5 若循環載重期間最後兩次載重之循環裂縫寬度增量不大於0.02 mm,則可判定裂縫寬度已穩定。
6.4.6 測得之破壞載重Fua≧Fu×(fcm/fci’)及1.1Fu。
圖4 裂縫寬度要求圖
7. 輔助試驗:
7.1 多級拉伸試驗:係同一組預力系統之端錨或續接器之夾片進行分階段施拉錨固使預力鋼材張應力逐漸增加之試驗,該方法之效應依靜載重試驗所述單根預力鋼材之方式進行試驗。
7.2 摩擦試驗:係為求得計算預力損失之摩擦係數,並應按各個結構斷面所規定值準確建立。
7.3 灌漿性能試驗:若尚未證實灌漿設備、漿料成分及連接壓漿管之灌漿孔及排氣孔之可靠性或漿料能否可靠且完全充滿灌漿孔道時所應辦理之試驗。
7.4 端錨或續接器之偏角試驗:若預力鋼材之軸線與規定之軸線間有角度偏差,則應以最大偏角按靜載重試驗所述方式進行試驗。
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