無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力在超長(zhǎng)砼結(jié)構(gòu)裂縫控制中的分析應(yīng)用

摘 要：本文結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)分析了不留設(shè)施工縫的諸多施工方法，并在結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力計(jì)算的基礎(chǔ)上，著重對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)解決超長(zhǎng)不設(shè)永久伸縮縫混凝土結(jié)構(gòu)開裂的問題進(jìn)行了詳細(xì)闡述，對(duì)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了深入探討。

關(guān)鍵詞：無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力； 砼結(jié)構(gòu)； 超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)； 伸縮縫；張拉

中圖分類號(hào)：TU378.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-0422（2009）06-0190-02

目前解決超長(zhǎng)砼結(jié)構(gòu)不設(shè)縫的方法主要有設(shè)置后澆帶、設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶、采用膨脹混凝土等，這些方法均有許多缺點(diǎn)和局限性，不能最終解決超長(zhǎng)不設(shè)縫混凝土結(jié)構(gòu)的開裂問題，施加預(yù)應(yīng)力可以在混凝土中建立有效的壓應(yīng)力，來平衡結(jié)構(gòu)內(nèi)由于溫度變化導(dǎo)致的拉應(yīng)力。本工程結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)采用膨脹混凝土，后經(jīng)多方多次論證，改為采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)解決不設(shè)縫問題，同時(shí)設(shè)后澆帶釋放混凝土早期收縮應(yīng)力。

1工程概況

某高層建筑地上20層、地下2層，總高68m，建筑面積48652m²。其平面尺寸長(zhǎng)94.5 m，寬51m，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室墻板、底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，二層以下剪力墻、柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50、三至六層剪力墻、柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，六層以上剪力墻、柱及所有梁、板混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C35，不設(shè)永久性變形縫，結(jié)構(gòu)布置如圖1 。

2砼結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力計(jì)算與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力布筋分析

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度超過45 m~55m、結(jié)構(gòu)上要求設(shè)置伸縮縫往往與建筑設(shè)計(jì)上的立面效果和平面使用功能等要求發(fā)生沖突；而且伸縮縫的構(gòu)造處理處通常不能與結(jié)構(gòu)構(gòu)造一起較好地協(xié)調(diào)而裂開、脫落，造成滲漏，影響使用和美觀；而人防地下室則不宜設(shè)變形縫。

2.1溫度應(yīng)力計(jì)算

本文用有限元軟件Sap2000對(duì)各樓層在使用階段的溫度應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模型樓板用shell單元模擬。梁柱用beam單元模擬，通過降溫（取季節(jié)性溫差30度）計(jì)算溫度應(yīng)力，降溫后的結(jié)構(gòu)整體變形。通過分析計(jì)算，各樓層溫度應(yīng)力如表1。

以上溫度應(yīng)力還須根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際所受溫度情況加以調(diào)整，一層和頂層溫差較大，應(yīng)給予加強(qiáng)，對(duì)于地下一層應(yīng)給予降低。在施工中，由于后澆帶的留設(shè)，混凝土收縮應(yīng)力應(yīng)給予降低。

2.2 預(yù)應(yīng)力計(jì)算及布筋

預(yù)應(yīng)力筋只用于承受由溫度應(yīng)力引起的水平方向應(yīng)力，其它荷載產(chǎn)生的豎向力由普通鋼筋承擔(dān)，故預(yù)應(yīng)力筋布置在梁、板的形心處。

地下一層溫度應(yīng)力經(jīng)調(diào)整后取3MPa，地下一層板厚為130mm，梁截面尺寸b×h=400mm×700mm，預(yù)應(yīng)力鋼筋取1860級(jí)φs15.24低松弛鋼絞線，σcon=0.7fptk。

n==2.7根/m，故取板中預(yù)應(yīng)力鋼筋間距為350mm。

同理在梁中建立也為3MPa的應(yīng)力。

n==5.8根，取7根布置于梁截面形心處，同理計(jì)算其它梁板。

3無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工

該工程采用無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)，其施工工藝如下：

梁內(nèi)：梁筋綁扎→無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋鋪設(shè)→張拉端埋件安裝→隱蔽工程驗(yàn)收→安裝模板→混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)→張拉端清孔裝錨具→預(yù)應(yīng)力筋張拉→張拉端切割封頭。

板內(nèi)：板底鋼筋綁扎→無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋鋪設(shè)→張拉端埋件安裝→隱蔽工程驗(yàn)收→綁扎上層鋼筋→混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)→張拉端清孔裝錨具→預(yù)應(yīng)力筋張拉→張拉端切割封頭。具體施工技術(shù)要點(diǎn)如下：

3.1現(xiàn)場(chǎng)無粘結(jié)筋的制作

無粘結(jié)預(yù)慮力筋的下料制作場(chǎng)地宜選在使用點(diǎn)附近，即無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)場(chǎng)時(shí)就應(yīng)卸往下料地點(diǎn)，以減少場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸。

1）無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的下料長(zhǎng)度

下料長(zhǎng)度L：無粘結(jié)筋長(zhǎng)度+張拉端工作長(zhǎng)度（每端300mm～4000mm）。

2）放線下料

成盤供應(yīng)的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋重量約為1.5 t，在放線時(shí)應(yīng)盡量減少破損?，F(xiàn)場(chǎng)用砂輪切割機(jī)下料，嚴(yán)禁用電弧焊熔斷。下料時(shí)要仔細(xì)檢查無粘結(jié)筋有無破損，并對(duì)個(gè)別破損處及時(shí)用膠粘帶封裹。下料時(shí)需對(duì)不同長(zhǎng)度的無粘結(jié)筋分類編號(hào)，做好標(biāo)記。

3.2無粘結(jié)筋的鋪放

為保證預(yù)應(yīng)力鋼筋的位置，用鋼筋支架來控制預(yù)應(yīng)力筋的標(biāo)高。先安放鋼筋支架，再穿入無粘結(jié)筋，用鐵絲綁扎在鋼筋支架上，最后在無粘結(jié)筋張拉端安裝鋼板。

一般情況下，各種管道應(yīng)在預(yù)應(yīng)力鋼筋布置好后鋪設(shè)，并盡量為預(yù)應(yīng)力鋼筋讓路。為保證張拉順利，預(yù)應(yīng)力鋼筋在靠近承壓板處應(yīng)有平直段，即要求無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋與承壓板垂直，承壓鋼板與螺旋筋點(diǎn)焊固定（見圖2）。本工程無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的張拉端位于板端表面處，采用凹入式構(gòu)造（用塑料穴?；蛩芰吓菽舳矗?，穴模應(yīng)緊貼端模板，承壓鋼板要垂直并與鋼筋電焊固定（見圖3）。

在澆筑混凝土前須對(duì)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置作隱蔽檢查，檢查的重點(diǎn)是無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的塑料套管有無破損，對(duì)破損處做好修補(bǔ)。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的標(biāo)高與設(shè)計(jì)要求是否一致；張拉端和固定端安裝是否妥當(dāng)；張拉端外露長(zhǎng)度是否足夠；無粘結(jié)預(yù)腕力筋遠(yuǎn)看是否是一條直線等。檢查后應(yīng)作記求箭檔，并于立側(cè)模前糾正到位。

3.3混凝土澆筑

澆筑混凝土?xí)r，嚴(yán)禁踏壓無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋及觸碰錨具，確保無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的束形和高度的準(zhǔn)確?；炷翍?yīng)振搗密實(shí)，尤其是張拉端的預(yù)埋承壓墊板處，不允許出現(xiàn)漏振和孔洞?；炷翝仓髴?yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。夏季防止水分蒸發(fā)、冬季防凍。

3.4預(yù)應(yīng)力張拉及錨固

3.4.1預(yù)應(yīng)力張拉

1）張拉設(shè)備

本工程采用YCW-23型千斤頂、ZB-500/400型油泵。千斤頂和壓力表應(yīng)配套校驗(yàn)、配套使用，校驗(yàn)張拉設(shè)備用的試驗(yàn)機(jī)械測(cè)力計(jì)精度不低于1.5級(jí)，校驗(yàn)時(shí)千斤頂活塞運(yùn)行方向與實(shí)際張拉工作時(shí)的工作狀態(tài)一致。校驗(yàn)后的有效期為半年，壓力表宜用精度為0.4級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)(精密)壓力表。

2）張拉方法

待混凝土達(dá)拆模強(qiáng)度時(shí)，可先拆除端頭模板，清理端部，檢查張拉承壓鋼板上與錨環(huán)接觸部位的混凝土是否清理干凈等。按設(shè)計(jì)要求，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80％后方可進(jìn)行張拉，但由于本工程預(yù)應(yīng)力筋均為抗溫度筋，經(jīng)設(shè)計(jì)人員認(rèn)可后，張拉可適當(dāng)提前，有利于混凝土的抗裂。

本工程預(yù)應(yīng)力鋼筋均為單根一端張托，張拉控制應(yīng)力σcon=0.7fptk=0.7×1860=1302MPa；單根張拉控制力Ncon=σcon·Ap =1302×140= 182.3kN。

預(yù)應(yīng)力筋的張拉程序?yàn)椋?→0.2σcon（初讀數(shù)）→0.6σcon（中間讀數(shù)）→1.0σcon（最后讀數(shù)）。若千斤頂行程不足，可分兩次張拉，張拉程序?yàn)椋旱谝淮危?→0.2σcon（初讀數(shù)）→0.6σcon（中間讀數(shù)）；第二次，0→0.6σcon( 初讀數(shù))→( 最后讀數(shù))。

張拉次序應(yīng)對(duì)稱張拉，對(duì)稱張拉包括每層預(yù)應(yīng)力筋的對(duì)稱張拉和每個(gè)方向預(yù)應(yīng)力筋的對(duì)稱張拉，使構(gòu)件或結(jié)構(gòu)受力均勻。

在張拉過程中應(yīng)避免預(yù)應(yīng)力鋼筋斷裂或滑脫。當(dāng)發(fā)生斷裂或滑脫時(shí)，其數(shù)量在同一截面嚴(yán)禁超過預(yù)應(yīng)力筋總根數(shù)的3％。對(duì)于預(yù)應(yīng)力板，其同一截面按開間計(jì)算。

3）預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長(zhǎng)值

預(yù)應(yīng)力筋理論伸長(zhǎng)值△L=σcon×[1+e-（klt+μθ）] ×Lt/(2×Es)，取Es=2.0×105MPa，k=0.004，μ=0.08，σcon=1302MPa，在計(jì)算梁、板中各預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長(zhǎng)值時(shí)，梁中預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度取柱（梁) 邊距，對(duì)梁上張拉端分排布置的預(yù)應(yīng)力筋，其計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)加上柱(梁)邊至張拉端預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度；板中預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度取柱（梁）邊距。

預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際伸長(zhǎng)值與計(jì)算伸長(zhǎng)值的允許偏差為±6％，超出偏差允許值則應(yīng)暫停張拉，查明原因并采取措施后方可繼續(xù)張拉。

3.4.2錨固

本工程張拉端選用QM15一l型夾片錨，固定端選用QM15-1P擠壓錨。此類錨具可錨同鋼絞線，且每根鋼絞線均分開錨固，任意一根鋼絞線滑移、斷裂均不會(huì)影響同束中其它鋼絞線的錨固，具錨固可靠、互換性好、群錨能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。為方便施工，應(yīng)將承壓板與擴(kuò)大喇叭孔一體化，并按照最不利的位置、最低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土設(shè)計(jì)螺旋箍筋，不需另作局部承壓驗(yàn)算錨具張拉回縮值應(yīng)控制在6mm～8mm范圍內(nèi)。預(yù)應(yīng)力筋錨固后，夾片頂面宜平整，錯(cuò)位不大于2mm。

張拉后的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)立即進(jìn)行封端保護(hù)，用手提砂輪切割機(jī)切除張拉后多余的預(yù)應(yīng)力筋，切除處離夾片不小于30 mm。在錨具與承壓板表面涂以防水涂料后再用微膨脹混凝土或低收縮防水砂漿密封。封錨混凝土應(yīng)密實(shí)、無裂紋。

4結(jié)論

本預(yù)應(yīng)力混凝土工程從施工至今已有約一年的時(shí)間，經(jīng)檢查，混凝土梁、板未發(fā)現(xiàn)溫度變形裂縫，說明用預(yù)應(yīng)力技術(shù)解決超長(zhǎng)不設(shè)縫混凝土結(jié)構(gòu)的開裂問題是比較可靠的。

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