緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力大梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工

張寶勤,王國權(quán)

1.中國電子工程設(shè)計(jì)院,北京 100840

2.北京市住宅建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京 100005

1 工程概況

某教學(xué)樓為十一層框架剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總高度44m。五層為報(bào)告大廳，大梁最大跨度凈距為26.4m，為了控制裂縫和撓度，同時(shí)也為了施工的可靠性和可行性，采用了新型的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)。部分結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖1，本文取其中典型的大梁（H軸）進(jìn)行分析。

圖1 部分結(jié)構(gòu)平面圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 材料

混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk=2.39N/mm2；軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=19.1N/mm2，混凝土彈性模量Ec=3.25×104N/mm2；

預(yù)應(yīng)力筋采用1860級(jí)低松弛鋼絞線，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fptk=1860N/mm2；單束面積Ap=140mm2；彈性模量Ep=1.95×105N/mm2；預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力為conσ=0.75×fptk=0.75×1860=1395N/mm2。

錨具采用夾片式單孔錨，錨具進(jìn)行靜載錨固性能試驗(yàn)，錨固效率系數(shù)為0.99；

普通鋼筋為HRB400級(jí)熱軋鋼筋，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=360N/mm2。

2.2 結(jié)構(gòu)形式和斷面選擇

由于跨度大，荷載大，經(jīng)過分析設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)空間的限制，確定框架大梁截面尺寸為600mm×1700mm，梁跨為28m。

2.3 摩擦系數(shù)取值

預(yù)應(yīng)力采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，它是采用專用緩粘結(jié)膠粘劑和塑料外包護(hù)套涂包的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，在張拉適用期內(nèi)，與被施加預(yù)應(yīng)力的混凝土之間可保持相對(duì)滑動(dòng)，張拉適用期和固化時(shí)間期間，粘結(jié)效果逐漸增強(qiáng)，達(dá)到固化時(shí)間以后，與被施加預(yù)應(yīng)力的混凝土之間達(dá)到一定強(qiáng)度的粘合。

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力σpe應(yīng)按公式（1）計(jì)算：

預(yù)應(yīng)力損失值應(yīng)取下列五項(xiàng)：1）張拉端錨具變形和緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮σl1；2）緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的摩擦σ

l2；3）緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力松弛σ

l4；4）混凝土的收縮和徐變?chǔ)襩5；5）采用分批張拉時(shí)，張拉后批緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋所產(chǎn)生的混凝土彈性壓縮損失。

由于只有摩擦損失與膠粘劑有關(guān)，因此摩擦損失是計(jì)算預(yù)應(yīng)力有效應(yīng)力需要著重考慮的因素。由于工程期限的影響，并考慮到張拉適用期內(nèi)，膠粘劑的不穩(wěn)定因素，摩擦系數(shù)取大值：摩擦系數(shù)k=0.01/m，μ=0.25/rad。此時(shí)的第二項(xiàng)損失也屬于大值，扣除損失后的有效應(yīng)力屬于小值。本文中第二項(xiàng)摩擦損失σ

l2為259.4MPa，總損失為425.1MPa，預(yù)應(yīng)力有效應(yīng)力為σpe為969.9MPa。

2.4 預(yù)應(yīng)力配筋

預(yù)應(yīng)力筋用量的計(jì)算，根據(jù)抗裂要求進(jìn)行計(jì)算；然后再根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》相關(guān)約束條件進(jìn)行普通鋼筋的選擇。由計(jì)算得，預(yù)應(yīng)力鋼筋：36φs15.2，分成4束：4×9φs15.2；考慮梁截面寬度的允許，預(yù)應(yīng)力鋼筋一排布置；各束預(yù)應(yīng)力均采用一端張拉，2束預(yù)應(yīng)力筋在左柱端張拉，另2束預(yù)應(yīng)力筋在右柱端張拉；根據(jù)該框架大梁標(biāo)準(zhǔn)彎矩圖，預(yù)應(yīng)力筋線形要盡可能與標(biāo)準(zhǔn)彎矩圖相一致，因此預(yù)應(yīng)力曲線形式均設(shè)為四段拋物線，反彎點(diǎn)取0.1L處；為了獲取較大的截面抵抗矩，控制截面處的預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)盡可能靠近受拉邊緣布置。

普通鋼筋下鐵為24Φ25（2/11/11），上鐵為18Φ25（9/9）。

2.5 抗裂驗(yàn)算

由標(biāo)準(zhǔn)彎矩圖，控制截面選取跨中和一邊支座截面，首先計(jì)算截面控制應(yīng)力，看是否滿足二級(jí)抗裂要求。

在荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下應(yīng)符合下列規(guī)定：

在荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合下應(yīng)符合下列規(guī)定：

抗裂驗(yàn)算是由標(biāo)準(zhǔn)彎矩及等效彎矩和次內(nèi)力綜合決定的。內(nèi)力和預(yù)應(yīng)力各彎矩均可計(jì)算得到。具體結(jié)果如表1：

表1 內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

因此，預(yù)應(yīng)力框架大梁抗裂驗(yàn)算結(jié)果：大梁在兩端支座處不滿足二級(jí)抗裂，而在跨中截面處，梁底滿足放寬的二級(jí)抗裂要求。針對(duì)支座處，在不滿足二級(jí)抗裂情況下進(jìn)行三級(jí)裂縫寬度驗(yàn)算，得到預(yù)應(yīng)力框架大梁的裂縫寬度如圖2。

圖2 裂縫寬度

3 施工措施

為了抵消預(yù)應(yīng)力損失，施工張拉時(shí)3%超張拉。

為了有效減小因摩擦而產(chǎn)生的損失，預(yù)應(yīng)力4束分成2束在左端2束在右端進(jìn)行張拉。同時(shí)，盡量提前預(yù)應(yīng)力張拉的時(shí)間并且控制膠粘劑的粘結(jié)時(shí)間，以減小摩擦損失。

為了防止預(yù)應(yīng)力筋對(duì)結(jié)構(gòu)的反拱，應(yīng)進(jìn)行采取嚴(yán)格的張拉步驟，進(jìn)行分級(jí)循環(huán)張拉，而且必須控制張拉速度，不能過快。

由于普通鋼筋過多，同時(shí)由于預(yù)應(yīng)力筋一排鋪設(shè)，在梁端支座處應(yīng)首先保證預(yù)應(yīng)力的矢高，理論計(jì)算和工程實(shí)踐都說明，施工中如果保證不了預(yù)應(yīng)力筋的線形，預(yù)應(yīng)力筋很有可能起不到應(yīng)有的效果甚至起到相反作用。

[1]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程（GB50010-2010）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ140-2004）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[3]杜拱辰.部分預(yù)應(yīng)力混凝土[M].北京.中國建筑工業(yè)出版社，1990.