預應力鋼結構技術研究

摘"要：為應對預應力鋼結構受力難題，完善施工技術，提升預應力鋼結構技術應用效果，本文基于實例分析法，結合某預應力鋼結構工程實況，聚焦施工重難點問題，從鋼梁拼裝、預應力鋼絞線穿束、張拉端節(jié)點設計、施工過程部署等方面出發(fā)，提出優(yōu)化預應力鋼結構技術的策略，保障工程順利落實。經(jīng)實踐證明，現(xiàn)場監(jiān)測結果與仿真計算結果基本趨于一致。此施工方案可操作性較強，具有推廣價值。

關鍵詞：鋼結構；體內(nèi)預應力；施工監(jiān)測文章編號：2095-4085（2024）05-0020-03

0"引言

作為節(jié)約鋼材用量，提升結構安全性的重要技術，預應力鋼結構技術，已憑借顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢，在建筑施工領域被廣泛應用。但預應力鋼結構體系仍存在質(zhì)量通病，長時間暴露在外的鋼拉索，易受外界因素的影響，發(fā)生腐蝕，且受材料價格昂貴、張拉作業(yè)難度大等因素的制約，預應力鋼結構技術推廣使用被限制。為發(fā)揮預應力鋼結構技術效能，積極對本課題進行探究尤為重要。

1"工程概況

某開發(fā)區(qū)服務中心辦公樓屋面采用的為體內(nèi)預應力鋼結構。屋面層共計存有個預應力鋼梁房架，鋼梁與地面相對高度約為18m，最大、最小跨度分別為74.3m、 51.9m。為強化整體結構的穩(wěn)固性以及安全性，各個應力梁之間是借助次梁這一媒介而進行的連接?；诮孛嬉暯莵砜?，預應力鋼梁為箱形截面，尺寸普遍為800mm×1 600mm×32mm×32mm，內(nèi)部都預埋兩個型號，統(tǒng)一的尺寸為的無縫式鋼管，且各鋼管內(nèi)部還穿過一束預應力鋼絞線，以此行為完善預應力施加格局。（注：單束鋼絞線最大張拉力不可超過2 180kN）預應力鋼梁兩端都應放置在砼柱頂上，并以合理減少預應力鋼梁對柱子水平方向推力為前提，在兩端分別采用不同的支座，實現(xiàn)設置優(yōu)化布局。即：首端采用固定鉸支座，尾端采用單方向滑動鉸支座。

2"施工難點

第一，基于全流程視角來看，預應力鋼結構施工從結構拼裝初期直至最后支撐架拆除過程中，需要承受諸多受力狀態(tài)，為保障整體的工程輸出質(zhì)量能夠與預期一致，需預先展開大體量施工模擬計算，這在一定程度上也會使得整體的施工技術成本趨于不可控狀態(tài)［1］。

第二，預應力鋼結構對于制作以及安裝的施工精密度都有著較為嚴苛的要求，鋼束下料長度，需嚴格圍繞工作所需要承重的荷載來進行精準確定，且在制作期間，為保障整體的制作一次成型，還要嚴格實現(xiàn)施工步驟控制，并實時對精度輸出值進行監(jiān)測，以此有效確保鋼結構安裝精度時刻處于可接受狀態(tài)。

第三，在落實節(jié)點優(yōu)化設計期間，如何確保應力鋼絲束能夠一次從桁架下弦鋼管內(nèi)部快速穿過也屬于技術實踐難點問題，同時，在穿過完畢之后，其是否能夠順利滿足鋼絲束和鋼管協(xié)同受力要求，也屬于技術實踐重點，整體的節(jié)點處理落實，具有較高的施工難度。

第四，想要合理滿足受力需要，也能夠滿足穿鋼束需要，在落實錨具制作及安裝期間，需自覺與支座節(jié)點整體加工順序以及安裝工藝實現(xiàn)協(xié)調(diào)。這在一定程度上也加大了整體施工調(diào)配的難度，一旦調(diào)度不當，極易發(fā)生資源重復利用等不良狀況。

3"預應力鋼結構技術措施

3.1"鋼梁現(xiàn)場拼裝

考慮到本案例工程單榀鋼梁，其普遍長度都維持在51.5～74.2mm區(qū)間范圍內(nèi)，長度較長，故而為保障整體的作業(yè)質(zhì)量，需預先在工廠實現(xiàn)分段加工，待分段加工完畢之后再運輸至施工作業(yè)現(xiàn)場，實現(xiàn)現(xiàn)場焊接拼裝。在此需額外注意，為保障整體的拼裝質(zhì)量，還需及時在拼接口處預制鋼管的外側增加規(guī)格較為標準的對接套管，并借助密封橡膠這一介質(zhì)進行密封，避免對接不嚴等不良狀況出現(xiàn)。

3.2"預應力鋼絞線穿束

考慮到本案例預制鋼管兩端存在的彎曲度，在一定程度上會使得穿預應力鋼絞線存在一定作業(yè)難度，故最終決定實現(xiàn)特殊化牽引裝置設計，首先，在鋼梁順利對接前，預先將長度約80m左右且型號為的鋼絲繩一體式穿入預制的光管內(nèi)部，待鋼梁順利對接完畢之后，再將多根鋼絞線借助細鋼絲繩進行捆綁，此時，鋼絲繩要與端頭互相牽引，并在順利連接后，及時用預先穿好的鋼絲繩快速地對預應力鋼絞線進行牽引［2］。

3.3"張拉端節(jié)點設計

由于預應力鋼梁端部其節(jié)點受力較大，且內(nèi)部構造十分復雜，屬于基礎承力部位，為保障整體的設計輸出效能更為優(yōu)化，在設計期間，需預先對結構受力要求進行考量。故而本案例在實現(xiàn)張拉布節(jié)點設計時，為確保其能夠更有效地滿足受力需要，決定在張拉端預制鋼管及鋼梁中間區(qū)域，設置多條橫縱分布的加勁肋，以此有效保障預應力鋼梁整體受力能夠更加均勻。

3.4"預應力施工過程優(yōu)化

3.4.1"選用適配張拉設備

作為張拉實踐基礎型用具，張拉設備選用尤為關鍵。在具體選用期間，需嚴格參照設計要求以及施工環(huán)節(jié)仿真計算所輸出的具體結果，擇優(yōu)選取最為適配的張拉設備。以本案例為例，在經(jīng)過分析后，本案例最終決定采用兩臺型號均為250t的千斤頂，同一時段開展鋼絞線張拉。此外，為了進一步保障不出現(xiàn)張拉偏心等不良狀況，要積極在工作內(nèi)部設置配套的限位裝置，為千斤頂預應力鋼絞線束能夠符合作業(yè)要求創(chuàng)造良好的實踐條件。

3.4.2"完善張拉控制原則

基于控制最優(yōu)化視角來看，在實現(xiàn)預應力鋼絞線張拉期間，要盡可能采用雙控實踐原則，以張拉力控制為主線，伸長指數(shù)控制為輔線，嚴格避免因單方面拉力不均因素的出現(xiàn)，而致使結構變形等狀況出現(xiàn)。同時，在張拉期間還要不間斷地對結構變形問題進行測量。如若發(fā)現(xiàn)存在異常狀況，要立即反應，及時對張拉工作進行暫停處置，并深究致使結構變形出現(xiàn)的根源，待原因查明之后，需采取針對性措施進行解決，直至問題解決完畢之后，再實現(xiàn)繼續(xù)張拉。

3.4.3"優(yōu)化預應力張拉方式

具體實踐期間，考慮到本案例工程同一根預應力鋼梁上存在多束預應力鋼絞線，整體可實現(xiàn)張拉的空間作業(yè)范圍較為狹小，無法在一端同一時間內(nèi)安裝多臺張拉設備，故而最終決定使用分批分級張拉手段實現(xiàn)張拉作業(yè)落實。針對第一級別而言，主要計劃張拉至控制應力的二成，針對第二級別而言，則計劃張拉至控制應力的九成。針對至第三級別而言，則計劃張拉至設計總體控制應力數(shù)值［3］。具體的張拉力實踐標準如表1所示。

3.4.4"灌漿控制

在全部張拉作業(yè)完畢之后，即可實現(xiàn)灌漿控制，預先在透氣口區(qū)域灌注規(guī)格一致的發(fā)泡劑，待其順利凝固之后，實現(xiàn)灌漿落實?？紤]到灌漿具體實踐時間，在推行的規(guī)范中并沒有較為統(tǒng)一的要求，故而基于以往的實踐經(jīng)驗來看，灌漿工作可擇優(yōu)選取在張拉完成后一天左右進行?？椎拦酀{落實期間，要嚴格對于孔道內(nèi)部水泥漿是否處于飽滿密實狀態(tài)進行核查，并嚴格按照砼結構施工質(zhì)量標準化驗收準則，對灌漿用水泥漿抗壓強度進行控制，確保其不會低于30N/mm2，水灰比控制也必不可少，要嚴格保障水灰比位于0.40～0.48這一區(qū)間范圍內(nèi)。同時，針對灌漿所需要用到的水泥，還要盡可能在施工現(xiàn)場實現(xiàn)現(xiàn)場攪拌，確保攪拌時間不會低于20min。待攪拌完畢后，還要目測是否存在離析問題。

同時，考慮到施工氣溫這類客觀外界因素，極易對灌漿輸出效果造成一定影響，故而如若接連五天日均氣溫都處于5攝氏度以下，則要立即反應，及時介入適當?shù)谋卮胧?。具體可通過在水泥漿內(nèi)部適量摻入濃縮防凍型灌漿料來實現(xiàn)。之所以選擇濃縮防凍型灌漿料，主要是因為此材料并不會額外對預應力鋼筋造成腐蝕影響，且即使身處低溫環(huán)境也能夠高效助推灌漿作業(yè)落實，順利滿足工程不間斷施工需要。

4"節(jié)點分析總結

為更有效地實現(xiàn)節(jié)點收益性能分析，本案例還積極采用有限元分析?；谧罱K的輸出結果，不難發(fā)現(xiàn)，拉索端部節(jié)點最大變形僅為1.1mm左右，變形范圍較小，節(jié)點剛度較佳，且在球節(jié)點絕大多數(shù)區(qū)域等效應力都并未高于60MPa，雖然部分細節(jié)區(qū)域，如球接點與主管焊接區(qū)域的應力稍大一點，但最大也并未高于常規(guī)標準化數(shù)值220MPa，球節(jié)點剛度較佳，可全范圍滿足承載力需要以及持續(xù)使用需要［4］。

5"施工檢測

想要保障張拉完畢之后，鋼結構應力以及鋼結構變形都能夠被迅速掌握，完善施工檢測布局也必不可少。在具體實踐期間，首先要積極開展監(jiān)測點布置，充分利用全站儀等成熟機器對結構進行無間斷監(jiān)測，監(jiān)測點選取的位置也要盡可能處于預應力鋼梁跨中區(qū)域，待結構張拉順利完畢之后，立即展開對每一根鋼梁的變形監(jiān)測。以本案例為例，經(jīng)過分析后，本案例決定將最終的監(jiān)測點位置選取在A6軸上鋼梁跨中區(qū)域及端部區(qū)域，以此有效對各級張拉完畢之后的應力監(jiān)測進行分析。具體的監(jiān)測輸出結果如圖1所示。

（a）鋼結構應力值對比（b）鋼結構豎向變形值對比

實測鋼結構應力數(shù)值與理論值相差較小，整體的誤差均處于可允許范圍之內(nèi)，可高質(zhì)量滿足標準化規(guī)范需要。

6"結論

綜上所述，基于預應力鋼結構施工難點問題，為最優(yōu)化實現(xiàn)施工資源、施工作業(yè)群組合理配置，筆者從鋼梁現(xiàn)場拼裝、預應力鋼絞線穿束、張拉端節(jié)點設計、施工過程優(yōu)化等層面出發(fā)，而提出的預應力鋼結構施工技術優(yōu)化措施，可全范圍對施工技術實踐效能進行分析，在保障施工質(zhì)量方面有現(xiàn)實意義，實用性較強，值得借鑒推廣。

參考文獻：

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［3］劉占省，史國梁，焦?jié)蓷?基于數(shù)字孿生的預應力鋼結構施工安全智能化分析方法［J］.建筑科學與工程學報，2022，39（4）：157-165.

［4］梁巖，趙正豪，杜曉溪，等.預應力系梁基礎斜柱鋼結構施工全過程受力分析［J］.鄭州大學學報（工學版），2022，43（5）：78-83.