預應力混凝土連續(xù)梁施工張拉狀態(tài)分析

預應力混凝土連續(xù)梁施工張拉狀態(tài)分析

1預應力筋及檢測該項目建筑面積為1499.34平方米，地上建筑面積為三層，上層高度為6.9米。這個區(qū)域的建筑面積為22.4米。預應力梁位于首層至層3樓面,梁截面為450×900,框架柱截面尺寸為600×600,梁的跨度有單跨和雙跨連續(xù)梁兩種形式。單跨梁為18m,雙跨連續(xù)梁為19.5m+19.5m。連續(xù)梁33根,單跨梁6根。每根梁均配三束7?s15鋼絞線,曲線布筋,預應力筋布置示意如圖1所示。預應力筋束的面積AP=140mm2,柱距6m,預應力梁間距為3m,分柱上梁和梁上梁兩種形式。所有預應力梁均為后張有粘結部分預應力梁?；炷恋膶崪y強度如表1所示。由于工程的特殊性,荷載情況復雜,跨度大,對大梁的抗裂度及變形要求嚴格,為了安全起見,對張拉階段結構的工作性能和狀態(tài)進行了全程監(jiān)測。并將結構的受力、變形等信息及時反饋,以指導施工,控制變形,并驗證設計的合理性。同時,為了更好地對預應力結構及預應力損失進行研究,進行了這次現場的張拉控制參數的實測研究。2社會反拱值和柱向壓縮值此次共測試了8根預應力連續(xù)梁,其中有6根樓面梁,2根屋面梁。主要測試和分析在張拉施工階段的預應力摩擦損失、張拉預應力筋時梁產生的反拱值、梁的軸向壓縮值及下層柱的相對變位值和框架梁沿截面高度方向的混凝土應變。張拉預應力時梁產生的反拱值采用Ni-007蔡司自動安平水準儀測量,測量時沿梁長每2m布置兩個固定點,兩個固定點沿梁的縱軸線兩邊等距布置,各距縱軸線100mm,如圖2所示。梁的軸向壓縮值及下層柱的相對變位值采用沿柱縱向高度預埋測斜儀軌道,用測斜儀沿柱高每500mm測量一個值;在梁的跨中截面和支座截面,沿梁高度方向等間距安裝5條腳標,標距250mm,通過手持應變儀測試混凝土應變,換算成混凝土應力,見圖3。3測試結果和分析3.1預應力筋張拉伸長對摩擦系數的影響由于預應力張拉屬于隱蔽工程,在實際的施工過程中,難免會引起各種誤差,而與設計時預應力損失的計算值有一些差別,因而準確地取值對于重要的建筑就顯得尤為重要。經過對6根預應力連續(xù)梁的實測分析(有2根梁的測試數據有誤),得測試結果見表2。通過對比可知,實測摩擦系數要遠大于規(guī)范值。根據近年來對較長預應力結構的測試結果分析發(fā)現,我國規(guī)范中的摩擦系數取值偏低,按國內當前的施工水平通常難以保證預應力摩擦損失滿足設計要求。通過表2可以看出:摩擦系數μ和預應力筋的預應力水平有關,摩擦系數一般隨應力水平的提高而減小。研究資料表明,一般張拉應力達到0.7fptk后μ值才趨于穩(wěn)定,μ實際上是與預應力筋應力水平有關的變量,低應力水平下的μ要比高應力水平下的μ大得多。我國規(guī)范中列出的摩擦系數,是在條件較為理想的試驗室中,通過對不同的試件進行測試得出的。由于現階段我國施工水平以及各方面條件的限制,在實際的施工過程中,預應力筋曲線長且形式多樣的結構,特別是較長預應力結構,由于其結構復雜,加之施工時有可能造成預埋波紋管漏漿,且預應力張拉屬于隱蔽工程,施工質量往往很難保證。因此實際工程與要求有一定的差別。在設計計算孔道摩擦系數時根據規(guī)范取κ=0.0015,由于上述影響因素對κ,μ值作用是相同的,都會引起其值的偏差。根據此次實際工程的實測分析可知,κ值遠遠大于規(guī)范值,這樣就會將這一誤差傳遞給μ值,從而引起實測摩擦系數μ值的偏大。同時考慮到應力水平對摩擦系數的影響以及參考國內外的相關研究資料,建議對于較長預應力結構,將規(guī)范中鋼絞線預應力筋(波紋管孔道)的κ值和μ值可適當放大,κ值取0.003~0.0035,μ值取0.35與實測結果較為吻合。3.2拱值的分布通過對實測梁的反拱值的分析可知(見圖4),由于支座部位的約束和預應力筋穿越梁軸線,所測支座部位的反拱值為0,而跨中呈曲線狀向上拱,反拱值的分布趨勢與理論分析較為吻合。3.3高強預應力混凝土截面對圖4的測試結果進行分析可以看出:混凝土梁頂和梁底的應力分布規(guī)律基本符合預應力等效荷載作用所產生的應力分布;高強預應力混凝土截面變形基本符合平截面假定。另外,通過對測試數據的計算分析以及實測觀察可以看出:該實測連續(xù)梁在張拉階段未達到混凝土的抗拉設計強度,從而可以認為該連續(xù)梁在施工階段處于彈性階段,可按彈性方法分析施工階段梁的內力變化。3.4內跨梁約束的影響超靜定預應力混凝土結構的內力計算方法是基于預應力混凝土連續(xù)梁結構的工作原理建立起來的,可用于精確計算無側限的預應力混凝土結構。但若用于有側向約束的結構時,由于垂直預應力梁軸線方向的構件(梁上梁)均有一定的側向扭轉剛度,會約束梁或板水平方向的受力變形,從而影響預應力在這些構件中的傳遞,特別是當垂直構件側向扭轉剛度較大時,其影響更大。若不加以考慮,可能會造成這些構件的承載力計算值大于實際值,撓度及裂縫寬度計算值則較實際值小,從而使實際構件的剛度較計算值偏小。此外,側向約束還將在垂直預應力梁的構件中引起附加扭矩。并且,隨著柱剛度以及跨度的增大,側向約束的影響將更加明顯;隨著跨數的增加,內跨梁的預壓力也將大幅減少。本次實測的工程,由于梁的跨度大,故對于兩跨連續(xù)梁進行了側向約束影響的實際測試和分析計算。通過計算分析可知,不考慮框架柱引起的梁預壓應力減少的誤差為1.5%,也就是說,對于該結構,由于框架柱約束引起的預應力梁應力減少是很小的,可以忽略。從預應力梁下柱張拉后水平位移測試結果可以看出,因張拉引起的邊梁扭轉角較小,最大值只有3.7′。對框架梁施加預應力后,將導致框架梁的軸向壓縮,從而引起框架柱柱端的側向位移,柱頂相對于柱底的側移,將在柱內引起附加彎矩和在邊梁中引起扭矩。根據測試結果可知,附加彎矩的值很小,由于層數較少,設計時豎向荷載起控制作用,可以不考慮附加彎矩的影響。同時由于附加彎矩是由柱及與其所有相連的邊梁共同承擔,框架柱實際分得的附加彎矩不大,可不加考慮。而對于梁上梁,可適當加大邊梁的抗扭鋼筋。4張拉階段預應力連續(xù)梁的理論分析用ANSYS軟件對后張有粘結預應力連續(xù)梁進行張拉階段計算分析,其計算結果與實測結果對比見圖5。圖中,0表示中和軸位置,正負號表示中和軸上下。張拉引起的彈性反拱計算值為14.2mm,而實測反拱值平均為8.2mm,根據規(guī)范規(guī)定得出的計算值為10.2mm。理論值較實測值偏大,梁的實測反拱值小于理論值,這說明:現澆框架和樓板、梁的實際剛度大于規(guī)范計算值,現澆框架具有較好的整體剛度;混凝土澆筑質量較好。實測反拱值偏小,說明實際建立的有效預應力較理論值偏小,這也驗證了前面分析中得出的實測摩擦系數較規(guī)范值偏大的結論。由圖5可看出:其理論曲線幾乎是線性的,從而可以認為,在張拉階段預應力連續(xù)梁始終處于彈性階段,對其施工階段的計算分析可以按彈性方法進行。雖然在用ANSYS程序進行分析的時候,考慮到混凝土的材料非線性性能,但是只是對張拉錨固階段進行測試和模擬。由于此時混凝土中建立的應力水平較低,雖具有一定的非線性性能,但仍可近似設定混凝土為線彈性材料,對計算結果影響不是很大?？缰刑幍膽儗崪y值小于計算值,截面中和軸的位置較理論計算值要高。對于像這樣一個大跨度連續(xù)梁板柱結構,存在一定的空間作用,并且在按框架計算時,樓板對梁的彎曲剛度具有較大的貢獻。另外,通過前面的分析知道,預應力損失估算過小;柱外張拉梁內預應力筋,柱分擔了部分預應力,使實際施加在梁上的預應力減小;在用ANSYS軟件進行理論分析計算時,僅僅取一簡支梁(并且假定兩端固結)進行分析,既沒有考慮板柱和次梁的影響,也沒有考慮框架的空間作用,這些因素都將導致實測值小于計算值。因此,僅靠8根梁的實測結果尚不足以充分說明問題,更精確的取值有賴于大量的實際工程的現場測試數據。5預應力高強混凝土與張拉階段的關系1)建議對于較長預應力結構將規(guī)范中鋼絞線預應力筋(波紋管孔道)的κ值和μ值適當放大,κ值取0.003~0.0035,μ值取0.35。2)在張拉階段,可以認為該連續(xù)梁處于彈性階段,預應力