大跨度預應力混凝土結構施工過程中應力監(jiān)測與分析

大跨度預應力混凝土結構施工過程中應力監(jiān)測與分析

0施工質量問題在大型建筑面積的建設中，預制混凝土技術是最常見的應用。該工藝相對成熟，具有明顯的節(jié)約材料、擴大結構范圍、減少結構重量、提高使用功能、充分考慮等優(yōu)點。但其中存在一些普遍性問題和通病,往往被忽視,解決不好會給工程帶來隱患,比如預應力專業(yè)施工單位與設計前期配合問題;預應力專業(yè)施工與土建施工配合協(xié)調問題;預應力張拉質量;灌漿質量問題;應力損失監(jiān)測等。因此,加強大跨度預應力混凝土框架梁結構施工技術與施工過程中的應力變化監(jiān)測對于保證施工質量具有很強的理論與現實意義。1預應力框架設計湖南某辦公綜合樓工程,地下1層,地上13層,其中在4、5層布置大型會議廳,為抵抗上部柱傳下的集中荷載的作用,設計有5榀預應力框架梁,為后張有粘結預應力體系,預應力情況具體見表1,曲線圖見圖1。2預制結構梁施工技術2.1預應力筋安裝端部鐵件安裝本工程預應力施工工藝流程為:鋪梁底?！壴悍穷A應力筋→劃預應力筋曲線坐標→焊預應力筋曲線支架→排放波紋管→穿預應力筋→安裝端部鐵件→隱蔽工程驗收→支梁側模→梁側?！A應力筋張拉→外露切割→灌漿→端部封裹。2.2道采用波紋管成孔本工程預應力筋采用高強度低松馳鋼絞線(Φ315.24),強度級別fptk=1860MPa,錨具采用OVM15-7型群錨。預應力孔道采用Φ65型波紋管成孔。在非預應力筋骨架綁扎定位后按設計要求的曲線坐標劃出各支架的標高,將支架鋼筋(用Φ10鋼筋制作)焊接在箍筋上,支架間距1.0m,然后將波紋管排放在支架上并用扎絲綁扎固定,波紋管接頭用大一號波紋管,接頭連接好后必須用寬膠帶將接頭處封裹,以防澆筑混凝土時水泥漿漏入波紋管內。穿束在波紋管預埋后、混凝土澆筑前進行,采用人工穿束,穿束時預應力筋前端套上塑料“子彈頭”,以免扎破波紋管。2.3混凝土應注意事項澆筑混凝土時,避免振搗棒直接撞擊波紋管,以免振壞波紋管,造成漏漿?；炷帘仨氄駬v密實,特別是鋼筋密集區(qū)、張拉端尤應注意。在梁混凝土澆筑過程中及完畢后2h內,應間隔一段時間將預應力梁的鋼絞線來回抽動,以免萬一波紋管內漏漿造成以后對預應力筋張拉及灌漿不利的影響。2.4確定后張拉時混凝土強度每個預應力工程的張拉都應根據設計圖紙及工程特點制定具體的張拉方案,包括張拉控制應力、張拉力、張拉機具配置、張拉程序、順序、次序等。以本工程為例,若預應力一次張拉到位,在上部集中荷載未完全加上的情況下會使預應力產生的反拱過大,對結構不利;若上部集中荷載全部加上后一次張拉,由于粱中尚未建立有效的預應力,就會導致梁受載過大而開裂。因此根據設計建議,實際張拉中分兩批張拉;澆完上層樓面混凝土后張拉每榀粱的上排折線束,澆完層面混凝土后再張拉其余各束。張拉時混凝土強度要大于80%的設計強度,且上層混凝土強度達到C15。本工程粱兩張拉端外還有框架粱,且不允許在板面開設張拉洞口,預應力鋼絞線的張拉只能在梁底進行,且操作空間狹小,因此無法采用YCW150型穿心式千斤頂整束張拉,考慮到梁跨度不大,預應力曲線為直線和折線,且折線角度很小(最大為7°),因此采用YCN-23型前卡式千斤頂配備高壓中油泵逐根進行張拉,但為防止一束中張拉伸長值離散大而影響有效預應力的建立,正式張拉前用千斤頂將每根松馳的鋼絞線在較低的張拉力下(不超過0.1σcom)頂緊一下,張拉過程中進油回油平穩(wěn)緩慢,密切注意每根鋼絞線的張拉伸長值(特別是開始幾根和最后幾根),若發(fā)現異常應及時調整張拉工藝,保證有效預應力的建立質量。張拉程序為:0→0.2σcon(初讀數)→1.0σcon(最后讀數持荷三分鐘)→錨固。張拉控制應力σcon=0.7fptk=1860×0.7=1302MPa,則每根鋼絞線的張拉力為:F=1302×140=182.3kN,張拉順序嚴格按設計要求進行張拉,均采用兩端張拉。預應力張拉采用應力應變雙控法,即應力控制(油壓表讀數),同時校核預應力筋實際伸長值。本工程預應力張拉實測伸長值與計算值相比均在規(guī)范規(guī)定的+10～-5%范圍內。2.5孔道壓漿和水泥漿、流動管、泌歷史預應力孔道灌漿是一個隱蔽工程,無法驗收。有的施工隊伍缺乏對灌漿作用的了解,不留置泌水管,灌漿配臺比隨意性大,憑經驗配制,二次灌漿不做。本工程在波紋管鋪設時就在跨中及兩端支座附近設置灌漿管、泌水管(伸出板面30cm)。在確認預應力張拉無誤后,即對孔道進行壓力灌漿。水泥漿用32.5R級普通硅酸鹽水泥配制,外加劑選用JM-Ⅲ型高效減水劑,此種外加劑有減水早強效果,配制的漿液流動性、和易性好,灌漿方便密實性好。配合比為水泥∶水∶JM-Ⅲ高效減水劑(重量比)=1∶0.35∶0.07。灌漿采用灰漿泵進行,灌漿壓力為0.5MPa～0.6MPa,從跨中灌漿管灌入,直至支座處、錨墊板處冒濃漿為止,間隔一段時間后進行人工二次補漿,以上措施的實行大大保證了灌漿質量。3預應力張拉階段監(jiān)測為了解實際預應力張拉施工是否與設計意圖及施工規(guī)范要求相符,本工程選擇兩根預應力梁進行預應力張拉階段的監(jiān)測試驗。監(jiān)測內容包括預應力摩擦損失、錨具內縮及梁的綜合反拱值。3.1試驗結果lm理論應力摩擦損失參照《現代預應力混凝土施工》推導的公式計算,計算結果見表2。σcon=0.7fptk=1860×0.7=1302MPa孔道偏離影響系K=0.0015,預應力筋與孔道之間摩擦系數μ=0.25σ被=σcone-(KLT+μ?)摩擦損失σ12=σcon-σ被測試方法采用壓力表法,在兩端設置千斤頂,錨具不上夾片,一端為張拉端,另一端為被動端。當張拉端達到控制應力后,讀出被動端油壓表讀數,對照千斤頂被動校驗曲線,查出被動千斤頂的拉力實驗值,從而確定孔道摩擦損失,試驗結果見表3。由表3與表2比較,實測摩擦損失略小于理論摩擦損失,表明設計選用的參數合理可靠,預應力施工與設計意圖相符,鋪束質量較好,澆筑混凝土過程中孔道基本未漏漿,且來回抽動鋼絞線的措施較為有效。3.2內卷積檢測實測錨具內縮值4mm～5mm,與規(guī)范要求的5mm較為接近。3.3總支異體積在KL2b、KL3b梁跨中布置百分表,測試在預應力恒載作用下的綜合反拱值見表4,可見預應力的效果十分明顯。3.4預應力值的確定根據實測結果及分析,本次測試的兩根預應力的梁的施工、預應力筋的布置、張拉工藝滿足規(guī)范的要求,建立的有效預應力值與設計要求基本相符。4結合粘接預制構件的施工和其他施工的協(xié)調配合4.1制訂預應力節(jié)點施工圖由于種種原因,業(yè)主或總包單位有時直到預應力梁鋼筋骨架成型時才確定預應力施工單位,這將會人為加大預應力施工難度。建議盡早確定預應力施工單位,使其有充裕的時間對設計圖紙中預應力部分加以深化具體,編制切實可行的預應力施工方案,繪制預應力節(jié)點施工圖(如圖2,設計人員往往不考慮這一點),針對預應力與非預應力之間可能出現的矛盾,在不影響結構的前提下,提出調整方案(如部分柱主筋移位保證錨墊板安裝的準確位置,梁支座負筋錨固處內縮150mm保證錨具內陷式作法等),以上都應與設計人員協(xié)商并得到認可,最好以設計變更或說明的形式發(fā)給土建總包方按此施工。這樣做將預應力與非預應力可能產生的矛盾在施工前預先解決,既能保證設計人員預應力設計意圖的實現,又可避免不必要的返工和對結構的不利影響(如柱主筋被迫移位、梁支座負筋錨固處切斷重新焊接等)。4.2走向范圍內桂中帽筋綁扎預應力施工單位在預應力施工方案中還應對土建施工提出配合要求,比如在波紋管走向范圍內桂中箍筋先套人不要綁扎,以免妨礙波紋管的穿入及定位;梁中腰筋的S形拉結筋待波紋管穿人定位后再放置綁扎等。這些工序的簡單調整既可以保證預應力筋的準確位置,大大降低預應力施工難度,又可減少非預應力施工中不必要的返工。5預應力鋼絞線的施工,可以降低混凝土施工過程中的不利影響(1)設計單位、土建施工單位與預應力專業(yè)施工單位前期配合非常重要,必須將預應力與非預應力施工的矛盾預先在施工前解決,從而保證預應力施工質量。(2)繪制節(jié)點詳圖既方便預應力施工,又可降低對非預應力方面的不利影響。(3)對兩端張拉的預應力梁在澆筑混凝土時來回抽動鋼絞線,可大大減小孔道漏漿對以后張拉灌漿的影響,是一種有效措施。(4)鋼絞線群錨體