某體育中心綜合訓(xùn)練館預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋測試

孫兆江 田 真 劉秦生

1 工程概況

青島體育中心綜合訓(xùn)練館6.2 m標(biāo)高處⑦軸～○16軸間的樓蓋為大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁結(jié)構(gòu),共有8根預(yù)應(yīng)力框架梁和18根預(yù)應(yīng)力次梁,其中?軸～?軸間的跨度為41.55 m,梁截面尺寸均為450 mm×3 000 mm,配置有4×8φs15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線,其張拉控制應(yīng)力 σcon=0.70fptk=1 302 MPa,采用C45自密實混凝土,抗裂等級二級。由于本工程中預(yù)壓力梁跨度較大,基于對預(yù)應(yīng)力工程質(zhì)量的保證和施工控制的需要,對預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力梁在張拉和拆模過程中的截面應(yīng)變進(jìn)行了測試。

2 測試原理和方法

2.1 有效預(yù)應(yīng)力測試

采用傳感器法[1]進(jìn)行測試,在主動端和被動端各安裝一個力傳感器,測出主動端和被動端的有效預(yù)應(yīng)力,并利用式(1)來反演摩擦系數(shù),進(jìn)而可求有效預(yù)應(yīng)力的沿程分布,本工程共選取了8孔鋼絞線進(jìn)行測試。

2.2 應(yīng)變測試

應(yīng)變測試采用振弦式應(yīng)變傳感器。分別在兩根主梁和兩根次梁的跨中和支座各布置一個應(yīng)變測面,每個測面6個測點(diǎn),梁頂、梁腹中部及梁底各2個測點(diǎn)。

3 測試結(jié)果

3.1 有效預(yù)應(yīng)力測試結(jié)果

有效預(yù)應(yīng)力測試時,鋼絞線應(yīng)力約為 0.3σcon,0.5σcon,0.6σcon,0.75σcon,0.9σcon和 1.0σcon時,記錄主動端和被動端應(yīng)力和相應(yīng)的千斤頂行程,張拉應(yīng)力大于 0.75σcon后,應(yīng)力比較穩(wěn)定,因此在分析摩擦損失時取每次張拉的最后三個工況即鋼絞線應(yīng)力約為0.75σcon,0.9σcon和1.0σcon時所對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。

對于本工程,由于預(yù)應(yīng)力筋線形比較單一,故假定k,μ中的一個系數(shù)計算另外一個系數(shù),逐個樣本進(jìn)行分析,然后求平均值,按規(guī)范GB 50010-2002[2]取 k=0.001 5,然后按式(2)計算 μ,計算結(jié)果見表1。

從表1中可見,8束預(yù)應(yīng)力筋 μ平均值為0.541,最大值為0.692,最小值為 0.449,均大于規(guī)范 GB 50010-2002[2]中 μ=0.25。對張拉伸長值進(jìn)行了校核,按反演出的系數(shù)計算的伸長值與實測結(jié)果平均偏差±3.12%,最大偏差 4.29%(偏大),-4.36%(偏小),滿足規(guī)范GB 50204-2002[3]在±6%以內(nèi)的要求。

表1 摩擦系數(shù)反演結(jié)果

按鋼絞線回縮5 mm計算錨固損失,則扣除瞬時預(yù)應(yīng)力損失后,有效預(yù)應(yīng)力沿程分布如圖 1所示,圖 1a)中虛線為 σcon=0.70fptk時按設(shè)計所取參數(shù)k=0.001 5,μ=0.25計算的有效預(yù)應(yīng)力沿程分布,實線為按測試所得出的 k=0.001 5,μ=0.541計算的沿程分布,跨中數(shù)字為各跨平均有效預(yù)應(yīng)力(括號內(nèi)數(shù)字為按設(shè)計所取參數(shù)k=0.001 5,μ=0.25計算的平均有效預(yù)應(yīng)力)。可見按規(guī)范系數(shù)計算的41.55 m跨梁平均有效預(yù)應(yīng)力比按實測系數(shù)計算的平均有效預(yù)應(yīng)力偏大7.41%,因此建議將張拉控制應(yīng)力由0.70fptk提高至0.73fptk,則有效預(yù)應(yīng)力可提高至1 121 MPa,如圖1b)中實線所示,比設(shè)計值(1 160 MPa)偏小3.45%,滿足規(guī)范GB 50204-2002[3]有效預(yù)應(yīng)力偏差應(yīng)在5%以內(nèi)的要求。

3.2 應(yīng)變測試結(jié)果

在張拉時混凝土達(dá)到了設(shè)計強(qiáng)度C45,ftk=2.51 MPa,fck=29.6 MPa,ft=1.8 MPa,fc=21.1 MPa。以⑩軸框架梁為例對跨中測試截面的應(yīng)變和應(yīng)力進(jìn)行分析,以應(yīng)變?yōu)榭v軸(單位:με),工況為橫軸,并取張拉前前3天0點(diǎn)的數(shù)據(jù)為初值,每30 min為一個工況,將各測點(diǎn)的應(yīng)變變化繪于圖2中。表2中列出了測點(diǎn)應(yīng)力變化的詳細(xì)數(shù)據(jù)(以拉為正,壓為負(fù))。

表2 張拉引起的測點(diǎn)應(yīng)力實測和計算結(jié)果 MPa

對圖2及表2進(jìn)行分析,可得以下結(jié)論:

1)在180工況左右,⑩軸框架梁進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力張拉施工,從圖2中可以看出,各測點(diǎn)應(yīng)變均有突變,表2中列出了預(yù)應(yīng)力張拉中所引起的應(yīng)力變化,可見張拉階段混凝土最大壓應(yīng)力為10.9 MPa,小于0.8fck=23.68 MPa,最大拉應(yīng)力為1.13 MPa,小于 ftk=2.51 MPa,符合規(guī)范要求。2)表2中列出了預(yù)應(yīng)力張拉時跨中截面測點(diǎn)的應(yīng)力計算和實測值的對比,從中可見各點(diǎn)應(yīng)變的變化趨勢與計算相同,預(yù)壓區(qū)兩者較為接近,預(yù)拉區(qū)測點(diǎn)的計算值比實測值有所偏大。另外在張拉過程中,同一測面同一高度測點(diǎn)應(yīng)變相差較小,說明各截面略有扭轉(zhuǎn),但扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較小。3)在620工況左右,各梁開始拆模,從圖2中可見各測點(diǎn)應(yīng)變均有突變,從表2中數(shù)據(jù)可見拆模引起的跨中測點(diǎn)應(yīng)力的實測和計算值較為接近。

4 結(jié)語

1)根據(jù)測試結(jié)果,假定 k=0.001 5時,求得 μ平均值為0.541。2)按GB 50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范計算的摩擦系數(shù)(k=0.001 5,μ=0.25)及摩擦損失比實測值偏小,即有效預(yù)應(yīng)力偏大,按規(guī)范計算的41.55 m跨內(nèi)平均有效預(yù)應(yīng)力比實測結(jié)果偏大 7.41%,因此建議將張拉控制應(yīng)力由 0.70fptk提高至0.73fptk,則按規(guī)范系數(shù)計算的41.55 m跨內(nèi)平均有效預(yù)應(yīng)力比實測結(jié)果偏大 3.45%,滿足規(guī)范GB 50204-2002[3]有效預(yù)應(yīng)力偏差應(yīng)在5%以內(nèi)的要求。3)張拉階段混凝土最大壓應(yīng)力為10.9 MPa,小于0.8fck=23.68 MPa,最大拉應(yīng)力為1.13 MPa,小于 ftk=2.51 MPa,符合規(guī)范要求。4)張拉和拆模時跨中截面的應(yīng)變實測值和計算值較為接近。

[1] CECS 180:2005,建筑工程預(yù)應(yīng)力施工規(guī)程[S].

[2] GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] GB 50204-2002,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[4] 騰曉波.預(yù)應(yīng)力等效荷載實用計算[J].山西建筑,2008,34(7):116-117.