無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力在超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制中的分析應(yīng)用

楊向陽廈門建弘裝修工程有限公司（361000）

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無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力在超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制中的分析應(yīng)用

楊向陽
廈門建弘裝修工程有限公司（361000）

摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對不留設(shè)施工縫的諸多施工方法進(jìn)行了詳細(xì)分析，并在結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力計(jì)算的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)解決超長不設(shè)永久伸縮縫混凝土結(jié)構(gòu)開裂的問題，對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了深入探討。

關(guān)鍵詞：無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力；混凝土結(jié)構(gòu)；超長結(jié)構(gòu)；伸縮縫；張拉

1　工程概況

某高層建筑地上20層、地下2層，總高68 m，建筑面積48 652 m2。其平面尺寸長94.5 m、寬51 m，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室墻板、底板混凝土強(qiáng)度等級為C35，二層以下剪力墻、柱混凝土強(qiáng)度等級為C50、三至六層剪力墻、柱混凝土強(qiáng)度等級為C40，六層以上剪力墻、柱及所有梁、板混凝土強(qiáng)度等級均為C35，不設(shè)永久性變形縫，結(jié)構(gòu)布置如圖1。

圖1　結(jié)構(gòu)平面布置圖

2　混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力計(jì)算與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力布筋分析

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，混凝土結(jié)構(gòu)長度超過45～55 m，結(jié)構(gòu)上要求設(shè)置伸縮縫往往與建筑設(shè)計(jì)上的立面效果和平面使用功能等要求發(fā)生沖突；而且伸縮縫的構(gòu)造處理通常不能與結(jié)構(gòu)構(gòu)造一起較好地協(xié)調(diào)而裂開、脫落，造成滲漏，影響使用和美觀；而人防地下室則不宜設(shè)變形縫。

2.1溫度應(yīng)力計(jì)算

利用有限元軟件Sap 2 000對各樓層在使用階段的溫度應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模型樓板用she l單元模擬。梁柱用beam單元模擬，通過降溫（取季節(jié)性溫差30度）計(jì)算溫度應(yīng)力，降溫后的結(jié)構(gòu)整體變形。通過分析計(jì)算，各樓層溫度應(yīng)力如表1。以上溫度應(yīng)力還要根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際所受溫度情況加以調(diào)整，一層和頂層溫差較大，應(yīng)給予加強(qiáng)，對于地下一層應(yīng)給予降低。在施工中，由于后澆帶的留設(shè)，混凝土收縮應(yīng)力應(yīng)給予降低。

表1　樓板溫度應(yīng)力（MPa）

2.2預(yù)應(yīng)力計(jì)算及布筋

預(yù)應(yīng)力筋只用于承受由溫度應(yīng)力引起的水平方向應(yīng)力，其他荷載產(chǎn)生的豎向力由普通鋼筋承擔(dān)，故預(yù)應(yīng)力筋布置在梁、板的形心處。地下一層溫度應(yīng)力經(jīng)調(diào)整后取3 MPa，地下一層板厚為130 mm，梁截面尺寸b×h=400 mm×700 mm，預(yù)應(yīng)力鋼筋取1 860級φs15.24低松弛鋼絞線，σcon=0.7 fptk。

故取板中預(yù)應(yīng)力鋼筋間距為350 mm。同理在梁中建立也為3 MPa的應(yīng)力。

取7根布置于梁截面形心處，同理計(jì)算其他梁板。

3　無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工

該工程采用的施工工藝為：梁內(nèi)為梁筋綁扎→無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋鋪設(shè)→張拉端埋件安裝→隱蔽工程驗(yàn)收→安裝模板→混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)→張拉端清孔裝錨具→預(yù)應(yīng)力筋張拉→張拉端切割封頭；板內(nèi)為板底鋼筋綁扎→無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋鋪設(shè)→張拉端埋件安裝→隱蔽工程驗(yàn)收→綁扎上層鋼筋→混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)→張拉端清孔裝錨具→預(yù)應(yīng)力筋張拉→張拉端切割封頭的無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)。具體施工技術(shù)要點(diǎn)如下：

3.1無粘結(jié)筋的鋪放

用鋼筋支架來控制預(yù)應(yīng)力筋的標(biāo)高以保證預(yù)應(yīng)力鋼筋的位置。安放鋼筋支架后穿入無粘結(jié)筋，再用鐵絲綁扎在鋼筋支架上，最后將鋼板安裝在無粘結(jié)筋張拉端。

一般情況下，預(yù)應(yīng)力鋼筋布置好后才鋪設(shè)各種管道，并以預(yù)應(yīng)力鋼筋為主。預(yù)應(yīng)力鋼筋在靠近承壓板處要求無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋與承壓板垂直，承壓鋼板與螺旋筋點(diǎn)焊固定（見圖2），以此平直段來保證張拉順利。本工程采用凹入式構(gòu)造（用塑料穴模或塑料泡沫留洞）、穴模緊貼端模板、承壓鋼板垂直并與鋼筋電焊固定（見圖3）的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的張拉端位于板端表面處的技術(shù)。

圖2　無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋固定端構(gòu)造

圖3　無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉端凹入式構(gòu)造

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的塑料套管有無破損是在澆筑混凝土前對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的重點(diǎn)檢查，并對破損處做好修補(bǔ)。對于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的標(biāo)高與設(shè)計(jì)要求是否一致、張拉端和固定端安裝是否妥當(dāng)、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋遠(yuǎn)看是否是一條直線、張拉端外露是否長度足夠等問題。應(yīng)在檢查后作記錄建檔，并于立側(cè)模前糾正到位。

3.2混凝土澆筑

為確保無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的束形和高度的準(zhǔn)確，在澆筑混凝土?xí)r，嚴(yán)禁踏壓無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋及觸碰錨具。漏振和孔洞不允許在混凝土中出現(xiàn)，應(yīng)振搗密實(shí)，尤其是張拉端的預(yù)埋承壓墊板處。混凝土澆筑后要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，夏季防止水分蒸發(fā)，冬季防凍。

3.3預(yù)應(yīng)力張拉及錨固

3.3.1預(yù)應(yīng)力張拉

1）張拉設(shè)備

本工程采用YCW-23型千斤頂、ZB-500/400型油泵。千斤頂和壓力表應(yīng)配套校驗(yàn)、配套使用，校驗(yàn)張拉設(shè)備用的試驗(yàn)機(jī)械測力計(jì)精度不低于1.5級，校驗(yàn)時(shí)千斤頂活塞運(yùn)行方向與實(shí)際張拉工作時(shí)的工作狀態(tài)一致。校驗(yàn)后的有效期為半年，壓力表宜用精度為0.4級的標(biāo)準(zhǔn)（精密）壓力表。

2）張拉方法待混凝土達(dá)拆模強(qiáng)度時(shí)，可先拆除端頭模板，清理端部，檢查張拉承壓鋼板上與錨環(huán)接觸部位的混凝土是否清理干凈等。按設(shè)計(jì)要求，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80％后方可進(jìn)行張拉，但由于本工程預(yù)應(yīng)力筋均為抗溫度筋，經(jīng)設(shè)計(jì)人員認(rèn)可后，張拉可適當(dāng)提前，有利于混凝土的抗裂。本工程預(yù)應(yīng)力鋼筋均為單根一端張拉，張拉控制應(yīng)力σcon=0.7 fp tk=0.7×1860=1 302 MPa；單根張拉控制力Ncon=σcon·Ap =1 302×140=182.3 kN。預(yù)應(yīng)力筋的張拉程序?yàn)椋?→0.2 σcon（初讀數(shù)）→0.6 σcon（中間讀數(shù)）→1.0 σcon（最后讀數(shù)）。若千斤頂行程不足，可分兩次張拉，張拉程序?yàn)椋旱谝淮危?→0.2 σcon（初讀數(shù)）→0.6 σcon（中間讀數(shù)）；第二次，0→0.6 σcon（初讀數(shù)）→（最后讀數(shù)）。張拉次序應(yīng)對稱張拉，對稱張拉包括每層預(yù)應(yīng)力筋的對稱張拉和每個(gè)方向預(yù)應(yīng)力筋的對稱張拉，使構(gòu)件或結(jié)構(gòu)受力均勻。在張拉過程中應(yīng)避免預(yù)應(yīng)力鋼筋斷裂或滑脫。當(dāng)發(fā)生斷裂或滑脫時(shí)，其數(shù)量在同一截面嚴(yán)禁超過預(yù)應(yīng)力筋總根數(shù)的3％。對于預(yù)應(yīng)力板，其同一截面按開間計(jì)算。

3）預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長值

預(yù)應(yīng)力筋理論伸長值△L=σcon×［1+e-（klt+ μθ）］×Lt/（2×Es），取Es=2.0×105 MPa，k=0.004，μ= 0.08，σcon=1 302 MPa，在計(jì)算梁、板中各預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長值時(shí)，梁中預(yù)應(yīng)力筋長度取柱（梁）邊距，對梁上張拉端分排布置的預(yù)應(yīng)力筋，其計(jì)算長度應(yīng)加上柱（梁）邊至張拉端預(yù)應(yīng)力筋長度；板中預(yù)應(yīng)力筋長度取柱（梁）邊距。預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際伸長值與計(jì)算伸長值的允許偏差為±6％，超出偏差允許值則應(yīng)暫停張拉，查明原因并采取措施后方可繼續(xù)張拉。

3.3.2錨固

本工程將QM15-1型夾片錨用于張拉端、QM15-1P擠壓錨用于固定端。此類錨具集錨固可靠、互換性好、群錨能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)于一身，可錨同鋼絞線，且任意一根鋼絞線滑移、斷裂均不會(huì)影響同束中其他鋼絞線的錨固，每根鋼絞線均分開錨固的。

為方便施工，需按照最不利的位置、最低強(qiáng)度等級的混凝土設(shè)計(jì)螺旋箍筋，將承壓板與擴(kuò)大喇叭孔一體化，錨具張拉回縮值應(yīng)控制在6～8 mm范圍內(nèi)，并不需要另作局部承壓驗(yàn)算。預(yù)應(yīng)力筋錨固后，夾片頂面宜平整，錯(cuò)位不大于2 mm。張拉后的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)用手提砂輪切割機(jī)切除張拉后多余的預(yù)應(yīng)力筋，切除處離夾片不小于30 mm，并應(yīng)立即進(jìn)行封端保護(hù)。在錨具與承壓板表面涂以防水涂料后再用微膨脹混凝土或低收縮防水砂漿密封。封錨混凝土應(yīng)密實(shí)、無裂紋。

4　結(jié)論

近一年的時(shí)間，本預(yù)應(yīng)力混凝土工程從施工至今，在混凝土梁、板均未發(fā)現(xiàn)溫度變形裂縫，說明用預(yù)應(yīng)力技術(shù)解決超長不設(shè)縫混凝土結(jié)構(gòu)的開裂問題是比較真實(shí)可靠的。