大跨預應力混凝土結構設計與施工技術研究

王子龍

【摘要】近年來，隨著預應力混凝土技術的發展，預應力混凝土技術越來越多地應用于大型會展中心、超大型及超工業建筑、超大型地下車庫等超長連續結構中，預應力引起的結構中應力分布的變化，特別是在預應力梁的連接部位，更為復雜;預應力混凝土梁在施工階段的荷載效應可能大于正常運行階段;另外，預應力混凝土結構施工工藝復雜，施工過程中難以避免出現問題。因此，有必要進一步研究預應力混凝土結構的特點和關鍵施工技術，它不僅關系到設計的合理性和施工的安全性，而且直接影響到工程的進度和造價。本文以會議中心展廳為背景，主要研究內容如下：在均布荷載作用下，對梁端之間腋下肌肉預應力進行了理論研究，采用Midas有限元軟件建立實體模型，將連續梁與預應力梁相結合，分析了相鄰兩個結構的應力分布 在預應力次梁施工階段，利用midasgen軟件對三種不同的張拉順序進行約束，計算三種不同張拉順序對邊梁應力和位移的影響，選擇合理的張拉順序; 對于預應力混凝土梁，普通混凝土鋪設困難，預應力鋼筋容易在鋼筋正常位置發生碰撞等施工問題，為今后類似工程提供施工經驗，文章中的內容和觀點，僅供大家參考。

【關鍵詞】大跨預應力混凝土結構;有限元分析;搭接節點;張拉順序;施工技術

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

17.001

緒論

近年來，隨著社會經濟的快速發展，人們對建筑的小型化已經不滿足，建筑體積也在不斷增大，如大型會展中心、超級工業大廈、超大地下車庫、航站樓、購物中心等，對于這些大空間的施工，建筑師和業主往往提出不設滑動縫的要求，這必然導致混凝土超長連續結構的形成。對于超長混凝土結構的連續結構，《混凝土結構規范》（GB50010-2010）有具體的定義，根據結構在建筑平面內一側的長度明顯大于安裝時受拉焊縫之間的距離的事實，混凝土為超長連續結構。鋼筋混凝土結構伸縮縫的最大間距見表8.1.1，可見本規范要求的最大間距室內或地面框架設計為100m，室外框架設計為70m;骨架結構分為組裝式和填充式，組裝式室內或地下75m，室外50m，室內或土中現澆55m，室外35m;剪刀墻設計要求室內或地下45m現澆，室外30m。近年來，我國超大跨度預應力混凝土結構建成后，結構長度超過100米，在這些超長連續結構的設計中，通常都是提前選擇應力等技術來解決問題，這與結構的超長有關，導致結構截面或截面過大，截面控制抗裂性不符合要求。預應力混凝土連續梁合理分離后，在一些梁柱節點處形成預應力鋼連接是不可避免的，目前，整體結構構件的設計與施工主要集中在以下幾個方面，目前國內對后張法預應力混凝土結構的表示方法和構造細節的研究較少，因此有必要對這種結構的梁節點進行研究。普通設計中的預應力混凝土梁通常是一次加載到結構中的張拉荷載，然而預應力混凝土的施工過程復雜，張拉選擇順序不同，不同張拉施工階段的內位移序列與整體結果分析仍有一定差距，是否影響施工安全。因此，有必要對預應力混凝土梁施工過程中的張拉順序進行研究和分析。

一、預應力混凝土梁柱節點有限元模擬分析

1.工程概況

國際會展中心項目總面積48.2萬平方米。截至2000年3月31日，香港市住宅物業總面積為250000平方米，其中350000平方米為270000平方米。每平方米土地面積為12.5萬平方米。地下設施。包括一個登記大廳、四個單層展館、四個雙層展館、一個多功能雙層展館、酒店及其配套家庭、南方綜合體及其附屬家庭。本項目多功能雙層展廳由五個展廳（b1-b5）組成。本工程b1-b5展廳為15.00m高層結構，標高195m× 90米-195米× 99m，均超過《混凝土結構設計規范》（gb50010-2010）的要求。最大張拉間距太長，大面積預應力混凝土結構，建筑表面不設15000米大跨度梁（x跨L=27米和36米，y跨L=17.65米、22.65米和24米），故采用前離合后張拉技術圖。

2.參數的選取與模型的建立

等效于Midas荷載的預應力疊加法，而預應力筋法是一種廣泛應用的預應力方法，特別是等效荷載法將預應力轉化為等效線性荷載或集中荷載，然后將等效線性荷載或集中荷載作為簡化方法施加到結構上，等效荷載法不需要建立預應力筋塊，同樣顯而易見的是，在不考慮預應力筋的實際位置和預應力損失的情況下，通常只適用于簡單的應力結構。與等效荷載法相比，實體配筋法能準確模擬預應力混凝土結構，并能考慮結構的空間效應。在Midas中，預應力在鋼材生產中要容易得多，而不是在預應力鋼筋安裝單元的兩側引入張力。由于展廳面積較大，本章主要選取展廳2.61620.2跨預應力混凝土框架進行模擬，以更準確地反映兩種纖維對梁節點的影響，充分考慮結構的空間效應，仿真中采用了實體肌肉法。由于拉拔兩端采用預拉應力，拉應力控制在鋼絲強度標準的0.75倍，因此在軟件中引入了預應力，張拉電壓為186061620× 始端0.75=1395MPa 按模型網格，即按模型網格，即按模型網格。對于結構的重要部位，如幾何變化較大的部位、材料或特征變化的部位，最好對網格進行詳細細分，以控制整個模型中的單元數。網格分裂形成的單元可以是四邊形或六邊形。與這兩種方法相比，四邊形網格具有更大的剛度，這也決定了六邊形網格的精度遠高于四邊形網格。本章采用兩種不同張拉方式的預應力混凝土框架梁模型進行合理規劃，混凝土結構采用六主自動網，分為200mm。預應力鋼筋網尺寸為200mm。

二、模型與張拉順序的選擇

1.模型的選擇

預應力混凝土框架結構有時采用大跨度方案，在大緯度地區，位于小預應力次梁方向;在小緯度地區，位于預應力主梁方向[32]。預應力次梁跨度大，但次梁間距小，受力面積小。雖然預應力梁較小，但荷載較大，本次布置設計可以達到結構高度優化的目的本次設計采用這樣的布置方案，在預應力二次張拉的情況下，壓縮變形會導致邊梁斷裂，因此，為了便于計算和分析，有必要選擇合理的拉伸順序× 模型選用1號展廳跨度框架梁，預應力框架主梁跨度24m，截面尺寸1000mm× 3200mm。預應力框架下梁跨度36m，截面尺寸400mm× 1000mm，預應力次梁位于主梁9跨方向，近梁間距3M，框架柱尺寸1500mm× 150mm，高度15m，樓板厚度200mm。梁、板和柱的混凝土采用C45，框架中的預應力鋼筋位于4-12 f s15.2中，f s15.2中的預應力鋼筋不可拆除。因為主要研究的是梁底的內應力響應（即梁底的內應力響應）和梁底的內應力響應（即梁底的內應力響應）。為了直觀地觀察邊梁在預應力作用下的內力變化，只需施加預應力和75σ con，不考慮其他荷載。如圖2

2.張拉順序的選擇

在本次設計中，預應力筋的張拉按預應力次梁的張拉順序進行，然后對預應力框架梁進行張拉，但由于預應力梁較大，可以按順序成排張拉。在本章中，預應力副梁的受拉順序可分為三種情況：從左向右、兩端向中間對稱拉伸、從中間向兩端拉伸，最后張拉預應力框架梁，下圖為分層順序（圓圈中的數字代表張拉順序）。根據上述選定的拉伸順序，利用midas/gen軟件模擬各種拉伸順序，midas/gen軟件提供了不同的加載模式，可以計算出每種工作模式和不同的工況，最終產生內應力和應力的組合。這與上述施工階段的最終結果是一致的，即將不同施工模式的結果相加，在施工階段不同的張拉順序會對邊梁的內力產生影響。

三、預應力混凝土結構的施工研究

1.大面積自密混凝土技術的應用

該設施連接在標高為15米的展廳之間。預應力主梁截面尺寸為1000mm× 3200mm，腋下1500mm× 3200mm，最大跨度27m，鋼筋1284hp，防震桿直徑32mm，預應力波紋管直徑85mm;預應力梁截面為500mm× 3000mm，最大跨度36m，鋼筋50根，四級直徑32mm，預應力波紋管6根，直徑85mm;框架柱截面1500mm× 1500mm，鋼筋為62號三級鋼筋，直徑36mm。圖? 現場布置預應力主梁及主梁節點。可見梁內鋼筋較多，且有槽鋼波紋管，由于鋼筋間距過小，普通混凝土陣列難以延續，特別是在梁縫處，容易形成蜂窩和孔洞，難以保證施工質量;另外，振搗器鋪設時，混凝土不能直接振搗波紋管，因為塊體中的卡箍被波紋管填滿，導致普通混凝土無法施工。如圖3

普通混凝土無法施工，只能配合通信工程將梁底截面增加至500mm，或經甲方和設計方同意，將梁下回路拉伸改為腋下拉伸即可解決，但開發商不應堅持項目的原設計，拒絕報價，沒有議價的余地。在這種情況下，僅通過技術搜索和切割，就發現密實混凝土的技術是比較成熟的，其顯著特點是流動性好，穩定性好，可灌性好，幾乎無需振搗壓實，正好解決了波紋管結構密度最大的問題，振搗棒不能直接振搗，同時也要保證混凝土的質量，進而促進施工的成功。

2.自密實混凝土配合比設計及現場實驗

本次設計C45梁、柱混凝土強度控制在現場混凝土膨脹前600-700，采用玄武巖沖河石，粒徑小于2.0cm，混凝土設計強度比按C45-28的日強度計算，經過多次計算試驗，主要比例確定如下：水165kg/m3;水泥365kg/m3;砂841kg/m3;石料808kg/m3;渣粉60kg/m3;灰分75kg/m3;5千克/立方米[33];由于對密實混凝土的嚴格要求，實測膨脹深度為550-650mm，預應力梁是大體積混凝土的一部分，結構尺寸大，水熱液高濃度滲碳，升溫快，內外溫差太大，容易產生溫度裂縫，必須從材料來源上嚴格控制。 水泥：高細度P.O42.5水泥，7天水化溫度不超過270kJ/kg，3天水化溫度不超過240kJ/kg;水泥的表面積為300～350m2/kg，選用比表面積較小的水泥。水泥進入攪拌站的溫度不得超過60℃°粉煤灰：以水燒渣為主要原料制備的粉碎粉煤灰，達到或超過S95標準。與表面積不小于4000cm2/g相比，耗水量不超過105%，熱損失不超過5%。粉煤灰：粉煤灰與粉煤灰一起摻入粉煤灰中，粉塵的使用能有效減少單面混凝土中的水泥總量，使混凝土達到要求。 添加劑：特殊的mrt-1緩凝劑加防水添加劑，有效降低濕度25%以上。砂：西河砂（中砂），細度模數2.8，石粉含量3.2%6）石料：玄武巖細粒石料，粒徑5-20mm，連續粒徑，含土量控制0.3%。 由于設施的重要性和現場波紋管鋼筋的強度，在集約作業前，我們模擬鋼筋和波紋管的實際配置，進行自密封試驗，通過鋼筋檢查其運動、穩定性和混凝土骨料。波紋管的間隙特性。

結論：

從宏觀的角度，通過對我國裝配市場的研究，我們發現，認為產品研發的裝配整理體系是一個相對分散的國家。事實上，我們沒有完善的裝飾和研究裝配系統。本文研究了一種基于CSI系統的改進裝配維修系統，但CSI系統不是裝配和裝飾，基本上，支撐和填充物是挖掘整個住宅生命周期價值的一種手段，實現住宅可持續發展和系統建設。目前，產品裝配與維護、研發、生產都掌握在一家小型建材生產企業手中，一般由于缺乏單一品種開發生產的研究、完善和生產體系，一般難以形成產業管理模式。對外開放，集團擁有超大工業企業，并開發生產建材、各類建材、化工建材系列，產品具有創新的生產能力改造和規劃能力，而我們的小型建材制造商也無法實現。

在微觀層面上，我們的裝配和整理還沒有深入研究。裝配裝飾部是一種高度集成的建材，整體要求各種性能，工廠是通過最簡單的裝配來進行最大的預處理和現場施工。中國一體化大會的這些要求在部的組裝和裝飾中沒有得到深刻體現，許多建筑部分或采用傳統技術進行。

參考文獻：

[1]席作浩.大跨預應力混凝土結構設計與施工關鍵技術研究[D].青島理工大學.

[2]葛歡.大型綜合物流園預應力混凝土結構設計與施工——以深圳某大型綜合物流園為例[J].技術與市場，2011，18（6）：41-43.

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