浅谈预应力混凝土屋架侧向弯曲产生原因及预防措施

浅谈预应力混凝土屋架侧向弯曲产生原因及预防措施预应力混凝土是在第二次世界大战后迫切要求恢复战争创伤、从西欧迅速发展起来的。半个世纪以来，从理论、材料、工艺到土建工程的各种应用，都取得了极其巨大的发展与成就。目前预应力混凝土已成为国内外土建工程最主要的一种结构材料，而且预应力技术已扩大应用到型钢、砖、石、木等各种结构材料，并用以处理结构设计、施工中、用常规技术难以解决的各种疑难问题。尤其是在近几年，钢材价格不断上涨，在大跨度厂房中预应力混凝土屋架明显比钢结构屋架造价低，但预应力结构技术要求高，质量较难控制，本文就某厂房预应力混凝土屋架出现的侧向弯曲，从制作、张拉、吊装进行分析，找出侧向弯曲产生的原因和预防措施。某家具制造车间工程，为独立杯口基础，混凝土柱，预应力混凝土屋架排架结构，纵向34跨，间距6000，横向2跨，间距27000。屋面结构采用27M跨非标预应力混凝土梯形屋架，屋架下弦杆设两道预应力筋，预应力孔道采用金属波纹管，预应力筋为1X7标准型15.2低松弛钢绞线，fptk=1860N/mm2，控制张拉应力为0.65fptk。屋架示意图如下：屋架四榀叠放制作，屋架间批滑石粉作为隔离剂，屋架混凝土强度达到100%进行张拉。张拉完即对索道灌C50水泥浆，浆体达到70%强度有专业吊装公司进行吊装。出现的问题：在翻身过程中屋架出现了侧向弯曲（中间下挂，两端上翘），侧向弯曲在10cm左右，最大达18cm。且在侧放过程中基本无回复。在上吊安装中，在安装支撑、系杆过程中进行侧向弯曲调整，但调整辐度不大，最终安装完毕后还有4~5cm的弯曲值，侧向弯曲最大的一榀屋架还有7.2cm，大于规范的2cm。原因分析：一、从屋架制作过程中分析原材料（钢筋、水泥、砂石料）质量均合格、混凝土28天强度报无合格，且现场回弹也满足设计要求。查看施工日记、隐蔽验收记录、监理日记，模板、钢筋制作、混凝土浇筑均符合设计要求及规范要求。对屋架表面测量，看屋架砖胎模是否有下沉。砖胎模砌在戈壁土上，戈壁土上经过一次压路机的碾压，对未翻身的每叠屋架均进行了测量，屋架中部较两端低1cm左右，可见屋架砖胎模基本未变形。金属波纹管是否在混凝土浇过程中出现上浮，波纹管的固采用焊接井字钢筋片固定，钢筋片的截面同下弦杆的截面，并焊接在主筋上，间距1500设置一片，φ50的波纹管在混凝土中的浮力达到50N/m，虽然出现较大上浮不可能，但可能出现较小的上浮，产生下弦杆两索应力力矩不对称，出现了偏心受压，屋架即朝偏心的一面弯曲。二、从预应力张拉分析预应力钢绞线、锚具均符合要求，从预应力张拉记录，张拉应力符合设计要求。在出现对屋架的下弦杆进行裂缝探查未发现裂缝。四榀叠放屋架从最上一榀逐榀向下张拉，第一个波纹管中的三索钢纹张拉完再张拉第二个波纹管中的三索，在张拉过程中当第一榀屋架的两个波纹管钢绞索后，与下一榀屋架出现的分隔缝不明显，甚至在翻身过程中，个别还需人工剥离。对翻身后的屋架进行观察，隔离面不平整，批的滑石粉厚薄不一，导致屋架与屋之间的粘结力增大，摩擦力变大。在预应力张拉过程中，张拉应力虽然考虑到粘接面的摩擦力，但没有考虑到有这么大，设计应力从第一榀到第四榀逐步增加5%，所以在实际过程中每榀屋架上面的波纹管中的钢绞线应力较下面波纹管应力大，屋架即可能朝应力大的一面弯曲。同时按照折线屋架图集95G415-9，每榀屋中的两波纹管中的钢铰线应分索对称张拉，这可能也是导致张拉不均，朝一面弯曲。三、从弹性力学角度分析对试验屋架向另一面侧身，看是否能恢复平直。对一榀翻身侧立的屋架按翻身时的6点挂索向弯曲背面稍微倾斜约10~15度，屋架在倾斜的过程中恢复平直，并向另一面侧向弯曲，之后将屋架竖直，屋架又朝屋架初始弯曲的一面弯曲，弯曲值有所减少但不明显。试验前和试验后的每个节点处的弯曲值如下图所示：从试验前后的侧向弯曲值相比，反向侧斜后，侧向弯曲可回复一小部分，大部分是不可回复的，可见屋架的弯曲是不可以恢复的。根据弹性力学分析，屋架混凝土在浇筑振捣中，石子下沉，砂浆浮在上面，上现在密度较下面的大，即上面的弹性模量较下面的小，在相同的应下，弹性模量小的一面压缩模量就大，即朝上出向弯曲。四、从翻身、吊装分析根据设计要求，屋架翻身采用6点，加用挂杆，吊索与屋子架的角度不宜小于60度，翻身后的起吊采用4点，吊索与屋架上弦的夹角不宜小于45度。对原先采用吊装方案，由于吊机吊臂高度限制，翻身和起吊的角均达不到设计角度。之后更换大吨位吊车，加长吊索长度，对翻身用的吊杆也进行接长。通过调节器整后，翻身和起吊出的弯曲值有较大减小，最大值均小于等于8cm。可见翻身和起吊吊索与屋架的角度对屋架的侧向弯曲较大五、从屋架的安装固定分析原先安装好的屋架，是先把月牙板焊死在柱顶预埋件上，再把屋架端座较正轴线后即焊在月牙板后，再安装屋架支撑、系杆、屋面板。侧向弯曲的部分要调直，屋架肯定要向两端伸长，而两端焊死肯定无法调直。后来调整安装方案，先把月牙板用螺栓固定在柱顶上，月牙板在柱顶上有一定的活动范围。这样即使有小尺寸的侧弯，通过安装支撑和系杆后就可以调直到规范值以内。结论：通过以上分析，屋架产生侧向弯曲是多方面原因，这些最不利因素集中到一起，屋架就产生了一定尺寸的侧向弯曲。屋架出现的弯曲不影响屋架本身的承载力，但可能出现屋架的整体失稳，针对吊装安装好的屋架，侧弯值大于2cm，在屋架的下弦杆增加水平支撑，增加整体的稳定性。预防措施