大跨度预应力混凝土结构施工过程中应力监测与分析

大跨度预应力混凝土结构施工过程中应力监测与分析

0施工质量问题在大型建筑面积的建设中，预制混凝土技术是最常见的应用。该工艺相对成熟，具有明显的节约材料、扩大结构范围、减少结构重量、提高使用功能、充分考虑等优点。但其中存在一些普遍性问题和通病,往往被忽视,解决不好会给工程带来隐患,比如预应力专业施工单位与设计前期配合问题;预应力专业施工与土建施工配合协调问题;预应力张拉质量;灌浆质量问题;应力损失监测等。因此,加强大跨度预应力混凝土框架梁结构施工技术与施工过程中的应力变化监测对于保证施工质量具有很强的理论与现实意义。1预应力框架设计湖南某办公综合楼工程,地下1层,地上13层,其中在4、5层布置大型会议厅,为抵抗上部柱传下的集中荷载的作用,设计有5榀预应力框架梁,为后张有粘结预应力体系,预应力情况具体见表1,曲线图见图1。2预制结构梁施工技术2.1预应力筋安装端部铁件安装本工程预应力施工工艺流程为:铺梁底模→绑扎梁非预应力筋→划预应力筋曲线坐标→焊预应力筋曲线支架→排放波纹管→穿预应力筋→安装端部铁件→隐蔽工程验收→支梁侧模→梁侧模→预应力筋张拉→外露切割→灌浆→端部封裹。2.2道采用波纹管成孔本工程预应力筋采用高强度低松驰钢绞线(Φ315.24),强度级别fptk=1860MPa,锚具采用OVM15-7型群锚。预应力孔道采用Φ65型波纹管成孔。在非预应力筋骨架绑扎定位后按设计要求的曲线坐标划出各支架的标高,将支架钢筋(用Φ10钢筋制作)焊接在箍筋上,支架间距1.0m,然后将波纹管排放在支架上并用扎丝绑扎固定,波纹管接头用大一号波纹管,接头连接好后必须用宽胶带将接头处封裹,以防浇筑混凝土时水泥浆漏入波纹管内。穿束在波纹管预埋后、混凝土浇筑前进行,采用人工穿束,穿束时预应力筋前端套上塑料“子弹头”,以免扎破波纹管。2.3混凝土应注意事项浇筑混凝土时,避免振捣棒直接撞击波纹管,以免振坏波纹管,造成漏浆。混凝土必须振捣密实,特别是钢筋密集区、张拉端尤应注意。在梁混凝土浇筑过程中及完毕后2h内,应间隔一段时间将预应力梁的钢绞线来回抽动,以免万一波纹管内漏浆造成以后对预应力筋张拉及灌浆不利的影响。2.4确定后张拉时混凝土强度每个预应力工程的张拉都应根据设计图纸及工程特点制定具体的张拉方案,包括张拉控制应力、张拉力、张拉机具配置、张拉程序、顺序、次序等。以本工程为例,若预应力一次张拉到位,在上部集中荷载未完全加上的情况下会使预应力产生的反拱过大,对结构不利;若上部集中荷载全部加上后一次张拉,由于粱中尚未建立有效的预应力,就会导致梁受载过大而开裂。因此根据设计建议,实际张拉中分两批张拉;浇完上层楼面混凝土后张拉每榀粱的上排折线束,浇完层面混凝土后再张拉其余各束。张拉时混凝土强度要大于80%的设计强度,且上层混凝土强度达到C15。本工程粱两张拉端外还有框架粱,且不允许在板面开设张拉洞口,预应力钢绞线的张拉只能在梁底进行,且操作空间狭小,因此无法采用YCW150型穿心式千斤顶整束张拉,考虑到梁跨度不大,预应力曲线为直线和折线,且折线角度很小(最大为7°),因此采用YCN-23型前卡式千斤顶配备高压中油泵逐根进行张拉,但为防止一束中张拉伸长值离散大而影响有效预应力的建立,正式张拉前用千斤顶将每根松驰的钢绞线在较低的张拉力下(不超过0.1σcom)顶紧一下,张拉过程中进油回油平稳缓慢,密切注意每根钢绞线的张拉伸长值(特别是开始几根和最后几根),若发现异常应及时调整张拉工艺,保证有效预应力的建立质量。张拉程序为:0→0.2σcon(初读数)→1.0σcon(最后读数持荷三分钟)→锚固。张拉控制应力σcon=0.7fptk=1860×0.7=1302MPa,则每根钢绞线的张拉力为:F=1302×140=182.3kN,张拉顺序严格按设计要求进行张拉,均采用两端张拉。预应力张拉采用应力应变双控法,即应力控制(油压表读数),同时校核预应力筋实际伸长值。本工程预应力张拉实测伸长值与计算值相比均在规范规定的+10～-5%范围内。2.5孔道压浆和水泥浆、流动管、泌历史预应力孔道灌浆是一个隐蔽工程,无法验收。有的施工队伍缺乏对灌浆作用的了解,不留置泌水管,灌浆配台比随意性大,凭经验配制,二次灌浆不做。本工程在波纹管铺设时就在跨中及两端支座附近设置灌浆管、泌水管(伸出板面30cm)。在确认预应力张拉无误后,即对孔道进行压力灌浆。水泥浆用32.5R级普通硅酸盐水泥配制,外加剂选用JM-Ⅲ型高效减水剂,此种外加剂有减水早强效果,配制的浆液流动性、和易性好,灌浆方便密实性好。配合比为水泥∶水∶JM-Ⅲ高效减水剂(重量比)=1∶0.35∶0.07。灌浆采用灰浆泵进行,灌浆压力为0.5MPa～0.6MPa,从跨中灌浆管灌入,直至支座处、锚垫板处冒浓浆为止,间隔一段时间后进行人工二次补浆,以上措施的实行大大保证了灌浆质量。3预应力张拉阶段监测为了解实际预应力张拉施工是否与设计意图及施工规范要求相符,本工程选择两根预应力梁进行预应力张拉阶段的监测试验。监测内容包括预应力摩擦损失、锚具内缩及梁的综合反拱值。3.1试验结果lm理论应力摩擦损失参照《现代预应力混凝土施工》推导的公式计算,计算结果见表2。σcon=0.7fptk=1860×0.7=1302MPa孔道偏离影响系K=0.0015,预应力筋与孔道之间摩擦系数μ=0.25σ被=σcone-(KLT+μ∂)摩擦损失σ12=σcon-σ被测试方法采用压力表法,在两端设置千斤顶,锚具不上夹片,一端为张拉端,另一端为被动端。当张拉端达到控制应力后,读出被动端油压表读数,对照千斤顶被动校验曲线,查出被动千斤顶的拉力实验值,从而确定孔道摩擦损失,试验结果见表3。由表3与表2比较,实测摩擦损失略小于理论摩擦损失,表明设计选用的参数合理可靠,预应力施工与设计意图相符,铺束质量较好,浇筑混凝土过程中孔道基本未漏浆,且来回抽动钢绞线的措施较为有效。3.2内卷积检测实测锚具内缩值4mm～5mm,与规范要求的5mm较为接近。3.3总支异体积在KL2b、KL3b梁跨中布置百分表,测试在预应力恒载作用下的综合反拱值见表4,可见预应力的效果十分明显。3.4预应力值的确定根据实测结果及分析,本次测试的两根预应力的梁的施工、预应力筋的布置、张拉工艺满足规范的要求,建立的有效预应力值与设计要求基本相符。4结合粘接预制构件的施工和其他施工的协调配合4.1制订预应力节点施工图由于种种原因,业主或总包单位有时直到预应力梁钢筋骨架成型时才确定预应力施工单位,这将会人为加大预应力施工难度。建议尽早确定预应力施工单位,使其有充裕的时间对设计图纸中预应力部分加以深化具体,编制切实可行的预应力施工方案,绘制预应力节点施工图(如图2,设计人员往往不考虑这一点),针对预应力与非预应力之间可能出现的矛盾,在不影响结构的前提下,提出调整方案(如部分柱主筋移位保证锚垫板安装的准确位置,梁支座负筋锚固处内缩150mm保证锚具内陷式作法等),以上都应与设计人员协商并得到认可,最好以设计变更或说明的形式发给土建总包方按此施工。这样做将预应力与非预应力可能产生的矛盾在施工前预先解决,既能保证设计人员预应力设计意图的实现,又可避免不必要的返工和对结构的不利影响(如柱主筋被迫移位、梁支座负筋锚固处切断重新焊接等)。4.2走向范围内桂中帽筋绑扎预应力施工单位在预应力施工方案中还应对土建施工提出配合要求,比如在波纹管走向范围内桂中箍筋先套人不要绑扎,以免妨碍波纹管的穿入及定位;梁中腰筋的S形拉结筋待波纹管穿人定位后再放置绑扎等。这些工序的简单调整既可以保证预应力筋的准确位置,大大降低预应力施工难度,又可减少非预应力施工中不必要的返工。5预应力钢绞线的施工,可以降低混凝土施工过程中的不利影响(1)设计单位、土建施工单位与预应力专业施工单位前期配合非常重要,必须将预应力与非预应力施工的矛盾预先在施工前解决,从而保证预应力施工质量。(2)绘制节点详图既方便预应力施工,又可降低对非预应力方面的不利影响。(3)对两端张拉的预应力梁在浇筑混凝土时来回抽动钢绞线,可大大减小孔道漏浆对以后张拉灌浆的影响,是一种有效措施。(4)钢绞线群锚体