浅谈无粘结预应力技术在超长混凝土结构中的应用

■建筑结构　福建建设科技２０１１．Ｎｏ．４　２１　浅谈无粘结预应力技术在超长混凝土结构中的应用　詹德勇（福建省建筑科学研究院福州　３５００２５）　［摘要］超长结构地下室外板收缩裂缝控制是施工的一大难题，本文通过介绍无粘结预应力技术控制收缩裂缝的有效方　法，对类似工程具有一定的参考作用。　［关键词］无粘结预应力　超长结构设计施工　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｏｎ－ｂｏｎｄｅｄ　Ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａ　ｌｏｎｇ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ　ｃｒａｃｋ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｕｌｔｒａ　ｌｏｎｇ　ｂａｓｅｍｅｎｔ　ｏｕｔｅｒ　ｐｌａｔｅ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｍａｊｏｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｗａｙ　ｏｆ　ｎｏｎ—ｂｏｎｄｅｄ　ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｃｒａｃｋｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｖａｌｕｅ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ．．ｎｏｎ－－ｂｏｎｄｅｄ　ｐｒｅ－－ｓｔｒｅｓｓｅｄ；ｕｌｔｒａ　ｌｏｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｄｅｓｉｇｎ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　近几年，随着这几年我国经济发展，政府对基础建设投入　架结构，建筑共有１２栋，地上３１层，地下２层。地下室柱网　的增加，高层建筑的大量涌现，高层建筑超长地下室混凝土结　基本为８ｍ×８ｍ，地下室整体平米尺寸为１６８ｍＸ３５９ｍ。Ｘ、Ｙ　构越来越多被广泛应用。对于超长混凝土结构，若采用普通　方向多跨连续布置不设缝，属于超长混凝土大板结构。　混凝土结构，很可能由于普通混凝土收缩产生温度应力而导　３．２设计原则　致混凝土开裂。那么裂缝会使地下室产生渗漏水，影响其正　设计中，考虑把预压应力控制在０．８～１．２ＭＰａ左右，即　常使用，对于超长结构混凝土的裂缝控制已经成为许多工程　可抵消大部分温度应力，仅在结构中产生≤０．５　ａ的次拉　中最感棘手的问题之一。　应力，小于Ｃ３Ｏ混凝土抗拉强度标准值（ｆ，ｋ一２．Ｏ１ＭＰａ）。　１超长地下室混凝土收缩裂缝产生原因与分析　３．３预应力筋布置　与混凝土收缩有关的因素有很多，如混凝土中的用水量、　设计考虑使用１８６０Ｍｐａ高强度低松弛无粘结预应力钢　水泥用量及水泥品种，混凝土骨料的物理性质和最大粒径、养　筋，张拉应力控制在０．７　，超张拉３　，混凝土强度为Ｃ３０。　护条件等等，混凝土自身收缩也是混凝土收缩的一个主要来　预应力布束间距为５００ｍｍ，Ａｐ一１４０ｒａｍ２，直线布束，预应力　源。混凝土在逐渐散热和硬化过程中会导致其体积的收缩，　筋位于板中（ｈ／２板处，ｈ为板厚）；预应力筋长度在３０ｍ以　对于大体积混凝土，这种收缩更加明显。如果混凝土的收缩　内，采用单端张拉；当预应力筋的长度为３０￣６０ｍ时，采用两　受到外界的约束，就会在混凝土体内产生相应的收缩应力，当　端张拉。３．４预压应力校核：室外地下室顶板有２５０ｍｍ与　产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混　３００ｍｍ厚两种板厚，取ａ　一１０００Ｎ／ｍｍｚ。　凝土中产生收缩裂缝。　当板厚ｈ一２５０ｍｍ时：　２超长地下室混凝土温度应力分析　等效板厚ｈｅ＝２５０＋３００×（７Ｏ０—２５０）／８０００＝２６７ｍｍ预　考虑整体温度变化的作用，认为结构在大气中温度均匀，　压应力一Ｏｐｅ　Ａｐ／（Ｓ・ｈｅ）一１０００×１４０／（５００×２６７）一　结构随大气温度变化而变化，因大地温度变化小，近似恒温，　１．０４９ＭＰａ。当板厚ｈ一３００ｍｍ时：等效板厚ｈｅ　３００＋３００　因此可认为地下部分结构温度保持恒定，可不考虑温度作用　×（９Ｏ０—３００）／８０００　３２３ｍｍ预压应力一ｏｐｅ　Ａｐ／（ｓｏｈｅ）＝　的影响。还要考虑混凝土收缩的当量温差。混凝土收缩是一　１０００×１４０／（５００×３２３）一Ｏ．８６８ＭＰ。　种随时问而增长的变形，结硬初期发展较快，以后增长较慢，　以上验算均满足要求。　两年后趋于稳定。最终收缩应变ｅ约为（２０－－４０）×１０一。　４超长结构混凝土温度应力的无粘结预应力钢筋施工要　３超长结构混凝土温度应力的无粘结预应力设计　点。　设置后浇带等方法进行裂缝控制只能解决部分早期收缩　４．１无粘结预应力工程材料　应力及裂缝控制的问题。相对这些措施，采用施加预应力的　①预应力筋　方法则是个相对简单有效的方法。当前这种超长结构技术的　使用１８６０级￣）ｓ１５．２高强度低松弛预应力钢绞线，质量　应用大多采用部分预应力形式，即预应力筋与普通钢筋结合　应符合ＧＢ／Ｔ　５２２４—２００３６预应力混凝土用钢绞线》标准要　使用，共同抵抗温度收缩变形，这种技术的采用是一种更加合　求。预应力筋钢材进场后应立即按供货组批进行抽样检验。　理经济的措施。现以下面工程实例对无粘结预应力在超长结　力学性能：抗拉强度：ｆＤ　ｋ≥１８６０Ｎ／ｍｍ２，延伸率：６００≥　构中的应用进行讨论。　３．５％。　３．１工程概况　②预应力锚具及挤压套　福州江南水都６Ｂ地块，工程建筑面积约为２７００００ｍ２，框　锚具采用夹片锚，锚具进场时应有生产厂家出厂合格证　明，并经有资质的检测机构，按照国家标准《混凝土结构工程　作者简介：詹德勇（１９８１．３－－），男，大学本科，土木工程专业，主要从事　施工质量验收规范》（ＧＢ５Ｏ２Ｏ４—２０ｏ２）经外观、硬度复检合格　预应力分项工程设计及施工。　后方可使用。固定端采用Ｐ型挤压锚，下料后即可在挤压机　２２　福建建设科技２０１１．Ｎｏ．４　②预应力张拉：　■建筑结构　上成型。当工程使用量较大时可随机一次取样三根对其做　挤压套组件抗拉试验，抗拉试验值应大于钢绞线极限破坏值。　４．２无粘结预应力施工工艺流程　张拉时采用应力控制法，按照设计张拉力标定千斤顶和　高压油泵，作到表、千斤顶配套，不混用。涨拉时用钢绞线伸　长值来进行检验。预应力混凝土强度达到设计强度时，方可　由于超长　昆凝土大板结构面积较大，需要划分施工段分　段施工。考虑到预应力筋穿束总是落后于钢筋绑扎，为了保　证预应力施工能够及时完成，施工段的划分必须充分照顾到　预应力施工，预应力铺设同钢筋绑扎及模板支撑系统施工流　水进行。　无粘结预应力组要施工流程：　预应力分项工程施工准备一支板模板一绑扎底筋一穿无　粘结预应力筋一放置马凳并用铁丝固定一固定端定位焊接一　进行张拉。张拉应有同条件养护试块的试压报告。安装锚具　前必须把张拉端埋件清理干净；锚具安装时，锚板应对正，夹　片应打紧，且间隙要均匀；安装张拉设备时，千斤顶张拉力的　作用线应与预应力筋末端的切线重合；张拉时，要严格控制进　油速度，回油应平稳；张拉过程中，应认真测量每束预应力筋　的油压表数及伸长值，并作好记录。张拉完毕后，用手提砂轮　锯切除外露多余预应力筋，切除后露出夹片的钢绞线长度不　张拉端定位焊接一绑扎面筋一隐蔽工程验收一浇筑混凝土一　混凝土养护，搭设张拉脚手架一混凝土达到设计强度后，安装　宜小于预应力筋直径的１．５倍，且不宜小于３０ｍｍ。然后清　锚具、张拉预应力筋并锚固一切割外露多余钢绞线一锚具防　除杂质涂以环氧树脂胶泥防水防锈保护。　腐处理一端部细石混凝土封堵。　６结语　施工流程操作要点　现该工程已完工，经过一段时间营运后，到目前为止，未　①无粘结筋的铺放：　发现有明显裂缝出现。以上的预应力措施对防止和减轻收缩　无粘结预应力筋支托按照图纸间距、矢高，马镫固定。要　裂缝非常有效。本文结合实际工程，应用了无粘结预应力筋，　求位置准确，要求牢靠。无粘结筋与锚垫板垂直。在板面张　进行补偿收缩应力，并分析讨论了具体的预应力施工技术措　拉的板预应力筋采用泡沫留孔。混凝土应振捣密实。尤其在　施，取得良好效果，希望本工程能对类似工程提供一些参考价　张拉端部，钢筋密集，混凝土浇注施工时更应加倍注意。必要　值。　时可适当减小混凝土石子粒径或采取其它合理的措施解决。　参考文献　张拉端布置如图１：　［１］王干、赵建忠、李应权．超长地下室结构的无缝设计及施工技术措　施ｒＪ］．结构工程师，２００５，２１（６）：６８—７１．　［２］中国建筑科学研究院．混凝土结构设计规范ＥＭ］．中国建筑工业　一一　出版社，２００２，１１２—１１３．　［３］别怀庆、阮兴群．超长建筑结构设计及施工的几点体会口］．安徽　建筑，２００５，（５）：６３—６５．　Ｉ４］顾渭建、张兴彦、张鏖．ＲＣ高层建筑超长结构屋盖温度场的理论　分析口］．土木工程学报，２００５，３８（９）：６１—６７．　图１无粘结预应力张拉端单孔夹片锚图　（上接第１７页）　满足《民用建筑可靠性鉴定标准》的要求，显著影响承载能力，　及左右各一道檩条通过螺栓通长锚固在屋架上弦上，屋脊两　应采取加固处理措施，改造加固后，后续使用年限宜不多于　侧第一节位置间隔设置垂直支撑及下弦通长水平串木，支撑　３Ｏ年。　布置基本满足我省《钢木屋架》图集要求。木屋盖两端第一开　８结语及讨论　间檩条直接插入山墙的锚固做法、节点檩条与木屋架上弦未　该类建筑中二层看台的抗倾覆验算是本次鉴定重点之　通过螺栓锚固或锚固螺栓无螺帽或漏拧的做法以及垂直支撑　一，有利条件是该建筑委托方已明确二层看台不再使用，座椅　交叉点未用螺栓加木垫块系紧的做法不满足我省《钢木屋架》　已全部拆除，因此使用荷载大大降低，通过ＰＫＰＭ软件电算　图集要求。　确保看台另一侧的框架柱在各种荷载工况下，包括地震组合　５．４木屋盖结构安全性鉴定　柱底截面不出现拉力，以保证抗倾覆验算通过。另外，不同结　综合以上检测鉴定结果，该建筑木屋盖结构安全性等级　构体系、建筑材料之间的连接也是本次安全性鉴定的重点。　评为Ｃｕ级，对木屋架端节点的防腐、在柱顶锚固及支撑系统　参考文献　杆件的锚固应采取相应的整改措施。　［１］四川省建筑科学研究院．ＧＢ５０２９２－－１９９９民用建筑可靠性鉴定标　６地基基础检测及鉴定　准［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，１９９９．　现场检查上部墙体无明显沉降裂缝，倾斜度观测表明除　［２］中国建筑科学研究院．ＧＢ　５００２３－－２００９建筑抗震鉴定标准［ｓ］．　一点外，倾斜度值均未超出《民用建筑可靠性鉴定标准》限值，　北京：中国建筑工业出版社，２００９．　倾斜方向也不具有明显的一致性。该建筑已使用２Ｏ年以上，　［３］中广电广播电影电视设计研究院．ＪＧＪ５８－－２００８电影院建筑设计　地基变形已趋于稳定，根据以上检测、鉴定结果，间接评定该　规范Ｉｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００８．　建筑地基基础的结构安全性等级为Ｂｕ级。　Ｅ４］哈尔滨工业大学．ＧＢ５０２０６—２００２木结构工程施工质量验收规　范［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００２．　７结构安全性鉴定评级　［５］施楚贤．砌体结构理论与设计［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，　综合上部砌体结构、混凝土结构、木屋盖结构及地基基础　］９９２．　的检测鉴定结果，该电影院结构安全性等级评定Ｃｓｕ级，不