无粘结预应力在超长混凝土结构裂缝控制中的分析应用

杨向阳厦门建弘装修工程有限公司（361000）



无粘结预应力在超长混凝土结构裂缝控制中的分析应用

杨向阳
厦门建弘装修工程有限公司（361000）

摘要：结合工程实例，对不留设施工缝的诸多施工方法进行了详细分析，并在结构温度应力计算的基础上，详细阐述了预应力混凝土技术解决超长不设永久伸缩缝混凝土结构开裂的问题，对无粘结预应力施工技术要点进行了深入探讨。

关键词：无粘结预应力；混凝土结构；超长结构；伸缩缝；张拉

1　工程概况

某高层建筑地上20层、地下2层，总高68 m，建筑面积48 652 m2。其平面尺寸长94.5 m、宽51 m，框架剪力墙结构，地下室墙板、底板混凝土强度等级为C35，二层以下剪力墙、柱混凝土强度等级为C50、三至六层剪力墙、柱混凝土强度等级为C40，六层以上剪力墙、柱及所有梁、板混凝土强度等级均为C35，不设永久性变形缝，结构布置如图1。

图1　结构平面布置图

2　混凝土结构温度应力计算与无粘结预应力布筋分析

根据《混凝土结构设计规范》，混凝土结构长度超过45～55 m，结构上要求设置伸缩缝往往与建筑设计上的立面效果和平面使用功能等要求发生冲突；而且伸缩缝的构造处理通常不能与结构构造一起较好地协调而裂开、脱落，造成渗漏，影响使用和美观；而人防地下室则不宜设变形缝。

2.1温度应力计算

利用有限元软件Sap 2 000对各楼层在使用阶段的温度应力进行计算，计算模型楼板用she l单元模拟。梁柱用beam单元模拟，通过降温（取季节性温差30度）计算温度应力，降温后的结构整体变形。通过分析计算，各楼层温度应力如表1。以上温度应力还要根据结构实际所受温度情况加以调整，一层和顶层温差较大，应给予加强，对于地下一层应给予降低。在施工中，由于后浇带的留设，混凝土收缩应力应给予降低。

表1　楼板温度应力（MPa）

2.2预应力计算及布筋

预应力筋只用于承受由温度应力引起的水平方向应力，其他荷载产生的竖向力由普通钢筋承担，故预应力筋布置在梁、板的形心处。地下一层温度应力经调整后取3 MPa，地下一层板厚为130 mm，梁截面尺寸b×h=400 mm×700 mm，预应力钢筋取1 860级φs15.24低松弛钢绞线，σcon=0.7 fptk。

故取板中预应力钢筋间距为350 mm。同理在梁中建立也为3 MPa的应力。

取7根布置于梁截面形心处，同理计算其他梁板。

3　无粘结预应力施工

该工程采用的施工工艺为：梁内为梁筋绑扎→无粘结预应力钢筋铺设→张拉端埋件安装→隐蔽工程验收→安装模板→混凝土浇筑与养护→张拉端清孔装锚具→预应力筋张拉→张拉端切割封头；板内为板底钢筋绑扎→无粘结预应力钢筋铺设→张拉端埋件安装→隐蔽工程验收→绑扎上层钢筋→混凝土浇筑与养护→张拉端清孔装锚具→预应力筋张拉→张拉端切割封头的无粘结后张预应力技术。具体施工技术要点如下：

3.1无粘结筋的铺放

用钢筋支架来控制预应力筋的标高以保证预应力钢筋的位置。安放钢筋支架后穿入无粘结筋，再用铁丝绑扎在钢筋支架上，最后将钢板安装在无粘结筋张拉端。

一般情况下，预应力钢筋布置好后才铺设各种管道，并以预应力钢筋为主。预应力钢筋在靠近承压板处要求无粘结预应力钢筋与承压板垂直，承压钢板与螺旋筋点焊固定（见图2），以此平直段来保证张拉顺利。本工程采用凹入式构造（用塑料穴模或塑料泡沫留洞）、穴模紧贴端模板、承压钢板垂直并与钢筋电焊固定（见图3）的无粘结预应力筋的张拉端位于板端表面处的技术。

图2　无粘结预应力筋固定端构造

图3　无粘结预应力筋张拉端凹入式构造

无粘结预应力筋的塑料套管有无破损是在浇筑混凝土前对无粘结预应力钢筋的重点检查，并对破损处做好修补。对于无粘结预应力筋的标高与设计要求是否一致、张拉端和固定端安装是否妥当、无粘结预应力筋远看是否是一条直线、张拉端外露是否长度足够等问题。应在检查后作记录建档，并于立侧模前纠正到位。

3.2混凝土浇筑

为确保无粘结预应力筋的束形和高度的准确，在浇筑混凝土时，严禁踏压无粘结预应力筋及触碰锚具。漏振和孔洞不允许在混凝土中出现，应振捣密实，尤其是张拉端的预埋承压垫板处。混凝土浇筑后要加强养护，夏季防止水分蒸发，冬季防冻。

3.3预应力张拉及锚固

3.3.1预应力张拉

1）张拉设备

本工程采用YCW-23型千斤顶、ZB-500/400型油泵。千斤顶和压力表应配套校验、配套使用，校验张拉设备用的试验机械测力计精度不低于1.5级，校验时千斤顶活塞运行方向与实际张拉工作时的工作状态一致。校验后的有效期为半年，压力表宜用精度为0.4级的标准（精密）压力表。

2）张拉方法待混凝土达拆模强度时，可先拆除端头模板，清理端部，检查张拉承压钢板上与锚环接触部位的混凝土是否清理干净等。按设计要求，混凝土强度达到设计强度的80％后方可进行张拉，但由于本工程预应力筋均为抗温度筋，经设计人员认可后，张拉可适当提前，有利于混凝土的抗裂。本工程预应力钢筋均为单根一端张拉，张拉控制应力σcon=0.7 fp tk=0.7×1860=1 302 MPa；单根张拉控制力Ncon=σcon·Ap =1 302×140=182.3 kN。预应力筋的张拉程序为：0→0.2 σcon（初读数）→0.6 σcon（中间读数）→1.0 σcon（最后读数）。若千斤顶行程不足，可分两次张拉，张拉程序为：第一次，0→0.2 σcon（初读数）→0.6 σcon（中间读数）；第二次，0→0.6 σcon（初读数）→（最后读数）。张拉次序应对称张拉，对称张拉包括每层预应力筋的对称张拉和每个方向预应力筋的对称张拉，使构件或结构受力均匀。在张拉过程中应避免预应力钢筋断裂或滑脱。当发生断裂或滑脱时，其数量在同一截面严禁超过预应力筋总根数的3％。对于预应力板，其同一截面按开间计算。

3）预应力筋的张拉伸长值

预应力筋理论伸长值△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，在计算梁、板中各预应力筋的张拉伸长值时，梁中预应力筋长度取柱（梁）边距，对梁上张拉端分排布置的预应力筋，其计算长度应加上柱（梁）边至张拉端预应力筋长度；板中预应力筋长度取柱（梁）边距。预应力筋的实际伸长值与计算伸长值的允许偏差为±6％，超出偏差允许值则应暂停张拉，查明原因并采取措施后方可继续张拉。

3.3.2锚固

本工程将QM15-1型夹片锚用于张拉端、QM15-1P挤压锚用于固定端。此类锚具集锚固可靠、互换性好、群锚能力强等优点于一身，可锚同钢绞线，且任意一根钢绞线滑移、断裂均不会影响同束中其他钢绞线的锚固，每根钢绞线均分开锚固的。

为方便施工，需按照最不利的位置、最低强度等级的混凝土设计螺旋箍筋，将承压板与扩大喇叭孔一体化，锚具张拉回缩值应控制在6～8 mm范围内，并不需要另作局部承压验算。预应力筋锚固后，夹片顶面宜平整，错位不大于2 mm。张拉后的无粘结预应力筋应用手提砂轮切割机切除张拉后多余的预应力筋，切除处离夹片不小于30 mm，并应立即进行封端保护。在锚具与承压板表面涂以防水涂料后再用微膨胀混凝土或低收缩防水砂浆密封。封锚混凝土应密实、无裂纹。

4　结论

近一年的时间，本预应力混凝土工程从施工至今，在混凝土梁、板均未发现温度变形裂缝，说明用预应力技术解决超长不设缝混凝土结构的开裂问题是比较真实可靠的。