对某工程预应力施工及应用探讨

　　摘要:本文通过实例工程,介绍了预应力技术在高层建筑结构中的应用,并从预应力施工的角度探讨施工过程中可能遇到的问题及其解决措施,供大家参考。
　　关键词:预应力技术;高层建筑;施工
　　1前言
　　预应力结构具有许多独特的优点,它克服了普通钢筋混凝土结构易开裂、自重大、高强钢材发挥不充分等缺陷,因此在高层建筑大跨度及抗裂要求严格的结构中得到了广泛应用,部分预应力混凝土理论及其应用已在该领域确立了主导地位,通过配置一定数量的非预应力钢筋,可以调整预应力强度比和延性,改善裂缝分布,满足使用阶段和抗震性能两方面的要求。
　　高层建筑中常用的预应力结构形式为无梁平板结构和有梁大板结构等,无梁平板结构除保留楼板周边必要的边梁和局部少数有隔墙处及洞口边缘的梁外,室内明梁全部取消,仅在必需处设置暗梁以改善楼板的受力性能,每单元整个室内顶板为一整块的平面;而有梁大板结构是在柱子之间布设明梁,大板上布置隔墙,在使用上与无梁平板结构相似。
　　2工程概况
　　某高层商住楼设计为30层的中筒框架剪力墙结构,设有3层地下室和4层裙楼,结构转换层设在4层,5～30层为标准层,平面尺寸46.0m×24.6m,单层建筑面积975㎡,楼板厚120mm,转角及柱位均设有短肢剪力墙。主梁最大跨度7.8m,许多次梁和个别大梁难免出现横穿住户房间的情况,最大室内明梁梁高达700mm,给使用造成明显的不便。
　　在施工过程中,业主与设计决定将主体结构转换层以上7～31层标准层楼板改为有粘结预应力大板结构。但因主体结构已施工至5层结构转换层,故必须对比原设计进行可行性、安全性等各方面的评估和验算,对综合技术经济指标进行分析,通过论证最终确定了变更方案。
　　变更方案取消了所有的室内明梁,仅保留了主户分隔墙所在的主梁及外墙圈梁,预应力板作为主要的横向受力构件,板厚200mm(局部160～190mm),预应力筋按楼板所受的计算应力曲线布置,L=7～26m,均为一端固定一端张拉,张拉端设于中筒剪力墙内侧及外墙圈梁外侧。预应力张拉采用双控制,即应力控制和伸长值校核,计算伸长值由设计方给出,张拉伸值在计算值-5%～+10%之间,设计控制应力fcon=0.75fptk。
　　目前我国预应力混凝土建筑设计和施工规范尚未完善,特别在高层建筑领域,常常把普通钢筋混凝土设计准则套用到预应力混凝土结构中,这一点有关规范尚未涉及,由于本工程过多地考虑了地震内力对结构的影响,以及裂缝对建筑耐久性的危害,单层楼板普通钢筋含量虽有所减少,但整体含钢量并未降低,使工程造价略有提高。
　　3预应力技术在施工的应用
　　预应力结构与普通混凝土结构相比,在施工领域更受欢迎,尤其是高层建筑在施加预应力后楼板模板就可拆除,施工方便且速度快。本工程采用预应力混凝土平板结构,取消了许多梁,模板用量明显减少,安装更简单方便,楼面结构普通钢筋用量将减少,且其中大多是绑扎费时费力的梁钢筋,平板钢筋绑扎快捷方便,预应力筋与普通筋可交叉绑扎,可节省施工时间。
　　当混凝土强度达到设计值的75%时即可进行预应力筋张拉,张拉过程中可照常进行上一层楼面的施工,张拉完成后即可拆除模板,而预应力张拉不占施工工期,节省了时间,预应力平板的施工速度快于一般梁板体系,这与常规想象有很大的不同。由于预应力无梁结构施工可节省人力、模板和辅材,模板周转快,施工周期短,故施工单位更乐于进行这种结构的施工。本工程所用预应力材料及施工要点为
　　⑴预应力选材
　　预应力筋为高强低松弛钢绞线(fptk=1860MPa1000h松弛损失小于2.5%),波纹管(预应力筋预留套管)采用扁型波纹管(bh=60×19);锚具采用OVM系列夹片式锚具,符合一类锚具要求。
　　⑵预应力施工
　　预应力筋开料准确,防切防焊;防止波纹笡变形、移位、穿孔或烧伤;预应力筋张拉必须在混凝土强度达设计值的75%后进行,张拉过程中关键要进行双控制;预应力筋的孔道灌浆应保持0.3～0.5MP的压力并稳压5min。
　　4施工中的问题及解决推施
　　4.1常见质量问题分析
　　预应力施工中常见的问题主要是张拉过程中的断丝或滑丝现象,应根据不同情儵采取有效的解决方法,如处理不当则会影响结构的安全和质量。通常张拉中发生断丝的主要原因如下:
　　⑴预应力筋力学性能不合格,表面锈蚀或存在其它导致截面减小的缺陷;
　　⑵锚具夹片硬度过高,齿高也过大,稍有偏控就造成刻痕过深而较易发生断丝现象;
　　⑶钢锚垫板喇叭筒较细且较长,端部也较锋利,连接稍有不顺则张拉时就可能造成预应力筋损坏,而铸钢制垫板喇叭筒则较粗短,端部与孔道用内插式连接,故应尽量选用铸钢锚垫板;
　　⑷锚板喇叭筒、锚板、锚环及千斤顶不同心,造成偏拉,受力不均;
　　⑸张拉过程控制不严,张拉力过大而导致断丝
　　4.2本次工程中的质量问题及解决措施
　　⑴在21层预应力筋A-1张拉施工中,当千斤顶施加压力至36MPa时,受拉的1条钢绞线突然发生断裂,导致7股钢丝中的3股被拉断,断口位置离张拉端锚具约10cm,设计允许最大控制应力为钢绞线应力标准值的75%。
　　经调查分析,在张拉机具正常使用的情况下,千斤顶施加压力控制在有效范围内,钢绞线所受拉应力未达到标准应力的70%,且未发现锚具滑丝现象故可排除超张拉的因素。又经检测机构进行同炉号钢绞线和现场取样钢绞线检验,结果表明预应力筋的机械性能符合国家标准,可排除钢绞线材质因素较大的可能是在水电预埋和电焊过程中,由于疏忽了隔离防护,对钢绞线造成了局部损伤。
　　其补救处理方法如下:①在张拉端逐根使3束钢线松弛,取出预应力筋A-1的锚具,将3束钢绞线全部报废;②在固定端将钢绞线锚固范围的混凝土凿除面积约400×1000,深约150mm;③采用钢绞线电焊对接方法,使报废的钢绞线被拉出波纹管的同时,新换的钢绞线能顺利穿入波纹管并留长1m④重新安装锚固端后,在固定端浇筑混凝土并振捣密实;⑤在混凝土强度达设计值75%后重新张拉。
　　⑵在本工程预应力张拉过程中,我们发现张拉长度小于10m的预应力筋,在同等张力的情况下,其实际伸长值普遍超出计算值的上限;长度在10～18的预应力筋实际伸长值在设计值内;长度在18m以上的预应力筋实际伸长值小于计算值的下限。分析其原因,有以下几种:
　　①理论伸长值计算公式(见规范,略)中参数取值不合理,如弹模Es、预应力筋面积Ap在计算时的取值与钢束的实际值有差异,特别是弹模影响较大系数K、m(K为每束孔道局部偏差对摩阻的影响系数;m为预应力筋与孔道移之间的摩擦系数)按规范取值,但可能与实际情况有差异。
　　②管道偏离设计位置,由于施工中定位不准或固定不牢等原因,可能导致管道位置与设计不符,即实际LT、q与计算值有差异,若相差较大则可能使伸长值产生异常。
　　③管道弯折变形、孔道截面缩小或因波纹管破损而漏浆,造成钢束与混凝土握裹,都会导致实际摩阻力大于计算摩阻力,使实测值变小。
　　④张拉千斤顶、油表等张拉设备未经校正或已过有效期,或在有效期内发生异常而未重新校正,或计算数据有误等。
　　⑤在记录测量伸长值时标记不准确或读数不准,因操作失误使实际施加应力不足或超过规定值
　　⑥实测伸长值△L=△L1+△L2,式中△L1、△L2分别为从初始应力至最大张拉应力间的实测伸长值(cm);△L2为初应力前的推算伸长值(cm)。施工中往往由于经验不足而漏算△L,造成实测值偏小。
　　其处理措施是当发现伸长值出现异常时,应立即停止张拉施工并查找原因,采取相应的处理措施后才可继续进行张拉,切不可草率处理或不做处理就进行割丝、压浆施工。至于实际施工中预应力孔道摩擦力影响因素,还值得进一步研究探讨。
　　5结束语
　　预应力技术是在工程实践与探索中不断发展进步的,本工程采用预应力无梁大板结构技术,是该技术在高层建筑中应用的成功实例,可为解决同类施工过程中遇到的问题提供借鉴和参考。

《对某工程预应力施工及应用探讨》

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