大跨径建筑连续梁预应力施工技术研究

大跨径建筑连续梁预应力施工技术研究

初红

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摘要:根据实际工程的需要,采用有限单元法对结构的优选方案进行了计算分析,给出了各工况下结构上的应力和位移分布规律,分析结果表明,采用大跨度预应力混凝土楼盖主梁结构是经济合理的,能够满足工程要求。

关键词：大跨径；建筑工程；施工；技术

引言

随着我国建筑业的迅速发展,大跨度的预应力钢筋混凝土框架结构得到了广泛的应用。如何对预应力钢筋混凝土结构进行准确的受力分析?并为结构设计提供坚实的理论依据。各国学者进行了深入的研究,有限单元法的诞生,为解决这一问题提供了—条有效的途径。

1 结构方案的确定

1.1建筑方案

某单位四层附属综合办公楼工程,作为会议和办公设施。其中位于办公楼四层的会议室建筑面积518.7m2,平面长27.3m,宽19m,能容纳260~300余人。考虑到会议室的功能要求,应采用跨度为19m的大跨度框架梁楼盖结构。对于大跨度框架梁楼盖结构的选择,可以考虑型钢混凝土组合结构、钢筋混凝土析架结构、预应力钢筋混凝土结构、普通钢筋混凝土密肋梁板结构等。
    但在方案比选中考虑到:①业主要求综合楼的屋面可作为职工休息时间的活动场所,因此,不能采用较大的坡度的屋面形式。而且对受力主梁的挠度变形要求比较高,在这种情况下,就不能选用钢筋混凝土析架结构。②若采用普通钢筋混凝土密肋梁板结构,跨度为19m,为满足挠度及裂缝宽度限值的要求,梁将具有很大的横截面高度，这就很难满足会议室内部上空的净高和美观要求。③如果采用型钢混凝土组合结构,屋面楼盖采用压型钢板混凝土组合楼板,那么在结构原理上,是比较合理的。但与采用预应力钢筋混凝土结构相比钢材的使用量比较大,建筑成本较高[2]。综合以上的分析,框架主梁采用后张法有粘结预应力结构,框架主梁的截面为400mm×1200mm,次梁的截面为300mm×600mm,楼板厚度为100mm,柱子采用普通钢筋混凝土结构,截面700mm×700mm,具体的结构布置及计算模型。主、次梁、柱结点处混凝土强度等级采用C40,柱的混凝土强度等级采用C30。

1.2构造要求

框架主梁支座及跨中非预应力筋均采HRB335级,直径为25mm ,通长设置。预应力筋按双束设置一端张拉张拉端分别设在梁的两端。预应力筋的孔道采用预埋70波纹管来实现,预应力筋在梁内按束布置,锚具采用OVM锚具系列。张拉并灌浆完毕后,用C30混凝土进行封闭保护。为保证预应力筋的孔道可以顺利通过梁柱结点并准确定位,柱纵筋布置成双排,在满足规范要求的前提下,增大纵筋的间距。
2 结构计算模型
2.1单元选择
    在对大跨度有粘结预应力混凝土楼盖主梁结构进行分析时,混凝土主梁、次梁、柱和楼面板采用8结点的等参块单元来模拟,预应力钢筋采用2结点的杆单元来模拟,由于模拟有粘结预应力钢筋,要求杆单元的结点位移同块单元结点位移协调,即两种单元共用结点。
2.2荷载与工况

作用在楼盖上的荷载包括自重(梁板自重、面层及吊顶自重),人群荷载取3.5kN/m2,地震作用。由于建筑的设计使用年限为50年,建筑结构的安全等级为二级,抗震设防烈度为7度,设计地震分组为第一组,抗震等级为三级,采用拟静力法计算,设计基本地震加速度为0.1g。

本设计和计算考虑如下3种工况:工况1,自重+预应力;工况2自重+预应力+人群荷载;工况3,自重+预应力+人群荷载+地震作用。
3.3预应力损失计算
主梁预应力筋采用低松弛高强度钢绞线,每束钢绞线为6×715。强度标准值fptk=1860MPa,张拉控制应力aCon=0.75 fptk=1395MPa。主梁两束预应力钢筋采用一端张拉,其预应力损失分为两批。
3 计算成果分析

3.1应力分析

通过对该预应力混凝土楼盖结构的分析,得到了各工况下结构第四层主梁、次梁和楼板上的应力分布情况。

结构的最大拉应力出现在主梁上,虽然最大值达到了2.97MPa,但这只是出现在主梁下边缘非常小的局部范围内;结构主要部分的拉应力都在材料允许范围内。其最大压应力出现在主梁或次梁上,混凝土的抗压强度能够满足要求。并且,计算结果表明,地震作用对预应力混凝土楼盖主梁结构影响不大,而人群荷载对结构影响较大。

4 预应力混凝土连续梁桥的主要施工方法

预应力混凝土连续梁桥中的不同施工方法，将会对桥梁的内力产生直接影响，因此以下将对其主要施工方法进行探究。

4.1 整体现浇施工法

整体现浇施工一般采用的是整体浇注混凝土。首先进行支架的搭接、模板的安装、钢筋框架的绑扎和安装、孔道的留置、现场浇筑、预应力等。因其施工需要大量的模板支撑，所以通常应用于中小型桥梁或偏远地区。随着桥梁结构的不断发展，异形桥、弯桥等越来越多的复杂混凝土结构逐渐显现出来，而在目前已广泛使用临时钢构件和万向杆体系，在其它施工难度较小、施工方便、造价较低的情况下，其在中、大跨径桥梁中也有使用。预应力混凝土连续梁桥需要严格按照规定的施工步骤，在混凝土达到规定强度后，将部分模板拆下，进行张拉和管道压浆。至于什么时候能落架，则需要与施工步骤以及张拉预应力钢筋的过程相协调。

4.2 预制简支-连续施工法

预制简支-连续施工又称先简支后连续施工法。其施工步骤如下：将简支梁预制、分段进行预设、预应力钢筋张拉锚固、装配完毕后进行定位、浇筑桥墩接头混凝土、更换支架、进行二次预应力钢筋张拉锚固。预制简支-连续施工法也有系统的转变。系统的转换方式通常有三种：1.由一端开始逐层连续地进行，即由一孔和二孔构成二跨连续梁，再由三孔构成三跨连续梁，如此类推，构成一套连续的结构。2.从两个端部到中央的顺序，逐个地连续地进行。3.从中间孔洞开始逐个钻孔，若遇到长的，可根据以上三种方式灵活地综合选择。期间由于采用不同的系统转化方式，将直接导致混凝土徐变和预加力的二次作用力产生较大差异

4.3 悬臂施工法

采用悬臂施工方法施工的预应力混凝土连续梁桥，分为悬浇和悬吊两种，其施工工艺及特点与悬臂悬臂桥的施工工艺基本一致。悬臂施工或拼浇施工，采用临时加固上部结构和下部结构，悬臂施工结束后，相邻悬臂末端联接为一体，张拉承载正截面预应力筋，然后进行卸载，使悬臂系统变为连续结构。

4.4 移动式模架逐孔施工法

移动模架钻孔施工技术是近几年出现的，其快速、节能的特点。其基本概念是，将机械支架和模板支撑在一根比两跨略长的承重横梁上，其前端用作导梁。接着，在桥跨中进行现浇施工，当混凝土强度达到一定程度时，再将整个模架沿着导向梁向前移动，直到全桥完成。值得注意的是，移动模架逐孔施工方法不但适用于连续梁桥，还常用于多孔简支梁桥的施工。
总结

综上所述,通过结构分析,该综合办公楼采用大跨度后张法有粘结预应力混凝土楼盖主梁结构是科学合理的这不仅满足了会议室兼小礼堂的大空间要求,同时又符合结构设计经济实用的原则。文中所采用的分析方法为大跨度预应力混凝土楼盖主梁结构的设计提供了可靠的理论基础。
参考文献
[1]大跨度预应力混凝土梁施工技术及质量控制探究. 罗钦炎.中国建筑金属结构,2020
[2]体内外混合配索在大跨度预应力连续刚构桥中的应用. 杨银飞.交通世界,2020
[3]论后张法预应力混凝土梁桥施工技术要点. 何钦.现代物业(中旬刊),2019