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關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)施工
隨著人們消費(fèi)觀念的改變,對(duì)住房和工作環(huán)境及消費(fèi)水平的要求也越來越高,住宅要求有較好的內(nèi)景,辦公室要求有開闊舒暢的空間,建筑要追求較大的凈高……預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),輕松的實(shí)現(xiàn)了這些要求。
預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的形式也是多樣豐富的,常用的形式有:無梁平板結(jié)構(gòu)、有梁大板框架(或剪力墻)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、門架結(jié)構(gòu)和吊車梁以及特殊結(jié)構(gòu)如水池、筒倉(cāng)、大懸挑結(jié)構(gòu)等。
(一)、預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)的普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)體系,需在柱間及隔墻下設(shè)置框架梁和次梁,這必然導(dǎo)致室內(nèi)明梁縱橫交錯(cuò),降低了樓層的有效高度,影響了室內(nèi)美觀和使用功能,裝修也較難處理;由于室內(nèi)明梁的存在,隔墻布置的任意性受到限制,室內(nèi)功能的重新調(diào)整比較困難,而一棟建筑物在其50年甚至70年使用期內(nèi)都不需對(duì)空間重新分隔和變換使用功能是很難想象的,特別是一般的商場(chǎng)建筑及辦公樓建筑。若設(shè)計(jì)中樓蓋體系采用普通鋼筋混凝土平板結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu),以上問題則迎刃而解;工程若采用普通鋼筋混凝土無梁平板結(jié)構(gòu),由于內(nèi)隔墻較多,附加荷載較大,要使普通鋼筋混凝土平板的裂縫控制等級(jí)及撓度滿足規(guī)范要求,計(jì)算所需板厚較厚,同時(shí)普通鋼筋用量也較大,不經(jīng)濟(jì)。因此,為了提高整個(gè)樓蓋的抗裂性能,減薄板厚,減輕結(jié)構(gòu)自重,提高其使用功能,采用近年來在大量工程中得以廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代高效預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù),將整個(gè)樓蓋設(shè)計(jì)為后張部分預(yù)應(yīng)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)是一個(gè)良好的選擇。這種預(yù)應(yīng)力無梁平板,除在樓板周邊保留必要的邊梁和在局部少數(shù)有隔墻的地方及洞口邊緣保留梁之外,室內(nèi)明梁全部取消,僅在必要的地方設(shè)暗梁以改善樓板的受力性能,每單元整個(gè)室內(nèi)頂板為一整塊的平面。
這種結(jié)構(gòu)具有各種預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的許多共性,其優(yōu)點(diǎn)主要有:
(1)有利于減少地下室埋深及基坑開挖深度
對(duì)于有地下室的大型建筑或高層建筑,常常把地下室作為車庫(kù)或商場(chǎng)。底板、頂板均可做成預(yù)應(yīng)力平板;局部配電房,發(fā)電機(jī)房等需層高較高者,可局部下挖,使之達(dá)到設(shè)備高度要求;這樣,在地下室中,則降低了層高,減少了水壓力,減少了底板支模工序及基坑開挖深度,減少了外墻砼用量,從而降低造價(jià)。若是把上部結(jié)構(gòu)也做成預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),或選平板結(jié)構(gòu)或選有梁大板結(jié)構(gòu),均能擴(kuò)大柱距,使柱子和基礎(chǔ)數(shù)量減少,也增加了室內(nèi)的凈面積。車庫(kù)可以比上部結(jié)構(gòu)做普通結(jié)構(gòu)多出許多個(gè)車位出來,商場(chǎng)則可以擺放更多的貨品欄。
(2)利于增加建筑物樓層的凈空高度或者減少層高
對(duì)于6~9m跨度的樓蓋體系若采用普通鋼筋混凝土梁—板結(jié)構(gòu),梁板需要占去700~1000mm的凈空,若采用預(yù)應(yīng)力樓板后,室內(nèi)明梁取消,板厚為180~200mm(托板部分總高度300~350mm),這樣在凈空部變的情況下,每層可以減小500mm以上的層高。
(3)利于改善結(jié)構(gòu)的使用功能
現(xiàn)在業(yè)主根據(jù)自已的愛好,經(jīng)營(yíng)商品的組成變化,需要對(duì)商場(chǎng)及辦公樓進(jìn)行重新分隔的現(xiàn)象比較普遍,甚至在不同時(shí)期因業(yè)主的變化,都會(huì)有不同的間隔要求。預(yù)應(yīng)力樓板對(duì)用途的改變極容易適應(yīng),在任意位置均可以設(shè)置隔墻,方案可以是多種多樣,可給用戶最大的自由度,使房屋使用功能及檔次得到很大的提高,是房屋銷售的一大賣點(diǎn)。另外預(yù)應(yīng)力樓板取消了室內(nèi)明梁,避免了由于管線及通風(fēng)管道的鋪設(shè)使層高大大降低的問題,同時(shí)也為管道的安裝提供較大的方便,預(yù)應(yīng)力平板的分隔墻可以任意間隔,更是解決了各層各戶布置均不同帶來的普通梁—板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及使用之間的矛盾,這點(diǎn)也對(duì)回遷房的分割帶來極大方便。
(4)具有優(yōu)越的抗裂性,減少鋼筋用量,降低結(jié)構(gòu)的造價(jià)。
在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)種預(yù)應(yīng)力筋可產(chǎn)生一個(gè)向上等效荷載,同時(shí)在板中產(chǎn)生一個(gè)軸向壓力,使平板剛度提高,撓度大大減少,抗裂性能也大為提高。采用預(yù)應(yīng)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)可以降低結(jié)構(gòu)的造價(jià)是因?yàn)椋谝黄胀ㄤ摻钣昧繙p少,因?yàn)?)預(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度高(是普通鋼筋強(qiáng)度的3-4倍),且一條預(yù)應(yīng)力筋在跨中作底筋而在支座又彎上做面筋,使預(yù)應(yīng)力筋的使用效率大大提高;2)有梁板往往以極值代替平均值進(jìn)行抗彎設(shè)計(jì),無梁板直接以平均值進(jìn)行抗彎設(shè)計(jì);3)無梁板充分利用了混凝土的抗剪能力,較有梁結(jié)構(gòu)箍筋用量省很多;4)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)不需要為控制裂縫或提高剛度增加普通配筋,裂縫控制要求越高,預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)越大(如地下室底板、有填土的頂板等);5)規(guī)范規(guī)定的預(yù)應(yīng)力板的構(gòu)造配筋率比普通板低;6)有消防車這種特殊可變荷載活動(dòng)的區(qū)域(如有些地下室頂板)無梁結(jié)構(gòu)的縱筋箍筋都比有梁結(jié)構(gòu)省。第二對(duì)于車庫(kù)、商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、有吊頂?shù)霓k公樓,可以在柱頭處加托板,使結(jié)構(gòu)的斷面與彎矩圖較充分地協(xié)調(diào),大大減少預(yù)應(yīng)力筋用量。第三模板較普通梁板結(jié)構(gòu)少25-35%,而且預(yù)算定額直接費(fèi)較低。第四無梁板混凝土可用較大粒徑碎石,定額價(jià)一般較低。大量的工程實(shí)踐及對(duì)比分析表明,結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)合理的預(yù)應(yīng)力無梁樓板結(jié)構(gòu)已經(jīng)不斷地改寫和滌蕩者無梁板結(jié)構(gòu)比有梁板結(jié)構(gòu)造價(jià)高的傳統(tǒng)觀念(這種觀念在一般的教科書中都有表述,因此根深蒂固)。
(5)施加預(yù)應(yīng)力后樓板的模板就可以拆除,施工方便,速度快
采用預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu),施工進(jìn)度可以加快,這主要是因?yàn)椋?/p>
a.預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)取消了許多梁,模板用量明顯減少;而且模板安裝簡(jiǎn)單方便,節(jié)省時(shí)間。
b.采用預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)后,樓面結(jié)構(gòu)的普通鋼筋用量將減少,而且減少的大多是綁扎費(fèi)時(shí)費(fèi)力的梁鋼筋,平板鋼筋綁扎快捷方便,預(yù)應(yīng)力筋與普通鋼筋的綁扎可以交叉進(jìn)行,節(jié)省時(shí)間。
c.當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)即可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉,張拉過程中可以照常進(jìn)行上一層樓面的施工。張拉完成后,即可拆除模板,而預(yù)應(yīng)力張拉不占施工工期,節(jié)省了時(shí)間。大量工程實(shí)例表明,并不會(huì)因?yàn)椴捎昧祟A(yù)應(yīng)力而增加工期,相反,預(yù)應(yīng)力平板的施工速度要快于一般的梁板體系,這與常規(guī)想象有很大的不同。
由于以上預(yù)應(yīng)力無梁結(jié)構(gòu)施工省人力、省模板及鋪材、模板周轉(zhuǎn)加快、施工周期縮短(從而人工費(fèi)用減少)的特點(diǎn),有過體驗(yàn)的土建施工單位,更樂于這種結(jié)構(gòu)的施工。
(二)、有梁大板框架(或剪力墻)結(jié)構(gòu)
有梁大板結(jié)構(gòu)是柱子于柱子之間布明梁,大板上布置隔墻的結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)于平板結(jié)構(gòu)有很多相似之處,柱距比較大,由于省去了次梁,避免了室內(nèi)錯(cuò)綜復(fù)雜的次梁,內(nèi)景好,增加凈空,抗裂好,省材料省模板和拆模人工,施工快速等優(yōu)點(diǎn)。若這種大板配合預(yù)應(yīng)力寬扁梁使用,則也能很大限度的減低層高或提升層凈高,如9米跨的預(yù)應(yīng)力寬扁梁可以做到450mm高,比做普通預(yù)應(yīng)力梁650mm少200mm高,比普通混凝土梁800mm少350mm。
由于結(jié)構(gòu)種還帶有明梁,結(jié)構(gòu)仍然屬于框架或剪力墻結(jié)構(gòu),可以用于平板結(jié)構(gòu)所不太適宜的高層或抗震設(shè)防烈度比較大的地方。
有梁大板結(jié)構(gòu)適合用于住宅和辦公樓,尤其是住宅,不設(shè)次梁,既避免了室內(nèi)難看的次梁景觀,也利于住戶自行隔斷房間以實(shí)現(xiàn)不同的功能,即使更換了新住戶,改造房子時(shí)仍然可以再次自行布置房間。長(zhǎng)沙市高12~16層的亞華住宅小區(qū)和16層的湘名園住宅小區(qū)都是采用這種結(jié)構(gòu)形式的,住宅的使用功能得到了住戶的一致好評(píng)。當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)體系仍然適合用于商場(chǎng)等公共建筑。
(三)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)
最近我國(guó)高層建筑發(fā)展迅速,且多為多功能綜合性建筑,需要大柱網(wǎng)、大空間的公共設(shè)施在下部,從受力的角度講這是不合理的,解決這種矛盾的最常用方式就是設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的逐漸成熟,預(yù)應(yīng)力材料及施工費(fèi)不斷下降,即使用材料等強(qiáng)代換的概念從經(jīng)濟(jì)上來比較預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),在許多情況下后者并不比前者經(jīng)濟(jì)。因此我國(guó)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的情況越來越多,大多數(shù)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式有成功地采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的例子:如位于8度抗震設(shè)防區(qū)高64.2m的北京市公安局刑科樓就是做了跨越2~4層高達(dá)4800mm的預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換大梁;寧波浙海大廈,地上52層,地下2層,在6層處設(shè)置了2000mm的預(yù)應(yīng)力厚板和3500x3200mm的暗梁作為該超高層建筑的轉(zhuǎn)換層;上海乾鴻苑大廈由九座塔樓組成,塔樓在60米左右不等,塔樓扭轉(zhuǎn)48度,上下層錯(cuò)位,采用厚970mm長(zhǎng)約140m寬為40m~70m不等的不規(guī)則梯形預(yù)應(yīng)力厚板作為該多塔高層的轉(zhuǎn)換層。
采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)帶來許多結(jié)構(gòu)和施工上的優(yōu)點(diǎn),如減少截面尺寸、控制裂縫和撓度,控制施工階段的裂縫及減輕支撐負(fù)擔(dān)等。只要采用預(yù)應(yīng)力度適當(dāng),構(gòu)造處理得當(dāng),預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗震是可以得到保證的。且由于減小了轉(zhuǎn)換構(gòu)件的尺寸,對(duì)抗震也是有利的。
(四)、特種結(jié)構(gòu)及其他
隨著公共事業(yè)的發(fā)展,各種特殊功能的構(gòu)筑物不斷出現(xiàn),有些特殊構(gòu)筑物的使用功能及受力性能常常需要預(yù)應(yīng)力技術(shù)才能實(shí)現(xiàn),預(yù)應(yīng)力技術(shù)在這些特殊功能構(gòu)筑物中發(fā)揮了重要的作用。
(1)、大懸挑結(jié)構(gòu)
體育建筑在各大中城市興起,體育建筑的形式多樣,風(fēng)格各異,使預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用豐富多彩。如南京為承辦第三屆城運(yùn)會(huì)興建的四座體育館,關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位都是采用預(yù)應(yīng)力技術(shù);江蘇省的儀征化纖體育場(chǎng)、無錫市體育場(chǎng)、南京師范學(xué)院體育場(chǎng)的觀眾席都采用了大懸挑的預(yù)應(yīng)力混凝土雨蓬。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展,許多雨蓬采用鋼結(jié)構(gòu),可以獲得更大跨度,但是造價(jià)和維修費(fèi)用都比較高,所以在適當(dāng)跨度內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)還是有很大的優(yōu)勢(shì)。
(2)儲(chǔ)罐與筒倉(cāng)
一般地,儲(chǔ)罐與筒倉(cāng)對(duì)抗裂要求比較高,預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛用于這種結(jié)構(gòu)主要利用預(yù)應(yīng)力主動(dòng)軸力來抵抗混凝土拉應(yīng)力來提高抗裂性能;尤其是圓筒結(jié)構(gòu),環(huán)壁的混凝土只受環(huán)向軸力作用,正是預(yù)應(yīng)力最適合的結(jié)構(gòu)形式。繞絲后張預(yù)應(yīng)力混凝土水池在國(guó)內(nèi)應(yīng)用了幾十年,主要采用預(yù)壓應(yīng)力來抵消由于水對(duì)筒壁產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力。這樣用高強(qiáng)鋼材提高了抗裂性能就可以在同等抗裂條件下減小截面尺寸,帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
(3)其他
各種用途的塔式結(jié)構(gòu)如電視塔、通信塔、燈塔及各種水塔中,預(yù)應(yīng)力技術(shù)同樣得到了廣泛應(yīng)用。還有預(yù)應(yīng)力技術(shù)基礎(chǔ)也不少見,主要形式是預(yù)應(yīng)力條基、箱基和筏基。此外,預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu),疊合結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力的技術(shù)也在不斷成熟中,工程實(shí)例也越來越多。
(五)結(jié)語
預(yù)應(yīng)力技術(shù)經(jīng)過了幾十年的工程實(shí)踐和不斷研究,已經(jīng)是比較成熟的一項(xiàng)工程技術(shù),在今后的發(fā)展中,還將日臻完善。工程實(shí)踐告訴我們,預(yù)應(yīng)力技術(shù)以種種優(yōu)勢(shì),在某些建設(shè)領(lǐng)域有著強(qiáng)大的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力,甚至在其還未完全占領(lǐng)的領(lǐng)域仍然具有強(qiáng)大的發(fā)展力。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力新技術(shù)連續(xù)梁橋試驗(yàn)研究應(yīng)用效益
1引言
預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)較普通鋼筋筋結(jié)構(gòu)不僅用料省,且使用性能好,但其施瓜工藝復(fù)雜,技術(shù)要求甚高,在一定程度上阻礙了預(yù)應(yīng)力的進(jìn)一步發(fā)展和推廣應(yīng)用。為簡(jiǎn)化預(yù)應(yīng)力砼的施工工藝人們?cè)M(jìn)行多方面的努力,預(yù)彎復(fù)合梁[1]即是其中之一,該梁既具有預(yù)應(yīng)力梁良好的使用性能,又省去了常規(guī)預(yù)應(yīng)力所必須的留孔、穿索、張拉、錨固、壓漿、封錨等一整套工序,施工工充得到簡(jiǎn)化,但其用鋼量卻急刪增加,以致在大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)難以推廣應(yīng)用。可見,現(xiàn)有的預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)左良好的使用性能、用料的經(jīng)濟(jì)性及施工的簡(jiǎn)易性三方面并未達(dá)到完美的統(tǒng)一,尚需我們做出不斷的努力,為此周志詳副教授提出預(yù)彎預(yù)應(yīng)力鋼筋砼(以下簡(jiǎn)記為PFRC)梁的設(shè)想,并在三跨連續(xù)梁橋上進(jìn)行應(yīng)用研究,以期求得一種更合理和經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力施工工藝。
2PFRC梁的工藝及原理
現(xiàn)以簡(jiǎn)支梁為例,說明PFRC梁的施工工藝及預(yù)應(yīng)力原理:
(1)按鋼筋砼梁方式制作,具有適當(dāng)預(yù)拱度的梁體,與鋼筋砼梁所不同的是PFRC梁受拉主筋宜采用冷拉粗鋼筋,并需在梁的受拉邊可能出現(xiàn)裂縫兇區(qū)域設(shè)置預(yù)留槽口該區(qū)段內(nèi)的主筋凈保護(hù)層厚度取為箍筋的直徑。
(2)對(duì)許梁施加預(yù)定的豎向荷載p,此時(shí),在預(yù)留槽口的頂端會(huì)出現(xiàn)裂縫。
(3)綁扎受拉邊翼緣的構(gòu)造鋼筋(注意插入式馬蹄箍筋應(yīng)通過預(yù)留槽口插入先澆梁體內(nèi)澆注該翼緣的砼)。
(4)待后澆受拉邊翼緣砼達(dá)到強(qiáng)度后,卸除預(yù)加荷載P。
現(xiàn)依據(jù)容許應(yīng)力法理論對(duì)梁在上述預(yù)加載和卸載過程中跨中截面應(yīng)力的變化
分析如下。
對(duì)設(shè)有預(yù)留糟口的鋼筋砼梁作預(yù)加載時(shí)的計(jì)算截面及應(yīng)力分布,此時(shí)梁的受拉力已開裂(預(yù)留槽口的存在即人為地規(guī)定了裂縫出現(xiàn)的位置及間距),受拉區(qū)僅計(jì)入主筋的作用。若換算截面對(duì)其重心軸的慣性距為I01,則在預(yù)加荷載彎矩MY的作用下上緣砼的壓應(yīng)力σh1和受拉鋼筋的應(yīng)力σg1分別為:
σh1=MYX1/I01(壓)
σg1=nMY(h-X1)/I01(拉)
式中n表示鋼筋彈性模量與砼彈性模量之比,X1為上緣至中性軸的距離。
在后澆下翼緣砼到強(qiáng)度后,卸除預(yù)加荷載p相當(dāng)于梁施加了反向的預(yù)加載p,因此跨中截面受到了負(fù)彎矩MY的作用,此時(shí)梁的下半部分后澆下罷緣砼將參與受力,其計(jì)算載面及應(yīng)力分布,設(shè)換算截面對(duì)其重心軸的性矩這I02,則梁緣上下邊緣砼的應(yīng)力σh2、σh3和鋼筋的應(yīng)力σg2分別為:
h2=MYX2/I02(拉)
σh3=nMY(h-X2)/I02(壓)
σg2=nMY(h0-X2)/I02(壓)
式中X2為上緣到中性軸的距離。
梁截面的實(shí)際應(yīng)力分布為單獨(dú)考慮預(yù)加載和卸除預(yù)加載兩種情況載面應(yīng)力的迭加,幫梁的上、下邊緣砼應(yīng)力σhs和σhx及主筋應(yīng)力σg分別為:
σhs=σh1-σh2=MY(X1/I01-X2/I02)(壓)(1)
σhs=σh3=MY(h-X2)/I02(壓)(2)
σg=σg1-σg2=nMY[(h0-X1)/I01-(h0-X2)/I02](拉)(3)
若梁在使用荷載作用下所受到的彎矩為M,則梁上、下邊緣鹼的應(yīng)力分別為:
σhs=MY(X1/I01-X2/I02)+MX2/I02(4)
σhs=(MY-M)(h-X2)/I02(5)
由(5)式可見梁在不大于預(yù)0加荷載彎上MY,的作用下,其后澆下翼緣砼內(nèi)不出現(xiàn)拉應(yīng),(暫不計(jì)砼收縮,徐變及鋼筋松馳的影響),即該梁的下翼緣右以具有足夠大的抗裂度,故梁,主筋得到可靠的保護(hù),在使用荷載作用下梁截面的抗彎剛度因下翼緣砼參與工作而得到顯著提高,其計(jì)算剛度與同截面的常規(guī)預(yù)應(yīng)力砼梁相差元幾,該梁的梁腹雖然尚存裂縫,但這些,縫并不穿過梁內(nèi)受力鋼筋(受拉主筋和箍筋)且不影響結(jié)構(gòu)的受力狀況,從鋼筋砼的觀點(diǎn)看,念些裂縫是允許存在的。
由此可見PFRC梁是通過在鋼筋砼梁受載條件下二次澆注受拉邊翼緣砼來代替常規(guī)預(yù)應(yīng)力砼中的張拉鋼盤,使后澆翼緣砼借助卸載時(shí)梁內(nèi)主筋的彈性恢復(fù)獲得所需要的預(yù)應(yīng)力。為此,在先澆梁體的受拉邊設(shè)看預(yù)留槽口是十分必要的,它具有如下凡個(gè)作用:①充當(dāng)新、舊砼結(jié)合界面的剪力槽;②人為地控制荷載下裂縫出現(xiàn)的位置及間距,③便于后澆翼緣的插入式馬蹄箍伸人先澆梁體內(nèi),進(jìn)一步保證新、舊砼結(jié)合的整體性;④確保受控邊翼緣范圍內(nèi)封無原發(fā)裂紋存在,使整個(gè)翼緣都受到應(yīng)力的作用。
3試驗(yàn)研究簡(jiǎn)況
3.1試驗(yàn)梁的制作
第一批試驗(yàn)梁共5片,用于短期靜載試驗(yàn),其中4片為PFRC梁,余下的一片為與之比較,鋼筋砼梁(一次澆成,不作預(yù)加載處理),編號(hào)為RCL10-00.0。在PFRC先澆粱體中,以高5cm,厚2-3cm的楔形木板形成預(yù)留槽口,在預(yù)加載條件下4片PF梁的純彎段及其附近區(qū)域內(nèi)每一個(gè)預(yù)留槽口的頂端都對(duì)應(yīng)有一條裂縫(其寬度<0.04cm),在兩相鄰預(yù)留槽口之間未發(fā)現(xiàn)新的裂縫產(chǎn)生,表明預(yù)留槽口達(dá)到了人為控制裂縫出現(xiàn)的位置及間距的目的,對(duì)梁下緣砼表面進(jìn)行打毛后邦扎受拉翼緣構(gòu)造鋼筋(縱筋和插入式馬蹄箍箭),用高流動(dòng)性普通水泥砼(坍度為10cm)灌注受拉翼緣砼,并對(duì)此砼加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)、直到卸除預(yù)加載時(shí)均未發(fā)現(xiàn)后澆砼表面有收縮裂縫產(chǎn)生。
3.2試驗(yàn)方法
本次試驗(yàn)的目的在于考查瑯梁通過預(yù)加載條件下二次澆注受校邊翼緣砼的處理,是否能夠達(dá)到推遲開裂和提高粱的抗彎剛度效果,為此開裂荷載和梁的變形成為試驗(yàn)觀測(cè)的重要內(nèi)容。同時(shí)考慮到工程實(shí)踐中多數(shù)結(jié)構(gòu)都承受循環(huán)荷載的作用,故首先對(duì)每梧梁進(jìn)行三次靜力循環(huán)加載試驗(yàn),借以獲取一些梁在多次重復(fù)荷載下的試驗(yàn)數(shù)據(jù),之后即對(duì)梁繼續(xù)加載至破壞。
3.3梁的開裂
5片試驗(yàn)梁的第一條裂縫均為彎曲裂縫。PCL10-0.0在第一靜載的第2.5級(jí)荷載下即在跨中下緣位置產(chǎn)生第一條裂縫。其寬度為0.01mm,高度為3cm,其余各梁(PFRC梁)的下翼緣在前二次靜力加載、卸載的過程中均未發(fā)現(xiàn)裂縫,第一條裂縫均在第三次加載下產(chǎn)生,其寬度為0.02-0.03mm,高度2-3cm,試驗(yàn)表明,PF梁下翼緣第一條裂縫出現(xiàn)的位置與先澆梁體預(yù)留槽口的位置并無必然的聯(lián)系。不難得到PFRC梁的抗裂彎Mf為:
Mf=My+rR1Wox(6)
其中:My為預(yù)加載產(chǎn)生的彎矩;r為塑性影響系數(shù);Wox為扣除梁腹已裂部分的換算截面對(duì)受控邊緣的抵抗矩;R1為下緣鹼的抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)表明,梁的實(shí)測(cè)抗裂變矩與按(6)式得到的計(jì)算相吻合,從而在理論和試驗(yàn)兩方面都證實(shí)了:通過預(yù)加載條件下二次澆注受拉邊翼緣砼的處理后的梁,可以推遲受控翼緣砼的開裂至希望程度。
3.4粱的撓度
PCL梁在第一次靜力加載后的殘余撓度數(shù)值因故未獲得,在第二次靜載后測(cè)得殘余撓度為0.18cm(不包含第一次靜載后殘余撓度),據(jù)結(jié)構(gòu)承受靜力循環(huán)荷載的一般規(guī)律可以推知,其第—次靜載后的殘余撓度將大于0.18cm,該梁在第二次靜載時(shí)各級(jí)荷載的撓度較第一次靜載時(shí)對(duì)應(yīng)的撓度值有大幅度的增加,第三次靜載的撓度亦大于第一次撓度,說明該梁的彈性恢復(fù)能力較差,此為RC梁的一大缺點(diǎn),而4根PF粱在第一次靜載后的殘余撓度均在0.10-0.08cm,第二次卸載至0后幾乎未發(fā)現(xiàn)新的殘余撓度產(chǎn)生。且三次靜載下各級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的撓度無明顯差異,表明PF梁在下翼緣開裂前具有較強(qiáng)的彈性恢復(fù)能力,即具有常規(guī)預(yù)應(yīng)力砼梁的特點(diǎn)。
綜上所述,PFRC不僅具有較強(qiáng)的彈性恢復(fù)能力,而且具有足夠大的剛度,保持了常規(guī)預(yù)應(yīng)力鹼梁的優(yōu)越性,且避免了常規(guī)預(yù)應(yīng)力砼粱因預(yù)應(yīng)力度過大而引起的一些矛盾。
3.5長(zhǎng)期受載情況
在靜載試驗(yàn)的同期,還做了2片梁的室外長(zhǎng)期加載試驗(yàn),梁的截面同靜載試驗(yàn)梁,主筋為冷拔鋼絲,所受荷載為該梁預(yù)計(jì)使用荷載的75%(相當(dāng)于橋梁恒載),經(jīng)長(zhǎng)達(dá)—年的長(zhǎng)期觀測(cè)表明,梁的撓度和腹部裂縫寬度元明顯變化,梁的下翼緣未發(fā)現(xiàn)裂縫。
4PFRC在連續(xù)梁橋中的應(yīng)用
4.1橋梁概況
民生橋位于四川省名山縣城中心,為跨越名山河連接兩岸主街道的城市橋梁,橋?qū)?0m,橋軸線與河床軸線的交角為45°,主梁全長(zhǎng)61m,設(shè)計(jì)荷載為-20,掛-100,人群400km/m2。原設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)為3跨20m跨徑的后張預(yù)應(yīng)力砼簡(jiǎn)支斜梁嬌,橋梁橫斷面由12片T形梁構(gòu)成,下部構(gòu)造為重力式墩臺(tái)。
4.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
經(jīng)綜合考慮用材的經(jīng)濟(jì)性,施工的簡(jiǎn)易性及良好的使用性,本橋更改為三跨連續(xù)斜粱橋,橋梁橫斷面由4片現(xiàn)澆砼T型梁構(gòu)成,主梁間距380cm,高130cm。
設(shè)計(jì)中著意減小了主粱彎矩粱段的剛度,增大了負(fù)彎短梁的剛度,從而減小了正彎矩粱段的長(zhǎng)度及彎矩峰值,增大了負(fù)彎矩粱段的長(zhǎng)度及彎矩峰值,故在正彎矩梁段按普通鋼筋砼粱設(shè)計(jì),避免了在下翼緣進(jìn)行二次澆注砼,在負(fù)彎矩梁段按PFRC粱設(shè)計(jì),預(yù)應(yīng)力鋼筋采用冷拉Ⅳ級(jí)鋼筋,預(yù)加載下需在主梁頂面進(jìn)行的二次澆注砼可與橋面鋪裝同期進(jìn)行,施工工序與普通鋼筋砼相近,卻節(jié)省了大量鋼材并增加了橋梁的使用性能。
主梁內(nèi)力分析采用橋粱專用程序計(jì)算,正彎矩梁段按普通鋼筋砼梁(RC梁)設(shè)計(jì),負(fù)彎矩梁按PFRC梁設(shè)計(jì),其極限承載力滿足規(guī)范的要求,梁在施工及使用階段的應(yīng)力驗(yàn)算滿足《橋規(guī)》的要求,預(yù)加載階段的計(jì)算截面為扣除受拉區(qū)砼面積的換算截面,卸除預(yù)加載及其以后的使用階段的計(jì)算截面為扣除梁腹己裂部分砼面積(計(jì)人后澆砼面積)的換算截面。主梁斜截項(xiàng)按普通鋼筋砼梁進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。
4.3施工要點(diǎn)
為減少旋工費(fèi)用,避免大型起吊設(shè)備的使用,本橋主梁擬定為就地支架立模現(xiàn)澆砼,其主要步驟如下:
(1)支架立模澆注主梁及RC梁段的橋道板砼;
(2)待主梁砼達(dá)到14d齡期和80%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除支架;
(3)安裝人行道板及澆注RC梁段的橋面鋪裝;
(4)對(duì)橋進(jìn)行預(yù)加載;
(5)用微膨脹砼澆注PFRC梁段的橋道板和橋面料裝砼,要求灌滿全部預(yù)留槽口,
(6)待砼達(dá)14d齡期后,卸除預(yù)加荷載,該橋于1995年12月18日建成通車。
5效益分析
目前國(guó)內(nèi)外常用的預(yù)應(yīng)力砼有兩種,即常規(guī)預(yù)應(yīng)力砼梁(簡(jiǎn)記為TPC;通過張拉綱筋使砼獲得所需的預(yù)應(yīng)力)和預(yù)彎復(fù)合梁(簡(jiǎn)記為PFRC;借助受載后的鋼梁在卸載時(shí)的彈性恢復(fù)并獲得砼所需的預(yù)應(yīng)力)。
PFRC梁較TPC梁簡(jiǎn)化了施工工藝,省去了TPC所必須的留孔、穿索、錨固、灌漿、封錨等一系列復(fù)雜的工藝,且不用張拉機(jī)具,降低了施工技術(shù)要求,無需錨具及錨下墊板和局部加強(qiáng)鋼筋,受拉主箭可根據(jù)強(qiáng)度要求在適當(dāng)?shù)奈恢们袛啵趴晒?jié)省材料:PFRC中砼所獲得的預(yù)應(yīng)力與梁抵抗外荷載所需的預(yù)應(yīng)力的分布及大小相吻合,其預(yù)加載方式與使用階段梁受載情況一致,預(yù)加載過程即對(duì)梁進(jìn)行一次質(zhì)量檢驗(yàn),故受力合理,使用安全。
與PFSC相比PFRC用鋼量顯著減少,施工更為簡(jiǎn)便,適用性廣。
在名山民生橋應(yīng)用PFRC技術(shù),與原設(shè)計(jì)常規(guī)預(yù)應(yīng)力砼梁相比,節(jié)省XM157-7型鋼絞線群錨240套,φ65波紋管2500m,省去了張拉設(shè)備,簡(jiǎn)化了施工工藝,全橋所需人工減少2953個(gè)工日,因采用連續(xù)梁橋減小了支座數(shù)量,使橋梁墩臺(tái)圬工數(shù)量減少約670m3,總計(jì)使橋梁造價(jià)降低38萬元,占全橋總造價(jià)的21.6%。連續(xù)梁橋方案在梁高不變的條件下增大了主孔跨徑,利于排洪和與環(huán)境的協(xié)調(diào),具有明顯的社會(huì)效益。
6結(jié)論
(1)試驗(yàn)研究和理論分析表明:PFRC梁通過預(yù)加豎向荷載條件下后澆受拉力翼緣砼的工藝處理后、能夠達(dá)提高梁的正截面抗裂度和抗彎剛度之目的,且較常規(guī)應(yīng)力砼梁施工簡(jiǎn)便,受力合理,較預(yù)復(fù)合梁節(jié)省鋼材,故PFRC技術(shù)是合理可行的。
1.1嚴(yán)格把握錨墊板的具體安裝工藝
在對(duì)錨墊板進(jìn)行安裝之前,應(yīng)以設(shè)計(jì)圖紙為參考指標(biāo),仔細(xì)檢查錨具孔數(shù)與錨具型號(hào)是否符合既定要求。在對(duì)錨墊板和張拉槽進(jìn)行連接時(shí),應(yīng)以螺栓作為其基本紐帶,且兩者間應(yīng)當(dāng)保持密切緊貼的關(guān)系,確保連接面和孔道處于對(duì)中垂直的狀態(tài)。此外,待張拉槽完成安放操作之后,需對(duì)其進(jìn)行定位牢固,且在穿插波紋管之前還需裝設(shè)螺旋筋。
1.2嚴(yán)格把握孔道成型工藝
待橫梁鋼筋、腹板等成型之后,即可對(duì)孔道的定為鋼筋進(jìn)行焊接,并裝設(shè)波紋管。對(duì)于管道而言,其安裝程序必須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求坐標(biāo)進(jìn)行,確保其牢固性。如果普通鋼筋和管道之間的位置出現(xiàn)沖突,必須將普通鋼筋移開,管道位置禁止出現(xiàn)改變。在波紋管方面,其定為鋼筋實(shí)際間距應(yīng)當(dāng)控制在50cm左右,若平彎轉(zhuǎn)折位置管道的彎曲率相對(duì)偏大,需要縮小其鋼筋間距。同時(shí),在管道接頭位置,其連接管材質(zhì)以塑料型波紋管為主,長(zhǎng)度控制為6倍管道內(nèi)徑,必須超過30cm。而接頭兩端還需以防水膠帶對(duì)其進(jìn)行纏繞,確保管道的牢固性于密封性。此外,接頭管的安放位置以預(yù)應(yīng)力直線段為主要選擇,以免孔道出現(xiàn)角度變化或者是曲線突變等情況。
1.3嚴(yán)格把握穿束工藝
一般情況下,若預(yù)應(yīng)力呈現(xiàn)出橫向狀態(tài),應(yīng)當(dāng)實(shí)施人工穿束;若預(yù)應(yīng)力呈現(xiàn)出縱向狀態(tài),則應(yīng)當(dāng)實(shí)施機(jī)械穿束。對(duì)于橫向兩端的全部預(yù)應(yīng)力筋,都應(yīng)當(dāng)采取多根編束或者是整束編束的方式對(duì)其進(jìn)行處理,再將其穿入至孔道內(nèi)。將預(yù)應(yīng)力筋正式穿入至孔道之前,應(yīng)以膠帶對(duì)其前端進(jìn)行包裹,有利于穿束的順暢性,防止交叉纏繞等情況的發(fā)生。對(duì)于縱向類預(yù)應(yīng)力筋,建議以穿束機(jī)實(shí)現(xiàn)穿束程序。而在穿束之前,嚴(yán)格把握穿束機(jī)的安設(shè)位置,以腳手架對(duì)捆狀預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行固定處理,以防出現(xiàn)傾倒等問題。待穿束操作程序完成之后,還需密封管道端口,以防進(jìn)入大量濕氣。
1.4嚴(yán)格把握預(yù)應(yīng)力筋各項(xiàng)張拉工藝
基于預(yù)應(yīng)力筋各項(xiàng)張拉工藝技術(shù)而言,必須嚴(yán)格把握以下幾個(gè)環(huán)節(jié):第一,張拉準(zhǔn)備工作。選購(gòu)張拉設(shè)備,并對(duì)相關(guān)配套設(shè)施的性能進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)完畢后需要對(duì)油表、高壓油泵以及千斤頂?shù)冗M(jìn)行試運(yùn)行,確保其操作的穩(wěn)定性。待混凝土材料已經(jīng)滿足拆模標(biāo)準(zhǔn)后,將其模板拆除,并對(duì)張拉槽口進(jìn)行清潔處理,對(duì)承壓板后面的混凝土進(jìn)行檢查。第二,張拉程序。首先,選定準(zhǔn)確位置安裝錨具,使之與孔道處于對(duì)中狀態(tài)。在對(duì)夾片進(jìn)行安裝時(shí),確保夾片外露長(zhǎng)度的一致性。其次,對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行兩端張拉操作實(shí)踐時(shí),一般需要同時(shí)張拉其兩端,張拉至某個(gè)既定應(yīng)力狀態(tài)之后,需要進(jìn)行持荷操作,以此方式提升應(yīng)力的有效性與穩(wěn)定性。而如果以應(yīng)力控制手段對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉,則需仔細(xì)校核其伸長(zhǎng)值。一般情況之下,標(biāo)準(zhǔn)伸長(zhǎng)值和實(shí)際伸長(zhǎng)值之間的誤差應(yīng)當(dāng)控制在(-6.0%,6.0%)之內(nèi)。再次,在張拉操作過程當(dāng)中,應(yīng)當(dāng)仔細(xì)做好記錄工作,并將記錄表交予監(jiān)理人員進(jìn)行確認(rèn)。待張拉的控制力已經(jīng)趨于穩(wěn)定之后,即可執(zhí)行錨固操作。對(duì)于夾片狀的錨具,應(yīng)當(dāng)保證其頂面的整齊性,兩者間的錯(cuò)位應(yīng)當(dāng)控制在2mm以內(nèi),同時(shí)露出高度應(yīng)當(dāng)控制在4mm以內(nèi)。最后,張拉完成且檢測(cè)合格之后,以砂輪鋸對(duì)預(yù)應(yīng)力筋超出部分進(jìn)行切除,確保其外露長(zhǎng)度在3cm以上。第三,張拉順序。如果圖紙中未對(duì)張拉順序進(jìn)行嚴(yán)格要求,需要施工人員根據(jù)相關(guān)原則執(zhí)行張拉操作,確保構(gòu)件受力處于對(duì)稱狀態(tài)。對(duì)于橫向束,在張拉時(shí)應(yīng)當(dāng)先中間后兩邊,以中間為起點(diǎn)朝著兩端張拉,而針對(duì)腹板束來說,應(yīng)當(dāng)以腹板底部的中部為起點(diǎn)進(jìn)行張拉。
1.5嚴(yán)格把握孔道壓漿工藝
在灌漿之前的十五天,結(jié)合設(shè)計(jì)要求、施工環(huán)境等基本信息,對(duì)水泥漿進(jìn)行試配,并提供配比報(bào)告,根據(jù)質(zhì)量要求選購(gòu)適合的膨脹劑、水泥以及外加劑等原材料。接著對(duì)壓漿設(shè)施進(jìn)行嚴(yán)格檢查,用以提升其使用性能,確保灌漿程序的流暢性。待張拉工藝完成后的十二小時(shí)以內(nèi),即可執(zhí)行孔道壓漿操作,如果水泥的粘稠程度符合既定要求,就可用該水泥漿對(duì)灌漿管道實(shí)施處理,用以提升管道漿體整體穩(wěn)定性。等到管道漿體達(dá)到凝固狀態(tài)之后,需對(duì)空穴進(jìn)行有效清潔,并根據(jù)既定要求執(zhí)行封錨操作。
2.結(jié)束語