大跨预应力混凝土转换梁结构施工技术研究_大跨结构施工技术
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大跨预应力混凝土转换梁结构施工技术研究
【摘要】随着我国建筑业的快速发展，混凝土结构已经成为当今建筑结构的主流，大型建筑的日益增多，大跨度预应力混凝土应用也就越来越广泛。本文就对当前建筑中大跨度预应力混凝土为基础的转换梁结构施工出现的问题和解决措施进行分析和讨论。
【关键词】大跨度；预应力；混凝土；转换梁结构；施工技术
随着改革开放的不断深入，我国经济产生了快速的发展，我国的建筑行业发展突飞猛进，尤其是一些大型建筑完工，取得了让世界瞩目的成绩。而在一些大型建筑建设中，在大跨度建筑物的主体建设中预应力混凝土得到了普遍的应用，预应力混凝土凭借它巨大的粘合性和韧性，最大限度的推迟了建筑主体结构裂缝出现的时间，因此成为当前施工中首选。在建筑设计中,由于建筑平面布置、立面处理及功能转换的要求,经常会遇到大跨度的钢筋混凝土梁上承托多层框架的情况,这种大跨度的框架托梁往往会承受较大的上部传来的结构荷载,若仍依照通常的方式进行普通钢筋混凝土转换梁设计,不仅配筋过多,不便施工,而且在支座和跨中可能会产生裂缝。为了改善该类梁的受力性能和提高其抗裂性,工程中有必要将该类梁设计成预应力混凝土梁,即预应力混凝土转换梁。
1大跨度预应力混凝土转换梁结构施工力学问题
1.1 模板支撑系统的受力
一般情况下,在未施加预应力之前,转换梁结构的绝大部分混凝土自重、所承担的部分上部结构荷载以及施工荷载是非常大的,而这又是结构设计中未能考虑的附加荷载。为确保混凝土转换梁的变形不超过允许值,在施工当中,应根据工程的实际情况和转换梁结构的特点,明确转换梁模板支撑的荷载传递途径,并考虑其对结构楼板或梁的承载力的影响,从而合理选择转换梁结构的模板支撑方案,确定模板支撑的布置形式。
1.2 混凝土的温度及收缩应力
混凝土转换梁由于其几何尺寸较大,属大体积混凝土构件,混凝土在浇筑后硬化期间水泥水化过程释放的水化热所产生的温度变化与混凝土的收缩共同作用,由此产生的温度应力和收缩应力便成为导致转换梁结构出现裂缝的主要因素。这些裂缝的出现对转换梁的耐久性及结构的安全性均造成不同程度的损害。因此在混凝土工程施工当中,应考虑温度应力的影响并设法降低混凝土内部的最高温升值,减小其内外温差和温度变化速率,采用最高温度和温度差双控制的方法确保温度应力不超过混凝土的抗拉强度;同时还要改善混凝土的性能,采用合理可行的浇筑方案、养护措施以及构造措施控制混凝土的收缩变形,降低收缩应力对构件的影响作用,从而减小裂缝产生的可能性。
1.3预应力对转换梁结构的受力影响
由于框架结构本身是一个超静定结构,在张拉转换梁预应力的同时会在结构中引起次内力。在进行主体结构施工时,若在转换梁梁体施工完混凝土强度达到指定要求后,与普通预应力混凝土梁相同将预应力进行一次完全施加,而此时上部结构的荷载由于施工进度的原因未施加完毕,在多余预应力的作用下将产生较大的反拱变形,造成上部结构也产生相应的变形和次内力;反之,若在上部结构较大荷载的作用下,未及时对转换梁施加预应力或施加的程度不够,结构也会产生较大的变形,对施工和使用期间的结构安全性造成较大的影响。
2混凝土裂缝产生的主要影响因素
转换大梁混凝土产生裂缝的主要影响因素有以下几点：
2.1 混凝土温升值的影响混凝土的温升值是浇筑温度、水化热的绝热温升等各种温度的叠加之和。转换大梁多使用高强混凝土，又多使用高标号水泥，高标号水泥易产生较高的水化热绝热温升，其收缩量较大。转换大梁一般断面较厚，水化热聚在结构内部不易散失，以上两因素共同作用的结果使转换大梁混凝土温升值过大，其内部最高温度经常达60℃以上。此外混凝土的浇筑温度较高，也相应增加混凝土的温升值。
2.2 混凝土温度变化的影响在混凝土温升值较高的情况下，由于转换梁混凝土内部和表面散热条件不同，因而形成温度梯度，使混凝土内产生压应力，表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝，属表层裂缝。表面裂缝的产生易引起梁体内钢筋的锈蚀，对转换梁的耐久性会产生影响；而贯穿裂缝会影响结构的整体性、耐久性和防水性。所以从控制裂缝的角度而言，应着重采取措施避免转换梁混凝土截面贯穿性裂缝的产生。
2.3混凝土收缩变形的影响混凝土的收缩变形指混凝土的干缩和碳化收缩。由于混凝土内部湿度的不均匀，其收缩变形也随之不均匀，这样就在混凝土内部产生较大的收缩应力；若混凝土的收缩变形受结构外部约束条件的反作用，从而产生约束收缩变形的应力，也视为收缩应力。当混凝土的收缩应力大于混凝土抗拉强度时，即产生收缩裂缝。混凝土施工时使用的泵送混凝土具有较高的流动性，水占的比重较大，增大了混凝土的收缩量，与抗裂的要求相互矛盾，故在满足混凝土泵送的坍落度下限条件下应尽可能降低水灰比。在混凝土工程施工中还应严格控制砂、石骨料的含水率，并通过计算机合理调整配料的水灰比，进一步减少用水量。
3大跨度预应力混凝土转换梁结构的施工技术改进措施
为了保证工程质量，降低混凝土裂缝的出现几率，就需要在施工技术措施方面进行改进，通过控制混凝土绝热温升，延缓混凝土降温速率等方法来减少或避免混凝土中温度裂缝和收缩裂缝的出现，这样才能从施工阶段杜绝质量问题的产生。
3.1由于转化梁结构多使用是高标号水泥，而高标号水泥产生的水化热较多，并且其中水泥使用量与产生的水化热温升大致呈正比关系。因此在水泥使用量方面注意进行控制，前提是保证符合施工技术要求，达到施工要求的质量，在此基础上优化混凝土的配合比设计，减少水泥用量，降低混凝土的温度，这样就会降低混凝土内部温度，降低内外部的温差，从而降低裂缝出现的情况。
3.2在混凝土搅拌的过程中加入一定量的减水剂，目的就是在保证混凝土质量的前提下，减少水泥用量，降低水化热的大量产生，降低水灰比，改善和易性，使得温升时间延长，使混凝土的表面温度梯度减小，这样就会使得内外温差不会相差较大，不会因为内部温度过高，产生裂缝。
3.3在混凝土搅拌过程中，必须要保障大跨度预应力混凝土转换梁结构的质量，所以采取的一些措施都应该围绕这个主题进行。现在施工中，有时候会选择在混凝土中掺入一定掺量具有优良性质的粉煤灰（不低于ⅱ级），受粉煤灰的火山灰活性效应及微珠效应的影响，混凝土强度还有所增加（包括早期强度）。这样的好处就是不影响混凝土质量，而且密实度增加，混凝土的收缩性降低，这样混凝土结构整体就比较均匀，不会出现塌落现象。如果煤灰和以上说到的减水剂共同使用，这样效果更佳，不仅降低水灰比，减少水泥使用量，还明显地延缓水化热峰值的出现，降低混凝土内部绝热温升峰值，其收缩变形也有所降低，即降低了裂缝出现几率，而且降低了成本，一举两得。
3.4在进行混凝土施工时，要根据施工场地天气和气候情况，进行相应措施，采用大体积混凝土结构三维有限元温度分析程序，对转换梁整个施工过程中的温度状况进行分析和计算，掌握混凝土在施工中和浇筑后一个月内各部位温度的变化规律，为转换梁的混凝土施工提供科学的依据。通过这些规律，在混凝土温度较高的情况下，可以在搅拌时加入冷水，目的是降低内部温度，减少了结构的内外温差，同时延长了混凝土的初凝时间。另外可以分层次浇筑，目的就是降低截面的厚度，可以顺利将内部温度及时降低，温度分布均匀，这样就不容易产生裂缝。
4大跨度预应力混凝土转换梁结构支撑施工技术
4.1常规支撑法 转换梁施工时,考虑采用常规的混凝土浇筑方法和模板支撑形式进行施工,即一次支模一次浇筑混凝土成形,使用目前应用较为普遍的钢管脚手架支撑体系来对梁体模板进行支撑。由于转换梁底模在一次浇筑混凝土成形的情况下施工荷载很大,其支撑往往需要从转换梁底一直撑到结构底层地面或地下室的底板。该方案需准备大量的模板支撑材料,材料的租赁费或一次购置费用较大。因此这种施工技术适用于施工现场可用的支撑材料较多,且转换梁在主体结构中位置较低的情况。
4.2叠合浇筑支撑法
叠合浇筑法即应用叠合梁原理将转换梁分两次或三次浇筑叠合成型的施工方法。该方法利用第一次浇筑混凝土形成的梁支承第二次浇筑混凝土的自重及施工荷载,首次浇筑混凝土的高度多为梁高的。再利用第二次浇筑混凝土与第一次浇筑混凝土形成的叠合梁支承第三次浇筑混凝土的自重及施工荷载。采用这种施工技术时,转换梁的钢管支撑系统脚手架只需考虑承受第一次浇筑层的混凝土自重和施工荷载,因而可大为减小其下部钢管支撑的负荷,减少支撑材料的使用数量,同时混凝土分层浇筑可缓解由于大体积混凝土水化热较高从而引起温度应力过大等对裂缝控制的不利影响。
4.3设立钢结构支撑法
建筑转换层结构中的转换梁具有跨度和截面高大化的趋势,若仍采用普通的钢管脚手架作为施工期间的临时支撑形式,则无法满足大跨度、大截面转换梁对支撑体系强度、刚度及稳定性的要求。因此在实际工程中,可采用设立钢结构支撑作为主要的临时支撑,钢管脚手架可作为辅助支撑形式与钢结构支撑共同工作。钢结构支撑可有钢格构柱、钢管柱和钢桁架等形式,均具有较强的强度、刚度和稳定性。
参考文献
[1] 周光毅, 刘进贵.结构转换层大体积混凝土施工技术[j].施工技术, 2006(4).[2] 唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工[m].中国建筑工业出版社, 2005(10).[3] 向晓蓉.预应力混凝土转换梁的变形控制分析探讨[j].四川建材, 2008(1)
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