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大跨預應力混凝土轉換梁結構施工技術研究
摘要:預應力混凝土轉換梁結構設計施工有別于常規混凝土結構中,其施工質量對整個結構的安全性具有重要意義。本文對大跨預應力混凝土轉換梁的施工技術要點進行了詳細分析,包括臨時支撐的施工、混凝土工程的施工以及預應力工程的施工,可為相關工程提供參考。
關鍵詞:預應力;轉換梁;施工技術
中圖分類號:TU323.3
文獻標識碼:B
文章編號:1008-0422(2010)08-0191-01
1 前言
在建筑設計中,由于建筑平面布置、立面處理及功能轉換的要求,經常會遇到大跨度的鋼筋混凝土梁上承托多層框架的情況,這種大跨度的框架托梁往往會承受較大的上部傳來的結構荷載,若仍依照通常的方式進行普通鋼筋混凝土轉換梁設計,不僅配筋過多,不便施工,而且在支座和跨中可能會產生裂縫。為了改善該類梁的受力性能和提高其抗裂性,工程中有必要將該類梁設計成預應力混凝土梁,即預應力混凝土轉換梁。然而,大跨度預應力混凝土轉換梁的施工建造過程涉及力學、材料學、結構設計及工程管理學等多門學科,是一項極其復雜的系統工程,其施工質量的好壞直接關系整個結構的安全性。據此,本文從宏觀的角度對大跨預應力混凝土梁轉換結構施工中的技術要點進行分析探討。
2大跨度預應力混凝土轉換梁結構施工力學問題
2.1 模板支撐系統的受力
一般情況下,在未施加預應力之前,轉換梁結構的絕大部分混凝土自重、所承擔的部分上部結構荷載以及施工荷載是非常大的,而這又是結構設計中未能考慮的附加荷載。為確保混凝土轉換梁的變形不超過允許值,在施工當中,應根據工程的實際情況和轉換梁結構的特點,明確轉換梁模板支撐的荷載傳遞途徑,并考慮其對結構樓板或梁的承載力的影響,從而合理選擇轉換梁結構的模板支撐方案,確定模板支撐的布置形式。
2.2 混凝土的溫度及收縮應力
混凝土轉換梁由于其幾何尺寸較大,屬大體積混凝土構件,混凝土在澆筑后硬化期間水泥水化過程釋放的水化熱所產生的溫度變化與混凝土的收縮共同作用,由此產生的溫度應力和收縮應力便成為導致轉換梁結構出現裂縫的主要因素。這些裂縫的出現對轉換梁的耐久性及結構的安全性均造成不同程度的損害。因此在混凝土工程施工當中,應考慮溫度應力的影響并設法降低混凝土內部的最高溫升值,減小其內外溫差和溫度變化速率,采用最高溫度和溫度差雙控制的方法確保溫度應力不超過混凝土的抗拉強度;同時還要改善混凝土的性能,采用合理可行的澆筑方案、養護措施以及構造措施控制混凝土的收縮變形,降低收縮應力對構件的影響作用,從而減小裂縫產生的可能性。
2.3預應力對轉換梁結構的受力影響
由于框架結構本身是一個超靜定結構,在張拉轉換梁預應力的同時會在結構中引起次內力。在進行主體結構施工時,若在轉換梁梁體施工完混凝土強度達到指定要求后,與普通預應力混凝土梁相同將預應力進行一次完全施加,而此時上部結構的荷載由于施工進度的原因未施加完畢,在多余預應力的作用下將產生較大的反拱變形,造成上部結構也產生相應的變形和次內力;反之,若在上部結構較大荷載的作用下,未及時對轉換梁施加預應力或施加的程度不夠,結構也會產生較大的變形,對施工和使用期間的結構安全性造成較大的影響。
3大跨度預應力混凝土轉換梁結構施工技術
3.1 臨時支撐施工方法
①常規支撐法
轉換梁施工時,考慮采用常規的混凝土澆筑方法和模板支撐形式進行施工,即一次支模一次澆筑混凝土成形,使用目前應用較為普遍的鋼管腳手架支撐體系來對梁體模板進行支撐。由于轉換梁底模在一次澆筑混凝土成形的情況下施工荷載很大,其支撐往往需要從轉換梁底一直撐到結構底層地面或地下室的底板。該方案需準備大量的模板支撐材料,材料的租賃費或一次購置費用較大。因此這種施工技術適用于施工現場可用的支撐材料較多,且轉換梁在主體結構中位置較低的情況。
②疊合澆筑支撐法
疊合澆筑法即應用疊合梁原理將轉換梁分兩次或三次澆筑疊合成型的施工方法。該方法利用第一次澆筑混凝土形成的梁支承第二次澆筑混凝土的自重及施工荷載,首次澆筑混凝土的高度多為梁高的。再利用第二次澆筑混凝土與第一次澆筑混凝土形成的疊合梁支承第三次澆筑混凝土的自重及施工荷載(如圖1所示)[1]。采用這種施工技術時,轉換梁的鋼管支撐系統腳手架只需考慮承受第一次澆筑層的混凝土自重和施工荷載,因而可大為減小其下部鋼管支撐的負荷,減少支撐材料的使用數量,同時混凝土分層澆筑可緩解由于大體積混凝土水化熱較高從而引起溫度應力過大等對裂縫控制的不利影響。
③設立鋼結構支撐法
建筑轉換層結構中的轉換梁具有跨度和截面高大化的趨勢,若仍采用普通的鋼管腳手架作為施工期間的臨時支撐形式,則無法滿足大跨度、大截面轉換梁對支撐體系強度、剛度及穩定性的要求。因此在實際工程中,可采用設立鋼結構支撐作為主要的臨時支撐,鋼管腳手架可作為輔助支撐形式與鋼結構支撐共同工作。鋼結構支撐可有鋼格構柱、鋼管柱和鋼桁架等形式,均具有較強的強度、剛度和穩定性。圖2為武漢天恒大廈大截面轉換梁鋼管柱支撐施工方法示意[2]。
④埋設型鋼及鋼桁架法
在轉換梁中埋設型鋼或鋼桁架,梁體模板可固定于型鋼或鋼桁架上,即將兩者進行一體化設計,以承受轉換梁絕大部分自重、部分結構荷載及施工荷載,梁體混凝土可一次澆搗成形。由于型鋼或鋼桁架作為轉換梁的
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