[转贴]：无粘结预应力技术在超长结构中的应用

panyq2000

无粘结预应力技术在超长结构中的应用
无粘结预应力技术在超长结构中的应用(删节版）
1．概况
     随着建筑物功能和要求的发展，超长无缝建筑大量出现。规范规定的伸缩缝最大间距，是在一般构造措施下，根据我国多年的工程实践统计后制定出的，但同时新版规范也提出，如有充分依据和可*措施，伸缩缝间距可适当增大。目前常用的方法是留设后浇带分段施工，采用专门的预应力措施，采取减小砼温度变化或收缩等施工工艺措施。采取何种措施才能保证超长结构的收缩时不开裂问题，要针对不同的结构形式，平面形状，长度和结构受约束情况以及所处地区环境和施工管理等条件，经计算分析后才能确定。本文结合工程实践介绍超长框架结构温度应力的计算分析以及采用无粘结预应力技术防止超长结构因温度作用开裂的问题。
     工程地处北京，建筑面积62000m2,地下2层，地上6层，框架结构，柱网为7.2x7.2m,地下2层至地上3层，总长度均为165.6m，宽67.2m，4~6层分成长度为72m的两栋塔楼。建筑平面、立面变化大，长度远远超过规范规定的长度。
     根据使用功能和使用条件的限制，不允许留设伸缩缝，给结构设计带来一定的难度。由于工期紧和施工场地的限制，混凝土必须采用商品泵送混凝土，由于其高流动性的要求，水泥用量增加，水会比增大，砂率增加，骨料粒径减小。这些因素使得泵送混凝土的收缩量增大，由此产生裂缝的现象比较普遍。单*一般构造措施和施工工艺措施解决超长而不裂，把握不大，也无可*依据。经多方面研究分析，决定采用无粘结预应力技术解决本工程的超长不设缝的问题。
2．温度应力的分析
      这里只考虑整体温度变化的作用，认为结构在大气中温度均匀，结构随大气温度变化而变化，因大地温度变化小，近似恒温，因此可认为地下部分结构温度保持恒定，可不考虑温度作用的影响。假定首层楼板为上部结构的嵌固点，因后浇带间距45m，不考虑后浇带闭合前各单元的温度应力。
2．1温度梯度的确定
温度降低引起结构收缩，对于楼板产生拉应力，减小温度梯度，是减小温度应力最有效的途径。北京市最低日平均温度为-15.9c,最高日平均温度为33.2c，极端温差为49.1c。通过留设后浇带，并选择较低温度时机闭合后浇带,以创造一个初始低温的良好条件。本工程要求在气温低于106c的季节闭合后浇带，因此计算温度梯度⊿T1=10-(-15.9)=25.9c.
另外还要考虑混凝土收缩的当量温差。混凝土收缩是一种随时间而增长的变形，结硬初期发展较快，二周可完成全部收缩的1/4，一个月可完成1/2，三个月完成60~80%，以后增长缓慢，一般两年后趋于稳定。最终收缩应变ε约为（200~400）x10-6。由于本工程采取留设后浇带和掺加膨胀型混凝土外加剂，混凝土最终收缩应变可取ε=200x10-6。在本工程的首层及2~3层主体结构中，都预留了上下贯通的后浇带，后浇带最大间距45m。在后浇带未浇注之前，超长板可视为一种能接近于自由变形的构件，后浇带三个月以后浇注，可认为收缩变形中已完成80%的自由变形，即ε1=0.8ε=160x10-6，残余应变ε2=0.2ε=40x10-6才在结构中产生拉应力。混凝土的线膨胀系数为α=1x10-5/c，收缩当量温差⊿Tc=ε2/α=4c.
因此，综合计算温度梯度⊿T=⊿T1+⊿Tc=29.9c.
2.2温度应力的计算
温度应力的计算分别按平面框架和空间整体有限元计算。两种方法计算结果显示温度应力作用的特点是一致的：底层大，往上逐层剧减；中间大两端小，对称轴处应力最大，向两端逐渐减小，呈抛物线分布。有限元的结果显示，二层中部最大应力为1.5MPa,端部最小应力为0.37MPa。三层中部最大应力为0.45MPa，端部最小应力为0.25MPa。
3．无拈结预应力筋的设计
结构自收缩产生次拉应力，是引起超长结构开裂的主要原因。如能在结构中施加预压应力，将能平衡或抵消部分收缩次拉应力，达到防裂抗裂的目的。采用无拈结预应力技术是一种有效的手段。无拈结预应力筋有布置灵活，张拉锚固方便，强度高等特点。同温度应力产生的原理一样，预压应力的传递同样受到柱子等竖向构件的约束，由端部到中部逐渐减小。这种分布特点与温度应力的分布产生矛盾，为了能在结构中建立尽可能大的预压应力，在预应力筋的布置和施工上做如下处理：
1）合理设置后浇带划分布筋区段和张拉区段。根据温度应力的分布特点，中段配置较多的预应力筋，两端则相对少一些，以减小对中段应力的削弱，在中段建立更大的预压应力。本工程中段配置的预应力钢筋为φj15@350,两端预应力筋为φj15@500.
2）分段张拉，先中段后两端。在后浇带封闭前张拉中段预应力，待达到设计强度后，再张拉两端预应力。这样可减少中段预应力的损失。按有限元分析，结构中的预应力计算结果显示二层中段最大预压应力为1.0MPa，该部分计算最大温度应力为1.5MPa，预压应力抵消了大部分温度应力，仅在结构中产生0.5MPa的次拉应力，小于混凝土抗拉强度设计值。
4．其他措施
除在楼板中布置预应力筋外，还在混凝土中掺加了膨胀型外加剂以减小施工期间混凝土的收缩。在楼板上部全面布置非预应力拉通钢筋，以抵抗和控制裂缝的发展。本工程于2000年12月完成结构施工，2002年8月正式使用，已经受了高温与寒冬季节的考验，目前未发现裂缝，证明预应力的设计是成功的。
5．应注意的问题
采用预应力可以解决超长结构楼板的收缩开裂问题，但楼板的伸缩对柱子的影响不容忽视，特别是底层*近端部的柱子，变形大，附加弯矩大。在计算柱子承载力时，应考虑温度和混凝土收缩以及施加预应力工况的影响。
6．结论
无粘结预应力技术用于超长结构是防裂抗裂的有效措施，预应力筋应通过温度应力的计算确定。合理的留设后浇带是必要的，要根据结构形式和平面体形的具体情况进行分析，超长结构的伸缩对柱子的承载力影响不容忽视。


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