超长混凝土结构设计与施工质量控制

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  【摘 要】 超长砼结构的收缩、温度、徐变及预应力引起的结构轴向压缩等成为控制设计施工的主要因素,本文分析探讨砼收缩及温差引起的结构内力及控制方法。
  【关键词】 超长砼结构;收缩及温差;极限状态设计;后浇带处理
  【中图分类号】 TU755.1 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123(2012)01-043-02
   在超长砼结构体中,其具有的收缩、温度、徐变及预应力引起的结构轴向压缩等参数成为控制结构设计与施工方法的重要因素,砼的早期性能导致结构内力分析的复杂性,施工阶段与使用过程结构受力体系存在差异和转变,施工方法和后浇带的留置将影响到结构分析及经济性等问题,这些都是需要解决的实际问题。
  环境气候温度及收缩作用对结构产生不利影响,但与很多因素相关,如温度变化、砼收缩、结构约束、作用效应组合下的钢筋应力,抗裂度和裂缝控制的等级要求等。如砼结构中竖向结构的抗侧刚度是影响伸缩缝及后浇带设置间距的重要因素,承重柱尺寸较大的框架结构,框-剪结构及剪力墙结构等,伸缩缝间距应相对小。事实上不同结构受温度及收缩作用的影响不会相同,伸缩缝间距也相应不同。不留温度及收缩缝,不采取用分段流水施工法及微膨胀砼,预应力技术等。温度及收缩作用导致承重砼结构裂缝宽度超过规范,限值的结构应该是超长砼结构。
  分析探讨由砼收缩及气候温差引起的结构内力分析方法;收缩及气候温差间接作用的极限状态设计方法:收缩及气候温差引起的结构内力不同;如何设计超长砼结构的分段流水施工;在超长砼结构中如何布置预应力筋及非预应力筋等。
  1 砼收缩及温差引起的结构内力分析
  只有结构不同部位上发生收缩及温差作用时,而且只有当变形受到约束时,才会出现应力或内力。砼楼面的构件尺寸相对较小,可以不考虑内外温差引起的不均匀内力。
  1.1 计算模型的选择。超长砼结构一般为多层框架结构,对于单层框架结构,可以直接建模型。使用阶段设计时,多层框架结构在温差.收缩作用下,二层以上各楼层可假设为自由变形,不受约束,基础和地下室不变形,二层楼面梁和板受底层柱的强力约束,计算只考虑地上两层;在日照温差大的地区,屋面结构还要考虑日照温差作用引起的内力,计算只考虑顶部两层。大量已建工程的现场检测表明建立这样的模型可以满足工程需要。
  对温差及收缩作用下的规则多层框架按单层框架进行建模,也能满足工程需要;温差及收缩作用下的施工阶段多层框架设计不论是否规则可按单层框架进行建模。
  超长砼结构在施工阶段需要留置施工缝和后浇带,后浇带在结构浇筑后一般两个月后才封闭,这时计算模型可根据后浇带的位置将结构分战成段,先做后浇带封闭前的计算,再进行封闭后整体结构计算,最后将两部分计算结构叠加。留置后浇带的超长砼结构有限元分析,可以通过现用软件来实现。
  1.2 计算方法和结果分析。温差及收缩内应力的计算方法比较多,较精确的方法可以通过适当的模型用现通用软件计算,对规则多层框架也可用D值法简化计算。无论采用那种计算方法,计算模型都小于实际结构,为减少误差可根据填充墙刚度大小,把模型刚度放大,也可放大温差和砼收缩作用产生的内力或内应力的计算结果。对于重要的结构,用更精确的分析模型计算。
  温差和砼收缩应力的计算必须考虑徐变引起的应力松弛,一般采取应力松弛系数对弹性应力进行折减,否则与实际相差过大。通过对结构在温差,砼收缩和徐变作用下的有限元分析,以下结论可供设计时采用:①结构中间跨存在大范围的均匀拉应力,且粱和板中的拉应力基本相同,乘以徐变应力折减系数后可得到结构真实应力。②边跨柱存在最大侧移,如果所有柱刚度相同,则边跨柱存在与竖向荷载作用下相反的最大剪力和弯矩,对于使用阶段设计,可取该有利内力分项系数为0~1.0。③边跨梁及板中存在与竖向荷载作用下相反的最大剪力和弯矩,对于使用阶段设计,同样可取该有利内力分项系数为0~1.0。④对于屋面结构,在日照温差作用下,屋面和楼面的温差可达5~8℃,采用与二层楼面梁板类似的措施仍然可以解决温度应力;对洞口等应力比较集中处要注意,采取加强抗裂处理。⑤施工阶段结构分析模型和计算参数的影响因素较多,如施工缝及后浇带的留置带来施工阶段和使用阶段的结构体系不同,施工阶段模板和支撑末拆除,竖向荷载力很小,砼强度及弹性模量在施工阶段也是变值,而且竖向构件的材料性能. 计算参数与水平构件不同,早期砼性能对预应力筋的张拉都会有很大影响,施工阶段的内力分析影响到结构的配筋量。⑥在温差和砼收缩作用下,砼开裂后刚度下降,裂缝的开展是一个随时间逐渐积累,动态发展的过程。可以采用分段计算法来求构件开裂后的刚度折减系数。配筋率高的构件由于开裂后的抗拉刚度折减较少,内力值降低也较少,与低配筋构件相比,高配筋构件有机会出现更多的裂缝,虽然内力水平比较高,但裂缝宽度由于高配筋率仍可控制的较小,开裂后构件的内力维持在开裂内力附近;不允许开裂的构件,应力随温度降低,收缩作用的增加而增大。对允许开裂的构件内力要小的多,砼的拉应力超过抗拉强度时出现第一条裂缝,裂缝出现后构件轴向刚度降低,相应内应力减小,随着温度降低和砼收缩发展内力再次增大,当内力增大至两条裂缝之间达到抗拉强度时再次出现开裂。而采取预应力可控制砼构件不开裂。
  2 超长砼结构极限状态设计法
  采取直接或间接作用对砼构件的安全耐久性及使用性能的影响存在差别较大。由于竖向构件约束引起的温差和砼收缩内力与竖向构件的抗侧刚度有关,也与构件本身的截面刚度有关,降温和收缩引起的轴向拉力弯矩及剪力甚至扭矩会使荷载作用下的裂缝变宽,同时使构件截面刚度降低,相应的超静定内力也会随之减小。不允许开裂的预应力构件由于降温和收缩引起的内力会因竖向构件的开裂及砼徐变而减小。也是说间接作用对延性好的砼结构,主要是使用性能及耐久性的影响,间接作用引起的自平衡内力对承载能力影响较小。对于超长砼结构的温差和砼收缩作用只进行正常使用限状态设计。
  季节温差和砼收缩是两种完全相同的作用,砼收缩是从结构砼浇筑完成后开始,收缩量逐渐增大,10年以后基本稳定。而季节温差作用是以年为周期的循环,日照温差及每天循环,在建筑物的整个寿命周期内不停地变化,如果只采用一个温差的代表值是不够的,由于温差有正负之分,季节温差增加的缝宽在升温时并不能恢复,对季节温差应分段计算。
  对超长砼结构正常使用限状态设计可以有两种思路: 一种是对结构在温差和砼收缩作用下考虑徐变的弹性有限元单独分析设计,得到所需配置的抗温差和收缩的钢筋面积,然后用直接作用下结构设计得到的钢筋面积叠加,根据叠加后的钢筋面积进行配筋;另一种是将温差和收缩作用下的内力与荷载作用下的内力,先行组合后再确定所需钢筋面积,这两种方法都是把砼梁板构件作为偏拉构件设计,第一种方法比较简便,第二种方法更容易不利内力组合。如果设计中简单地用一种最大温差和收缩作用产生的内力,同荷载产生的内力叠加再用规范公式求解截面刚度及裂缝宽度的做法是不合理的。
  3 后浇带和施工段处理
  超长预应力砼楼板屋面施工段的划分影响因素比较多,主要是建筑平面布置特点,如伸缩缝柱及竖向构件约束程度等,预应力筋张拉方式,砼浇筑问题,模板投入工期等。施工段长度一般为30~50m,为张拉需要施工段长度可增大,为减少砼收缩再划分小段施工,用留临时施工缝方法处理。现在施工段的留置主要是将结构分为二段和三段施工。
  3.1 分两段施工,一种情况是把第一施工段的长度为2L/3(L楼总长) ,第二施工段的长度为L/3。前者两端张拉,后者一端张拉,使预应力筋建立的应力基本相等。在第一施工段砼浇筑后便可进行第二段施工,但第二段砼浇筑应在第一段预应力张拉后进行。第二种情况是:两段长度大致相等,中间留有一条宽1.2~2.0m的区间后浇带作为张拉预应力用,然后再补浇筑。如果两段间不设带区,中间可留一小段后浇带,待两段张拉后再补浇该跨砼。预应力筋的连接在施工缝或后浇带处用锚头连接器对接,在张拉后接长,逐段浇筑砼向前推进。在后浇跨处采用分离搭接,预应力筋在梁端张拉,两施工段之间的后浇小跨内预埋无粘结预应力筋,待该小段补浇筑砼后再张拉,连接成贯通的预应力筋。
  3.2 三段施工分为3种情况,一是3段长度基本相等,分段施工法基本同上述第二种情况。二是把第一施工段即中间部分长度为L/2,第二、三施工段的长度为L/4。前者采用两端张拉,后者采用一端张拉。在第一段砼浇筑以后第二、三段可同时施工,此时所用模板及人工都比较均衡。从下层楼面依次转向上层楼面连续施工。三是中间段长度约是L/4,两侧段约为3L/8,预应力筋可通长铺设,中间段增加配筋,该段张拉后才能进行两侧砼浇筑。
  实际工程中预应力砼楼板屋面施工段面积比较大,为减少施工段砼的收缩裂缝,纵向次梁和板的无粘结预应力筋可以分两次张拉,每一施工段待砼浇筑7d以后再张拉20%纵向预应力筋,气温偏高4d后即可张拉,当砼强度达到设计的75%及以上时,张拉其余纵向和全部横向预应力筋。
  4 考虑各种应力的钢筋配置
  现在国内对超长砼结构多数采取预应力砼结构以减少柱的数量,预应力对减少结构的裂缝功不可没。设计中预应力筋线形及连接长度的不合理,末根据具体情况确定预应力筋的张拉次序及时间,增加过多的抗温差及收缩的直线预应力筋的不合理措施,都会影响该类结构理想抗震耗能机制的形成,使得结构整体性能下降。超长砼框架结构设计中会出现两种不利现象:一是根据抗震设计规范要求,按规范给定的各种作用综合引起的结构内力,避免约束裂缝的产生,使梁超强过多;二是仅按构造要求配置少量的非预应力筋,而这些非预应力筋在预应力筋张拉之前要承担砼早期收缩温差及支撑沉降引起的结构内力,过少的结构配筋会导致砼结构在预应力筋张拉之前就出现了严重开裂。
  由于摩擦产生的预应力损失在中间跨较大,同时由于柱子抗侧刚度引起的预应力损失在中间跨比其它跨都大,因此中间跨有效预应力总损失较大,有可能出现边跨达到抗裂要求,而中间跨不能满足抗裂要求的情况。这时必须在中跨适当增加配置预应力筋,利用后浇带或施工缝将预应力筋分区段张拉等措施,使得预应力可以有效地施加在楼盖系统上,以满足抗裂要求。刚性柱的内跨大梁明显的拱作用,这一有利因素可减小由于梁轴向预应力降低的影响。在大面积梁板结构中如板的跨度较大,预应力砼梁中传递给板的压应力是有限的。板厚超过140mm时,在板中采用曲线的预应力筋线形,一方面利用曲线预应力筋产生的径向等效荷载抵消作用在板上的竖向荷载,另方面也可以利用轴向顶压力抵消砼收缩及温度作用。
  超长砼结构在温度和收缩作用下边跨柱存在较大侧移。如果所有柱强度相同,则边跨柱存在与竖向荷载下相反的最大剪力与弯矩,边跨梁与板中存在与竖向荷载下相反的最大剪力与弯矩。在使用阶段可取该有利内力分项系数为0~1.0,或不考虑温差及收缩作用对梁、柱、板内力的不利影响。在施工阶段虽然眚梁模板及支撑未拆除,竖向作用极小,但此时后浇带或施工缝未闭合,导致温差及收缩作用对竖向剪力与弯矩不会大,可以不考虑这种因素。
  工程设计中会遇附房与楼连在一块,柱净高Hn很小,如柱截面高度h较大,会出现Hn/h<2的超短柱,这种超短柱预应力砼大梁在钢筋张拉阶段因弹性压缩引起柱下端较大弯矩与剪力,产生交叉剪力裂缝,甚至剪力破坏。如无法避免超短柱的出现,张拉要采取措施,在保证总抗侧力前提下,可采用分体柱开缝剪力墙加大温度应力最大层高即中长柱手段,减小底层竖向构件的抗侧刚度,在保证抗震能力前提下,采用滑动支座等手法有意识的释放温度应力,避免出现张拉阶段剪切裂缝。同时Hn/h<4短柱的箍筋沿柱高全加密,用封闭或焊接箍筋,用钢柱或钢骨砼提高柱的抗侧移,抗裂和抗剪及抗弯承载能力。
  参考文献
  1 王春武等.预应力砼框架结构的抗震设计探讨.工程抗震与加固改
   造,2005(5):33~36
  2 吴京等.砼结构间接应力及裂缝控制研究.工业建筑,2006(5):13~15
  3 王勖成等.有限单元法.清华大学出版社,2003
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