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预应力混凝土框架梁张拉反拱测试分析

日期:2016-8-15 14:47:20 来源:转载 浏览数:
 
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    对混凝土结构施加预应力的主要目的在于提高结构的使用性能,进而降低自重,以实现可观的经济性。但工程中,由于施工工艺的复杂性和施工技术水平的限制,实际张拉效应可能远低于设计值,造成结构使用阶段产生过宽的开裂和过大挠曲,甚至于会影响到结构的安全性能。对此,加强施工中预应力的检测控制成为确保施工质量的重要手段之一。在工程检测中,通常是将测试值与理论值进行比较,即可得到对施工质量的评价。预应力混凝土施工检测的主要方法包括有效预应力的测试和反拱测试两种类型[1]。对于前者,有效预应力的理论值可由规范或设计直接提出或简单推出,但有效预应力的准确测试存在一定难度[2]。而对于反拱测试方法,测试工作及其数据成果简便直观,但理论值计算可能因考虑施工因素而较为复杂。
    在预应力混凝土结构施工中,为避免混凝土结构在预应力施加前受自重和施工活荷载作用而出现混凝土开裂(甚或裂缝过宽难以闭合)的不利情况出现[3],一般均要求张拉后再拆卸梁底模板支撑。对于等效荷载平衡全部结构自重和部分活荷载的设计,预应力梁全梁段将挠曲向上,反拱计算较为简单。而对于等效荷载仅平衡部分结构自重的设计,张拉形成的等效荷载将不足以使全梁段反拱向上并与梁底模板脱离,因此预应力结构还要受到模板支撑结构的约束作用。这种等效荷载仅平衡部分结构自重的预应力结构的挠曲形态的测试方法和特点分析还未见文献介绍,该文拟对一工程实例进行施工张拉的挠曲测试,探明预应力混凝土结构在仅平衡部分结构自重的张拉力作用下的挠曲变形形态和检测要点,为同类条件结构的检测评定提供指导。
    1•工程概况
    武汉东湖会议中心工程的宴会中心大厅由8榀单跨单层的混凝土框架结构组成,框架跨度均为40m,柱距7.2m,梁顶标高为16.281~21.106m,如图1所示。框架梁采用后张有粘结的预应力,设计为2束梁底布置的近直线型筋束,以及4束曲线型筋束,各筋束均为12根1860MPa级低松驰高强钢绞线。梁底模主要包括,18mm厚9层板、50×100mm间距250mm木背枋、450mm×150mm×11.5mm×18mm双排热轧工字钢。梁底模以下的主要垂直支撑柱为Φ630×10mm 的钢管柱,每榀框架梁底设置6根钢管柱间距6m,同时在梁侧各设两排Φ48×3.0mm 纵向间距0.5m 的扣件式钢管立杆柱,并经钢管横杆对梁底进行辅助支撑。屋面板底模竖向支撑为纵横间距0.8m的扣件式钢管立杆柱。上述支撑结构参见图1,但图中扣件式钢管立杆柱及所有钢柱柱间剪刀撑均未示出。
              
    2•测试方法和成果
    选取两榀预应力混凝土框架(其梁顶标高分别为21.250m 和17.920m)进行施工张拉时的框架梁反拱效应测试,分别测试支撑钢柱的竖向伸缩应变及柱顶与混凝土梁的竖向相对位移。如图1、图2所示,伸缩应变测试以全部6根支撑钢柱为测点,每根钢柱测点设置4个振弦式应变传感器,取其平均值作为每个测点的应变值,以消除支撑钢柱纵向挠曲的影响。竖向相对位移测试仍以6根支撑钢柱柱顶所在梁侧为测点,在支撑钢柱柱顶和混凝土梁侧之间设置位移计进行测试。为消除预应力梁扭转的影响,在每个测点的两侧各设置1个百分表,测点的相对位移值取两侧百分表读数的均值。
               
    两榀预应力混凝土框架分别在各自全部6个孔道的预应力施工张拉完成的前后,各测点支撑钢柱的应变和框架梁竖向相对位移结果见表1、表2。
             
                 
    测试结果较为分散,这主要是因为受到施工高支模结构中一些不确定因素的影响,主要包括:在底模板下采用了大小、硬度不一的木背枋或木楔块(对荷载产生一定程度的重分布),框架柱的模板支撑效应以及支撑结构中斜向支撑对荷载分布的影响等。
    表2所示,测点1和6的相对位移为零,表明该处的混凝土梁底与支撑底模没有脱离。而测点2、3、4、5处的混凝土梁底与支撑底模均脱离,这表明支撑钢柱已不再承受混凝土梁的自重压力而呈自由状态。因此,表1中测点2、3、4、5处钢柱的应变即为混凝土梁自重卸除后的全部弹性恢复值,在数值上它与自重作用下钢柱的压缩应变相等。
    3•分析结论
    施工模板支撑体系对预加力效应的影响是较为复杂的,除了作为主要支撑的钢管柱对框架梁的竖向约束外,还包括扣件式脚手架立杆对楼板自重的卸载以及框架梁底纵向钢梁对预加力的分担等。
    工程实测分析的结论如下:测试所采用的支撑钢柱应变和柱顶梁底间相对位移的预应力张拉效应的测试评定方法是切实可行的;等效荷载小于结构自重的条件下,施工张拉效应受到模板支撑约束的较大影响,反拱形态与常见情况下的等效荷载大于结构自重的完全不同,因此,作为测试验证的理论分析模型应符合实际情况,全面、细致地考虑施工期间模板支撑体系的影响。
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