CN101979802A - 超大面积混凝土施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超大面积混凝土施工方法，包括：计算温度应力，采用有限元分析方法计算温度应力；设置应力筋，根据温度应力计算的结果和设计需要设置应力筋；张拉该应力筋。通过在设置预应力筋，在钢筋混凝土中建立预压应力，可大致抵消混凝土硬化过程中产生的干缩和水化热冷缩出现的拉应力，从而减免混凝土出现开裂。

Description

超大面积混凝土施工方法

技术领域

本发明涉及一种施工方法，特别涉及超大面积混凝土施工方法。

背景技术

据《工程结构裂缝控制》书中提出的伸缩缝间距计算公式可知，要完全不需设置伸缩缝，就必须降低混凝土温差和混凝土的收缩，或提高混凝土的极限拉伸值；但要提高混凝土的极限位伸值是十分困难的，因而只能靠设法降低混凝土的水化热和收缩，控制混凝土因温差或收缩引起的拉应变不大于混凝土的极限拉伸，则混凝土可以不设伸缩缝而不开裂。

现有技术中，存在超长超大混凝土结构无缝设计问题，以及超长超大混凝土梁板结构，且结构下部大面积采用橡胶隔震垫，致使水平和竖向刚度计算困难，从而影响无粘结预应力设计的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种新的超大面积混凝土施工方法。

本发明的采用的技术手段是： 一种超大面积混凝土施工方法，包括：计算温度应力，采用有限元分析方法计算温度应力；设置应力筋，根据温度应力计算的结果和设计需要设置应力筋；张拉该应力筋。

其中，计算温度应力中，隔震层部分采用弹簧以模拟橡胶垫的作用，温差取20oC。

其中，设置应力筋中，包括框架梁配筋、主梁配筋、次梁配筋、楼板配筋。

框架梁配筋步骤中，框架梁选配无粘结曲线筋，并且在预应力、水平温度应力和竖向荷载作用下裂缝不超过0.2mm。

主梁以跨中截面和支座截面为控制截面。

每根次梁的配筋采用主梁相同的方法计算。

楼板配筋中，长方向和短方向收缩和徐变损失取同值。

其中，张拉步骤中，为先张拉楼板，后张拉楼面梁，由中间向外基本保持对称张拉。板中的无粘结筋一次张拉，梁中的无粘结筋对称张拉。

其中，板中的无粘结筋伸长值按如下公式计算：

其中，Fpm为无粘结预应力筋的平均张拉力（KN）取张拉端的拉力与固定端（两端张拉时，取跨中）扣除摩擦损失后拉力的平均值， LP为无粘结预应力筋的长度（mm），AP为无粘结预应力筋的截面面积（mm2），EP为无粘结预应力筋的弹性模量（KN/mm2）。

另外，梁中的无粘结筋伸长值按如下公式计算：

其中，ΔLt为张拉伸长值，LT为抛物线型预应力筋的实际长度，Fj 为预应力筋张拉端张拉力，Ap为预应力筋截面积，Ep为预应力筋弹性模量，K 为每米孔孔道局部偏差摩擦影响系数，μ为预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数，θ为从张拉端至固定端曲线孔道部分切线的总夹角（rad）。其中：

本发明的积极进步效果在于：

1）通过在设置预应力筋，在钢筋混凝土中建立预压应力，可大致抵消混凝土硬化过程中产生的干缩和水化热冷缩出现的拉应力，从而减免混凝土出现开裂；

2）最大程度减少预应力张拉损失；

3）通过使用有限元软件Midas对楼层在使用阶段的温度应力进行了计算，在模型中隔震层部分用弹簧支撑模拟橡胶垫的作用，克服了现有技术中结构下部大面积采用橡胶隔震垫，致使水平和竖向刚度计算困难，从而影响无粘结预应力设计的问题。

附图说明

图1是本发明的方法的流程图；

图2是有限元分析的示意图；

图3是隔震层弹簧支撑示意图；

图4是降温后整体变形示意图；

图5是主梁配筋示意图；

图6是楼板各截面位置示意图；

图7是预应力筋张拉示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作详细说明。

图1是本发明的方法的流程图。如图1所示，一种超大面积混凝土施工方法100，包括：计算温度应力110，采用有限元分析方法计算温度应力；设置应力筋120，根据温度应力计算的结果和设计需要设置应力筋；张拉该应力筋130。

使用有限元软件Midas对楼层在使用阶段的温度应力进行了计算，在模型中隔震层部分用弹簧支撑模拟橡胶垫的作用，其水平和竖向刚度根据设计单位提供的数据输入。计算模型如图2所示。隔震层弹簧支撑如图3所示。计算温差取为20℃，通过整体降温计算温度应力，降温后的结构整体变形如图4所示。

框架梁选配无粘结曲线筋，在预应力、水平温度应力和竖向荷载（长期）作用下裂缝不超过0.2mm。

温度应力采用有限元方法计算的结果，竖向荷载采用设计单位提供的计算结果，另外根据设计总说明中 “采用补偿收缩混凝土技术，在钢筋混凝土中建立一定的预应力（0.2～0.7MPa的预压力）”的说明，考虑了0.4MPa的预压应力。

各层主梁分9m跨、12m跨和18m跨三类。总跨度不超过40m采用一端张拉，超过40m采用两端张拉。每根梁配筋均按照《无粘结预应力混凝土结构技术规程》（JGJ92-2004）进行了裂缝宽度的验算。

主梁以C（跨中）截面和E（支座）截面为控制截面，见图5。

各层次梁分9m跨、12m跨两类，总跨度不超过40m采用一端张拉，超过40m采用两端张拉。每根次梁的配筋采用主梁相同的方法计算。

楼板内布预应力直线筋，总跨度不超过48m。采用一端张拉，超过48m采用两端张拉。

楼板内预应力筋损失计算：因混凝土收缩和徐变在损失中占的比重较小，所以长方向和短方向收缩和徐变损失取同值；张拉控制应力:0.7fptk。计算板内预应力损失时，A、B、C、D、E截面的位置如图6所示

为避免预应力张拉损失，采取合理的张拉顺序非常重要。总体张拉顺序为先张拉楼板，后张拉楼面梁，由中间向外基本保持对称张拉的顺序。板中的无粘结筋一次张拉，梁中的无粘结筋对称张拉。在张拉前先试张拉，作样板，以样板引路，然后大面积再开。

前中心区整体张拉顺序见图7。每层预应力筋张拉时，4个张拉班组由中间向四周张拉，张拉先张拉X方向，再张拉Y方向，具体到每个小的分区一次性张拉两个方向。

张拉控制应力确定：预应力筋的张拉力大小，直接影响预应力效果。张拉力越高，建立的预应力值越大，构件的抗裂性也越好；但预应力筋在使用过程中经常处于过高应力状态下，构件出现裂缝的荷载与破坏荷载接近，往往在破坏前没有明显的警告，这是危险的。另外，如张拉力过大，造成构件反拱过大或预拉区出现裂缝，也是不利的。反之，张拉阶段预应力损失越大，建立的预应力值越低，则构件可能过早出现裂缝，也是不安全的。

因此，施工人员应准确建立预应力值，并在出现异常情况时告知设计人员加以解决。

每束和每根预应力筋的张拉施工顺序：

清理承压板、钢绞线→穿锚环、安放夹片→安放千斤顶→安装工具锚→张拉至初应力→量测千斤顶在初应力下的缸长L1→张拉至控制应力→量测千斤顶在控制应力下的缸长L2→校核张拉伸长值→锚固千斤顶回程→卸千斤顶。

板预应力筋伸长值即无粘结预应力筋伸长值按如下公式计算：

其中，Fpm为无粘结预应力筋的平均张拉力（KN）取张拉端的拉力与固定端（两端张拉时，取跨中）扣除摩擦损失后拉力的平均值， LP为无粘结预应力筋的长度（mm），AP为无粘结预应力筋的截面面积（mm2），EP为无粘结预应力筋的弹性模量（KN/mm2）。

无粘结预应力筋的实际伸长值宜在初应力为张拉控制应力10%左右时，开始量测，分级记录。

其伸长值可由量测结果按下公式确定：

式中：

为初应力至最大张拉力之间的实测伸长值；为初应力以下的推算伸长值，可根据弹性范围内张拉力与伸长值成正比的关系推算确定；

为混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩值。

对平均预压应力较小的板内构件，

可略去不计。

梁预应力筋伸长值按如下公式计算：

其中，ΔLt为张拉伸长值，LT为抛物线型预应力筋的实际长度，Fj 为预应力筋张拉端张拉力，Ap为预应力筋截面积，Ep为预应力筋弹性模量，K 为每米孔孔道局部偏差摩擦影响系数，μ为预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数，θ为从张拉端至固定端曲线孔道部分切线的总夹角（rad）。其中：

其孔道和转角摩擦系数按下表确定。

无粘结预应力筋摩擦系数

预应力筋在张拉过程中，应尽量避免发生断、滑丝。若出现断、滑丝应暂停张拉查明原因采取纠正措施后恢复张拉，断、滑丝总量应不得超出该截面总数的1%。每一束钢绞线断丝不得超出1根，否则须重拉。

伸长值的测量以量测张拉千斤顶缸伸出的长度值来测定的。当张拉至初应力时量测千斤顶缸伸出的长度值L1，张拉至控制应力时量测千斤顶缸伸出的长度值L2，根据千斤顶伸出长度的差值L2-L1，用图表法推算出初应力前的伸长值L0，实际的预应力筋的伸长值为L2-L1+ L0；当千斤顶的长度不足时，千斤顶需要多次倒行程，量测伸长值时，每次倒行程应量测其缸的伸出长度，然后进行累加，最后确定预应力筋的实际伸长值。

张拉过程中以应力控制为主通过油表读数及伸长值测量对预应力筋张拉实行双控管理，其实际伸长值与设计计算理论的相对允许偏差为±6%。如超出范围应立即停止张拉，待查明原因后方可继续张拉。预应力筋张拉时应认真将每束钢绞线的实测伸长值作好记录，然后进行系统的整理，作好交工验收资料。

使用有限元软件Midas对楼层在使用阶段的温度应力进行了计算，在模型中隔震层部分用弹簧支撑模拟橡胶垫的作用,其水平和竖向刚度根据设计单位提供的数据输入。

总体张拉顺序为先张拉楼板，后张拉楼面梁，由中间向外基本保持对称张拉的顺序。板中的无粘结筋一次张拉，梁中的无粘结筋对称张拉。通过以上方法最大程度减少预应力张拉损失。

张拉过程中通过张拉力和伸长值双指标的控制，有效控制了超长混凝土结构的裂缝。

尽管本发明依照其优选实施方式描述，但是存在落入本发明范围内的改变、置换和各种替代等同物。这里提供的示例仅是说明性的，而不是对本发明的限制。

为了简明，本说明书省略了对公知技术的描述。

Claims (13)

1.一种超大面积混凝土施工方法，其特征在于，该方法包括：

计算温度应力，采用有限元分析方法计算温度应力；

设置应力筋，根据温度应力计算的结果和设计需要设置应力筋；

张拉该应力筋。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算温度应力中，隔震层部分采用弹簧以模拟橡胶垫的作用。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算温度应力中，温差取20oC。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置应力筋中，包括框架梁配筋、主梁配筋、次梁配筋、楼板配筋。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，框架梁配筋步骤中，框架梁选配无粘结曲线筋，并且在预应力、水平温度应力和竖向荷载作用下裂缝不超过0.2mm。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，主梁配筋步骤中，主梁以跨中截面和支座截面为控制截面。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，每根次梁配筋采用主梁相同的方法计算。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，楼板配筋中，长方向和短方向收缩和徐变损失取同值。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，张拉步骤中，为先张拉楼板，后张拉楼面梁，由中间向外基本保持对称张拉。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，板中的无粘结筋一次张拉，梁中的无粘结筋对称张拉。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，板中的无粘结筋伸长值按如下公式计算：

其中，Fpm为无粘结预应力筋的平均张拉力取张拉端的拉力与固定端或跨中扣除摩擦损失后拉力的平均值， LP为无粘结预应力筋的长度，AP为无粘结预应力筋的截面面积，EP为无粘结预应力筋的弹性模量。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，梁中的无粘结筋伸长值按如下公式计算：

其中，ΔLt为张拉伸长值，LT为抛物线型预应力筋的实际长度，Fj 为预应力筋张拉端张拉力，Ap为预应力筋截面积，Ep为预应力筋弹性模量，K 为每米孔孔道局部偏差摩擦影响系数，μ为预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数，θ为从张拉端至固定端曲线孔道部分切线的总夹角。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中：

。

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