緩粘結預應力大梁結構設計和施工

張寶勤,王國權

1.中國電子工程設計院,北京 100840

2.北京市住宅建筑設計研究院有限公司,北京 100005

1 工程概況

某教學樓為十一層框架剪力墻結構，結構總高度44m。五層為報告大廳，大梁最大跨度凈距為26.4m，為了控制裂縫和撓度，同時也為了施工的可靠性和可行性，采用了新型的緩粘結預應力技術。部分結構平面布置圖如圖1，本文取其中典型的大梁（H軸）進行分析。

圖1 部分結構平面圖

2 結構設計

2.1 材料

混凝土強度等級C40，抗拉強度標準值ftk=2.39N/mm2；軸心抗壓強度設計值fc=19.1N/mm2，混凝土彈性模量Ec=3.25×104N/mm2；

預應力筋采用1860級低松弛鋼絞線，強度標準值fptk=1860N/mm2；單束面積Ap=140mm2；彈性模量Ep=1.95×105N/mm2；預應力張拉控制應力為conσ=0.75×fptk=0.75×1860=1395N/mm2。

錨具采用夾片式單孔錨，錨具進行靜載錨固性能試驗，錨固效率系數為0.99；

普通鋼筋為HRB400級熱軋鋼筋，強度設計值fy=360N/mm2。

2.2 結構形式和斷面選擇

由于跨度大，荷載大，經過分析設計和結構空間的限制，確定框架大梁截面尺寸為600mm×1700mm，梁跨為28m。

2.3 摩擦系數取值

預應力采用緩粘結預應力筋，它是采用專用緩粘結膠粘劑和塑料外包護套涂包的預應力鋼絞線，在張拉適用期內，與被施加預應力的混凝土之間可保持相對滑動，張拉適用期和固化時間期間，粘結效果逐漸增強，達到固化時間以后，與被施加預應力的混凝土之間達到一定強度的粘合。

緩粘結預應力筋的有效預應力σpe應按公式（1）計算：

預應力損失值應取下列五項：1）張拉端錨具變形和緩粘結預應力筋內縮σl1；2）緩粘結預應力筋的摩擦σ

l2；3）緩粘結預應力筋的應力松弛σ

l4；4）混凝土的收縮和徐變σl5；5）采用分批張拉時，張拉后批緩粘結預應力筋所產生的混凝土彈性壓縮損失。

由于只有摩擦損失與膠粘劑有關，因此摩擦損失是計算預應力有效應力需要著重考慮的因素。由于工程期限的影響，并考慮到張拉適用期內，膠粘劑的不穩定因素，摩擦系數取大值：摩擦系數k=0.01/m，μ=0.25/rad。此時的第二項損失也屬于大值，扣除損失后的有效應力屬于小值。本文中第二項摩擦損失σ

l2為259.4MPa，總損失為425.1MPa，預應力有效應力為σpe為969.9MPa。

2.4 預應力配筋

預應力筋用量的計算，根據抗裂要求進行計算；然后再根據《預應力混凝土結構抗震設計規程》相關約束條件進行普通鋼筋的選擇。由計算得，預應力鋼筋：36φs15.2，分成4束：4×9φs15.2；考慮梁截面寬度的允許，預應力鋼筋一排布置；各束預應力均采用一端張拉，2束預應力筋在左柱端張拉，另2束預應力筋在右柱端張拉；根據該框架大梁標準彎矩圖，預應力筋線形要盡可能與標準彎矩圖相一致，因此預應力曲線形式均設為四段拋物線，反彎點取0.1L處；為了獲取較大的截面抵抗矩，控制截面處的預應力筋應盡可能靠近受拉邊緣布置。

普通鋼筋下鐵為24Φ25（2/11/11），上鐵為18Φ25（9/9）。

2.5 抗裂驗算

由標準彎矩圖，控制截面選取跨中和一邊支座截面，首先計算截面控制應力，看是否滿足二級抗裂要求。

在荷載效應的標準組合下應符合下列規定：

在荷載效應的準永久組合下應符合下列規定：

抗裂驗算是由標準彎矩及等效彎矩和次內力綜合決定的。內力和預應力各彎矩均可計算得到。具體結果如表1：

表1 內力計算結果

因此，預應力框架大梁抗裂驗算結果：大梁在兩端支座處不滿足二級抗裂，而在跨中截面處，梁底滿足放寬的二級抗裂要求。針對支座處，在不滿足二級抗裂情況下進行三級裂縫寬度驗算，得到預應力框架大梁的裂縫寬度如圖2。

圖2 裂縫寬度

3 施工措施

為了抵消預應力損失，施工張拉時3%超張拉。

為了有效減小因摩擦而產生的損失，預應力4束分成2束在左端2束在右端進行張拉。同時，盡量提前預應力張拉的時間并且控制膠粘劑的粘結時間，以減小摩擦損失。

為了防止預應力筋對結構的反拱，應進行采取嚴格的張拉步驟，進行分級循環張拉，而且必須控制張拉速度，不能過快。

由于普通鋼筋過多，同時由于預應力筋一排鋪設，在梁端支座處應首先保證預應力的矢高，理論計算和工程實踐都說明，施工中如果保證不了預應力筋的線形，預應力筋很有可能起不到應有的效果甚至起到相反作用。

[1]混凝土結構設計規程（GB50010-2010）[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]預應力混凝土結構抗震設計規程（JGJ140-2004）[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[3]杜拱辰.部分預應力混凝土[M].北京.中國建筑工業出版社，1990.