基于后張法預應力在混凝土框架梁的應用分析

田 琴

(中鐵十八局集團有限公司，天津 300222)

隨著人們對建筑功能需求的不斷改變，建筑結構的復雜程度也在不斷加大，尤其是大跨結構、對裂縫要求較高的結構在施工過程中越來越常見。現階段，解決這類問題的主要施工技術還是預應力技術，由于預應力技術不僅可以提高混凝土結構剛度和抗裂性，還可以提高結構的耐久性和抗滲性而被廣泛應用，這主要是由于其可以降低結構內部的剪力和主拉應力。隨著工程師及相關學者的不斷運用和研究預應力技術，預應力技術也在不斷進步、不斷完善。

一、工程概況

某商業綜合樓，雙塔結構，建筑面積約為10平方米，兩塔之間的連接結構有三層，該連接處的二層設計了一個非常大的中庭，中庭位置的三層是結構局部屋面。該處屋面層屬于大跨結構，最大跨度約為38.48m。該處的大跨混凝土（混凝土強度等級為C40）框架梁采用后張法有黏結的預應力施工工藝進行預應力筋的張拉施工。本文選取工程中其中一根框架梁（WKL3）進行分析，其截面尺寸為500×1500mm，選用fptk為1860N/mm2的預應力鋼絞線。

二、預應力框架梁施工前準備

本工程選取的錨具型號為OVM15-9（錨固系數≥0.95），采用后張法預應力技術對預應力筋的兩端進行張拉。根據設計的預應力筋的截面尺寸選用Φ80的金屬波紋管用作布置預應力筋的預留管道。主要設備材料選好后就是進行預應力筋張拉的相關計算。再根據后張法預應力相關理論知識及相關規范等資料進行計算分析，張拉應力、預應力筋伸長值以及預應力損失各主要參數計算結果如表1所示。

表1 預應力筋張拉相關計算參數值

同時，計算張拉應力和預應力筋的伸長值可以避免因施工過程中的張拉應力過大或過小而破壞構件，但是張拉過程中應以張拉應力控制為主，伸長值控制為輔。另外，施工荷載計算出WKL3在施工階段的應力值如表2所示。

表2 WKL3施工階段的應力值

三、有限元對比分析

為了驗證理論計算結果的精度以及提高預應力混凝土施工的質量，采用Midas Gen軟件進行有限元建模。根據工程實際情況建立WKL3的幾何模型，再根據設計定義預應力鋼束的特征及位置，具體的定義參數詳見圖1和圖2。

圖1 預應力鋼束特性值

基本模型建立完成后進行有限元分析，可以計算出預應力筋的張拉伸長值、預應力的損失以及WKL3的應力狀況。Midas Gen有限元軟件計算出總的張拉伸長值為259.0785mm，與理論計算結果的偏差僅為0.6%。支座處和跨中處預應力損失的偏差分別為0.61%和2.7%，均符合設計的誤差范圍，具體的統計結果詳見表3。從分析結果可以看出，有限元分析進一步驗證了我們理論計算的準確性，在施工過程中可以預先將計算出的這部分損失施加到張拉應力中，確保預應力筋實現其有效應力，提高預應力混凝土梁的工作性能。

圖2 鋼束位置定義設置圖

表3 有限元和理論計算預應力損失結果對比

四、后張法預應力施工主要技術

1.后張法預應力施工器械及材料的安裝控制

本工程采用的金屬波紋管是現場制作的，根據設計中梁底的標高標記波紋管安裝的位置，同時要確保孔道順直。波紋管的位置檢查并固定好后采用U形鋼筋托進行焊接固定，然后通過發泡膠將排氣孔與波紋管接觸部位進行密封，這樣可以避免澆筑混凝土時造成管道堵塞。安裝埋件時必須在張拉端部安裝螺旋筋，這樣可以提高混凝土的抗壓強度，避免因在預應力筋張拉過程中造成混凝土局部受壓破壞，確保張拉施工可以順利完成。但是螺旋筋的預埋位置必須控制精確，發生偏差會造成張拉過程中混凝土受力不均，易形成裂縫。

2.穿束預應力筋

考慮到后穿束法經常會由于預留孔道偏移和穿束方法不當導致在穿束預應力筋時比較困難。這是因為在混凝土澆筑過程中可能導致預留孔道發生偏移，另外預應力鋼絞線編束后的剛度會變大，有時不能很好地配合孔道的彎曲變化而變化，導致預應力筋穿束困難。所以，本工程決定還是采用先穿法進行預應力筋穿束，穿束完成后必須采用塑料薄膜包裹好外露的預應力筋，避免其在澆筑過程中受到混凝土等污染。先穿束法在混凝土澆筑過程中必須有施工人員對預應力筋進行來回抽動，這樣可以避免因為孔道漏漿導致預應力筋黏結后而影響后期的張拉過程。

3.張拉預應力筋

從施工前期的準備工作可以看出，本工程采用雙控技術進行張拉，并采用分批對稱的方式進行張拉。張拉過程中須將張拉力分成三階段進行控制，本工程分段控制情況如表4所示。每個張拉階段均需對預應力筋的伸長值進行測量并記錄，本工程兩束預應力筋的最終伸長值分別為269和251，在理論計算值的6%的誤差范圍內，滿足規范要求。

表4 張拉預應力筋三階段控制值

張拉預應力筋過程中可能會因為混凝土振搗不密實或混凝土受壓不均導致混凝土開裂，這時需要停止加載并卸除原施加的荷載，并采用環氧高強混凝土進行混凝土補強，然后再重新進行張拉。張拉過程中還會出現斷絲和滑絲的現象，產生這種現象的原因較多，如鋼絞線自身的存在缺陷、錨夾具與預應力筋不配套、張拉力未控制好等均會造成斷絲；錨具夾片的硬度不足、夾片與預應力筋之間存在油等雜質等原因導致預應力筋滑絲。所以在進行預應力筋張拉之前，技術人員要充分檢查好各設備的安裝情況是否滿足張拉的要求以及設備材料的強度是否滿足要求等，盡可能避免出現滑絲或者斷絲的現象。

4.孔道灌漿

灌漿料的配合比由相關資質公司提供，灌漿料配合好后應先濾除其中的雜質，再進行灌漿。當漿料灌滿孔道后需堵塞住泌水孔，然后繼續灌漿，直至排氣孔排除的漿料稠度與灌漿料相當時再封閉排氣孔。之后應繼續加壓，待壓力在0.5MPa～0.7Mpa范圍內持續2min后方可封閉灌漿孔。拆除模板前必須確定灌漿強度是否已經達到100%，這是為了確保構件的整體性和耐久性能滿足使用要求。

灌漿過程中可能會出現通氣孔不會有漿料流出或溢水孔冒出的漿液稀薄。造成這種原因的情況較多，可能是配合比不合適、灌漿前未濕潤孔道，導致漿料的水分被孔道吸收而造成漿料的流動性差或者孔道堵塞等情況造成的。所以,灌漿前應濕潤孔道，選用流動性好的灌漿料配合比，或者添加一些添加劑來提高灌漿料的和易性等方法改善這些情況。

5.切割封錨

灌漿完成后，在距錨具外側35mm處用鐵絲進行綁扎后用砂輪進行切割，這樣可以防止預應力筋松散。切割完成后，清理干凈錨具及外露預應力筋并涂刷一層防水涂料，再進行支模并完成混凝土澆筑。混凝土澆筑4h后即可拆模，然后進行表面處理，確保其表面與梁端保持齊平。

本文主要以WKL3為研究對象，通過理論知識和有限元理論一起對預應力框架梁進行分析。不僅驗證了理論計算的可靠性，更為施工階段的張拉過程提供了有效的參考作用，提高了預應力框架梁的可靠性和耐久性。最后論述了后張法預應力施工工藝的主要技術，各施工工藝存在的常見問題以及改進措施。本工程最后通過回彈法和混凝土試塊的抗壓試驗，試驗結果均滿足設計和規范的要求，進一步論證了施工工藝的合理性。