一種預防先張法預制梁頂部張拉裂縫裝置的制作

【摘要】以某一建筑垃圾資源化利用示范基地裝配式廠房為工程背景，針對預制梁頂端開裂嚴重現象，在已有預制梁構件配套化施工技術的基礎上提出了一種預防先張法預制梁構件頂部張拉裂縫的裝置。研究結果表明，通過在預應力鋼筋上套PVC管可有效減少先張法預制梁反拱造成的張拉裂縫，在先張法預制梁放張起拱過程中，預應力筋末端被PVC管隔離失效，預應力筋與混凝土之間的部分握裹力被消除，預制梁在放張時反拱程度降低，預制構件頂端混凝土受拉減小，裂縫更少。該裝置突破了原有技術的不足，保證預制梁構件強度、耐久性和結構安全性的同時，還能減小成本的投入。

【關鍵詞】裝配式建筑； 預制梁； 先張法； 張拉裂縫； 裝置

【中圖分類號】TU378.5【文獻標志碼】B

［定稿日期］2022-12-02

［作者簡介］饒丹（1977—），男， 本科，高級工程師，主要從事建筑工程技術工作。

0 引言

在國家戰略發展城鎮化的全面推進歷程中，裝配式建筑以其低勞動力、效率高、質量高、工期少、對環境影響小等優點大量出現在建筑市場上［1-2］。裝配式廠房施工中預制梁的應用越來越廣泛，裝配式廠房的預制梁屬于受彎構件，一般只在底部設置預應力鋼筋，頂部僅設置構造鋼筋［3-5］。同時為節約成本，預制構件一般采用先張法施加預應力，在預應力放張過程就會產生反拱，導致預制梁頂部受拉應力超過混凝土抗拉強度而出現張拉裂縫，進一步降低預制構件強度、耐久性、安全性。因此有必要研究一種經濟、操作簡單的預防預制梁構件頂部開裂的技術方法。

國內外眾多學者對先張法預制預應力梁展開了大量研究。陳三彪等［6］研究了在青藏高原特殊環境下先張法預制梁的施工技術方法；陳磊等［7-8］介紹了橋梁建設過程中先張法預應力混凝土空心梁的制作流程及相關注意事項，分析了先張法預制梁在橋梁建設中被廣泛運用的原因；王海良等［9］分析了傳統直線先張法梁的傳統技術工法的不足，同時對比分析了折線先張法預應力梁技術的優缺點，研究發現折線先張法預應力梁更適應中小跨度的橋梁；Liu等［10］借助模型試驗的方法，通過分析靜、動荷載下預應力梁的恢復力-位移的位移時程曲線和滯回曲線，研究發現預制預應力梁具備更好的變形恢復能力；王曉磊［11］依托深圳軌道交通6號線工程，采用室內試驗的方法研究分析了先張法U型梁的力學特性；王鵬等［12］結合某軌道交通工程預制U形梁工程實例，根據現場監測數據，分析了不同施工階段梁體預應力的損失情況，驗證了張法預制U形梁單端先張拉技術的可行性；劉相超［13］對先張法預制梁的傳統工藝進行了詳細的介紹，通過現場調研發現傳統工藝配套施工的預制梁表面容易產生蜂窩、裂紋等一系列質量通病，提出了相應的解決措施，確保了預制梁的內實外美。

綜上，目前對先拉法預制預應力混凝土梁的制作技術方法的研究取得了顯著成果，但由于先張法預制預應力梁在放張過程中會產生反拱，導致預制梁頂部受拉應力超過混凝土抗拉強度而出現張拉裂縫，而目前國內外對預防先張法預應力梁頂端開裂技術方法還有待完善和研究。本文依托成都市某一建筑垃圾資源化利用示范基地項目為工程背景，針對預制梁頂端開裂嚴重現象，在已有預制梁構件配套化施工技術的基礎上提出了一種預防先張法預制梁構件頂部張拉裂縫的裝置。通過該裝置配套化施工先張法預應力梁，可以通過減小預應力筋的回縮達到控制反拱的效果，從而降低預制梁頂端受力，進一步減少預制梁頂部裂縫、提高耐久性和結構安全性。研究結果可為類似工程提供一定的參考價值。

1 工程概況

某一建筑垃圾資源化利用示范基地項目位于四川省成都市區，項目建筑包括廠房、辦公樓、科普展廳、門衛室、設備用房等，項目總建筑面積達到48 421.71 m2。該項目建筑均采用混凝土裝配式結構設計，其裝配率超過93%，采用結構、維護、裝飾一體化建造技術，建筑構件在工廠完成制作，運往現場完成安裝，提高了修建效率，節省了建造成本。

該示范基地項目建筑結構形式為裝配式排架結構，采用工業化混凝土預制構件制作、安裝，豎向構件柱就位后，安裝預制混凝土梁、雙T板，使結構行成整體，圍護結構也采用預制墻板。為節約成本，預制梁構件采用先張法施加預應力，在預應力放張過程就會產生反拱，導致預制梁頂部受拉應力超過混凝土抗拉強度而出現張拉裂縫。為控制頂部張拉裂縫在頂部增加構造鋼筋或預應力筋等措施不僅會增加成本，還會加大施工難度。研究一種經濟、操作簡單的預防預制梁構件頂部開裂的技術方法迫在眉睫。

2 預制梁張拉裂縫成因分析

2.1 混凝土開裂原因

2.1.1 微裂縫的形成

混凝土是非均質材料，組成混凝土的骨料、水泥石等存在不同的力學特性，外界環境的變化（如溫度的變形）使得混凝土產生微體積變形，內部不同力學特征的材料將產生不同大小的變形，如水泥石變形大、骨料較?。?4］。由差異的變形量帶來的集中應力將導致混凝土結構內部產生微裂隙，此類裂隙一般小于0.05" mm。

2.1.2 宏觀裂縫的形成

混凝土構件在外力作用下將產生拉壓應力，當內力達到或超過混凝土體的極限強度時將導致結構開裂。隨著荷載的增加，混凝土內部已有的微裂隙逐漸發展、擴大形成肉眼可見的宏觀裂隙，此類裂隙寬度不小于0.05 mm。

2.2 先張法預制梁頂端開裂分析

預制梁屬于受彎構件，一般只在底部設置預應力鋼筋，頂部僅設置構造鋼筋。工程上為了節約成本，預制梁構件一般采用先張法對預制梁構件底部預應力鋼筋施加預應力。如圖1所示，預制梁先采用先張法完成預應力施加，由于預應力鋼筋在先張法施工中儲存了拉應力，在預應力放張過程，鋼筋會往回收縮，在預制梁兩端產生偏心壓力，導致預制梁出現反拱現象，底部受壓加大，頂部出現受拉，當受拉應力達到混凝土預制梁強度極限時即產生開裂、混凝土受損，嚴重影響結構耐久性及安全性。

2.3 先張法預制梁預防頂端開裂常規措施

由先張法預制梁施工工藝可知，由于在放張過程中預應力鋼筋收縮，預制梁受到偏心受壓作用，出現反拱現象，梁頂部混凝土受拉超過混凝土極限抗拉強度出現裂隙，若張拉強度過大，裂隙發展成宏觀裂縫，將嚴重影響施工質量及結構耐久性。為此，工程上常采用在預制梁頂部增加構造鋼筋或預應力筋等措施控制頂部張拉裂縫。

如圖2所示，通過在預制梁頂部施加預應力鋼筋，同樣采用先張法使得頂部鋼筋獲得拉應力，再放張過程中，預制梁頂部、底部的預應力鋼筋收縮產上的偏心壓力將產生抵消，由此減小甚至消除底部預應力鋼筋收縮產生的反拱現象，從而減輕預制梁頂端混凝土開裂，但這不僅會增加成本投入，還會加大施工難度。

3 預制梁防頂部張拉裂縫裝置

3.1 結構及組成材料

如圖3所示，在現有技術上，本文提出了一種能夠高效預防先張法預制梁頂部張拉裂縫的裝置，整個裝置包括PVC管、預應力筋、鋼模板、臺座、預應力張拉設備，各部分具體功能如表1所示。該裝置中，預制梁預應力的施加采用先張法；預應力筋設置在預制梁底部；預制梁頂部僅設置構造鋼筋，不含預應力筋。

3.2 裝置操作流程

如圖3所示，一種預防先張法預制梁頂部張拉裂縫裝置包括PVC管、預應力筋、鋼模板、臺座、預應力張拉設備五個部分。該裝置操作流程：

（1）安裝預應力鋼筋。在臺座上綁扎預制梁的鋼筋，鋼筋綁扎完成后穿預應力筋。

（2）套管。在預應力筋的左、右方向穿上PVC管，作為隔離套管消除預應力筋和混凝土握裹力；PVC管內徑大于1.2倍預應力筋直徑，長度小于梁長1/6，同時具有一定強度在澆筑混凝土的過程中不破裂。

（3）張拉。在留有預應力筋和PVC管對應孔洞的安裝鋼模完成后，通過張拉設備張拉預應力筋使之達到設置強度。

（4）澆筑。檢查預應力筋張拉合格后澆筑混凝土，澆筑完成后進行養護。

（5）拆模。待混凝土達到設計強度后拆模放張，制成預制梁構件。

3.3 工作原理

傳統預制梁構件頂部開裂主要原因是：預制梁構建屬于受彎構件，一般只在底部設置預應力鋼筋，頂部僅設置構造鋼筋。為節約成本一般預制構件采用先張法，在預應力放張過程中，由于預應力鋼筋的回縮，導致構件受到偏心壓力，造成構件反拱，構件頂部受拉應力超過混凝土抗拉強度而出現張拉裂縫。

本文在原有預制梁構件配套化施工技術的基礎上提出了一種預防先張法預制梁構件頂部張拉裂縫的裝置。如圖3所示，在預應力筋安裝完成后混凝土澆筑前，先在預制梁下部的預應力鋼筋的左、右方向安裝PVC管。 PVC管設置在預制梁末端，在靠近預制梁中部一側采用橡膠塞封堵密實防止澆筑過程中混凝土流入，一側穿過左右兩側鋼模板。在先張預制梁放張起拱過程中，預應力筋末端被PVC管隔離失效，預應力筋與混凝土之間的部分握裹力被消除，預制梁在放張時不產生更大的反拱，從而達到減少頂端裂縫，確保預制構件強度、耐久性、安全性的要求。

4 與傳統工藝對比

與現有技術相比，本實用新型的有益效果有：

（1）采用本實用新型進行預制梁生產時，預制梁頂部不需要附加抗裂鋼筋或預應力筋僅構造鋼筋，減少成本造價。

（2）減少預制構件開裂提高耐久性和結構安全性，避免頂部增設構造鋼筋增加施工工序和施工難度。

（3）本實用新型PVC管安裝速度快不影響其它工序施工，對鋼模板改動較小有較強實用性。

5 結束語

本文針對成都市區某一建筑垃圾資源化利用示范基地項目裝配式廠房預制構件預制梁在標準化配套制作過程中容易出現頂部受拉開裂等問題，在已有預制梁構件配套化施工技術的基礎上提出了一種預防先張法預制梁構件頂部張拉裂縫的裝置，主要研究結果：

（1）預制梁屬于受彎構件，一般只在底部設置預應力鋼筋，頂部僅設置構造鋼筋。先張法預制梁構件在預應力放張過程中，由于預應力鋼筋的回縮，導致構件受到偏心壓力，造成構件反拱，構件頂部受拉應力超過混凝土抗拉強度而出現張拉裂縫。

（2）本文在原有預制梁構件配套化施工技術的基礎上提出了一種預防先張法預制梁構件頂部張拉裂縫的裝置，該裝置通過PVC管消除預應力筋和混凝土握裹力。在張拉法預制梁放張起拱過程中，預應力筋末端被PVC管隔離失效，預制梁在放張時不產生更大的反拱，從而預制構件頂端混凝土受拉減小，裂縫更少。

（3）該預防先張法預制梁構件頂部張拉裂縫的裝置不僅能夠減小成本的投入，還能夠提高構件耐久性和結構安全性，突破了原有技術的不足。

參考文獻

［1］ Vassiliades C， BaroneG， Buonomano A， et al. Assessment of an innovative plug and play PV/T system integrated in a prefabricated house unit： Active and passive behaviour and life cycle cost analysis［J］. Renewable Energy， 2022， 186（C）： 845-863.

［2］ 曹敏，方前程.基于組合賦權-屬性識別的裝配式建筑綠色度評估模型研究［J］.安全與環境學報，2022，22（4）：2166-2175.

［3］ 趙敏，王嵐，李兵，等.連云港建筑產業化基地項目新型裝配式工業廠房設計［J］.江蘇建筑，2018（2）：42-44+49.

［4］ 許金根.工地現場PC預制廠的規劃與管理探討——以福建福州項目為例［J］.工程建設與設計，2018（9）：159-162.

［5］ 閆維明，王文明，陳適才，等.裝配式預制混凝土梁-柱-疊合板邊節點抗震性能試驗研究［J］.土木工程學報，2010，43（12）： 56-61.

［6］ 陳三彪，李鐵軍.青藏鐵路16m先張法預應力混凝土T梁預制施工技術［J］.鐵道建筑技術，2004（6）：61-64+18.

［7］ 陳磊.對橋梁建設中先張法預應力砼空心板梁施工的探討［J］.黑龍江科技信息，2012（6）：225.

［8］ 劉丙正.橋梁建設中先張法預應力砼空心板梁的施工［J］.交通世界（建養.機械），2012（9）：219-220.

［9］ 王海良，王慧東.折線布束先張法預應力梁技術的探討［J］.鐵道標準設計，2002（4）：24-26.

［10］ Liu B， Song M， Jiang Y， et al. Experimental study on seismic performance of post-tensioned precast prestressed concrete frame［J］. Jianzhu Jiegou Xuebao/journal of Building Structures， 2011， 32（2）： 24-32.

［11］ 王曉磊.軌道交通先張法預制U型梁靜載試驗方法與性能研究［J］.水利與建筑工程學報，2022，20（3）：162-168.

［12］ 王鵬，李磊，馬磊，等.先張法預制U形梁單端張拉預應力施工技術研究［J］.現代交通技術，2020，17（2）：86-89.

［13］ 劉相超.箱梁先張法施工技術和外觀質量通病預防措施［J］.張家口職業技術學院學報，2022，35（2）：56-59.

［14］ 萬新華.預應力預制梁裂縫的分析［J］.黑龍江科技信息，2013（2）：210.