【摘要】隨著我國建築業的快速發展，混凝土結構已經成為當今建築結構的主流，大型建築的日益增多，大跨度預應力混凝土應用也就越來越廣泛。本文就對當前建築中大跨度預應力混凝土為基礎的轉換梁結構施工出現的問題和解決措施進行分析和討論。
【關鍵詞】大跨度；預應力；混凝土；轉換梁結構；施工技術
隨著改革開放的不斷深入，我國經濟產生了快速的發展，我國的建築行業發展突飛猛進，尤其是一些大型建築完工，取得了讓世界矚目的成績。而在一些大型建築建設中，在大跨度建築物的主體建設中預應力混凝土得到了普遍的應用，預應力混凝土憑藉它巨大的粘合性和韌性，最大限度的推遲了建築主體結構裂縫出現的時間，因此成為當前施工中首選。在建築設計中,由於建築平面布置、立面處理及功能轉換的要求,經常會遇到大跨度的鋼筋混凝土梁上承托多層框架的情況,這種大跨度的框架托樑往往會承受較大的上部傳來的結構荷載,若仍依照通常的方式進行普通鋼筋混凝土轉換梁設計,不僅配筋過多,不便施工,而且在支座和跨中可能會產生裂縫。
為了改善該類梁的受力效能和提高其抗裂性,工程中有必要將該類梁設計成預應力混凝土梁,即預應力混凝土轉換梁。
1大跨度預應力混凝土轉換梁結構施工力學問題
1.1 模板支撐系統的受力
一般情況下,在未施加預應力之前,轉換梁結構的絕大部分混凝土自重、所承擔的部分上部結構荷載以及施工荷載是非常大的,而這又是結構設計中未能考慮的附加荷載。為確保混凝土轉換梁的變形不超過允許值,在施工當中,應根據工程的實際情況和轉換梁結構的特點,明確轉換梁模板支撐的荷載傳遞途徑,並考慮其對結構樓板或樑的承載力的影響,從而合理選擇轉換梁結構的模板支撐方案,確定模板支撐的布置形式。
1.2 混凝土的溫度及收縮應力
混凝土轉換梁由於其幾何尺寸較大,屬大體積混凝土構件,混凝土在澆築後硬化期間水泥水化過程釋放的水化熱所產生的溫度變化與混凝土的收縮共同作用,由此產生的溫度應力和收縮應力便成為導致轉換梁結構出現裂縫的主要因素。這些裂縫的出現對轉換梁的耐久性及結構的安全性均造成不同程度的損害。因此在混凝土工程施工當中,應考慮溫度應力的影響並設法降低混凝土內部的最高溫公升值,減小其內外溫差和溫度變化速率,採用最高溫度和溫度差雙控制的方法確保溫度應力不超過混凝土的抗拉強度;同時還要改善混凝土的效能,採用合理可行的澆築方案、養護措施以及構造措施控制混凝土的收縮變形,降低收縮應力對構件的影響作用,從而減小裂縫產生的可能性。
1.3預應力對轉換梁結構的受力影響
由於框架結構本身是乙個超靜定結構,在張拉轉換梁預應力的同時會在結構中引起次內力。在進行主體結構施工時,若在轉換梁梁體施工完混凝土強度達到指定要求後,與普通預應力混凝土梁相同將預應力進行一次完全施加,而此時上部結構的荷載由於施工進度的原因未施加完畢,在多餘預應力的作用下將產生較大的反拱變形,造成上部結構也產生相應的變形和次內力;反之,若在上部結構較大荷載的作用下,未及時對轉換梁施加預應力或施加的程度不夠,結構也會產生較大的變形,對施工和使用期間的結構安全性造成較大的影響。
2混凝土裂縫產生的主要影響因素轉換大樑混凝土產生裂縫的主要影響因素有以下幾點：
2.1 混凝土溫公升值的影響混凝土的溫公升值是澆築溫度、水化熱的絕熱溫公升等各種溫度的疊加之和。轉換大樑多使用高強混凝土，又多使用高標號水泥，高標號水泥易產生較高的水化熱絕熱溫公升，其收縮量較大。
轉換大樑一般斷面較厚，水化熱聚在結構內部不易散失，以上兩因素共同作用的結果使轉換大樑混凝土溫公升值過大，其內部最高溫度經常達60℃以上。此外混凝土的澆築溫度較高，也相應增加混凝土的溫公升值。
2.2 混凝土溫度變化的影響在混凝土溫公升值較高的情況下，由於轉換梁混凝土內部和表面散熱條件不同，因而形成溫度梯度，使混凝土內產生壓應力，表面產生拉應力。當拉應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土表面就產生裂縫，屬表層裂縫。
表面裂縫的產生易引起梁體內鋼筋的鏽蝕，對轉換梁的耐久性會產生影響；而貫穿裂縫會影響結構的整體性、耐久性和防水性。所以從控制裂縫的角度而言，應著重採取措施避免轉換梁混凝土截面貫穿性裂縫的產生。
2. 3混凝土收縮變形的影響混凝土的收縮變形指混凝土的乾縮和碳化收縮。由於混凝土內部濕度的不均勻，其收縮變形也隨之不均勻，這樣就在混凝土內部產生較大的收縮應力；若混凝土的收縮變形受結構外部約束條件的反作用，從而產生約束收縮變形的應力，也視為收縮應力。
當混凝土的收縮應力大於混凝土抗拉強度時，即產生收縮裂縫。混凝土施工時使用的幫浦送混凝土具有較高的流動性，水占的比重較大，增大了混凝土的收縮量，與抗裂的要求相互矛盾，故在滿足混凝土幫浦送的坍落度下限條件下應盡可能降低水灰比。在混凝土工程施工中還應嚴格控制砂、石骨料的含水率，並通過計算機合理調整配料的水灰比，進一步減少用水量。
3大跨度預應力混凝土轉換梁結構的施工技術改進措施為了保證工程質量，降低混凝土裂縫的出現機率，就需要在施工技術措施方面進行改進，通過控制混凝土絕熱溫公升，延緩混凝土降溫速率等方法來減少或避免混凝土中溫度裂縫和收縮裂縫的出現，這樣才能從施工階段杜絕質量問題的產生。 3.1由於轉化梁結構多使用是高標號水泥，而高標號水泥產生的水化熱較多，並且其中水泥使用量與產生的水化熱溫公升大致呈正比關係。
因此在水泥使用量方面注意進行控制，前提是保證符合施工技術要求，達到施工要求的質量，在此基礎上優化混凝土的配合比設計，減少水泥用量，降低混凝土的溫度，這樣就會降低混凝土內部溫度，降低內外部的溫差，從而降低裂縫出現的情況。 3.2在混凝土攪拌的過程中加入一定量的減水劑，目的就是在保證混凝土質量的前提下，減少水泥用量，降低水化熱的大量產生，降低水灰比，改善和易性，使得溫公升時間延長，使混凝土的表面溫度梯度減小，這樣就會使得內外溫差不會相差較大，不會因為內部溫度過高，產生裂縫。
3.3在混凝土攪拌過程中，必須要保障大跨度預應力混凝土轉換梁結構的質量，所以採取的一些措施都應該圍繞這個主題進行。現在施工中，有時候會選擇在混凝土中摻入一定摻量具有優良性質的粉煤灰（ 不低於ⅱ級），受粉煤灰的火山灰活性效應及微珠效應的影響，混凝土強度還有所增加（ 包括早期強度）。
這樣的好處就是不影響混凝土質量，而且密實度增加，混凝土的收縮性降低，這樣混凝土結構整體就比較均勻，不會出現塌落現象。如果煤灰和以上說到的減水劑共同使用，這樣效果更佳，不僅降低水灰比，減少水泥使用量，還明顯地延緩水化熱峰值的出現，降低混凝土內部絕熱溫公升峰值，其收縮變形也有所降低，即降低了裂縫出現機率，而且降低了成本，一舉兩得。 3.
4在進行混凝土施工時，要根據施工場地天氣和氣候情況，進行相應措施，採用大體積混凝土結構三維有限元溫度分析程式，對轉換梁整個施工過程中的溫度狀況進行分析和計算，掌握混凝土在施工中和澆築後乙個月內各部位溫度的變化規律，為轉換梁的混凝土施工提供科學的依據。通過這些規律，在混凝土溫度較高的情況下，可以在攪拌時加入冷水，目的是降低內部溫度，減少了結構的內外溫差，同時延長了混凝土的初凝時間。另外可以分層次澆築，目的就是降低截面的厚度，可以順利將內部溫度及時降低，溫度分布均勻，這樣就不容易產生裂縫。
4大跨度預應力混凝土轉換梁結構支撐施工技術
4.1常規支撐法
轉換梁施工時,考慮採用常規的混凝土澆築方法和模板支撐形式進行施工,即一次支模一次澆築混凝土成形,使用目前應用較為普遍的鋼管腳手架支撐體系來對梁體模板進行支撐。由於轉換梁底模在一次澆築混凝土成形的情況下施工荷載很大,其支撐往往需要從轉換梁底一直撐到結構底層地面或地下室的底板。該方案需準備大量的模板支撐材料,材料的租賃費或一次購置費用較大。
因此這種施工技術適用於施工現場可用的支撐材料較多,且轉換梁在主體結構中位置較低的情況。
4.2疊合澆築支撐法
疊合澆築法即應用疊合梁原理將轉換梁分兩次或三次澆築疊合成型的施工方法。該方法利用第一次澆築混凝土形成的梁支承第二次澆築混凝土的自重及施工荷載,首次澆築混凝土的高度多為樑高的。再利用第二次澆築混凝土與第一次澆築混凝土形成的疊合梁支承第三次澆築混凝土的自重及施工荷載。
採用這種施工技術時,轉換梁的鋼管支撐系統腳手架只需考慮承受第一次澆築層的混凝土自重和施工荷載,因而可大為減小其下部鋼管支撐的負荷,減少支撐材料的使用數量,同時混凝土分層澆築可緩解由於大體積混凝土水化熱較高從而引起溫度應力過大等對裂縫控制的不利影響。
4.3設立鋼結構支撐法
建築轉換層結構中的轉換梁具有跨度和截面高大化的趨勢,若仍採用普通的鋼管腳手架作為施工期間的臨時支撐形式,則無法滿足大跨度、大截面轉換梁對支撐體系強度、剛度及穩定性的要求。因此在實際工程中,可採用設立鋼結構支撐作為主要的臨時支撐,鋼管腳手架可作為輔助支撐形式與鋼結構支撐共同工作。鋼結構支撐可有鋼格構柱、鋼管柱和鋼桁架等形式,均具有較強的強度、剛度和穩定性。
參考文獻
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