预应力混凝土结构后浇带设计施工措施

预应力混凝土结构后浇带设计施工措施

【摘要】目前建筑的显著特点是平面尺寸大，超过了现在设计规范规定的伸缩缝间距的限定值成为超长砼结构。本文对此类结构容易产生裂缝的问题及处理方法分析探讨。

【关键词】超长混凝土结构；预应力后浇带；设计构造

after the poured concrete structure with prestressed design and construction measures

lin gu

(survey and design institute of petroleumkaramayxinjiang834000)

【abstract】the distinctive feature of the current construction plane size is large, more than the design specification of the expansion joints are of limited value as long distance concrete structure. in this paper, such a structure prone to cracks in the analysis of problems and treatment methods.

【key words】long concrete structure;prestressed after pouring;designed and constructed

随着经济的发展我国城市化建设速度不断加快，为适应新的城市结构功能，各种基础设施建设如铁路桥梁、工业厂房、超大型公共建筑、机场站楼、城市广场、停车库等建筑的应用越来越广泛。这些建筑的最显著特点是平面尺寸大， 远远超过了现在规范规定的伸

缩缝间距的限定值，通常将其称为超长砼结构。 对于此类结构容易产生裂缝的问题，目前普遍采用“抗”、“放” 相结合的方法来改善结构的抗裂性能，即早期设置后浇带释放砼收缩、温度影响而引起的部分拉应力，而后期通过施加预应力以抵抗收缩和降温在结构中产生的拉应力。对于允许出现限值裂缝的超长预应力砼结构的后浇带，理论及实践是配置一定的非预应力筋即可满足裂缝控制要求，但至今国内仍然采取配置预应力筋将其设计成预应力后浇带，不但施工不便，造价增高，甚至还会产生一些不利影响。在此对目前预应力后浇带常用设计方法探讨的基础上，提出非预应力后浇带设计施工方法，并通过算例验证此法的可行性。

1. 预应力后浇带常规设计方法

鉴于摩擦损失等因素，超长预应力砼连续结构设计与施工均要求预应力筋分段施工，然后通过连接形成连续长筋。在后浇带处常见的连接方式有：预应力短筋搭接、预应力筋延伸搭接、预应力筋两次张拉锚固及使用锚具式连接器连接等方式进行。

在预应力短筋搭接时：所用短筋多为无粘结预应力筋，目前较多工程采用这种做法。该方式使用锚具数量较多，生产费用高；同时因搭接短筋长度较小，锚具回缩损失较大，易造成在后浇带部位混凝土中建立的实际预压应力可能达不到预期的效果。采取预应力筋延伸搭接方式：该方式常用于混合配置有粘结和无粘结预应力筋的结构，或用于无粘结预应力连续楼盖。由于后浇带封闭前只张拉半数预应力筋，不能完全发挥其优势。此外，该方式分两批张拉、锚固，施工难度较高。预应力筋两次张拉锚固：该方式需分两次张拉、锚固，常用于连接连续板内的无粘结预应力筋。由于二次张拉的预应力筋较短， 同样存在因锚具回缩损失较大的问题。

需特别重视的是，应用表明采用上述几种方法在梁、板顶面张拉锚固时，均会在张拉

截面处产生较大的偏心集中力，应进行相应的局部承压和抗弯承载力验算，且承压筋的配置也会使砼浇筑不易密实。锚具式连接器连接的形式：连接器兼作锚具，相继连接各段预应力筋，可克服上述方法在张拉锚固部位存在的高拉应力区的缺陷，施工也方便，但造价相对偏高；且连接器的使用必然会对截面造成较大的削弱，影响构件的整体工作性能。

由此可见，预应力后浇带在经济性、有效性及便利性等方面存在诸多缺陷。目前，使用环境较好的超长预应力砼楼盖结构允许出现一定宽度的限值裂缝，这样即可通过配置一定的非预应力筋将后浇带设计成非预应力后浇带，不但可方便施工、降低造价，且人为地将其作为结构的薄弱环节便于后期维护。

2. 非预应力后浇带设计构造

2.1简化模型。

后浇带一般留置在反弯点即受力最小附近，即结构长度的1/3～1/4跨处，直接作用和间接作用引起的弯矩均较小，故可将后浇带近似按轴拉构件设计，其所受轴力为直接作用和间接作用下轴力的组合，一般仅考虑后者即可。

2.2设置贯通长钢筋。

目前对后浇带范围的梁板纵筋有两种处理做法：一是梁板钢筋均断开然后再搭接。由于梁筋搭、焊接处理困难，质量不易保证，易造成安全隐患；二是板筋断开，梁筋直通不断，过多的贯通梁筋会约束砼收缩，不利于应力释放。考虑将梁上部钢筋、腰筋及板墙钢筋错开搭接或必要时先搭接后补焊，而将不便于施工的下部梁筋设贯通长，并对其进行一定的微弯状。这样既便于施工，又可大大减小对砼变形的约束应力。

2.3封闭最佳时间。

由表1可见，砼早期的收缩变形发展最为迅速，故后浇带留置时间越长，在后浇带部位建立的收缩应力就越小，越有利于非预应力后浇带的抗裂控制；但考虑到施工工期等因素，封闭时间不宜过长，一般为2～3个月。

2.4温度应力收缩情况。

对于设置后浇带的超长砼结构，现多采用线性叠加法叠加封闭前后温度收缩应力，而结构成形是个时变的过程，不考虑时变性是否会带来较大误差，以某工程一榀纵向框架为例对此进行分析。

在连续框架，砼强度等级c50，ec=3.45×104mpa，柱截面尺寸500 mm×500

－4

，热膨胀系数为1.0×10

mm。全年最大温差30℃，设砼最终收缩量为3.0×10

－5

，则折算成收缩当量温差为30℃。 取40 d、60 d、80 d三种封闭时间进行分

析比较，根据表1，假定后浇带封闭前已完成最终收缩量的40%、60%、80%，则封闭前分别降温12℃、18℃、24℃，封闭后最大降温幅度分别为48℃、42℃、36℃。

采用按龄期调整的有效模量代替砼弹性模量ec以考虑徐变及松弛的影响（式1），这样就可对结构进行弹性分析。

eφ= ec/1+x(t,t0) φ(t,t0) （1）

式中，x(t,tφ（t,t－t

0)

0)为老化系数，范围为0.5~1.0，此处近似取平均值0.82

0)=［(t－tr

vs

0)，r

0.6vs

［5］；/10+(t为采用

0）为徐变系数，采用aci209模式预测，φ（t,t

0.6

］ ×2.35×1.25t

vs

0

-0.118

体表法的尺寸效应系数，且r=2［1+1.13exp(-0.0213v/s)］/3=0.74，设其余

参数符合aci209的标准状态。

设后浇带封闭前加载龄期t0=7d，根据后浇带留置时间的不同，可知封闭后t0

分别为40d、60d、80d，徐变系数及按龄期调整的有效模量计算结果见表2。

采用表2中有效模量eφ，运用ansys通用有限元程序，选用beam189单元建立模型，并利用其生死单元功能模拟实际施工过程对结构应力状态的影响，分析结果如图3、（其中，考虑施工过程：1-12℃+48℃，2-18℃+42℃，3-24℃+36℃； 线性叠加法：1′-12℃+48℃，2′- 18℃+42℃，3′-24℃+36℃）。由此可见，不论考虑施工过程与否，应力值均随后浇带留置时间的增长而减小。

由此分析可以了解到，按线性叠加法计算的应力值偏小，且后浇带留置时间越长偏差越大。造成此差值的原因主要有以下两个：一是实际施工过程中任一阶段的受力变形都是在结构前变形的基础上发生的，基于施工过程的分析正是考虑了这些变形的影响，这样分析所得的最终变形值将比按线性叠加法所得的值要大，从而因约束(如柱)而引起的拉应力也就偏大；二是后浇带砼的温度收缩变形在其封闭后才开始发生，这样在结构内引起的应力必然要高于按线性叠加法分析的计算结果。但同时可见两者差值很小，故一般可不考虑此影响， 直接采用线性叠加法来计算温度收缩引起的平均应力值。

3. 设计过程及算例验证

在此按照上述2.4节温度应力的计算例子，简要说明超长预应力砼结构非预应力后浇带的设计步骤。另知，抗裂要求拉应力不超过5mpa，附加恒载为2.0×8=16kn/m，活载为5.0×8＝40kn/m，其中8m为横向柱距。非预应力后浇带的设计可独立于常规的结构设计，使用时可采用如下步骤：

3.1对结构进行常规的正常使用下极限状态和承载力极限状态设计，配置预应力筋和非预应力筋。按要求的拉应力5mpa，计算需配置10 另外可知，后浇带轴力标准值n

hk

j15.-24低松弛1860级预应力筋。

=72.6kn，其余结果见表3。

3.2确定后浇带设计的有关参数，如封闭时间、当量温差、有效弹性模量等。假设后浇带留置60d，其余设计参数同上述2.4节。

3.3利用近似公式或有限元分析等方法计算当量温差时的后浇带平均温度收缩应力，并与上述（3.1）直接作用下的轴力进行标准组合，考虑施工过程的应力结果为0.565mpa，而按线性叠加法为0.556mpa。由此可见，考虑施工过程与否应力相差较小。此处，取大值与直接作用下的轴力进行组合，即有，n其中a

c=778 000 mm

k=0.565×778 000/1000＋72.6=512.2 kn，

2为图2框架t形截面面积。

3.4根据裂缝宽度限值，计算后浇带普通钢筋，并与常规设计下的配置量比较取大者，由（3.1）知，在后浇带梁顶已有支座延伸配筋3500mm2，则

2，梁底有配筋2200 mm

aw

s=5700 mmmax

2，按《混凝土结构设计规范》轴拉构件裂缝宽度计算公式，得

=0.05 mm。可见，跨中和支座延伸过来的普通钢筋即可满足后浇带裂缝控

制要求，且富余较大。

3.5必要时可校核后浇带受剪承载力，并采取有效构造措施。同预应力后浇带相比，非预应力筋后浇带减少了预应力贡献，故必要时需对受剪承载力进行验算。由内力分析知，后浇带范围内最大剪力v

max

=161.3kn，而v

c=0.7f

tbh

0=462 kn，即

仅砼项所提供的承载力就已经很富余。可见，将允许出现限值裂缝的超长预应力砼结构后

浇带设计成非预应力后浇带是可行的，工程应用更加简单方便。

通过上述浅介可知，对超长建筑结构允许出现限值裂缝的预应力砼结构后浇带，设计成非预应力后浇带是可行的，具有一定的经济性和便利性；采取仅贯通后浇带下部纵筋，且对其进行一定的微弯有所余量，既方便施工，且有利于早期温度收缩应力的释放；而对于一般的超长预应力砼结构后浇带，可不考虑施工工序过程某些因素的影响，而简单地以线性叠加法来分析温度收缩应力，达到总体设计效果。

参考文献

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［5］王国林 孟少平 超长预应力混凝土结构后浇带设计新方法［j］ 建筑技术

2008(12)947～950.

［文章编号］1006-7619（2011）12-27-274

［作者简介］ 林顾，女，学历：大专学历，职称：工程师，从事工程设计质量管理工作。