田 琴

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

随着人们对建筑功能需求的不断改变，建筑结构的复杂程度也在不断加大，尤其是大跨结构、对裂缝要求较高的结构在施工过程中越来越常见。现阶段，解决这类问题的主要施工技术还是预应力技术，由于预应力技术不仅可以提高混凝土结构刚度和抗裂性，还可以提高结构的耐久性和抗渗性而被广泛应用，这主要是由于其可以降低结构内部的剪力和主拉应力。随着工程师及相关学者的不断运用和研究预应力技术，预应力技术也在不断进步、不断完善。

一、工程概况

某商业综合楼，双塔结构，建筑面积约为10平方米，两塔之间的连接结构有三层，该连接处的二层设计了一个非常大的中庭，中庭位置的三层是结构局部屋面。该处屋面层属于大跨结构，最大跨度约为38.48m。该处的大跨混凝土（混凝土强度等级为C40）框架梁采用后张法有黏结的预应力施工工艺进行预应力筋的张拉施工。本文选取工程中其中一根框架梁（WKL3）进行分析，其截面尺寸为500×1500mm，选用fptk为1860N/mm2的预应力钢绞线。

二、预应力框架梁施工前准备

本工程选取的锚具型号为OVM15-9（锚固系数≥0.95），采用后张法预应力技术对预应力筋的两端进行张拉。根据设计的预应力筋的截面尺寸选用Φ80的金属波纹管用作布置预应力筋的预留管道。主要设备材料选好后就是进行预应力筋张拉的相关计算。再根据后张法预应力相关理论知识及相关规范等资料进行计算分析，张拉应力、预应力筋伸长值以及预应力损失各主要参数计算结果如表1所示。

表1 预应力筋张拉相关计算参数值

同时，计算张拉应力和预应力筋的伸长值可以避免因施工过程中的张拉应力过大或过小而破坏构件，但是张拉过程中应以张拉应力控制为主，伸长值控制为辅。另外，施工荷载计算出WKL3在施工阶段的应力值如表2所示。

表2 WKL3施工阶段的应力值

三、有限元对比分析

为了验证理论计算结果的精度以及提高预应力混凝土施工的质量，采用Midas Gen软件进行有限元建模。根据工程实际情况建立WKL3的几何模型，再根据设计定义预应力钢束的特征及位置，具体的定义参数详见图1和图2。

图1 预应力钢束特性值

基本模型建立完成后进行有限元分析，可以计算出预应力筋的张拉伸长值、预应力的损失以及WKL3的应力状况。Midas Gen有限元软件计算出总的张拉伸长值为259.0785mm，与理论计算结果的偏差仅为0.6%。支座处和跨中处预应力损失的偏差分别为0.61%和2.7%，均符合设计的误差范围，具体的统计结果详见表3。从分析结果可以看出，有限元分析进一步验证了我们理论计算的准确性，在施工过程中可以预先将计算出的这部分损失施加到张拉应力中，确保预应力筋实现其有效应力，提高预应力混凝土梁的工作性能。

图2 钢束位置定义设置图

表3 有限元和理论计算预应力损失结果对比

四、后张法预应力施工主要技术

1.后张法预应力施工器械及材料的安装控制

本工程采用的金属波纹管是现场制作的，根据设计中梁底的标高标记波纹管安装的位置，同时要确保孔道顺直。波纹管的位置检查并固定好后采用U形钢筋托进行焊接固定，然后通过发泡胶将排气孔与波纹管接触部位进行密封，这样可以避免浇筑混凝土时造成管道堵塞。安装埋件时必须在张拉端部安装螺旋筋，这样可以提高混凝土的抗压强度，避免因在预应力筋张拉过程中造成混凝土局部受压破坏，确保张拉施工可以顺利完成。但是螺旋筋的预埋位置必须控制精确，发生偏差会造成张拉过程中混凝土受力不均，易形成裂缝。

2.穿束预应力筋

考虑到后穿束法经常会由于预留孔道偏移和穿束方法不当导致在穿束预应力筋时比较困难。这是因为在混凝土浇筑过程中可能导致预留孔道发生偏移，另外预应力钢绞线编束后的刚度会变大，有时不能很好地配合孔道的弯曲变化而变化，导致预应力筋穿束困难。所以，本工程决定还是采用先穿法进行预应力筋穿束，穿束完成后必须采用塑料薄膜包裹好外露的预应力筋，避免其在浇筑过程中受到混凝土等污染。先穿束法在混凝土浇筑过程中必须有施工人员对预应力筋进行来回抽动，这样可以避免因为孔道漏浆导致预应力筋黏结后而影响后期的张拉过程。

3.张拉预应力筋

从施工前期的准备工作可以看出，本工程采用双控技术进行张拉，并采用分批对称的方式进行张拉。张拉过程中须将张拉力分成三阶段进行控制，本工程分段控制情况如表4所示。每个张拉阶段均需对预应力筋的伸长值进行测量并记录，本工程两束预应力筋的最终伸长值分别为269和251，在理论计算值的6%的误差范围内，满足规范要求。

表4 张拉预应力筋三阶段控制值

张拉预应力筋过程中可能会因为混凝土振捣不密实或混凝土受压不均导致混凝土开裂，这时需要停止加载并卸除原施加的荷载，并采用环氧高强混凝土进行混凝土补强，然后再重新进行张拉。张拉过程中还会出现断丝和滑丝的现象，产生这种现象的原因较多，如钢绞线自身的存在缺陷、锚夹具与预应力筋不配套、张拉力未控制好等均会造成断丝；锚具夹片的硬度不足、夹片与预应力筋之间存在油等杂质等原因导致预应力筋滑丝。所以在进行预应力筋张拉之前，技术人员要充分检查好各设备的安装情况是否满足张拉的要求以及设备材料的强度是否满足要求等，尽可能避免出现滑丝或者断丝的现象。

4.孔道灌浆

灌浆料的配合比由相关资质公司提供，灌浆料配合好后应先滤除其中的杂质，再进行灌浆。当浆料灌满孔道后需堵塞住泌水孔，然后继续灌浆，直至排气孔排除的浆料稠度与灌浆料相当时再封闭排气孔。之后应继续加压，待压力在0.5MPa～0.7Mpa范围内持续2min后方可封闭灌浆孔。拆除模板前必须确定灌浆强度是否已经达到100%，这是为了确保构件的整体性和耐久性能满足使用要求。

灌浆过程中可能会出现通气孔不会有浆料流出或溢水孔冒出的浆液稀薄。造成这种原因的情况较多，可能是配合比不合适、灌浆前未湿润孔道，导致浆料的水分被孔道吸收而造成浆料的流动性差或者孔道堵塞等情况造成的。所以,灌浆前应湿润孔道，选用流动性好的灌浆料配合比，或者添加一些添加剂来提高灌浆料的和易性等方法改善这些情况。

5.切割封锚

灌浆完成后，在距锚具外侧35mm处用铁丝进行绑扎后用砂轮进行切割，这样可以防止预应力筋松散。切割完成后，清理干净锚具及外露预应力筋并涂刷一层防水涂料，再进行支模并完成混凝土浇筑。混凝土浇筑4h后即可拆模，然后进行表面处理，确保其表面与梁端保持齐平。

本文主要以WKL3为研究对象，通过理论知识和有限元理论一起对预应力框架梁进行分析。不仅验证了理论计算的可靠性，更为施工阶段的张拉过程提供了有效的参考作用，提高了预应力框架梁的可靠性和耐久性。最后论述了后张法预应力施工工艺的主要技术，各施工工艺存在的常见问题以及改进措施。本工程最后通过回弹法和混凝土试块的抗压试验，试验结果均满足设计和规范的要求，进一步论证了施工工艺的合理性。