熊華兵，王虎祥，田佳岐

（1.中鐵一局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，西安 710054；2.寧夏大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021）

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土空心樓蓋綜合了緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)和現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)的新型現(xiàn)澆混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用，將有效提高結(jié)構(gòu)的承載力，控制結(jié)構(gòu)撓度和裂縫，增大結(jié)構(gòu)使用空間[1-2]。

針對(duì)無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)和有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)在工程應(yīng)用中存在的不足，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)在綜合2 種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，極大地避免了二者不足，所以非常適合用于預(yù)應(yīng)力混凝土樓板。對(duì)于未采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的普通混凝土實(shí)心板，其最大跨度一般不超過(guò)8 m，而未采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的普通混凝土空心板跨度約為15 m；但在采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)后，現(xiàn)澆混凝土空心板跨度可大幅提升至25 m，且板底平整美觀，可滿足商場(chǎng)、展廳和辦公樓等大跨度、大空間的公共建筑。

現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)自20 世紀(jì)60 年代問(wèn)世以來(lái)，在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，我國(guó)頒布了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程[3-4]。針對(duì)工程應(yīng)用中遇到的新問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)系統(tǒng)研究完善了空心樓板技術(shù)體系。蔣慶等[5]在參照不同規(guī)范的基礎(chǔ)上，采用擬梁法對(duì)比分析了帶拼縫的全預(yù)制混凝土空心樓板的簡(jiǎn)化分析方法。劉航等[6]針對(duì)無(wú)筋磚砌體結(jié)構(gòu)抗震性能差的問(wèn)題，提出了采用外加預(yù)應(yīng)力斜拉桿對(duì)磚墻進(jìn)行抗震加固的新方法。林樹(shù)潮等[7]采用動(dòng)力時(shí)程分析方法研究了考慮預(yù)應(yīng)力作用對(duì)核電站安全殼地震響應(yīng)的影響。合理的施工方案不僅能夠提高施工質(zhì)量和效率，還有利于實(shí)現(xiàn)“實(shí)現(xiàn)四節(jié)一環(huán)?！薄?/p>

對(duì)此，本文基于施工力學(xué)原理，采用數(shù)值模擬方法分析了不同施工方案條件下緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力空心樓板結(jié)構(gòu)變形特征，對(duì)比分析了“整體澆筑、逆向張拉”和“整體澆筑、順向張拉”對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響規(guī)律。

1 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)張拉施工方案

施工工藝對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)有著直接影響，合理的施工方案不僅能確保施工安全，還可以提高效率、縮短工期、節(jié)約成本。預(yù)應(yīng)力混凝土施工更是如此，確定混凝土澆筑和預(yù)應(yīng)力筋張拉的先后順序至關(guān)重要。根據(jù)混凝土澆筑與預(yù)應(yīng)力張拉順序的不同，可以將預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工分為“逐層澆筑、逐層張拉”“數(shù)層澆筑、順向張拉”“數(shù)層澆筑、逆向張拉”3 種方案。

1.1 “數(shù)層澆筑、順向張拉”

現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土多層建筑結(jié)構(gòu)施工時(shí)，在完成若干樓層混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)后，再按照自下而上的“順向”張拉順序?qū)︻A(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行逐層張拉，這種施工順序稱為“數(shù)層澆筑、順向張拉”，圖1 為該施工方法示意圖。

圖1 “數(shù)層澆筑、順向張拉”施工方法示意圖

采用這種施工方案時(shí)，結(jié)構(gòu)混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)可按照普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐層連續(xù)施工；預(yù)應(yīng)力筋張拉則可穿插進(jìn)行，以節(jié)約工期。但這種順序，由于下層支撐需要承受其上樓層的施工荷載而無(wú)法及時(shí)拆除，造成占用較多的支撐和模板。此外，由于下層預(yù)應(yīng)力筋張拉會(huì)產(chǎn)生向上的反拱效應(yīng)，進(jìn)而對(duì)其上樓層產(chǎn)生不利影響，因此，采用該施工方案時(shí)需要確保上部各樓層混凝強(qiáng)度滿足施工要求。

1.2 “數(shù)層澆筑、逆向張拉”

現(xiàn)澆應(yīng)力混凝土多層建筑結(jié)構(gòu)施工時(shí)，完成樓層混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)后，再按照自上而下的“逆向”張拉順序?qū)Ω鳂菍又械念A(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行逐層張拉，這種施工順序稱為“數(shù)層澆筑、逆向張拉”，圖2 為該施工方法示意圖。

圖2 “數(shù)層澆筑、逆向張拉”施工方法示意圖

采用該施工方案時(shí)，可按普通現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)從底到頂完成混凝土澆筑，然后再?gòu)纳蠈娱_(kāi)始逐層向下張拉預(yù)應(yīng)力筋，從而有效提高預(yù)應(yīng)力筋施工效率，減少預(yù)應(yīng)力張拉施工進(jìn)場(chǎng)次數(shù)。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土張拉施工方案對(duì)比分析

2.1 有限元模型建立

利用SAP2000 有限元分析軟件，建立某多層大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土空心板結(jié)構(gòu)模型，分別模擬2 種施工方案下逐層張拉預(yù)應(yīng)力的情景。項(xiàng)目結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，1 樓層高為5.6 m，2 樓層高為5.1 m，3~5 樓層高均為4.2 m，其中，2 樓預(yù)應(yīng)力混凝土空心樓板部分樓層平面圖如3（a）所示。梁、柱混凝土等級(jí)均為C40，箍筋和縱筋均采用HRB400。預(yù)應(yīng)力鋼筋采用1 860 Mpa，直徑21.8 mm 的高強(qiáng)低松弛緩粘結(jié)鋼絞線，設(shè)計(jì)張拉控制應(yīng)力為1 395 Mpa；預(yù)應(yīng)力筋線形均為拋物線布置。預(yù)應(yīng)力筋張拉方式為一端張拉，預(yù)應(yīng)力筋張拉端設(shè)在框梁外側(cè)或框梁外側(cè)板面。建模過(guò)程中，在定義預(yù)應(yīng)力荷載時(shí)，不考慮預(yù)應(yīng)力損失，最終建立此項(xiàng)目預(yù)應(yīng)力空心樓板部分結(jié)構(gòu)有限元模型如圖3（b）所示。

圖3 模型平面布置與三維效果圖

2.2 模擬結(jié)果分析

2.2.1 結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

為了探究“整體澆筑、順向張拉”“整體澆筑、逆向張拉”2 種預(yù)應(yīng)力施工方案對(duì)框架梁彎矩的影響，分別選取東西方向3#軸框架作為研究對(duì)象。在階段施工工況運(yùn)行分析完成后，不同施工方案下所對(duì)應(yīng)框架梁的彎矩圖如4 和圖5 所示。分析比較圖4 的彎矩圖可發(fā)現(xiàn)，在“整體澆筑、逆向張拉”施工方案下，分別就第5層和第4 層框架梁進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，都只會(huì)對(duì)相鄰樓層框架梁的彎矩產(chǎn)生影響。由于第3 層為結(jié)構(gòu)收進(jìn)突變層，張拉過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)力需要由其下部框架分擔(dān)和平衡，因此，第3 層預(yù)應(yīng)力張拉同時(shí)對(duì)第2 層和第1層框架彎矩產(chǎn)生影響。

圖4 逆向張拉過(guò)程3#框架彎矩圖

圖5 順向張拉過(guò)程3#框架彎矩圖

對(duì)比圖5 的框架彎矩圖可知，采用“整體澆筑、順向張拉”施工方案完成預(yù)應(yīng)力張拉后所引起的彎矩，與“整體澆筑、順向張拉”施工方案存在明顯區(qū)別。其中，逆向張拉施工方案引起的彎矩主要分布于框架柱端部，梁端彎矩普遍相對(duì)較??；順向張拉施工方案使得梁端彎矩顯著增大，且跨中負(fù)彎矩量值較大，這就導(dǎo)致大跨預(yù)應(yīng)力混凝土空心樓板處容易出現(xiàn)向上凸起變形。

2.2.2 結(jié)構(gòu)變形分析

結(jié)構(gòu)變形是預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程中重要的監(jiān)測(cè)和控制指標(biāo)，為此，同樣選取東西方向3#軸框架作為研究對(duì)象，不同張拉方案完成后結(jié)構(gòu)變形如圖6 和圖7所示。

分析對(duì)比圖6 和圖7 預(yù)應(yīng)力張拉后結(jié)構(gòu)變形可知，相比順向張拉施工方案，逆向張拉施工方案所引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形均相對(duì)較??；還可發(fā)現(xiàn)，“整體澆筑、逆向張拉”對(duì)框架柱水平向變形影響較小，“整體澆筑、順向張拉”對(duì)框架柱水平向變形影響較大。

圖6 逆向張拉過(guò)程3#框架變形圖

圖7 順向張拉過(guò)程3#框架變形圖

3 結(jié)束語(yǔ)

以實(shí)際工程為背景，分別模擬了2 種施工方案下逐層張拉預(yù)應(yīng)力的情景。通過(guò)對(duì)2 種施工方案下結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的對(duì)比分析，主要得出如下結(jié)論：①“整體澆筑、逆向張拉”施工方案下，張拉結(jié)構(gòu)突變層，會(huì)對(duì)其下2 層框架梁的彎矩均產(chǎn)生影響；張拉其他樓層時(shí)，只對(duì)相鄰樓層框架梁層彎矩產(chǎn)生影響。“整體澆筑、順向張拉”施工方案下，張拉1 層和2 層，均會(huì)對(duì)其上2 層框架梁彎矩產(chǎn)生影響；張拉其他樓層，主要對(duì)相鄰樓層框架梁彎矩產(chǎn)生影響。②“整體澆筑、逆向張拉”施工方案下框架梁的變形比“整體澆筑、順向張拉”施工方案下的小，這一現(xiàn)象在2 種施工方案下，第2 層張拉完成后對(duì)比最明顯；“整體澆筑、逆向張拉”施工方案下框架柱的水平向變形比“整體澆筑、順向張拉”施工方案下的小。③“整體澆筑、逆向張拉”施工方案下結(jié)構(gòu)各樓層的彎矩、位移與層間位移角均比“整體澆筑、順向張拉”方案下小。