【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(yù)制梁頂端開裂嚴(yán)重現(xiàn)象，在已有預(yù)制梁構(gòu)件配套化施工技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了一種預(yù)防先張法預(yù)制梁構(gòu)件頂部張拉裂縫的裝置。研究結(jié)果表明，通過在預(yù)應(yīng)力鋼筋上套PVC管可有效減少先張法預(yù)制梁反拱造成的張拉裂縫，在先張法預(yù)制梁放張起拱過程中，預(yù)應(yīng)力筋末端被PVC管隔離失效，預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間的部分握裹力被消除，預(yù)制梁在放張時反拱程度降低，預(yù)制構(gòu)件頂端混凝土受拉減小，裂縫更少。該裝置突破了原有技術(shù)的不足，保證預(yù)制梁構(gòu)件強(qiáng)度、耐久性和結(jié)構(gòu)安全性的同時，還能減小成本的投入。

【關(guān)鍵詞】裝配式建筑； 預(yù)制梁； 先張法； 張拉裂縫； 裝置

【中圖分類號】TU378.5【文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)工作。

0 引言

在國家戰(zhàn)略發(fā)展城鎮(zhèn)化的全面推進(jìn)歷程中，裝配式建筑以其低勞動力、效率高、質(zhì)量高、工期少、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)大量出現(xiàn)在建筑市場上［1-2］。裝配式廠房施工中預(yù)制梁的應(yīng)用越來越廣泛，裝配式廠房的預(yù)制梁屬于受彎構(gòu)件，一般只在底部設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋，頂部僅設(shè)置構(gòu)造鋼筋［3-5］。同時為節(jié)約成本，預(yù)制構(gòu)件一般采用先張法施加預(yù)應(yīng)力，在預(yù)應(yīng)力放張過程就會產(chǎn)生反拱，導(dǎo)致預(yù)制梁頂部受拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度而出現(xiàn)張拉裂縫，進(jìn)一步降低預(yù)制構(gòu)件強(qiáng)度、耐久性、安全性。因此有必要研究一種經(jīng)濟(jì)、操作簡單的預(yù)防預(yù)制梁構(gòu)件頂部開裂的技術(shù)方法。

國內(nèi)外眾多學(xué)者對先張法預(yù)制預(yù)應(yīng)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(huán)境下先張法預(yù)制梁的施工技術(shù)方法；陳磊等［7-8］介紹了橋梁建設(shè)過程中先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心梁的制作流程及相關(guān)注意事項(xiàng)，分析了先張法預(yù)制梁在橋梁建設(shè)中被廣泛運(yùn)用的原因；王海良等［9］分析了傳統(tǒng)直線先張法梁的傳統(tǒng)技術(shù)工法的不足，同時對比分析了折線先張法預(yù)應(yīng)力梁技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)折線先張法預(yù)應(yīng)力梁更適應(yīng)中小跨度的橋梁；Liu等［10］借助模型試驗(yàn)的方法，通過分析靜、動荷載下預(yù)應(yīng)力梁的恢復(fù)力-位移的位移時程曲線和滯回曲線，研究發(fā)現(xiàn)預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁具備更好的變形恢復(fù)能力；王曉磊［11］依托深圳軌道交通6號線工程，采用室內(nèi)試驗(yàn)的方法研究分析了先張法U型梁的力學(xué)特性；王鵬等［12］結(jié)合某軌道交通工程預(yù)制U形梁工程實(shí)例，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了不同施工階段梁體預(yù)應(yīng)力的損失情況，驗(yàn)證了張法預(yù)制U形梁單端先張拉技術(shù)的可行性；劉相超［13］對先張法預(yù)制梁的傳統(tǒng)工藝進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝配套施工的預(yù)制梁表面容易產(chǎn)生蜂窩、裂紋等一系列質(zhì)量通病，提出了相應(yīng)的解決措施，確保了預(yù)制梁的內(nèi)實(shí)外美。

綜上，目前對先拉法預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土梁的制作技術(shù)方法的研究取得了顯著成果，但由于先張法預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁在放張過程中會產(chǎn)生反拱，導(dǎo)致預(yù)制梁頂部受拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度而出現(xiàn)張拉裂縫，而目前國內(nèi)外對預(yù)防先張法預(yù)應(yīng)力梁頂端開裂技術(shù)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(xiàng)目為工程背景，針對預(yù)制梁頂端開裂嚴(yán)重現(xiàn)象，在已有預(yù)制梁構(gòu)件配套化施工技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了一種預(yù)防先張法預(yù)制梁構(gòu)件頂部張拉裂縫的裝置。通過該裝置配套化施工先張法預(yù)應(yīng)力梁，可以通過減小預(yù)應(yīng)力筋的回縮達(dá)到控制反拱的效果，從而降低預(yù)制梁頂端受力，進(jìn)一步減少預(yù)制梁頂部裂縫、提高耐久性和結(jié)構(gòu)安全性。研究結(jié)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(xiàng)目位于四川省成都市區(qū)，項(xiàng)目建筑包括廠房、辦公樓、科普展廳、門衛(wèi)室、設(shè)備用房等，項(xiàng)目總建筑面積達(dá)到48 421.71 m2。該項(xiàng)目建筑均采用混凝土裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計，其裝配率超過93%，采用結(jié)構(gòu)、維護(hù)、裝飾一體化建造技術(shù)，建筑構(gòu)件在工廠完成制作，運(yùn)往現(xiàn)場完成安裝，提高了修建效率，節(jié)省了建造成本。

該示范基地項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)形式為裝配式排架結(jié)構(gòu)，采用工業(yè)化混凝土預(yù)制構(gòu)件制作、安裝，豎向構(gòu)件柱就位后，安裝預(yù)制混凝土梁、雙T板，使結(jié)構(gòu)行成整體，圍護(hù)結(jié)構(gòu)也采用預(yù)制墻板。為節(jié)約成本，預(yù)制梁構(gòu)件采用先張法施加預(yù)應(yīng)力，在預(yù)應(yīng)力放張過程就會產(chǎn)生反拱，導(dǎo)致預(yù)制梁頂部受拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度而出現(xiàn)張拉裂縫。為控制頂部張拉裂縫在頂部增加構(gòu)造鋼筋或預(yù)應(yīng)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(jīng)濟(jì)、操作簡單的預(yù)防預(yù)制梁構(gòu)件頂部開裂的技術(shù)方法迫在眉睫。

2 預(yù)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(zhì)材料，組成混凝土的骨料、水泥石等存在不同的力學(xué)特性，外界環(huán)境的變化（如溫度的變形）使得混凝土產(chǎn)生微體積變形，內(nèi)部不同力學(xué)特征的材料將產(chǎn)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(yīng)力將導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)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(gòu)件在外力作用下將產(chǎn)生拉壓應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)力達(dá)到或超過混凝土體的極限強(qiáng)度時將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。隨著荷載的增加，混凝土內(nèi)部已有的微裂隙逐漸發(fā)展、擴(kuò)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(yù)制梁頂端開裂分析

預(yù)制梁屬于受彎構(gòu)件，一般只在底部設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋，頂部僅設(shè)置構(gòu)造鋼筋。工程上為了節(jié)約成本，預(yù)制梁構(gòu)件一般采用先張法對預(yù)制梁構(gòu)件底部預(yù)應(yīng)力鋼筋施加預(yù)應(yīng)力。如圖1所示，預(yù)制梁先采用先張法完成預(yù)應(yīng)力施加，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋在先張法施工中儲存了拉應(yīng)力，在預(yù)應(yīng)力放張過程，鋼筋會往回收縮，在預(yù)制梁兩端產(chǎn)生偏心壓力，導(dǎo)致預(yù)制梁出現(xiàn)反拱現(xiàn)象，底部受壓加大，頂部出現(xiàn)受拉，當(dāng)受拉應(yīng)力達(dá)到混凝土預(yù)制梁強(qiáng)度極限時即產(chǎn)生開裂、混凝土受損，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)耐久性及安全性。

2.3 先張法預(yù)制梁預(yù)防頂端開裂常規(guī)措施

由先張法預(yù)制梁施工工藝可知，由于在放張過程中預(yù)應(yīng)力鋼筋收縮，預(yù)制梁受到偏心受壓作用，出現(xiàn)反拱現(xiàn)象，梁頂部混凝土受拉超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度出現(xiàn)裂隙，若張拉強(qiáng)度過大，裂隙發(fā)展成宏觀裂縫，將嚴(yán)重影響施工質(zhì)量及結(jié)構(gòu)耐久性。為此，工程上常采用在預(yù)制梁頂部增加構(gòu)造鋼筋或預(yù)應(yīng)力筋等措施控制頂部張拉裂縫。

如圖2所示，通過在預(yù)制梁頂部施加預(yù)應(yīng)力鋼筋，同樣采用先張法使得頂部鋼筋獲得拉應(yīng)力，再放張過程中，預(yù)制梁頂部、底部的預(yù)應(yīng)力鋼筋收縮產(chǎn)上的偏心壓力將產(chǎn)生抵消，由此減小甚至消除底部預(yù)應(yīng)力鋼筋收縮產(chǎn)生的反拱現(xiàn)象，從而減輕預(yù)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(yù)制梁防頂部張拉裂縫裝置

3.1 結(jié)構(gòu)及組成材料

如圖3所示，在現(xiàn)有技術(shù)上，本文提出了一種能夠高效預(yù)防先張法預(yù)制梁頂部張拉裂縫的裝置，整個裝置包括PVC管、預(yù)應(yīng)力筋、鋼模板、臺座、預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備，各部分具體功能如表1所示。該裝置中，預(yù)制梁預(yù)應(yīng)力的施加采用先張法；預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置在預(yù)制梁底部；預(yù)制梁頂部僅設(shè)置構(gòu)造鋼筋，不含預(yù)應(yīng)力筋。

3.2 裝置操作流程

如圖3所示，一種預(yù)防先張法預(yù)制梁頂部張拉裂縫裝置包括PVC管、預(yù)應(yīng)力筋、鋼模板、臺座、預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備五個部分。該裝置操作流程：

（1）安裝預(yù)應(yīng)力鋼筋。在臺座上綁扎預(yù)制梁的鋼筋，鋼筋綁扎完成后穿預(yù)應(yīng)力筋。

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

（3）張拉。在留有預(yù)應(yīng)力筋和PVC管對應(yīng)孔洞的安裝鋼模完成后，通過張拉設(shè)備張拉預(yù)應(yīng)力筋使之達(dá)到設(shè)置強(qiáng)度。

（4）澆筑。檢查預(yù)應(yīng)力筋張拉合格后澆筑混凝土，澆筑完成后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

（5）拆模。待混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后拆模放張，制成預(yù)制梁構(gòu)件。

3.3 工作原理

傳統(tǒng)預(yù)制梁構(gòu)件頂部開裂主要原因是：預(yù)制梁構(gòu)建屬于受彎構(gòu)件，一般只在底部設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋，頂部僅設(shè)置構(gòu)造鋼筋。為節(jié)約成本一般預(yù)制構(gòu)件采用先張法，在預(yù)應(yīng)力放張過程中，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋的回縮，導(dǎo)致構(gòu)件受到偏心壓力，造成構(gòu)件反拱，構(gòu)件頂部受拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度而出現(xiàn)張拉裂縫。

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

4 與傳統(tǒng)工藝對比

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果有：

（1）采用本實(shí)用新型進(jìn)行預(yù)制梁生產(chǎn)時，預(yù)制梁頂部不需要附加抗裂鋼筋或預(yù)應(yīng)力筋僅構(gòu)造鋼筋，減少成本造價。

（2）減少預(yù)制構(gòu)件開裂提高耐久性和結(jié)構(gòu)安全性，避免頂部增設(shè)構(gòu)造鋼筋增加施工工序和施工難度。

（3）本實(shí)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(qiáng)實(shí)用性。

5 結(jié)束語

本文針對成都市區(qū)某一建筑垃圾資源化利用示范基地項(xiàng)目裝配式廠房預(yù)制構(gòu)件預(yù)制梁在標(biāo)準(zhǔn)化配套制作過程中容易出現(xiàn)頂部受拉開裂等問題，在已有預(yù)制梁構(gòu)件配套化施工技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了一種預(yù)防先張法預(yù)制梁構(gòu)件頂部張拉裂縫的裝置，主要研究結(jié)果：

（1）預(yù)制梁屬于受彎構(gòu)件，一般只在底部設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋，頂部僅設(shè)置構(gòu)造鋼筋。先張法預(yù)制梁構(gòu)件在預(yù)應(yīng)力放張過程中，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋的回縮，導(dǎo)致構(gòu)件受到偏心壓力，造成構(gòu)件反拱，構(gòu)件頂部受拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度而出現(xiàn)張拉裂縫。

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

（3）該預(yù)防先張法預(yù)制梁構(gòu)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(gòu)件耐久性和結(jié)構(gòu)安全性，突破了原有技術(shù)的不足。

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