大跨预应力混凝土结构设计与施工技术研究

王子龙

【摘要】近年来，随着预应力混凝土技术的发展，预应力混凝土技术越来越多地应用于大型会展中心、超大型及超工业建筑、超大型地下车库等超长连续结构中，预应力引起的结构中应力分布的变化，特别是在预应力梁的连接部位，更为复杂;预应力混凝土梁在施工阶段的荷载效应可能大于正常运行阶段;另外，预应力混凝土结构施工工艺复杂，施工过程中难以避免出现问题。因此，有必要进一步研究预应力混凝土结构的特点和关键施工技术，它不仅关系到设计的合理性和施工的安全性，而且直接影响到工程的进度和造价。本文以会议中心展厅为背景，主要研究内容如下：在均布荷载作用下，对梁端之间腋下肌肉预应力进行了理论研究，采用Midas有限元软件建立实体模型，将连续梁与预应力梁相结合，分析了相邻两个结构的应力分布 在预应力次梁施工阶段，利用midasgen软件对三种不同的张拉顺序进行约束，计算三种不同张拉顺序对边梁应力和位移的影响，选择合理的张拉顺序; 对于预应力混凝土梁，普通混凝土铺设困难，预应力钢筋容易在钢筋正常位置发生碰撞等施工问题，为今后类似工程提供施工经验，文章中的内容和观点，仅供大家参考。

【关键词】大跨预应力混凝土结构;有限元分析;搭接节点;张拉顺序;施工技术

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

17.001

绪论

近年来，随着社会经济的快速发展，人们对建筑的小型化已经不满足，建筑体积也在不断增大，如大型会展中心、超级工业大厦、超大地下车库、航站楼、购物中心等，对于这些大空间的施工，建筑师和业主往往提出不设滑动缝的要求，这必然导致混凝土超长连续结构的形成。对于超长混凝土结构的连续结构，《混凝土结构规范》（GB50010-2010）有具体的定义，根据结构在建筑平面内一侧的长度明显大于安装时受拉焊缝之间的距离的事实，混凝土为超长连续结构。钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距见表8.1.1，可见本规范要求的最大间距室内或地面框架设计为100m，室外框架设计为70m;骨架结构分为组装式和填充式，组装式室内或地下75m，室外50m，室内或土中现浇55m，室外35m;剪刀墙设计要求室内或地下45m现浇，室外30m。近年来，我国超大跨度预应力混凝土结构建成后，结构长度超过100米，在这些超长连续结构的设计中，通常都是提前选择应力等技术来解决问题，这与结构的超长有关，导致结构截面或截面过大，截面控制抗裂性不符合要求。預应力混凝土连续梁合理分离后，在一些梁柱节点处形成预应力钢连接是不可避免的，目前，整体结构构件的设计与施工主要集中在以下几个方面，目前国内对后张法预应力混凝土结构的表示方法和构造细节的研究较少，因此有必要对这种结构的梁节点进行研究。普通设计中的预应力混凝土梁通常是一次加载到结构中的张拉荷载，然而预应力混凝土的施工过程复杂，张拉选择顺序不同，不同张拉施工阶段的内位移序列与整体结果分析仍有一定差距，是否影响施工安全。因此，有必要对预应力混凝土梁施工过程中的张拉顺序进行研究和分析。

一、预应力混凝土梁柱节点有限元模拟分析

1.工程概况

国际会展中心项目总面积48.2万平方米。截至2000年3月31日，香港市住宅物业总面积为250000平方米，其中350000平方米为270000平方米。每平方米土地面积为12.5万平方米。地下设施。包括一个登记大厅、四个单层展馆、四个双层展馆、一个多功能双层展馆、酒店及其配套家庭、南方综合体及其附属家庭。本项目多功能双层展厅由五个展厅（b1-b5）组成。本工程b1-b5展厅为15.00m高层结构，标高195m× 90米-195米× 99m，均超过《混凝土结构设计规范》（gb50010-2010）的要求。最大张拉间距太长，大面积预应力混凝土结构，建筑表面不设15000米大跨度梁（x跨L=27米和36米，y跨L=17.65米、22.65米和24米），故采用前离合后张拉技术图。

2.参数的选取与模型的建立

等效于Midas荷载的预应力叠加法，而预应力筋法是一种广泛应用的预应力方法，特别是等效荷载法将预应力转化为等效线性荷载或集中荷载，然后将等效线性荷载或集中荷载作为简化方法施加到结构上，等效荷载法不需要建立预应力筋块，同样显而易见的是，在不考虑预应力筋的实际位置和预应力损失的情况下，通常只适用于简单的应力结构。与等效荷载法相比，实体配筋法能准确模拟预应力混凝土结构，并能考虑结构的空间效应。在Midas中，预应力在钢材生产中要容易得多，而不是在预应力钢筋安装单元的两侧引入张力。由于展厅面积较大，本章主要选取展厅2.61620.2跨预应力混凝土框架进行模拟，以更准确地反映两种纤维对梁节点的影响，充分考虑结构的空间效应，仿真中采用了实体肌肉法。由于拉拔两端采用预拉应力，拉应力控制在钢丝强度标准的0.75倍，因此在软件中引入了预应力，张拉电压为186061620× 始端0.75=1395MPa 按模型网格，即按模型网格，即按模型网格。对于结构的重要部位，如几何变化较大的部位、材料或特征变化的部位，最好对网格进行详细细分，以控制整个模型中的单元数。网格分裂形成的单元可以是四边形或六边形。与这两种方法相比，四边形网格具有更大的刚度，这也决定了六边形网格的精度远高于四边形网格。本章采用两种不同张拉方式的预应力混凝土框架梁模型进行合理规划，混凝土结构采用六主自动网，分为200mm。预应力钢筋网尺寸为200mm。

二、模型与张拉顺序的选择

1.模型的选择

预应力混凝土框架结构有时采用大跨度方案，在大纬度地区，位于小预应力次梁方向;在小纬度地区，位于预应力主梁方向[32]。预应力次梁跨度大，但次梁间距小，受力面积小。虽然预应力梁较小，但荷载较大，本次布置设计可以达到结构高度优化的目的本次设计采用这样的布置方案，在预应力二次张拉的情况下，压缩变形会导致边梁断裂，因此，为了便于计算和分析，有必要选择合理的拉伸顺序× 模型选用1号展厅跨度框架梁，预应力框架主梁跨度24m，截面尺寸1000mm× 3200mm。预应力框架下梁跨度36m，截面尺寸400mm× 1000mm，预应力次梁位于主梁9跨方向，近梁间距3M，框架柱尺寸1500mm× 150mm，高度15m，楼板厚度200mm。梁、板和柱的混凝土采用C45，框架中的预应力钢筋位于4-12 f s15.2中，f s15.2中的预应力钢筋不可拆除。因为主要研究的是梁底的内应力响应（即梁底的内应力响应）和梁底的内应力响应（即梁底的内应力响应）。为了直观地观察边梁在预应力作用下的内力变化，只需施加预应力和75σ con，不考虑其他荷载。如图2

2.张拉顺序的选择

在本次设计中，预应力筋的张拉按预应力次梁的张拉顺序进行，然后对预应力框架梁进行张拉，但由于预应力梁较大，可以按顺序成排张拉。在本章中，预应力副梁的受拉顺序可分为三种情况：从左向右、两端向中间对称拉伸、从中间向两端拉伸，最后张拉预应力框架梁，下图为分层顺序（圆圈中的数字代表张拉顺序）。根据上述选定的拉伸顺序，利用midas/gen软件模拟各种拉伸顺序，midas/gen软件提供了不同的加载模式，可以计算出每种工作模式和不同的工况，最终产生内应力和应力的组合。这与上述施工阶段的最终结果是一致的，即将不同施工模式的结果相加，在施工阶段不同的张拉顺序会对边梁的内力产生影响。

三、预应力混凝土结构的施工研究

1.大面积自密混凝土技术的应用

该设施连接在标高为15米的展厅之间。预应力主梁截面尺寸为1000mm× 3200mm，腋下1500mm× 3200mm，最大跨度27m，钢筋1284hp，防震杆直径32mm，预应力波纹管直径85mm;预应力梁截面为500mm× 3000mm，最大跨度36m，钢筋50根，四级直径32mm，预应力波纹管6根，直径85mm;框架柱截面1500mm× 1500mm，钢筋为62号三级钢筋，直径36mm。图  现场布置预应力主梁及主梁节点。可见梁内钢筋较多，且有槽钢波纹管，由于钢筋间距过小，普通混凝土阵列难以延续，特别是在梁缝处，容易形成蜂窝和孔洞，难以保证施工质量;另外，振捣器铺设时，混凝土不能直接振捣波纹管，因为块体中的卡箍被波纹管填满，导致普通混凝土无法施工。如图3

普通混凝土无法施工，只能配合通信工程将梁底截面增加至500mm，或经甲方和设计方同意，将梁下回路拉伸改为腋下拉伸即可解决，但开发商不应坚持项目的原设计，拒绝报价，没有议价的余地。在这种情况下，仅通过技术搜索和切割，就发现密实混凝土的技术是比较成熟的，其显著特点是流动性好，稳定性好，可灌性好，几乎无需振捣压实，正好解决了波纹管结构密度最大的问题，振捣棒不能直接振捣，同时也要保证混凝土的质量，进而促进施工的成功。

2.自密实混凝土配合比设计及现场实验

本次设计C45梁、柱混凝土强度控制在现场混凝土膨胀前600-700，采用玄武岩冲河石，粒径小于2.0cm，混凝土设计强度比按C45-28的日强度计算，经过多次计算试验，主要比例确定如下：水165kg/m3;水泥365kg/m3;砂841kg/m3;石料808kg/m3;渣粉60kg/m3;灰分75kg/m3;5千克/立方米[33];由于对密实混凝土的严格要求，实测膨胀深度为550-650mm，预应力梁是大体积混凝土的一部分，结构尺寸大，水热液高浓度渗碳，升温快，内外温差太大，容易产生温度裂缝，必须从材料来源上严格控制。 水泥：高细度P.O42.5水泥，7天水化温度不超过270kJ/kg，3天水化温度不超过240kJ/kg;水泥的表面积为300～350m2/kg，选用比表面积较小的水泥。水泥进入搅拌站的温度不得超过60℃°粉煤灰：以水烧渣为主要原料制备的粉碎粉煤灰，达到或超过S95标准。与表面积不小于4000cm2/g相比，耗水量不超过105%，热损失不超过5%。粉煤灰：粉煤灰与粉煤灰一起掺入粉煤灰中，粉尘的使用能有效减少单面混凝土中的水泥总量，使混凝土达到要求。 添加剂：特殊的mrt-1缓凝剂加防水添加剂，有效降低湿度25%以上。砂：西河砂（中砂），細度模数2.8，石粉含量3.2%6）石料：玄武岩细粒石料，粒径5-20mm，连续粒径，含土量控制0.3%。 由于设施的重要性和现场波纹管钢筋的强度，在集约作业前，我们模拟钢筋和波纹管的实际配置，进行自密封试验，通过钢筋检查其运动、稳定性和混凝土骨料。波纹管的间隙特性。

结论：

从宏观的角度，通过对我国装配市场的研究，我们发现，认为产品研发的装配整理体系是一个相对分散的国家。事实上，我们没有完善的装饰和研究装配系统。本文研究了一种基于CSI系统的改进装配维修系统，但CSI系统不是装配和装饰，基本上，支撑和填充物是挖掘整个住宅生命周期价值的一种手段，实现住宅可持续发展和系统建设。目前，产品装配与维护、研发、生产都掌握在一家小型建材生产企业手中，一般由于缺乏单一品种开发生产的研究、完善和生产体系，一般难以形成产业管理模式。对外开放，集团拥有超大工业企业，并开发生产建材、各类建材、化工建材系列，产品具有创新的生产能力改造和规划能力，而我们的小型建材制造商也无法实现。

在微观层面上，我们的装配和整理还没有深入研究。装配装饰部是一种高度集成的建材，整体要求各种性能，工厂是通过最简单的装配来进行最大的预处理和现场施工。中国一体化大会的这些要求在部的组装和装饰中没有得到深刻体现，许多建筑部分或采用传统技术进行。

参考文献：

[1]席作浩.大跨预应力混凝土结构设计与施工关键技术研究[D].青岛理工大学.

[2]葛欢.大型综合物流园预应力混凝土结构设计与施工——以深圳某大型综合物流园为例[J].技术与市场，2011，18（6）：41-43.

[3]李彦林.新兴综合物流园预应力混凝土结构设计与施工[J].中华民居旬刊，2011（8）：173-175.