大跨度預應力混凝土轉換梁施工技術分析

【摘要】隨著國內外高大建筑數量的不
斷增多，建筑結構逐漸由原來簡單的框架
結構向大空間、大跨度預應力結構發展，
現階段幾乎所有建筑工程都涵蓋了預應力
工程。為滿足工程建設的需要，熟練掌握
有關預應力施工技術管理自然顯得非常重
要。本文結合多年工作經驗，對大跨度預
應力混凝土轉換梁的施工技術管理進行了
分析。
【關鍵詞】預應力混凝土 ；轉換梁 ；施
工管理
1、預應力混凝土
為了避免鋼筋混凝土結構的裂縫過早
出現，充分利用高強度鋼筋及高強度混凝
土，設法在混凝土結構或構件承受使用荷
載前，預先對受拉區的混凝土施加壓力后
的混凝土就是預應力混凝土。
2、預應力混凝土轉換梁
在建筑設計中，由于建筑平面布置、
立面處理及功能轉換的要求，經常會遇到
大跨度的鋼筋混凝土梁上承托多層框架的
情況，這種大跨度的框架托梁往往會承受
較大的上部傳來的結構荷載，若仍依照通
常的方式進行普通鋼筋混凝土轉換梁設計，
不僅配筋過多，不便施工，而且在支座和
跨中可能會產生裂縫。為了改善該類梁的
受力性能和提高其抗裂性，工程中有必要
將該類梁設計成預應力混凝土梁，即預應
力混凝土轉換梁。然而，大跨度預應力混
凝土轉換梁的施工建造過程涉及力學、材
料學、結構設計及工程管理學等多門學科，
是一項極其復雜的系統工程，其施工質量
的好壞直接關系整個結構的安全性。
3、大跨度預應力混凝土轉換梁結構施
工力學分析
3.1 模板支撐系統的受力
一般情況下，在未施加預應力之前，
轉換梁結構的絕大部分混凝土自重、所承
擔的部分上部結構荷載以及施工荷載是非
常大的，而這又是結構設計中未能考慮的
附加荷載。為確�；炷�土轉換梁的變形不
超過允許值，在施工當中，應根據工程的
實際情況和轉換梁結構的特點，明確轉換
梁模板支撐的荷載傳遞途徑，并考慮其對
結構樓板或梁的承載力的影響，從而合理
選擇轉換梁結構的模板支撐方案，確定模
板支撐的布置形式。
3.2 混凝土的溫度及收縮應力
混凝土轉換梁由于其幾何尺寸較大，
屬大體積混凝土構件，混凝土在澆筑后硬
化期間水泥水化過程釋放的水化熱所產生
的溫度變化與混凝土的收縮共同作用，由
此產生的溫度應力和收縮應力便成為導致
轉換梁結構出現裂縫的主要因素。這些裂
縫的出現對轉換梁的耐久性及結構的安全
性均造成不同程度的損害。因此在混凝土
工程施工當中，應考慮溫度應力的影響并
設法降低混凝土內部的最高溫升值，減小
其內外溫差和溫度變化速率，采用最高溫
度和溫度差雙控制的方法確保溫度應力不
超過混凝土的抗拉強度 ；同時還要改善混
凝土的性能，采用合理可行的澆筑方案、
養護措施以及構造措施控制混凝土的收縮
變形，降低收縮應力對構件的影響作用，
從而減小裂縫產生的可能性。
3.3 預應力對轉換梁結構的受力影響
由于框架結構本身是一個超靜定結構，
在張拉轉換梁預應力的同時會在結構中引
起次內力。在進行主體結構施工時，若在
轉換梁梁體施工完混凝土強度達到指定要
求后，與普通預應力混凝土梁相同將預應
力進行一次完全施加，而此時上部結構的
荷載由于施工進度的原因未施加完畢，在
多余預應力的作用下將產生較大的反拱變
形，造成上部結構也產生相應的變形和次
內力 ；反之，若在上部結構較大荷載的作
用下，未及時對轉換梁施加預應力或施加
的程度不夠，結構也會產生較大的變形，
對施工和使用期間的結構安全性造成較大
的影響。
4、大跨度預應力混凝土轉換梁結構臨
時支撐的施工
轉換梁的自重、施工荷載以及所承受
的上部結構荷載較大，因此確定其梁底模
板的臨時支撐方式是轉換梁施工的關鍵。
目前，實際工程中轉換梁底模板的臨時支
撐體系施工多采用以下幾種方法 ：常規支
撐法、疊合澆筑支撐法、荷載傳遞法、設
立鋼結構支撐法和埋設型鋼法等幾種，也
可由幾種方法相結合作為轉換大梁進行施
工期間的臨時支撐方案。臨時支撐體系的
設計一般按以下幾個步驟進行 ：
（1）確定結構荷載
在實際工程中，預應力混凝土轉換梁
所承擔的結構荷載巨大，為保證轉換梁結
構部分與周圍結構不會由于不均勻沉降而
產生變形的不協調等情況，可在轉換結構
部分設置后澆帶，與周圍結構隔離，在各
自沉降完全后再澆筑后澆帶處的混凝土。
此時，轉換梁上部結構荷載可取后澆帶范
圍內的結構荷載進行計算，再加上部分轉
換梁自重和施工荷載，即得支撐體系所承
擔的荷載。
（2）支撐體系方案的選擇
鋼管腳手架的常規支撐體系僅適用于
轉換梁結構跨度和截面不太大的情況。當
轉換梁跨度和截面較大時，需采用荷載傳
遞、設立鋼結構支撐和埋設型鋼及鋼析架
等作為主要支撐體系，與鋼管腳手架體系
共同承擔上部荷載，但相應的施工費用也
較高。因此，在選擇臨時支撐形式時，應
綜合考慮以上幾種支撐形式的優缺點，在
施工成本允許的范圍內依照效費比最優的
原則來進行方案的選定。在進行方案比較
時，就要對支撐體系進行驗算，對于直接
承受荷載的構件，如鋼管腳手架，需驗算
其強度、剛度及穩定性 ；而對間接承受荷
載的構件，如樓板，則主要驗算其強度。
（3）附加內力的分析與計算
轉換梁在臨時支撐體系的作用下易產
生附加的內力，其內力狀態與使用階段不
同。在結構設計中易忽略或無法考慮施工
階段附加內力對轉換梁的影響，因此在支
撐方案設計中，須對轉換梁在施工階段的
內力狀態進行科學的分析與計算，并在施
工中采取相應的措施強化轉換梁以確保工
程質量。
5、大跨度預應力混凝土轉換梁結構混
凝土工程施工
大跨度預應力混凝土轉換梁的混凝土
工程施工中，其重點在于避免或減少各種
有害裂縫的產生。由于轉換大梁的混凝土
體量大，屬于大體積混凝土構件，混凝土
的溫度變化和收縮變形產生的溫度裂縫及
收縮裂縫出現的幾率較大，因此轉換梁的
混凝土工程施工主要對溫度裂縫和收縮裂
縫進行控制，主要從五個方面重點進行 ：
（1）混凝土配合比設計及材料選用
在保證混凝土強度及流動性的前提下，
應優化混凝土的配合比設計，減少水泥用
量，優先選用水化熱低的礦渣硅酸鹽水泥
或火山灰硅酸鹽水泥，適當摻入粉煤灰和
減水劑等外加劑改善材料性能，并優先選
用具有連續級配的粗骨料和中、粗砂為細
骨料來進行混凝土的配置 ；
（2）混凝土施工方法
首先要對轉換梁整個施工過程中的溫
度狀況進行分析和計算，為轉換梁的混凝
土施工方法提供科學的依據，然后要從以
下幾方面采取措施以防止混凝土溫升值過
大和提高混凝土抗拉強度 ：控制混凝土的
出機溫度和澆筑溫度，采用分層次澆筑施
工的方法，及采用疊合梁原理將轉換梁按
疊合構件進行施工 ；
（3）構造措施
由于梁體截面尺寸較大，通常需設置
一定數量的橫向構造鋼筋。構造鋼筋在混
凝土面層中起到強化作用，可以增大混凝
土的極限拉伸，與混凝土一同抵抗混凝土
中的溫度應力和收縮應力，有效控制裂縫
的開展 ；
（4）混凝土養護措施
在進行轉換梁的大體積混凝土施工后，
應采取養護措施控制混凝土內部與外表面
溫度，使其溫差小于 25℃ ；并延緩混凝土
降溫速率，防止混凝土降溫速度過快，實
際工程中可采用蓄熱保溫法進行養護 ；
（5）裂縫的檢測與處理
對裂縫的觀測可采用專門的讀數顯微
鏡來進行，應對各施工階段例如轉換梁預
應力鋼筋張拉前后的混凝土裂縫寬度均進
行觀測，掌握其寬度變化規律，為后期裂
縫處理方案的制定提供依據，為提高轉換梁的耐久性，需對梁體的裂縫進行表面的
封閉，可采用向寬度大于 0.2mm 的裂縫注
入環氧樹脂或特細水泥漿等膠凝材料對構
件進行密封補強。
6、大跨度預應力混凝土轉換梁結構預
應力及鋼筋工程施工
6.1 預應力工程
轉換梁上承受數層甚至數十層結構的
荷載，預應力鋼筋用量較多，須采取措施
防止張拉階段梁體預拉區開裂或反拱過大，
可有以下幾種方法 ：采用擇期張拉技術，
即待轉換結構上部施工數層之后再張拉預
應力，在此之前必須加強轉換梁下的臨時
支撐 ；在轉換梁預拉區配置一定數量的預
應力鋼筋，以控制張拉階段的梁體裂縫及
過大的反拱 ；采用分階段張拉技術。分階
段張拉是逐漸施加預應力以平衡各階段結
構荷載的預應力施工技術，由于張拉次數
較多，其施工費用略高。具體采取何種方
法應根據實際情況確定。在預應力工程施
工過程中，需要注意以下技術要點 ：①在
施工前必須嚴格檢查鋼絞線、錨具、夾片、
波紋管等材料的質量 ；②轉換梁由于截面
大、預應力筋長且配筋較多，因此工程中
常采用先穿預應力筋法，此時要注意在混
凝土初凝以前須經常抽動預應力筋以防止
其被漏漿粘住，并采取保護措施防止預應
力鋼筋銹蝕 ；③排水孔宜用增強塑料管留
設，為防止其在澆搗混凝土時壓扁，管內
宜應再穿入小一號的塑料管，以增強其剛
度 ；④做好隱蔽工程檢查，著重檢查波紋
管有無破損、預應力筋線性是否符合設計
要求、張拉端和固定端的安裝是否妥當。
6.2 鋼筋工程
預應力轉換梁的含鋼量大，主筋長而
且布置較密。其中預應力筋是主要的受力
鋼筋，其就位是否準確將影響到轉換大梁
的整體受力性能，因此梁筋及波紋管的排
布是鋼筋工程中的重點。施工中波紋管和
非預應力筋的排布應合理穿插進行，有時
為了保證預應力筋矢高及端部錨墊板的位
置正確，對梁柱非預應力筋的位置須作相
應的調整。梁普通鋼筋定位的原則是“普
通鋼筋服從波紋管，波紋管依靠普通鋼筋”，
即在綁扎普通鋼筋時需事先讓出波紋管孔
道位置，而波紋管又通過普通鋼筋的布置
來進行準確定位和固定。由于轉換梁的配
筋較多，在梁柱節點處有時會有上百根主
筋在此“相聚”，加上波紋管、腰筋、吊筋、
水平分布筋等，眾筋搶位的現象十分突出。
任何一根鋼筋的就位錯誤，均會造成大量
的返工甚至無法返工。因此，正確地進行
轉換梁梁體及梁柱節點處鋼筋的定位、翻
樣和下料，合理安排好鋼筋就位次序是鋼
筋工程施工的關鍵。鋼筋翻樣前必須弄清
設計意圖，審核、熟悉設計文件及有關說明，
掌握現行規范的有關規定。翻樣時須考慮
好鋼筋之間的穿插避讓關系，正確確定其
綁扎次序。
7、結束語
大跨度預應力混凝土轉換梁結構施工
注意如下六個方面的問題 ：
（1）轉換梁的自重、施工荷載以及所
承受的上部結構荷載往往非常大，在未張
拉預應力前，轉換梁體下部的臨時模板支
撐將獨自承受轉換梁絕大部分自重、部分
上部結構荷載以及施工荷載，所以應選擇
合理、可行的模板支撐方案，并根據轉換
梁的結構特點進行模板支撐體系的設計。
（2）設置模板支撐系統后，轉換結構
施工階段的受力狀態與使用階段不同，應
對轉換層及下部樓層的樓板進行施工階段
的承載力驗算。轉換梁本身受下部支撐體
系的作用或混凝土施工方法的影響，在梁
中易產生設計中未考慮到的附加內力，須
對轉換梁在施工階段的受力狀態做具體的
分析和計算，必要時可采取一定的構造措
施例如增配受力筋來抵抗這些附加內力。
（3）對大體積混凝土轉換梁，施工時
應考慮采取減小混凝土溫度差值、溫度變
化以及混凝土收縮變形的措施，防止新澆
筑混凝土產生溫度裂縫和收縮裂縫。
（4）轉換梁的跨度和承受的荷載都很
大，其配筋較多，而且鋼筋骨架的高度較高，
施工時應采取措施保證鋼筋骨架的穩定和
便于預應力筋以及普通鋼筋的穿插布置。
（5）對預應力混凝土轉換梁，預應力
鋼筋的數量較大，因此要確定合理的預應
力筋張拉技術和科學的施工程序以防止張
拉階段梁體預拉區開裂或反拱變形過大。
（6）應做好轉換梁施工期間的梁體變
形、混凝土施工溫度以及預應力施加值的
監測，及時掌控各種對施工質量不利的情
況，并及時采取措施進行預防和糾正。
參考文獻
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