大跨度预应力混凝土转换梁施工技术分析

胡华武

（长沙新中招标代理有限公司 湖南长沙 410000）

 

【摘要】随着国内外高大建筑数量的不断增多，建筑结构逐渐由原来简单的框架结构向大空间、大跨度预应力结构发展，现阶段几乎所有建筑工程都涵盖了预应力工程。为满足工程建设的需要，熟练掌握有关预应力施工技术管理自然显得非常重要。本文结合多年工作经验，对大跨度预应力混凝土转换梁的施工技术管理进行了分析。

【关键词】预应力混凝土；转换梁；施工管理

1、预应力混凝土

为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，设法在混凝土结构或构件承受使用荷载前，预先对受拉区的混凝土施加压力后的混凝土就是预应力混凝土。

2、预应力混凝土转换梁

在建筑设计中，由于建筑平面布置、立面处理及功能转换的要求，经常会遇到大跨度的钢筋混凝土梁上承托多层框架的情况，这种大跨度的框架托梁往往会承受较大的上部传来的结构荷载，若仍依照通常的方式进行普通钢筋混凝土转换梁设计，不仅配筋过多，不便施工，而且在支座和跨中可能会产生裂缝。为了改善该类梁的受力性能和提高其抗裂性，工程中有必要将该类梁设计成预应力混凝土梁，即预应力混凝土转换梁。然而，大跨度预应力混凝土转换梁的施工建造过程涉及力学、材料学、结构设计及工程管理学等多门学科，是一项极其复杂的系统工程，其施工质量的好坏直接关系整个结构的安全性。

3、大跨度预应力混凝土转换梁结构施工力学分析

3.1 模板支撑系统的受力

一般情况下，在未施加预应力之前，转换梁结构的绝大部分混凝土自重、所承担的部分上部结构荷载以及施工荷载是非常大的，而这又是结构设计中未能考虑的附加荷载。为确保混凝土转换梁的变形不超过允许值，在施工当中，应根据工程的实际情况和转换梁结构的特点，明确转换梁模板支撑的荷载传递途径，并考虑其对结构楼板或梁的承载力的影响，从而合理选择转换梁结构的模板支撑方案，确定模板支撑的布置形式。

3.2 混凝土的温度及收缩应力

混凝土转换梁由于其几何尺寸较大，属大体积混凝土构件，混凝土在浇筑后硬化期间水泥水化过程释放的水化热所产生的温度变化与混凝土的收缩共同作用，由此产生的温度应力和收缩应力便成为导致转换梁结构出现裂缝的主要因素。这些裂缝的出现对转换梁的耐久性及结构的安全性均造成不同程度的损害。因此在混凝土工程施工当中，应考虑温度应力的影响并设法降低混凝土内部的最高温升值，减小其内外温差和温度变化速率，采用最高温度和温度差双控制的方法确保温度应力不超过混凝土的抗拉强度；同时还要改善混凝土的性能，采用合理可行的浇筑方案、养护措施以及构造措施控制混凝土的收缩变形，降低收缩应力对构件的影响作用，从而减小裂缝产生的可能性。

3.3 预应力对转换梁结构的受力影响

由于框架结构本身是一个超静定结构，在张拉转换梁预应力的同时会在结构中引起次内力。在进行主体结构施工时，若在转换梁梁体施工完混凝土强度达到指定要求后，与普通预应力混凝土梁相同将预应力进行一次完全施加，而此时上部结构的荷载由于施工进度的原因未施加完毕，在多余预应力的作用下将产生较大的反拱变形，造成上部结构也产生相应的变形和次内力；反之，若在上部结构较大荷载的作用下，未及时对转换梁施加预应力或施加的程度不够，结构也会产生较大的变形，对施工和使用期间的结构安全性造成较大的影响。

4、大跨度预应力混凝土转换梁结构临时支撑的施工

转换梁的自重、施工荷载以及所承受的上部结构荷载较大，因此确定其梁底模板的临时支撑方式是转换梁施工的关键。目前，实际工程中转换梁底模板的临时支撑体系施工多采用以下几种方法：常规支撑法、叠合浇筑支撑法、荷载传递法、设立钢结构支撑法和埋设型钢法等几种，也可由几种方法相结合作为转换大梁进行施工期间的临时支撑方案。临时支撑体系的设计一般按以下几个步骤进行：

（1）确定结构荷载

在实际工程中，预应力混凝土转换梁所承担的结构荷载巨大，为保证转换梁结构部分与周围结构不会由于不均匀沉降而产生变形的不协调等情况，可在转换结构部分设置后浇带，与周围结构隔离，在各自沉降完全后再浇筑后浇带处的混凝土。此时，转换梁上部结构荷载可取后浇带范围内的结构荷载进行计算，再加上部分转换梁自重和施工荷载，即得支撑体系所承担的荷载。

（2）支撑体系方案的选择

钢管脚手架的常规支撑体系仅适用于转换梁结构跨度和截面不太大的情况。当转换梁跨度和截面较大时，需采用荷载传递、设立钢结构支撑和埋设型钢及钢析架等作为主要支撑体系，与钢管脚手架体系共同承担上部荷载，但相应的施工费用也较高。因此，在选择临时支撑形式时，应综合考虑以上几种支撑形式的优缺点，在施工成本允许的范围内依照效费比最优的原则来进行方案的选定。在进行方案比较时，就要对支撑体系进行验算，对于直接承受荷载的构件，如钢管脚手架，需验算其强度、刚度及稳定性；而对间接承受荷载的构件，如楼板，则主要验算其强度。

（3）附加内力的分析与计算

转换梁在临时支撑体系的作用下易产生附加的内力，其内力状态与使用阶段不同。在结构设计中易忽略或无法考虑施工阶段附加内力对转换梁的影响，因此在支撑方案设计中，须对转换梁在施工阶段的内力状态进行科学的分析与计算，并在施工中采取相应的措施强化转换梁以确保工程质量。

5、大跨度预应力混凝土转换梁结构混凝土工程施工

大跨度预应力混凝土转换梁的混凝土工程施工中，其重点在于避免或减少各种有害裂缝的产生。由于转换大梁的混凝土体量大，属于大体积混凝土构件，混凝土的温度变化和收缩变形产生的温度裂缝及收缩裂缝出现的几率较大，因此转换梁的混凝土工程施工主要对温度裂缝和收缩裂缝进行控制，主要从五个方面重点进行：

（1）混凝土配合比设计及材料选用

在保证混凝土强度及流动性的前提下，应优化混凝土的配合比设计，减少水泥用量，优先选用水化热低的矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥，适当掺入粉煤灰和减水剂等外加剂改善材料性能，并优先选用具有连续级配的粗骨料和中、粗砂为细骨料来进行混凝土的配置；

（2）混凝土施工方法

首先要对转换梁整个施工过程中的温度状况进行分析和计算，为转换梁的混凝土施工方法提供科学的依据，然后要从以下几方面采取措施以防止混凝土温升值过大和提高混凝土抗拉强度：控制混凝土的出机温度和浇筑温度，采用分层次浇筑施工的方法，及采用叠合梁原理将转换梁按叠合构件进行施工；

（3）构造措施

由于梁体截面尺寸较大，通常需设置一定数量的横向构造钢筋。构造钢筋在混凝土面层中起到强化作用，可以增大混凝土的极限拉伸，与混凝土一同抵抗混凝土中的温度应力和收缩应力，有效控制裂缝的开展；

（4）混凝土养护措施

在进行转换梁的大体积混凝土施工后，应采取养护措施控制混凝土内部与外表面温度，使其温差小于25℃ ；并延缓混凝土降温速率，防止混凝土降温速度过快，实际工程中可采用蓄热保温法进行养护；

（5）裂缝的检测与处理

对裂缝的观测可采用专门的读数显微镜来进行，应对各施工阶段例如转换梁预应力钢筋张拉前后的混凝土裂缝宽度均进行观测，掌握其宽度变化规律，为后期裂缝处理方案的制定提供依据，为提高转换

梁的耐久性，需对梁体的裂缝进行表面的封闭，可采用向宽度大于0.2mm 的裂缝注入环氧树脂或特细水泥浆等胶凝材料对构件进行密封补强。

6、大跨度预应力混凝土转换梁结构预应力及钢筋工程施工

6.1 预应力工程

转换梁上承受数层甚至数十层结构的荷载，预应力钢筋用量较多，须采取措施防止张拉阶段梁体预拉区开裂或反拱过大，可有以下几种方法：采用择期张拉技术，即待转换结构上部施工数层之后再张拉预应力，在此之前必须加强转换梁下的临时支撑；在转换梁预拉区配置一定数量的预应力钢筋，以控制张拉阶段的梁体裂缝及过大的反拱；采用分阶段张拉技术。分阶段张拉是逐渐施加预应力以平衡各阶段结构荷载的预应力施工技术，由于张拉次数较多，其施工费用略高。具体采取何种方法应根据实际情况确定。在预应力工程施工过程中，需要注意以下技术要点：①在施工前必须严格检查钢绞线、锚具、夹片、波纹管等材料的质量；②转换梁由于截面大、预应力筋长且配筋较多，因此工程中常采用先穿预应力筋法，此时要注意在混凝土初凝以前须经常抽动预应力筋以防止其被漏浆粘住，并采取保护措施防止预应力钢筋锈蚀；③排水孔宜用增强塑料管留设，为防止其在浇捣混凝土时压扁，管内宜应再穿入小一号的塑料管，以增强其刚度；④做好隐蔽工程检查，着重检查波纹管有无破损、预应力筋线性是否符合设计要求、张拉端和固定端的安装是否妥当。

6.2 钢筋工程

预应力转换梁的含钢量大，主筋长而且布置较密。其中预应力筋是主要的受力钢筋，其就位是否准确将影响到转换大梁的整体受力性能，因此梁筋及波纹管的排布是钢筋工程中的重点。施工中波纹管和非预应力筋的排布应合理穿插进行，有时为了保证预应力筋矢高及端部锚垫板的位置正确，对梁柱非预应力筋的位置须作相应的调整。梁普通钢筋定位的原则是“普通钢筋服从波纹管，波纹管依靠普通钢筋”，即在绑扎普通钢筋时需事先让出波纹管孔道位置，而波纹管又通过普通钢筋的布置来进行准确定位和固定。由于转换梁的配筋较多，在梁柱节点处有时会有上百根主筋在此“相聚”，加上波纹管、腰筋、吊筋、水平分布筋等，众筋抢位的现象十分突出。任何一根钢筋的就位错误，均会造成大量的返工甚至无法返工。因此，正确地进行转换梁梁体及梁柱节点处钢筋的定位、翻样和下料，合理安排好钢筋就位次序是钢筋工程施工的关键。钢筋翻样前必须弄清设计意图，审核、熟悉设计文件及有关说明，掌握现行规范的有关规定。翻样时须考虑好钢筋之间的穿插避让关系，正确确定其绑扎次序。

7、结束语

大跨度预应力混凝土转换梁结构施工注意如下六个方面的问题：

（1）转换梁的自重、施工荷载以及所

承受的上部结构荷载往往非常大，在未张拉预应力前，转换梁体下部的临时模板支撑将独自承受转换梁绝大部分自重、部分上部结构荷载以及施工荷载，所以应选择合理、可行的模板支撑方案，并根据转换梁的结构特点进行模板支撑体系的设计。

（2）设置模板支撑系统后，转换结构施工阶段的受力状态与使用阶段不同，应对转换层及下部楼层的楼板进行施工阶段的承载力验算。转换梁本身受下部支撑体系的作用或混凝土施工方法的影响，在梁中易产生设计中未考虑到的附加内力，须对转换梁在施工阶段的受力状态做具体的分析和计算，必要时可采取一定的构造措施例如增配受力筋来抵抗这些附加内力。

（3）对大体积混凝土转换梁，施工时应考虑采取减小混凝土温度差值、温度变化以及混凝土收缩变形的措施，防止新浇筑混凝土产生温度裂缝和收缩裂缝。

（4）转换梁的跨度和承受的荷载都很大，其配筋较多，而且钢筋骨架的高度较高，施工时应采取措施保证钢筋骨架的稳定和便于预应力筋以及普通钢筋的穿插布置。

（5）对预应力混凝土转换梁，预应力钢筋的数量较大，因此要确定合理的预应力筋张拉技术和科学的施工程序以防止张拉阶段梁体预拉区开裂或反拱变形过大。

（6）应做好转换梁施工期间的梁体变形、混凝土施工温度以及预应力施加值的监测，及时掌控各种对施工质量不利的情况，并及时采取措施进行预防和纠正。

参考文献

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