大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁施工技術(shù)分析

【摘要】隨著國(guó)內(nèi)外高大建筑數(shù)量的不
斷增多，建筑結(jié)構(gòu)逐漸由原來簡(jiǎn)單的框架
結(jié)構(gòu)向大空間、大跨度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)發(fā)展，
現(xiàn)階段幾乎所有建筑工程都涵蓋了預(yù)應(yīng)力
工程。為滿足工程建設(shè)的需要，熟練掌握
有關(guān)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)管理自然顯得非常重
要。本文結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大跨度預(yù)
應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁的施工技術(shù)管理進(jìn)行了
分析。
【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力混凝土 ；轉(zhuǎn)換梁 ；施
工管理
1、預(yù)應(yīng)力混凝土
為了避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫過早
出現(xiàn)，充分利用高強(qiáng)度鋼筋及高強(qiáng)度混凝
土，設(shè)法在混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受使用荷
載前，預(yù)先對(duì)受拉區(qū)的混凝土施加壓力后
的混凝土就是預(yù)應(yīng)力混凝土。
2、預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁
在建筑設(shè)計(jì)中，由于建筑平面布置、
立面處理及功能轉(zhuǎn)換的要求，經(jīng)常會(huì)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(huì)承受
較大的上部傳來的結(jié)構(gòu)荷載，若仍依照通
常的方式進(jìn)行普通鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)，
不僅配筋過多，不便施工，而且在支座和
跨中可能會(huì)產(chǎn)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(shè)計(jì)成預(yù)應(yīng)力混凝土梁，即預(yù)應(yīng)
力混凝土轉(zhuǎn)換梁。然而，大跨度預(yù)應(yīng)力混
凝土轉(zhuǎn)換梁的施工建造過程涉及力學(xué)、材
料學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工程管理學(xué)等多門學(xué)科，
是一項(xiàng)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其施工質(zhì)量
的好壞直接關(guān)系整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性。
3、大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)施
工力學(xué)分析
3.1 模板支撐系統(tǒng)的受力
一般情況下，在未施加預(yù)應(yīng)力之前，
轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的絕大部分混凝土自重、所承
擔(dān)的部分上部結(jié)構(gòu)荷載以及施工荷載是非
常大的，而這又是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中未能考慮的
附加荷載。為確保混凝土轉(zhuǎn)換梁的變形不
超過允許值，在施工當(dāng)中，應(yīng)根據(jù)工程的
實(shí)際情況和轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，明確轉(zhuǎn)換
梁模板支撐的荷載傳遞途徑，并考慮其對(duì)
結(jié)構(gòu)樓板或梁的承載力的影響，從而合理
選擇轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)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(yīng)力
混凝土轉(zhuǎn)換梁由于其幾何尺寸較大，
屬大體積混凝土構(gòu)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(chǎn)生
的溫度變化與混凝土的收縮共同作用，由
此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力便成為導(dǎo)致
轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要因素。這些裂
縫的出現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)換梁的耐久性及結(jié)構(gòu)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(dāng)中，應(yīng)考慮溫度應(yīng)力的影響并
設(shè)法降低混凝土內(nèi)部的最高溫升值，減小
其內(nèi)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(yīng)力不
超過混凝土的抗拉強(qiáng)度 ；同時(shí)還要改善混
凝土的性能，采用合理可行的澆筑方案、
養(yǎng)護(hù)措施以及構(gòu)造措施控制混凝土的收縮
變形，降低收縮應(yīng)力對(duì)構(gòu)件的影響作用，
從而減小裂縫產(chǎn)生的可能性。
3.3 預(yù)應(yīng)力對(duì)轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的受力影響
由于框架結(jié)構(gòu)本身是一個(gè)超靜定結(jié)構(gòu)，
在張拉轉(zhuǎn)換梁預(yù)應(yīng)力的同時(shí)會(huì)在結(jié)構(gòu)中引
起次內(nèi)力。在進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，若在
轉(zhuǎn)換梁梁體施工完混凝土強(qiáng)度達(dá)到指定要
求后，與普通預(yù)應(yīng)力混凝土梁相同將預(yù)應(yīng)
力進(jìn)行一次完全施加，而此時(shí)上部結(jié)構(gòu)的
荷載由于施工進(jìn)度的原因未施加完畢，在
多余預(yù)應(yīng)力的作用下將產(chǎn)生較大的反拱變
形，造成上部結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生相應(yīng)的變形和次
內(nèi)力 ；反之，若在上部結(jié)構(gòu)較大荷載的作
用下，未及時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)換梁施加預(yù)應(yīng)力或施加
的程度不夠，結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生較大的變形，
對(duì)施工和使用期間的結(jié)構(gòu)安全性造成較大
的影響。
4、大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)臨
時(shí)支撐的施工
轉(zhuǎn)換梁的自重、施工荷載以及所承受
的上部結(jié)構(gòu)荷載較大，因此確定其梁底模
板的臨時(shí)支撐方式是轉(zhuǎn)換梁施工的關(guān)鍵。
目前，實(shí)際工程中轉(zhuǎn)換梁底模板的臨時(shí)支
撐體系施工多采用以下幾種方法 ：常規(guī)支
撐法、疊合澆筑支撐法、荷載傳遞法、設(shè)
立鋼結(jié)構(gòu)支撐法和埋設(shè)型鋼法等幾種，也
可由幾種方法相結(jié)合作為轉(zhuǎn)換大梁進(jìn)行施
工期間的臨時(shí)支撐方案。臨時(shí)支撐體系的
設(shè)計(jì)一般按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行 ：
（1）確定結(jié)構(gòu)荷載
在實(shí)際工程中，預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁
所承擔(dān)的結(jié)構(gòu)荷載巨大，為保證轉(zhuǎn)換梁結(jié)
構(gòu)部分與周圍結(jié)構(gòu)不會(huì)由于不均勻沉降而
產(chǎn)生變形的不協(xié)調(diào)等情況，可在轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)
部分設(shè)置后澆帶，與周圍結(jié)構(gòu)隔離，在各
自沉降完全后再澆筑后澆帶處的混凝土。
此時(shí)，轉(zhuǎn)換梁上部結(jié)構(gòu)荷載可取后澆帶范
圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)荷載進(jìn)行計(jì)算，再加上部分轉(zhuǎn)
換梁自重和施工荷載，即得支撐體系所承
擔(dān)的荷載。
（2）支撐體系方案的選擇
鋼管腳手架的常規(guī)支撐體系僅適用于
轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)跨度和截面不太大的情況。當(dāng)
轉(zhuǎn)換梁跨度和截面較大時(shí)，需采用荷載傳
遞、設(shè)立鋼結(jié)構(gòu)支撐和埋設(shè)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(dān)上部荷載，但相應(yīng)的施工費(fèi)用也
較高。因此，在選擇臨時(shí)支撐形式時(shí)，應(yīng)
綜合考慮以上幾種支撐形式的優(yōu)缺點(diǎn)，在
施工成本允許的范圍內(nèi)依照效費(fèi)比最優(yōu)的
原則來進(jìn)行方案的選定。在進(jìn)行方案比較
時(shí)，就要對(duì)支撐體系進(jìn)行驗(yàn)算，對(duì)于直接
承受荷載的構(gòu)件，如鋼管腳手架，需驗(yàn)算
其強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性 ；而對(duì)間接承受荷
載的構(gòu)件，如樓板，則主要驗(yàn)算其強(qiáng)度。
（3）附加內(nèi)力的分析與計(jì)算
轉(zhuǎn)換梁在臨時(shí)支撐體系的作用下易產(chǎn)
生附加的內(nèi)力，其內(nèi)力狀態(tài)與使用階段不
同。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中易忽略或無法考慮施工
階段附加內(nèi)力對(duì)轉(zhuǎn)換梁的影響，因此在支
撐方案設(shè)計(jì)中，須對(duì)轉(zhuǎn)換梁在施工階段的
內(nèi)力狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的分析與計(jì)算，并在施
工中采取相應(yīng)的措施強(qiáng)化轉(zhuǎn)換梁以確保工
程質(zhì)量。
5、大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)混
凝土工程施工
大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁的混凝土
工程施工中，其重點(diǎn)在于避免或減少各種
有害裂縫的產(chǎn)生。由于轉(zhuǎn)換大梁的混凝土
體量大，屬于大體積混凝土構(gòu)件，混凝土
的溫度變化和收縮變形產(chǎn)生的溫度裂縫及
收縮裂縫出現(xiàn)的幾率較大，因此轉(zhuǎn)換梁的
混凝土工程施工主要對(duì)溫度裂縫和收縮裂
縫進(jìn)行控制，主要從五個(gè)方面重點(diǎn)進(jìn)行 ：
（1）混凝土配合比設(shè)計(jì)及材料選用
在保證混凝土強(qiáng)度及流動(dòng)性的前提下，
應(yīng)優(yōu)化混凝土的配合比設(shè)計(jì)，減少水泥用
量，優(yōu)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(dāng)摻入粉煤灰和
減水劑等外加劑改善材料性能，并優(yōu)先選
用具有連續(xù)級(jí)配的粗骨料和中、粗砂為細(xì)
骨料來進(jìn)行混凝土的配置 ；
（2）混凝土施工方法
首先要對(duì)轉(zhuǎn)換梁整個(gè)施工過程中的溫
度狀況進(jìn)行分析和計(jì)算，為轉(zhuǎn)換梁的混凝
土施工方法提供科學(xué)的依據(jù)，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(qiáng)度 ：控制混凝土的
出機(jī)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(zhuǎn)換梁按
疊合構(gòu)件進(jìn)行施工 ；
（3）構(gòu)造措施
由于梁體截面尺寸較大，通常需設(shè)置
一定數(shù)量的橫向構(gòu)造鋼筋。構(gòu)造鋼筋在混
凝土面層中起到強(qiáng)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(yīng)力和收縮應(yīng)力，有效控制裂縫
的開展 ；
（4）混凝土養(yǎng)護(hù)措施
在進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁的大體積混凝土施工后，
應(yīng)采取養(yǎng)護(hù)措施控制混凝土內(nèi)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(shí)
際工程中可采用蓄熱保溫法進(jìn)行養(yǎng)護(hù) ；
（5）裂縫的檢測(cè)與處理
對(duì)裂縫的觀測(cè)可采用專門的讀數(shù)顯微
鏡來進(jìn)行，應(yīng)對(duì)各施工階段例如轉(zhuǎn)換梁預(yù)
應(yīng)力鋼筋張拉前后的混凝土裂縫寬度均進(jìn)
行觀測(cè)，掌握其寬度變化規(guī)律，為后期裂
縫處理方案的制定提供依據(jù)，為提高轉(zhuǎn)換梁的耐久性，需對(duì)梁體的裂縫進(jìn)行表面的
封閉，可采用向?qū)挾却笥?0.2mm 的裂縫注
入環(huán)氧樹脂或特細(xì)水泥漿等膠凝材料對(duì)構(gòu)
件進(jìn)行密封補(bǔ)強(qiáng)。
6、大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)預(yù)
應(yīng)力及鋼筋工程施工
6.1 預(yù)應(yīng)力工程
轉(zhuǎn)換梁上承受數(shù)層甚至數(shù)十層結(jié)構(gòu)的
荷載，預(yù)應(yīng)力鋼筋用量較多，須采取措施
防止張拉階段梁體預(yù)拉區(qū)開裂或反拱過大，
可有以下幾種方法 ：采用擇期張拉技術(shù)，
即待轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上部施工數(shù)層之后再?gòu)埨�預(yù)
應(yīng)力，在此之前必須加強(qiáng)轉(zhuǎn)換梁下的臨時(shí)
支撐 ；在轉(zhuǎn)換梁預(yù)拉區(qū)配置一定數(shù)量的預(yù)
應(yīng)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(shù)。分階
段張拉是逐漸施加預(yù)應(yīng)力以平衡各階段結(jié)
構(gòu)荷載的預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，由于張拉次數(shù)
較多，其施工費(fèi)用略高。具體采取何種方
法應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。在預(yù)應(yīng)力工程施
工過程中，需要注意以下技術(shù)要點(diǎn) ：①在
施工前必須嚴(yán)格檢查鋼絞線、錨具、夾片、
波紋管等材料的質(zhì)量 ；②轉(zhuǎn)換梁由于截面
大、預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)且配筋較多，因此工程中
常采用先穿預(yù)應(yīng)力筋法，此時(shí)要注意在混
凝土初凝以前須經(jīng)常抽動(dòng)預(yù)應(yīng)力筋以防止
其被漏漿粘住，并采取保護(hù)措施防止預(yù)應(yīng)
力鋼筋銹蝕 ；③排水孔宜用增強(qiáng)塑料管留
設(shè)，為防止其在澆搗混凝土?xí)r壓扁，管內(nèi)
宜應(yīng)再穿入小一號(hào)的塑料管，以增強(qiáng)其剛
度 ；④做好隱蔽工程檢查，著重檢查波紋
管有無破損、預(yù)應(yīng)力筋線性是否符合設(shè)計(jì)
要求、張拉端和固定端的安裝是否妥當(dāng)。
6.2 鋼筋工程
預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換梁的含鋼量大，主筋長(zhǎng)而
且布置較密。其中預(yù)應(yīng)力筋是主要的受力
鋼筋，其就位是否準(zhǔn)確將影響到轉(zhuǎn)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(diǎn)。施工中波紋管和
非預(yù)應(yīng)力筋的排布應(yīng)合理穿插進(jìn)行，有時(shí)
為了保證預(yù)應(yīng)力筋矢高及端部錨墊板的位
置正確，對(duì)梁柱非預(yù)應(yīng)力筋的位置須作相
應(yīng)的調(diào)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(shí)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(jìn)行準(zhǔn)確定位和固定。由于轉(zhuǎn)換梁的配
筋較多，在梁柱節(jié)點(diǎn)處有時(shí)會(huì)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(xiàn)象十分突出。
任何一根鋼筋的就位錯(cuò)誤，均會(huì)造成大量
的返工甚至無法返工。因此，正確地進(jìn)行
轉(zhuǎn)換梁梁體及梁柱節(jié)點(diǎn)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(guān)鍵。鋼筋翻樣前必須弄清
設(shè)計(jì)意圖，審核、熟悉設(shè)計(jì)文件及有關(guān)說明，
掌握現(xiàn)行規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。翻樣時(shí)須考慮
好鋼筋之間的穿插避讓關(guān)系，正確確定其
綁扎次序。
7、結(jié)束語
大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)施工
注意如下六個(gè)方面的問題 ：
（1）轉(zhuǎn)換梁的自重、施工荷載以及所
承受的上部結(jié)構(gòu)荷載往往非常大，在未張
拉預(yù)應(yīng)力前，轉(zhuǎn)換梁體下部的臨時(shí)模板支
撐將獨(dú)自承受轉(zhuǎn)換梁絕大部分自重、部分
上部結(jié)構(gòu)荷載以及施工荷載，所以應(yīng)選擇
合理、可行的模板支撐方案，并根據(jù)轉(zhuǎn)換
梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行模板支撐體系的設(shè)計(jì)。
（2）設(shè)置模板支撐系統(tǒng)后，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)
施工階段的受力狀態(tài)與使用階段不同，應(yīng)
對(duì)轉(zhuǎn)換層及下部樓層的樓板進(jìn)行施工階段
的承載力驗(yàn)算。轉(zhuǎn)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(chǎn)生設(shè)計(jì)中未考慮到的附加內(nèi)力，須
對(duì)轉(zhuǎn)換梁在施工階段的受力狀態(tài)做具體的
分析和計(jì)算，必要時(shí)可采取一定的構(gòu)造措
施例如增配受力筋來抵抗這些附加內(nèi)力。
（3）對(duì)大體積混凝土轉(zhuǎn)換梁，施工時(shí)
應(yīng)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(chǎn)生溫度裂縫和收縮裂縫。
（4）轉(zhuǎn)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(shí)應(yīng)采取措施保證鋼筋骨架的穩(wěn)定和
便于預(yù)應(yīng)力筋以及普通鋼筋的穿插布置。
（5）對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁，預(yù)應(yīng)力
鋼筋的數(shù)量較大，因此要確定合理的預(yù)應(yīng)
力筋張拉技術(shù)和科學(xué)的施工程序以防止張
拉階段梁體預(yù)拉區(qū)開裂或反拱變形過大。
（6）應(yīng)做好轉(zhuǎn)換梁施工期間的梁體變
形、混凝土施工溫度以及預(yù)應(yīng)力施加值的
監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌控各種對(duì)施工質(zhì)量不利的情
況，并及時(shí)采取措施進(jìn)行預(yù)防和糾正。
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