某体育中心综合训练馆预应力混凝土楼盖测试

孙兆江 田 真 刘秦生

1 工程概况

青岛体育中心综合训练馆6.2 m标高处⑦轴～○16轴间的楼盖为大跨度预应力混凝土框架梁结构,共有8根预应力框架梁和18根预应力次梁,其中Ⓒ轴～Ⓙ轴间的跨度为41.55 m,梁截面尺寸均为450 mm×3 000 mm,配置有4×8φs15.2预应力钢绞线,其张拉控制应力 σcon=0.70fptk=1 302 MPa,采用C45自密实混凝土,抗裂等级二级。由于本工程中预压力梁跨度较大,基于对预应力工程质量的保证和施工控制的需要,对预应力筋的有效预应力和预应力梁在张拉和拆模过程中的截面应变进行了测试。

2 测试原理和方法

2.1 有效预应力测试

采用传感器法[1]进行测试,在主动端和被动端各安装一个力传感器,测出主动端和被动端的有效预应力,并利用式(1)来反演摩擦系数,进而可求有效预应力的沿程分布,本工程共选取了8孔钢绞线进行测试。

2.2 应变测试

应变测试采用振弦式应变传感器。分别在两根主梁和两根次梁的跨中和支座各布置一个应变测面,每个测面6个测点,梁顶、梁腹中部及梁底各2个测点。

3 测试结果

3.1 有效预应力测试结果

有效预应力测试时,钢绞线应力约为 0.3σcon,0.5σcon,0.6σcon,0.75σcon,0.9σcon和 1.0σcon时,记录主动端和被动端应力和相应的千斤顶行程,张拉应力大于 0.75σcon后,应力比较稳定,因此在分析摩擦损失时取每次张拉的最后三个工况即钢绞线应力约为0.75σcon,0.9σcon和1.0σcon时所对应的数据进行计算。

对于本工程,由于预应力筋线形比较单一,故假定k,μ中的一个系数计算另外一个系数,逐个样本进行分析,然后求平均值,按规范GB 50010-2002[2]取 k=0.001 5,然后按式(2)计算 μ,计算结果见表1。

从表1中可见,8束预应力筋 μ平均值为0.541,最大值为0.692,最小值为 0.449,均大于规范 GB 50010-2002[2]中 μ=0.25。对张拉伸长值进行了校核,按反演出的系数计算的伸长值与实测结果平均偏差±3.12%,最大偏差 4.29%(偏大),-4.36%(偏小),满足规范GB 50204-2002[3]在±6%以内的要求。

表1 摩擦系数反演结果

按钢绞线回缩5 mm计算锚固损失,则扣除瞬时预应力损失后,有效预应力沿程分布如图 1所示,图 1a)中虚线为 σcon=0.70fptk时按设计所取参数k=0.001 5,μ=0.25计算的有效预应力沿程分布,实线为按测试所得出的 k=0.001 5,μ=0.541计算的沿程分布,跨中数字为各跨平均有效预应力(括号内数字为按设计所取参数k=0.001 5,μ=0.25计算的平均有效预应力)。可见按规范系数计算的41.55 m跨梁平均有效预应力比按实测系数计算的平均有效预应力偏大7.41%,因此建议将张拉控制应力由0.70fptk提高至0.73fptk,则有效预应力可提高至1 121 MPa,如图1b)中实线所示,比设计值(1 160 MPa)偏小3.45%,满足规范GB 50204-2002[3]有效预应力偏差应在5%以内的要求。

3.2 应变测试结果

在张拉时混凝土达到了设计强度C45,ftk=2.51 MPa,fck=29.6 MPa,ft=1.8 MPa,fc=21.1 MPa。以⑩轴框架梁为例对跨中测试截面的应变和应力进行分析,以应变为纵轴(单位:με),工况为横轴,并取张拉前前3天0点的数据为初值,每30 min为一个工况,将各测点的应变变化绘于图2中。表2中列出了测点应力变化的详细数据(以拉为正,压为负)。

表2 张拉引起的测点应力实测和计算结果 MPa

对图2及表2进行分析,可得以下结论:

1)在180工况左右,⑩轴框架梁进行了预应力张拉施工,从图2中可以看出,各测点应变均有突变,表2中列出了预应力张拉中所引起的应力变化,可见张拉阶段混凝土最大压应力为10.9 MPa,小于0.8fck=23.68 MPa,最大拉应力为1.13 MPa,小于 ftk=2.51 MPa,符合规范要求。2)表2中列出了预应力张拉时跨中截面测点的应力计算和实测值的对比,从中可见各点应变的变化趋势与计算相同,预压区两者较为接近,预拉区测点的计算值比实测值有所偏大。另外在张拉过程中,同一测面同一高度测点应变相差较小,说明各截面略有扭转,但扭转效应较小。3)在620工况左右,各梁开始拆模,从图2中可见各测点应变均有突变,从表2中数据可见拆模引起的跨中测点应力的实测和计算值较为接近。

4 结语

1)根据测试结果,假定 k=0.001 5时,求得 μ平均值为0.541。2)按GB 50010-2002混凝土结构设计规范计算的摩擦系数(k=0.001 5,μ=0.25)及摩擦损失比实测值偏小,即有效预应力偏大,按规范计算的41.55 m跨内平均有效预应力比实测结果偏大 7.41%,因此建议将张拉控制应力由 0.70fptk提高至0.73fptk,则按规范系数计算的41.55 m跨内平均有效预应力比实测结果偏大 3.45%,满足规范GB 50204-2002[3]有效预应力偏差应在5%以内的要求。3)张拉阶段混凝土最大压应力为10.9 MPa,小于0.8fck=23.68 MPa,最大拉应力为1.13 MPa,小于 ftk=2.51 MPa,符合规范要求。4)张拉和拆模时跨中截面的应变实测值和计算值较为接近。

[1] CECS 180:2005,建筑工程预应力施工规程[S].

[2] GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].

[3] GB 50204-2002,混凝土结构工程施工质量验收规范[S].

[4] 腾晓波.预应力等效荷载实用计算[J].山西建筑,2008,34(7):116-117.