淺談預(yù)應(yīng)力混凝土屋架側(cè)向彎曲產(chǎn)生原因及預(yù)防措施

淺談預(yù)應(yīng)力混凝土屋架側(cè)向彎曲產(chǎn)生原因及預(yù)防措施預(yù)應(yīng)力混凝土是在第二次世界大戰(zhàn)后迫切要求恢復(fù)戰(zhàn)爭創(chuàng)傷、從西歐迅速發(fā)展起來的。半個世紀以來，從理論、材料、工藝到土建工程的各種應(yīng)用，都取得了極其巨大的發(fā)展與成就。目前預(yù)應(yīng)力混凝土已成為國內(nèi)外土建工程最主要的一種結(jié)構(gòu)材料，而且預(yù)應(yīng)力技術(shù)已擴大應(yīng)用到型鋼、磚、石、木等各種結(jié)構(gòu)材料，并用以處理結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工中、用常規(guī)技術(shù)難以解決的各種疑難問題。尤其是在近幾年，鋼材價格不斷上漲，在大跨度廠房中預(yù)應(yīng)力混凝土屋架明顯比鋼結(jié)構(gòu)屋架造價低，但預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù)要求高，質(zhì)量較難控制，本文就某廠房預(yù)應(yīng)力混凝土屋架出現(xiàn)的側(cè)向彎曲，從制作、張拉、吊裝進行分析，找出側(cè)向彎曲產(chǎn)生的原因和預(yù)防措施。某家具制造車間工程，為獨立杯口基礎(chǔ)，混凝土柱，預(yù)應(yīng)力混凝土屋架排架結(jié)構(gòu)，縱向34跨，間距6000，橫向2跨，間距27000。屋面結(jié)構(gòu)采用27M跨非標預(yù)應(yīng)力混凝土梯形屋架，屋架下弦桿設(shè)兩道預(yù)應(yīng)力筋，預(yù)應(yīng)力孔道采用金屬波紋管，預(yù)應(yīng)力筋為1X7標準型15.2低松弛鋼絞線，fptk=1860N/mm2，控制張拉應(yīng)力為0.65fptk。屋架示意圖如下：屋架四榀疊放制作，屋架間批滑石粉作為隔離劑，屋架混凝土強度達到100%進行張拉。張拉完即對索道灌C50水泥漿，漿體達到70%強度有專業(yè)吊裝公司進行吊裝。出現(xiàn)的問題：在翻身過程中屋架出現(xiàn)了側(cè)向彎曲（中間下掛，兩端上翹），側(cè)向彎曲在10cm左右，最大達18cm。且在側(cè)放過程中基本無回復(fù)。在上吊安裝中，在安裝支撐、系桿過程中進行側(cè)向彎曲調(diào)整，但調(diào)整輻度不大，最終安裝完畢后還有4~5cm的彎曲值，側(cè)向彎曲最大的一榀屋架還有7.2cm，大于規(guī)范的2cm。原因分析：一、從屋架制作過程中分析原材料（鋼筋、水泥、砂石料）質(zhì)量均合格、混凝土28天強度報無合格，且現(xiàn)場回彈也滿足設(shè)計要求。查看施工日記、隱蔽驗收記錄、監(jiān)理日記，模板、鋼筋制作、混凝土澆筑均符合設(shè)計要求及規(guī)范要求。對屋架表面測量，看屋架磚胎模是否有下沉。磚胎模砌在戈壁土上，戈壁土上經(jīng)過一次壓路機的碾壓，對未翻身的每疊屋架均進行了測量，屋架中部較兩端低1cm左右，可見屋架磚胎?；疚醋冃?。金屬波紋管是否在混凝土澆過程中出現(xiàn)上浮，波紋管的固采用焊接井字鋼筋片固定，鋼筋片的截面同下弦桿的截面，并焊接在主筋上，間距1500設(shè)置一片，φ50的波紋管在混凝土中的浮力達到50N/m，雖然出現(xiàn)較大上浮不可能，但可能出現(xiàn)較小的上浮，產(chǎn)生下弦桿兩索應(yīng)力力矩不對稱，出現(xiàn)了偏心受壓，屋架即朝偏心的一面彎曲。二、從預(yù)應(yīng)力張拉分析預(yù)應(yīng)力鋼絞線、錨具均符合要求，從預(yù)應(yīng)力張拉記錄，張拉應(yīng)力符合設(shè)計要求。在出現(xiàn)對屋架的下弦桿進行裂縫探查未發(fā)現(xiàn)裂縫。四榀疊放屋架從最上一榀逐榀向下張拉，第一個波紋管中的三索鋼紋張拉完再張拉第二個波紋管中的三索，在張拉過程中當?shù)谝婚菁艿膬蓚€波紋管鋼絞索后，與下一榀屋架出現(xiàn)的分隔縫不明顯，甚至在翻身過程中，個別還需人工剝離。對翻身后的屋架進行觀察，隔離面不平整，批的滑石粉厚薄不一，導(dǎo)致屋架與屋之間的粘結(jié)力增大，摩擦力變大。在預(yù)應(yīng)力張拉過程中，張拉應(yīng)力雖然考慮到粘接面的摩擦力，但沒有考慮到有這么大，設(shè)計應(yīng)力從第一榀到第四榀逐步增加5%，所以在實際過程中每榀屋架上面的波紋管中的鋼絞線應(yīng)力較下面波紋管應(yīng)力大，屋架即可能朝應(yīng)力大的一面彎曲。同時按照折線屋架圖集95G415-9，每榀屋中的兩波紋管中的鋼鉸線應(yīng)分索對稱張拉，這可能也是導(dǎo)致張拉不均，朝一面彎曲。三、從彈性力學角度分析對試驗屋架向另一面?zhèn)壬?，看是否能恢?fù)平直。對一榀翻身側(cè)立的屋架按翻身時的6點掛索向彎曲背面稍微傾斜約10~15度，屋架在傾斜的過程中恢復(fù)平直，并向另一面?zhèn)认驈澢?，之后將屋架豎直，屋架又朝屋架初始彎曲的一面彎曲，彎曲值有所減少但不明顯。試驗前和試驗后的每個節(jié)點處的彎曲值如下圖所示：從試驗前后的側(cè)向彎曲值相比，反向側(cè)斜后，側(cè)向彎曲可回復(fù)一小部分，大部分是不可回復(fù)的，可見屋架的彎曲是不可以恢復(fù)的。根據(jù)彈性力學分析，屋架混凝土在澆筑振搗中，石子下沉，砂漿浮在上面，上現(xiàn)在密度較下面的大，即上面的彈性模量較下面的小，在相同的應(yīng)下，彈性模量小的一面壓縮模量就大，即朝上出向彎曲。四、從翻身、吊裝分析根據(jù)設(shè)計要求，屋架翻身采用6點，加用掛桿，吊索與屋子架的角度不宜小于60度，翻身后的起吊采用4點，吊索與屋架上弦的夾角不宜小于45度。對原先采用吊裝方案，由于吊機吊臂高度限制，翻身和起吊的角均達不到設(shè)計角度。之后更換大噸位吊車，加長吊索長度，對翻身用的吊桿也進行接長。通過調(diào)節(jié)器整后，翻身和起吊出的彎曲值有較大減小，最大值均小于等于8cm。可見翻身和起吊吊索與屋架的角度對屋架的側(cè)向彎曲較大五、從屋架的安裝固定分析原先安裝好的屋架，是先把月牙板焊死在柱頂預(yù)埋件上，再把屋架端座較正軸線后即焊在月牙板后，再安裝屋架支撐、系桿、屋面板。側(cè)向彎曲的部分要調(diào)直，屋架肯定要向兩端伸長，而兩端焊死肯定無法調(diào)直。后來調(diào)整安裝方案，先把月牙板用螺栓固定在柱頂上，月牙板在柱頂上有一定的活動范圍。這樣即使有小尺寸的側(cè)彎，通過安裝支撐和系桿后就可以調(diào)直到規(guī)范值以內(nèi)。結(jié)論：通過以上分析，屋架產(chǎn)生側(cè)向彎曲是多方面原因，這些最不利因素集中到一起，屋架就產(chǎn)生了一定尺寸的側(cè)向彎曲。屋架出現(xiàn)的彎曲不影響屋架本身的承載力，但可能出現(xiàn)屋架的整體失穩(wěn)，針對吊裝安裝好的屋架，側(cè)彎值大于2cm，在屋架的下弦桿增加水平支撐，增加整體的穩(wěn)定性。預(yù)防措施