1、工程概况
某实验楼为框架剪力墙结构。地上为16层，地下为2层，总建筑面积为18100m2，总高度为73.5m，第三层为转换层，采用后张法无粘结预应力混凝土大梁和现浇钢筋混凝土楼板。基础为筏板基础和独立基础相结合的复合型基础。
本工程无粘结预应力钢筋混凝土框架大梁共计有4根，设在三楼（标高11.570）转换层的第⑨、⑾、⒀和⒂轴线上。其中第⒂轴的YKL-2，断面尺寸为0.9m（宽）×3.1m（高），第⑨、⑾、⒀轴线的框架梁为YKL-1，断面尺寸为0.9m（宽）×3m（高）。YKL-1，2跨度为18m，柱间净跨为14.65m。预应力梁混凝土强度等级采用C40，预应力筋采用16束，共计144根钢绞线（φJ15，d=15.2mm），单根钢绞线截面积Ap=137mm2，强度标准值为fptk=1860N/mm2，强度设计值为fpy=1260N/mm2，非预应力筋采用HRB400，强度设计值fy=360N/mm2，箍筋采用HPB300，强度设计值fy=210N/mm2。预应力筋张拉方式设计为一端张拉，张拉应力σcon=0.7fptk，单根钢绞线张拉力F=178.95kN。预应力筋的锚具采用的是OVM15型。
预应力梁断面最小尺寸为0.9m单根梁混凝土量为51m3，属大体积混凝土，应控制混凝土内外温差小于25℃，防止温度裂缝。
所以，大梁混凝土采用低水化热的42.5矿渣硅酸盐水泥，在混凝土内掺水泥用量15%的粉煤灰，并且在大梁内部设二排φ25的连通循环冷却水管，以确保混凝土内外的温差控制在25℃以内。为检测梁内混凝土内部温度变化情况，每根大梁内埋3根测温管，间距1.8m。测温管埋深分别为2.5m、1.5m、0.2m，测温管下口用钢板封闭。
混凝土浇筑完10～12h后用麻袋覆盖，且浇水养护14d。养护水管为大梁两侧设置的φ25钻孔喷头锌管。
根据规范要求，本工程预应力大梁的预应钢筋张拉方式由设计的一端张拉改为两端张拉，张拉时梁的混凝土达到设计强度的90%。由于该预应力混凝土大梁承受上部13层荷载，预应力筋用量较大。若按设计一次张拉到位，会出现张拉阶段预拉区开裂或反拱过大的问题。所以，在施工中采用分阶段张拉的方案，即分阶段施加预应力，以平衡各阶段荷载。据此，该大梁的预应力张拉分二次进行，第一次在
轴梁端张拉，张拉应力为设计值的60%；第二次待施工到梁上已建6层楼时，再在
轴梁端按设计值张拉到100%。即第一次张拉应力值为0.42fptk，张拉力为107.37kN（已施工到梁上3层楼承受的荷载≤总荷载的30%），第二次张拉应力σcon=0.7fptk，张拉力为F=178.95kN。此时已施工到梁上6层楼。承受的荷载为总荷载的50%。
预应力筋的张拉顺序，应以混凝土构件不扭转与侧弯为原则，故采用对称张拉法。其张拉程度主要根据构件类型、张锚体系及松弛损失取值等因素确定。因本工程预应力采用二次张拉，故张拉程序为：
0→设计值60%→1.03设计值
张拉端处理：无粘结预应力钢丝束采用钢绞线夹片式锚具，张拉后端头钢绞线预留长度不小于150mm，多余部分用砂轮切割机切断，并将钢绞线散开打弯，按设计埋在后浇的C40混凝土内。
该工程在2010年2月19日开工，2011年6月3日出地上楼面，2011年8月施工完转换层结构，9月对大梁进行张拉试验。
2．裂缝特点
2011年12月4日对转换层预应力混凝土大梁进行裂缝观测，其裂缝主要特征如下。
（1）裂缝部位：裂缝大多数在大梁的两端预应力筋弯起区段，个别在跨中。
（2）裂缝走向：在大梁的两端预应力筋弯起区段的裂缝走向与预应力筋的走向一致，为斜裂缝或倒八字裂缝,在大梁跨中区段裂缝的方向与梁轴线大体垂直，为梁腹垂直梭形裂缝。
（3）裂缝宽度：在⑨、⑾、⒀、⒂轴四根大梁中，以⒂轴大梁的斜裂缝最宽（0.3mm），而以⑨轴和⑾轴大梁的斜裂缝最细（<0.1mm），⒀轴大梁的裂缝宽度居中（0.1～0.5mm）。
（4）随着张拉应力设计值的降低（从1.03σcon下降到0.85σcon），斜裂缝的宽度从0.3mm，下降到小于0.1mm。
（5）上述裂缝均在大梁的腹部，下部未穿过受拉钢筋，上部未进入楼板。
3．裂缝原因
大梁两端的斜裂缝（倒八字裂缝）
预应力混凝土大梁张拉时，地上已建6层楼，在梁及各层楼面自重荷载作用下，如果出现斜裂缝，在大梁裂缝图上应为正八字形，而不是图7-14～图7-17所示的倒八字形。按荷载裂缝理论分析，大梁两端的腹剪裂缝，应该由弯剪应力共同作用的主拉应力引起，出现的裂缝也应为正八字形。说明该裂缝不是由已有竖向荷载引起的。
张拉时预应力混凝土大梁的混凝土强度已达到设计要求，所以，不是混凝土强度未达到设计要求引起的。
⒂轴大梁是最先张拉的，其张拉应力为1.03σcon，斜裂缝最宽为（0.3mm）。⒀轴、⑾轴和⑨轴大梁是在⒂轴大梁发现裂缝之后张拉的，张拉应力分别为1.0σcon和0.85σcon，斜裂缝宽度减小为0.5mm和0.1mm以下。而且斜裂缝是在⒀轴大梁随着张拉应力的逐渐的增加过程中观察到的。所以，该裂缝是由张拉力产生的混凝土主压应力（或横向拉应变）超过混凝土的抗压强度（或横向极限拉应变）而引起的。
在层的主梁和次梁中出现了梁腹较长的梭形垂直裂缝，最长的从梁底至板底，这是一种典型的由于混凝土在结硬过程因水分丧失的干缩和由于环境气温下降相对于混凝土成型温度的冷缩而引起的变形裂缝，裂缝之所以梁腹最宽，是因为上面受板和梁较强负筋，并且下面受梁更强正筋约束的缘故。
这种裂缝仅在⒂轴和⑨轴大梁跨中出现一条，且宽度在0.1mm以下，⒀、⑾轴大梁未发现梁腹垂直裂缝，说明该大梁在表面配置的构造钢筋网对抵抗混凝土温度应力发挥了较好的作用。
东立面⒂轴预应力混凝土大梁裂缝详图
西立面⒂轴预应力混凝土大梁裂缝详图
注：图中a为裂缝宽度；L为裂缝长度。
（a）
东立面⒀轴预应力混凝土大梁裂缝详图
