朱義歡 郭曉煒

摘 要：預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多。具有較高的耐裂性和滲透性。它能最大限度地提高混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，提高建筑物的剛度，并能在一定程度上降低建筑物的剪力和抗拉應(yīng)力，從而提高建筑物的耐久性。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；緩粘結(jié)技術(shù)

1 引言

目前，預(yù)應(yīng)力技術(shù)常出現(xiàn)在多層大跨度、大空間建筑、高層建筑以及儲罐、消化池等特殊結(jié)構(gòu)中。近十年來，預(yù)應(yīng)力材料和設(shè)備的生產(chǎn)水平和工業(yè)化水平大大提高，工程經(jīng)驗(yàn)積累，相關(guān)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)也越來越大，越來越復(fù)雜。這種變化促進(jìn)了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的多樣化和發(fā)展，同時(shí)又出現(xiàn)了纖維預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、后張力預(yù)應(yīng)力復(fù)合材料結(jié)構(gòu)等一系列新的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題

由于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的不同，在實(shí)際工程施工設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題很多，包括彎曲構(gòu)件的反向變形極限、拉伸預(yù)應(yīng)力桿的反向傾斜裂紋等，下面我們就對其中的幾個(gè)重點(diǎn)的問題進(jìn)行研究。

2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論

（1）抗震性能設(shè)計(jì)。為了最大限度地提高預(yù)應(yīng)力混凝土的抗震性能，有必要對預(yù)應(yīng)力混凝土的加固指標(biāo)進(jìn)行綜合測量和配置，控制預(yù)應(yīng)力混凝土的強(qiáng)度。保持節(jié)點(diǎn)在構(gòu)造中的良好擴(kuò)展。在實(shí)際配置中，如果預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)裝有縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋，就可以達(dá)到降低地震位移的效果，將鋼筋組合起來，達(dá)到抗震性能，刺激其固有延性。因此，地震能力進(jìn)一步增強(qiáng)。

（2）耐久性設(shè)計(jì)。預(yù)應(yīng)力混凝土的耐久性設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題之一。為了保證混凝土在使用過程中的安全性和穩(wěn)定性，有必要對混凝土的耐久性材料進(jìn)行設(shè)計(jì)。破壞混凝土結(jié)構(gòu)的機(jī)理主要有：鋼筋腐蝕、堿性骨料反應(yīng)等。這些條件的出現(xiàn)將嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和使用壽命。因此，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)增加對耐久性的研究，以保證整體結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

2.2 預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)方法

在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，盡可能多地使用該模型。在這一部分中，應(yīng)注意模型與實(shí)際工程比的準(zhǔn)確性，計(jì)算施工中各環(huán)節(jié)的加固比。以確保在實(shí)際施工中，項(xiàng)目能夠按照設(shè)計(jì)合理有序地進(jìn)行，這樣，施工進(jìn)度就能盡量提高。同時(shí)，建筑材料必須與精確計(jì)算的質(zhì)量和體積相結(jié)合，以保證結(jié)構(gòu)施工的完整性和準(zhǔn)確性。然后對模型進(jìn)行測試，對其施加壓力，以檢測其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和實(shí)際效果，從而使預(yù)應(yīng)力的應(yīng)力能夠盡可能提前被理解，并找出影響質(zhì)量的原因，加以解決，避免在實(shí)際工程工作中出現(xiàn)類似情況。

2.3 預(yù)應(yīng)力施工工藝

在預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)中，隨著技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了許多實(shí)用技術(shù)，并在許多施工問題上有針對性的應(yīng)用。如高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力肌腱、主要發(fā)揮橋梁橫向預(yù)應(yīng)力作用的張拉茅體系、張發(fā)道灌漿技術(shù)等，大大提高了灌漿能力，簡化了灌漿工藝。采用非粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋工藝降低成本，體外預(yù)應(yīng)力筋工藝降低摩擦損失，體外電纜工藝降低橋梁施工成本，加快橋梁施工速度等。隨著這些過程的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展越來越引人注目。

3 新結(jié)構(gòu)

3.1 預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力鋼混凝土具有承載能力高、剛度高、截面小、易開裂等優(yōu)點(diǎn)。適用于大跨度、重載結(jié)構(gòu)。課題組進(jìn)行了10榀接近足尺的大比例預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土框架的豎向靜力及豎向低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，對破壞模式、斷裂發(fā)育和分布、剛度變化、力矩調(diào)制和地震性能等方面進(jìn)行了一系列相關(guān)研究。提出了考慮次內(nèi)力包括次彎矩和次軸力的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)極限承載力、抗裂能力、剛度和最大裂縫寬度的計(jì)算方法。此外，文獻(xiàn)[3]基于平截面假定推導(dǎo)了不同狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎承載力計(jì)算公式。結(jié)合上述研究成果及已有JGJ 138—2001《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，在國家標(biāo)準(zhǔn)和上海法規(guī)中給出了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)方法，并考慮了次內(nèi)力的影響。需要注意的是，國家規(guī)范中計(jì)算彎曲承載力的默認(rèn)公式是鋼上的法蘭承受壓力，可能不適用于拉壓情況。在需要精確計(jì)算結(jié)果的情況下建議參考文獻(xiàn)[3]，但計(jì)算過程相對復(fù)雜。

3.2 體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相比具有截面小、重量輕、易更換的特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于新結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的加固。在體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，應(yīng)特別注意外筋的防腐措施，以避免外筋的腐蝕。體外預(yù)應(yīng)力梁和非粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁在受力原理上基本相同，因此可以用非粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁的方法計(jì)算其彎曲承載力。然而，與非粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相比，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)仍有二次效應(yīng)，因此預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力增量明顯小于非粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。根據(jù)國內(nèi)外117根外預(yù)應(yīng)力混凝土梁的試驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，將單支梁和連續(xù)彎曲梁的應(yīng)力增量控制在100MPa，懸臂彎曲構(gòu)件的應(yīng)力增量控制在50MPa。常數(shù)值的使用方法簡單可靠。利用相的計(jì)算是指一般預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。在計(jì)算縱向拉伸比時(shí)，考慮了外預(yù)應(yīng)力筋的影響，并通過擬合外預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到了降低系數(shù)為0.2。

3.3 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋混凝土結(jié)構(gòu)

在傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼等鋼的腐蝕一直存在。纖維肋材的使用徹底解決了腐蝕問題。其抗拉強(qiáng)度高，耐蝕性強(qiáng)，耐蝕性低，非常適合作為預(yù)應(yīng)力肋使用。

4 新工藝、新材料

4.1 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋

緩粘結(jié)筋作為一種新技術(shù)，避免了無粘結(jié)筋與有粘結(jié)筋各自的缺點(diǎn)。它能在拉伸階段和混凝土之間自由滑動(dòng)，接近非粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，能有效降低預(yù)應(yīng)力損失。在使用階段，隨著緩粘結(jié)劑的凝固，預(yù)應(yīng)力鋼與混凝土之間的鍵結(jié)得到有效實(shí)現(xiàn)，此時(shí)可視為有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。

4.2 有粘結(jié)與無粘結(jié)混合配置筋

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有粘結(jié)和非粘結(jié)混合構(gòu)型，結(jié)合了兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：預(yù)應(yīng)力混凝土使用效率高，便于預(yù)應(yīng)力混凝土的線性優(yōu)化，預(yù)應(yīng)力混凝土損失較小，局部壓力大，結(jié)構(gòu)變形恢復(fù)能力好，節(jié)點(diǎn)性能好，施工方便快捷，便于分批張拉，工期短。這種結(jié)構(gòu)特別適用于由極限狀態(tài)的正常使用控制的大跨度重載結(jié)構(gòu)，也可用于轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。目前，這種工藝在國內(nèi)外一些重大工程中已得到應(yīng)用，如位于美國西雅圖的OnePacificTower，該建筑結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換梁采用了有粘結(jié)與無粘結(jié)混合配筋的方式；位于中國上海的中國博覽會會展綜合體在一級次梁中也采用了這種工藝。彎曲極限承載力的計(jì)算方法與普通預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法相同，但給出了適用于預(yù)應(yīng)力筋和梁中非粘結(jié)筋混合的極限應(yīng)力增量計(jì)算公式。裂縫和剛度的計(jì)算是指混凝土規(guī)范，其中非粘結(jié)加固作用降低0.3。

4.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)控張拉技術(shù)

預(yù)應(yīng)力張拉是預(yù)應(yīng)力施工中的一項(xiàng)基本技術(shù)。目前存在著拉伸精度低、不能同步施工等缺陷。該組研制的數(shù)字智能張緊設(shè)備將信息技術(shù)與預(yù)應(yīng)力張緊結(jié)構(gòu)相結(jié)合。通過計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)，智能張緊裝置可以準(zhǔn)確控制預(yù)應(yīng)力施工過程，提高施工精度，實(shí)現(xiàn)施工過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并提取施工的關(guān)鍵參數(shù)上傳并保存到遠(yuǎn)程服務(wù)器上，方便重新檢查。在數(shù)字智能拉伸系統(tǒng)的發(fā)展過程中，通過四代機(jī)的反復(fù)改進(jìn)，其功能部件完善、性能穩(wěn)定。

5 結(jié)論

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮建筑的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，提高建筑整體質(zhì)量。根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，根據(jù)具體問題設(shè)計(jì)混凝土施工方案。在保證施工質(zhì)量的同時(shí)，充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使建筑的抗震和防滲性能得到較大提高，保證建筑的穩(wěn)定性和安全性。

參考文獻(xiàn)：

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