解析預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的作用

二炮青州士官學(xué)校 顧永智 趙洪巖 尹利軍

解析預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的作用

二炮青州士官學(xué)校 顧永智 趙洪巖 尹利軍

預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土在原理上有明顯的不同。在設(shè)計(jì)鋼筋混凝土梁時(shí)，可假定不計(jì)混凝土的抗拉強(qiáng)度，因彎矩引起的拉力是由鋼筋來抵抗，此拉力是借鋼筋與混凝土之間黏結(jié)性而傳遞給鋼筋的。對于大范圍內(nèi)的開裂和變形來說，雖然高強(qiáng)度的混凝土具有良好的黏結(jié)性，很大程度上可以恢復(fù)；但是在混凝土與鋼筋之間黏結(jié)較差的普通混凝土中，實(shí)際上則不可能恢復(fù)。另外，在預(yù)應(yīng)力混凝土中，采用預(yù)應(yīng)力鋼筋的主旨在于通過黏結(jié)力或者專門的錨具給混凝土施加一個(gè)力，因此全部混凝土可以起到結(jié)構(gòu)的作用。

一、預(yù)應(yīng)力混凝土的經(jīng)濟(jì)性

與普通鋼筋混凝土相比,預(yù)應(yīng)力混凝土可以用較少的混凝土和減少1/5～1/3的鋼筋用量，但是鋼材單價(jià)的差別并不是和重量的差別成比例的。預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土要求高強(qiáng)度和高質(zhì)量，因而每種材料的單價(jià)都比鋼筋混凝土所需要的材料的單價(jià)高。臨時(shí)支架和模板可能更貴些，而且必須考慮預(yù)應(yīng)力操作本身的附加費(fèi)用。但是，一般來說，如果需要大量的預(yù)制預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，則鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在單價(jià)之間的差別就變得很小了。

二、應(yīng)用類型

1. 預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)體系，需在柱間及隔墻下設(shè)置框架梁和次梁，這必然導(dǎo)致室內(nèi)明梁縱橫交錯(cuò)，降低了樓層的有效高度，影響了室內(nèi)美觀和使用功能，裝修也較難處理；由于室內(nèi)明梁的存在，隔墻布置的任意性受到限制，室內(nèi)功能的重新調(diào)整比較困難，而一棟建筑物在其50年甚至70年使用期內(nèi)都不需對空間重新分隔和變換使用功能。若設(shè)計(jì)中樓蓋體系采用普通鋼筋混凝土平板結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)，以上問題則迎刃而解；工程若采用普通鋼筋混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)隔墻較多，附加荷載較大，要使普通鋼筋混凝土平板的裂縫控制等級及撓度滿足規(guī)范要求，計(jì)算所需板厚較厚，同時(shí)普通鋼筋用量也較大，不經(jīng)濟(jì)。因此，為了提高整個(gè)樓蓋的抗裂性能，減薄板厚，減輕結(jié)構(gòu)自重，加強(qiáng)其使用功能，近年來在大量工程中廣泛采用的現(xiàn)代高效預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，將整個(gè)樓蓋設(shè)計(jì)為后張部分預(yù)應(yīng)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)是一個(gè)良好的選擇。

2. 有梁大板框架（或剪力墻）結(jié)構(gòu)。有梁大板結(jié)構(gòu)是柱子與柱子之間布明梁，大板上布置隔墻的結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)與平板結(jié)構(gòu)有很多相似之處，柱距比較大，由于省去了次梁，避免了室內(nèi)錯(cuò)綜復(fù)雜的次梁，內(nèi)景好，增加凈空，抗裂好，省材料省模板和拆模人工，施工快速。若這種大板配合預(yù)應(yīng)力寬扁梁使用，則也能很大限度地減低層高或提升層凈高，如9m跨的預(yù)應(yīng)力寬扁梁可以做到450mm高，比做普通預(yù)應(yīng)力梁650mm少200mm，比普通混凝土梁800mm少350mm。由于結(jié)構(gòu)種還帶有明梁，結(jié)構(gòu)仍然屬于框架或剪力墻結(jié)構(gòu)，可以用于平板結(jié)構(gòu)所不太適宜的高層或抗震設(shè)防烈度比較大的地方。

3. 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。最近我國高層建筑發(fā)展迅速，且多為多功能綜合性建筑，需要大柱網(wǎng)、大空間的公共設(shè)施在下部，從受力的角度講這是不合理的，解決這種矛盾的最常用方式就是設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的逐漸成熟，預(yù)應(yīng)力材料及施工費(fèi)不斷下降，即使用材料等強(qiáng)代換的概念從經(jīng)濟(jì)上來比較預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在許多情況下后者并不比前者經(jīng)濟(jì)。因此我國高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的情況越來越多。如位于8度抗震設(shè)防區(qū)高64.2m的北京市公安局刑科樓就是做了跨越2～4層高達(dá)4800mm的預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換大梁。

采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)帶來許多結(jié)構(gòu)和施工上的優(yōu)點(diǎn)，如減少截面尺寸、控制裂縫和撓度，的優(yōu)點(diǎn)，如減少截面尺寸、控制裂縫和撓度，控制施工階段的裂縫及減輕支撐負(fù)擔(dān)等。只要采用預(yù)應(yīng)力度適當(dāng)，構(gòu)造處理得當(dāng)，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗震是可以得到保證的。且由于減小了轉(zhuǎn)換構(gòu)件的尺寸，對抗震也是有利的。

4. 特種結(jié)構(gòu)及其他。隨著公共事業(yè)的發(fā)展，各種特殊功能的構(gòu)筑物不斷出現(xiàn)，有些特殊構(gòu)筑物的使用功能及受力性能常常需要預(yù)應(yīng)力技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在這些特殊功能構(gòu)筑物中發(fā)揮了重要的作用。

（1）大懸挑結(jié)構(gòu)。體育建筑在各大中城市興起，體育建筑的形式多樣、風(fēng)格各異，使預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用豐富多彩。如南京市為承辦第三屆城運(yùn)會(huì)興建的四座體育館，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位都是采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)。

（2）儲(chǔ)罐與筒倉。一般地，儲(chǔ)罐與筒倉對抗裂要求比較高，預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛用于這種結(jié)構(gòu)主要利用預(yù)應(yīng)力主動(dòng)軸力來抵抗混凝土拉應(yīng)力來提高抗裂性能；尤其是圓筒結(jié)構(gòu)，環(huán)壁的混凝土只受環(huán)向軸力作用，正是預(yù)應(yīng)力最適合的結(jié)構(gòu)形式。

（3）其他。在各種用途的塔式結(jié)構(gòu)如電視塔、通信塔、燈塔及各種水塔中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)同樣得到了廣泛應(yīng)用。還有，預(yù)應(yīng)力技術(shù)基礎(chǔ)也不少見，主要形式是預(yù)應(yīng)力條基、箱基和筏基。

三、預(yù)加應(yīng)力的方法

根據(jù)制作、設(shè)計(jì)和施工的特點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力混凝土可以有不同的分類。

1. 先張法與后張法。先張法是制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時(shí)，先張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋后澆混凝土的一種方法；而后張法是先澆灌混凝土，待混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后再張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋的一種預(yù)加應(yīng)力方法。

2. 全預(yù)應(yīng)力和部分預(yù)應(yīng)力。全預(yù)應(yīng)力是在使用荷載作用下，構(gòu)件截面混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力，即為全截面受壓。部分預(yù)應(yīng)力是在使用荷載作用下，構(gòu)件截面混凝土允許出現(xiàn)拉應(yīng)力或開裂，即只有部分截面受壓。部分預(yù)應(yīng)力又分為A、B兩類：A類指在使用荷載作用下，構(gòu)件預(yù)壓區(qū)混凝土正截面的拉應(yīng)力不超過規(guī)定的容許值；B類則指在使用荷載作用下，構(gòu)件預(yù)壓區(qū)混凝土正截面的拉應(yīng)力允許超過規(guī)定的限值，但當(dāng)裂縫出現(xiàn)時(shí)其寬度不超過容許值。可見，以上是按照構(gòu)件中預(yù)加應(yīng)力大小的程度劃分的。

3. 有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力與無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力。有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力，是指沿預(yù)應(yīng)力筋全長其周圍均與混凝土黏結(jié)、握裹在一起的預(yù)應(yīng)力。先張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)及預(yù)留孔道穿筋壓漿的后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)均屬此類。無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力，指預(yù)應(yīng)力筋伸縮、滑動(dòng)自由，不與周圍混凝土黏結(jié)的預(yù)應(yīng)力。這種結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋表面涂有防銹材料，外套防老化的塑料管，防止與混凝土黏結(jié)。無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)通常與后張預(yù)應(yīng)力工藝相結(jié)合。無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土具有結(jié)構(gòu)自重輕、施工簡便、速度快、抗腐蝕能力強(qiáng)、使用性能好、防火性能滿足要求、抗震性能好、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。

預(yù)應(yīng)力技術(shù)經(jīng)過了幾十年的工程實(shí)踐和不斷研究，已經(jīng)是比較成熟的一項(xiàng)工程技術(shù)，在今后的發(fā)展中，還將日臻完善。工程實(shí)踐告訴我們，預(yù)應(yīng)力技術(shù)以種種優(yōu)勢，在某些建設(shè)領(lǐng)域有著強(qiáng)大的生命力和競爭力，甚至在其還未完全占領(lǐng)的領(lǐng)域仍然有強(qiáng)大的發(fā)展力。