預應力鋼骨混凝土梁研究與應用進展

祝仰利

【摘 要】隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，預應力鋼骨混凝土梁作為一種新型的建筑結(jié)構(gòu)形式，既具有鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的特點，也具有預應力結(jié)構(gòu)的特點。本文從預應力鋼骨混凝土梁的受力性能、設(shè)計理論以及在工程中的應用出發(fā)，淺要分析了這種結(jié)構(gòu)的應用與發(fā)展，以供參考。

【關(guān)鍵詞】預應力；預應力鋼骨混凝土；受力性能

預應力鋼骨混凝土是當前社會經(jīng)濟發(fā)展以及技術(shù)水平提高的產(chǎn)物，它不僅具有預應力結(jié)構(gòu)的特點，還具有鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的特點。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市中不斷涌現(xiàn)出了高層、超高層、大跨度等大型建筑，并由于人們生活水平的提高，對建筑物也提出了更好的要求，在建筑工程施工過程中，為了提高工程的抗震性能以及穩(wěn)定性，我們將這種新型的結(jié)構(gòu)形式運用在施工中，實踐著證明，這種結(jié)構(gòu)形式能夠有效的保證建筑工程的質(zhì)量，具有十分廣闊的發(fā)展前景。

相對于預應力混凝土梁而言，預應力鋼骨混凝土梁的抗震性能、抗剪承載力、剛度等性能都優(yōu)于預應力混凝土梁，并且具有施工簡便的優(yōu)點，但是在該結(jié)構(gòu)施工中，一方面會受到鋼筋布置的限制，另一方面會增加鋼材的用量，極大的浪費了工程的經(jīng)濟成本。

與鋼骨混凝土梁相比，預應力鋼骨混凝土梁具有以下幾種優(yōu)點：（1）可以避免裂縫的出現(xiàn)或者發(fā)展；（2）能夠控制建筑的撓度；（3）可以有效的放大建筑的跨高；（4）比鋼骨混凝土的鋼材用量少。但是預應力鋼骨混凝土梁的施工工序比較復雜，需要在施工中采用先進的技術(shù)進行。

1.受力性能研究

1.1靜力試驗研究

在某市的建筑工程中，采用的預應力鋼骨混凝土梁結(jié)構(gòu)進行施工，在該結(jié)構(gòu)施工過程中，工程師對其進行了大尺寸模型靜力試驗，并需要對整個施工過程進行全方位的監(jiān)測與管理。為了在試驗過程中取得建筑結(jié)構(gòu)的真實受力情況，研究者可以將實驗模型設(shè)計成一個3層的建筑結(jié)構(gòu)模型，并在該模型的頂部適當加設(shè)重力，從而使模型與實際結(jié)構(gòu)受到同等比例的受力。

在工程師測試的過程中，其主要內(nèi)容包括以下幾個方面：首先，需要對混凝土與工字型鋼材的受力情況進行測試；其次，需要對建筑的負載能力以及撓度曲線進行測試；再次，需要對建筑工程因荷載過大在引起的裂縫以及裂縫的發(fā)展趨勢進行測試；最后，需要對裂縫施工后的所有情況進行測試。通過長期試驗結(jié)果證明：（1）如果施工人員對建筑工程的剪力連接件設(shè)計合理，那么鋼骨與混凝土就可以保持一致的工作，而且在建筑結(jié)構(gòu)梁上發(fā)生裂縫之前與之后都能夠滿足截面梁的假定結(jié)果；（2）在施工過程中，施工人員通過鋼骨的設(shè)計與施工可以保證裂縫之間具有均勻的間隔，并能夠控制裂縫的發(fā)展趨勢，降低裂縫變寬的可能性，當施工人員將預應力鋼骨混凝土梁卸載之后，經(jīng)過一夜的時間之后再對其進行觀察，發(fā)現(xiàn)這種施工效果佳。

為了對預應力鋼骨混凝土梁的受力情況進行全方位的監(jiān)測，需要在該梁中埋設(shè)適量的鋼筋，并對其進行跟蹤檢測，從而分析出預應力鋼骨混凝土梁內(nèi)部與建筑上部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。通過對其受力情況的監(jiān)測，得到以下兩點結(jié)論：一方面如果建筑結(jié)構(gòu)的上部只有幾層時，受到建筑高度的影響，導致整個建筑的整體性不足，此時上部結(jié)構(gòu)會通過轉(zhuǎn)換梁將相應的荷載力傳遞到柱或者核心筒當中，此時預應力鋼骨混凝土中的內(nèi)力會隨著建筑的高度變化而變化。另一方面如果建筑結(jié)構(gòu)的層數(shù)達到一定數(shù)量，那么建筑結(jié)構(gòu)就會具有整體性，此時上部結(jié)構(gòu)就會通過供機制將荷載力傳遞到柱或者核心筒，并且預應力鋼骨混凝土梁的內(nèi)力會形成一個恒定的值。

1.2低周反復荷載試驗研究

為了解PSRC梁的抗震性能，我們進行了4根不同參數(shù)的梁的低周反復荷載試驗，梁跨度均為4.2m，梁寬為200mm，高為300mm，跨高比為14：1。4根梁中的2根為PSRC梁（PSRC一1和PSRC一2），PSRC一1和PSRC一2預應力度分別為0.75和0.85，PSRC一1對稱配置8根Φ5的鋼絲，PSRC一2對稱配置2根審15的鋼絞線；另兩根則分別為預應力高性能混凝土梁（HPC）和鋼骨混凝土梁（SRC）。

上述試驗數(shù)據(jù)較為系統(tǒng)地研究了PSRC梁的破壞形態(tài)、恢復力模型、變形恢復能力、延性、剛度退化和耗能能力等重要抗震性能指標。研究表明：（1）預應力鋼骨混凝土梁在低周反復荷載作用下破壞形態(tài)為彎曲破壞；（2）PSRC梁的滯回曲線呈梭形，且較豐滿，抗震性能優(yōu)良；（3）PSRC梁的骨架曲線峰值明顯高于SRC梁，說明施加預應力能提高鋼骨混凝土梁的極限承載力；（4）PSRC梁和SRC梁的屈服后剛度退化較為明顯，占總退化剛度的比例也較為可觀，配置預應力筋能顯著提高PSRC梁開裂剛度，但對屈服后剛度影響不明顯；（5）大位移階段，預應力鋼骨混凝土梁的耗能發(fā)展非常良好，反映了其優(yōu)良的抗震性能。

2.工程應用

2.1某大廈PSRC轉(zhuǎn)換梁

大廈主樓32層，地下3層，高133.7m，因功能需要下面6層為大開間，故在第7層設(shè)置一轉(zhuǎn)換層并兼作設(shè)備層，上部26層250mm厚剪力墻支承于此轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)上。設(shè)計時考慮了預應力鋼筋混凝土梁和鋼骨混凝土梁等方案，但均存在因截面尺寸過大而引起的強梁弱柱、自重大、設(shè)備管道不易鋪設(shè)等一系列問題，綜合考慮變形和裂縫控制因素，決定選用PSRC梁。梁跨度8m，一端與1700minxl700mm柱相連，另一端與混凝土核心筒相連，梁截面尺寸850mmx2000mm，鋼骨采用焊接工字鋼梁，截面配鋼率為3.5%，預應力筋采用直線束和曲線束相結(jié)合的布筋原則。工程完工后對該PSRC轉(zhuǎn)換梁的實測結(jié)果顯示，其工作狀態(tài)良好，正常載荷情況下無裂縫出現(xiàn)，變形亦很小。

2.2某區(qū)文化中心PSRC梁

該中心是一座集會議、文化娛樂、休閑、展覽及購物等活動于一體的多功能、綜合性建筑。主體結(jié)構(gòu)采用混凝土梁板柱結(jié)構(gòu)和預應力混凝土梁板柱結(jié)構(gòu)；部分大跨度梁由于其截面尺寸等建筑功能要求嚴格，試算預應力混凝土梁和鋼骨混凝土梁后均無法滿足，于是采用預應力鋼骨混凝土梁。梁計算跨度30.9m，兩端與800mm×l500mm的柱相連，梁截面尺寸650mm×1900mm，鋼骨采用A3鋼，預應力筋選用有粘結(jié)低松弛高強鋼絞線。對該工程PSRC梁進行了預應力張拉測試分析，結(jié)果表明，各項性能指標均滿足設(shè)計要求。

3.結(jié)語與展望

在現(xiàn)代化社會發(fā)展過程中，我們不斷將預應力鋼骨混凝土梁運用到實際工程中，并對其進行深入的研究，現(xiàn)已初步取得成績，但是在實際工作中國我們還需要完成以下工作：（1）需要對預應力鋼骨混凝土梁的計算理論進行細化，方便工程師的運算；（2）深化對PSRC梁抗震性能和抗震設(shè)計方法的研究，并開展疲勞性能和長期性能的研究；（3）開展對與PSRC梁連接的梁柱節(jié)點的承載力、抗震性能以及相應設(shè)計方法的研究；（4）將PSRC梁的應用范圍擴大到市政工程、地下結(jié)構(gòu)、港工結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。 [科]

【參考文獻】

[1]劉軍進.預應力鋼骨混凝土梁理論分析及試驗研究.南京：東南大學，1999.

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[3]孫光初，張繼文，陳乾.預應力型鋼混凝土梁設(shè)計方法探討.江蘇建筑，1996（4）：25-28.