預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題

摘要：當(dāng)前，在多層大跨度、大空間建筑、高層建筑樓蓋以及儲(chǔ)倉(cāng)和消化池等特種結(jié)構(gòu)中?？梢?jiàn)到預(yù)應(yīng)力技術(shù)的身影。在近十多年中，預(yù)應(yīng)力材料、設(shè)備的生產(chǎn)水平和產(chǎn)業(yè)化水平得到很大的提高，工程經(jīng)驗(yàn)得到豐富的積累，相關(guān)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)亦趨于大型化和復(fù)雜化。這樣的改變一方面促進(jìn)了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的多樣化發(fā)展，涌現(xiàn)了一系列新型預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系，如纖維預(yù)應(yīng)力筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、后張預(yù)應(yīng)力疊合結(jié)構(gòu)等；另一方面，它使得傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不再全面適用，有必要進(jìn)行完善和補(bǔ)充。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；若干問(wèn)題

1.建筑工程中預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1抗裂性好、剛度大

在很多的建筑工程中，最經(jīng)常遇到的問(wèn)題就是混凝土的開(kāi)裂問(wèn)題，這在很大程度上影響了工程的質(zhì)量和破壞了建筑的結(jié)構(gòu)，其主要產(chǎn)生的原因是因?yàn)榛炷龄摻钍艿郊袅蛻?yīng)力而產(chǎn)生的形變。預(yù)應(yīng)力混凝土能夠?qū)?gòu)件提供預(yù)應(yīng)力，從而在一定程度上減弱了混凝土受到的應(yīng)力，降低了形變的發(fā)生概率，從而保證了混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高了剛度，增加了耐久性。

1.2節(jié)省材料、重量較輕

預(yù)應(yīng)力混凝土采用的材料具有高強(qiáng)度、高輕度、高耐久性的建筑材料，與普通的鋼筋混凝土相比，在建筑施工中只需要很少的材料就可以達(dá)到理想的應(yīng)用效果，因此在結(jié)構(gòu)上預(yù)應(yīng)力混凝土的自重較輕。在施工階段比較具有優(yōu)勢(shì)。

2.新結(jié)構(gòu)

2.1預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土具有承載力高、剛度大、截面小、裂縫易控制等優(yōu)點(diǎn)，適用于大跨、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(duì)其破壞形態(tài)、裂縫的開(kāi)展與分布、剛度變化、彎矩調(diào)幅、抗震性能等特征進(jìn)行了一系列相關(guān)研究，提出考慮次內(nèi)力包括次彎矩、次軸力的預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎極限承載力、抗裂度、剛度及最大裂縫寬度計(jì)算方法。此外，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《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ138—2001），在國(guó)家規(guī)范及上海規(guī)程中均給出了預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)方法，全面考慮了次內(nèi)力的影響。需要注意的是，國(guó)家規(guī)范中抗彎承載力計(jì)算公式默認(rèn)型鋼上翼緣受壓屈服，對(duì)于受拉或受壓不屈服的情況可能并不適用，但計(jì)算過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。

2.2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)相比于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力具有截面小、自重輕、易更換等特點(diǎn)，故在新建結(jié)構(gòu)及既有結(jié)構(gòu)加固中得到廣泛應(yīng)用。在體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，需要格外注意體外筋的防腐措施，避免體外筋的腐蝕。體外預(yù)應(yīng)力梁與無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁在受力原理上基本相同，故其正截面抗彎承載力可按無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的方法進(jìn)行計(jì)算。但相比無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)尚存在二次效應(yīng)，故其預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力增量要明顯小于無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。國(guó)家規(guī)范及上海規(guī)程中，結(jié)合國(guó)內(nèi)外117個(gè)體外預(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)，將簡(jiǎn)支梁及連續(xù)受彎梁的應(yīng)力增量取為100MPa，對(duì)于懸臂受彎構(gòu)件則取50MPa，這種取用常值的做法簡(jiǎn)單、可靠。使用階段驗(yàn)算則參考一般預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。在計(jì)算縱向受拉配筋率時(shí)部分考慮體外預(yù)應(yīng)力筋的作用，折減系數(shù)取為0.2，通過(guò)對(duì)體外預(yù)應(yīng)力構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果擬合得到。

2.3纖維增強(qiáng)復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋混凝土結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，始終存在著鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋等鋼材的腐蝕問(wèn)題。纖維材料筋的使用則較為徹底地解決了腐蝕問(wèn)題，其抗拉強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、容重小，非常適合作為預(yù)應(yīng)力筋使用。上海規(guī)程中對(duì)纖維復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定。有關(guān)條文主要參照了我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料建設(shè)工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50508—2010）以及美國(guó)ACI440委員會(huì)頒布的《預(yù)應(yīng)力纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋混凝土結(jié)構(gòu)》（ACI440.4R-04）。

3.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(wèn)題

3.1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)。要想實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力混凝土的抗震性能最大化，就要對(duì)配筋指數(shù)進(jìn)行綜合的衡量和配置，并且要控制預(yù)應(yīng)力度。在節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造上要保持其良好的延展。在實(shí)際的配置中，如果預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中配置了縱向的非預(yù)應(yīng)力筋，可以實(shí)現(xiàn)減少地震位移的作用，并且能夠結(jié)合鋼筋實(shí)現(xiàn)抗震性能，激發(fā)其內(nèi)在的延展性，從而使抗震的能力得到進(jìn)一步的加強(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)中研究的重點(diǎn)問(wèn)題之一，為了保證混凝土在使用期間的安全性和穩(wěn)定性，就要對(duì)混凝土的耐久材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)上，損壞混凝土結(jié)構(gòu)的機(jī)理主要有：鋼筋的腐蝕、堿性集料反應(yīng)等等，這些情況的出現(xiàn)會(huì)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)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該加大對(duì)耐久性能的研究，從而保證整體結(jié)構(gòu)的安全性及穩(wěn)定性。

3.2預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)方法

在預(yù)應(yīng)力混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，盡量采用模型制作的形式，在此環(huán)節(jié)要注重模型的比例與實(shí)際工程中的比例的準(zhǔn)確度，并且計(jì)算好在施工中各個(gè)環(huán)節(jié)的配筋率。從而保證在實(shí)際的工程施工中能夠按照設(shè)計(jì)合理有序的進(jìn)行。這樣能夠在施工環(huán)節(jié)盡量的提升施工進(jìn)度。同時(shí)還要結(jié)合施工材料的情況，在質(zhì)量和體積上進(jìn)行精密的計(jì)算，從而保證結(jié)構(gòu)施工的完整性和準(zhǔn)確度。然后對(duì)模型進(jìn)行測(cè)試，對(duì)其施加壓力，來(lái)檢測(cè)其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和實(shí)際效果，以在最大程度上能夠提前對(duì)預(yù)應(yīng)力的受力情況進(jìn)行了解，找到其中影響質(zhì)量的原因并解決，避免在實(shí)際的工程施工中出現(xiàn)類似的情況。

4.結(jié)論

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該充分的考慮建筑的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，從整體上提高建筑的質(zhì)量。并且結(jié)合工程的實(shí)際，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工工藝的選擇，針對(duì)具體問(wèn)題設(shè)計(jì)具體的施工方案。保證施工質(zhì)量的同時(shí)，充分的將預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)，使建筑的抗震、抗?jié)B能力有極大的提升，保證建筑的穩(wěn)定性與安全性，施工技術(shù)人員還應(yīng)該加大對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的學(xué)習(xí)與研究，以期將這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行更深層次的改革，幫助其向更大的層面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：孫明鍇（1999.10-），學(xué)生，籍貫：河南省周口市，專業(yè)：土木工程，研究方向：房屋建造.