大跨度房屋建筑工程中預(yù)應(yīng)力的估計(jì)與測(cè)試

蔣志恒

中建七局安裝工程有限公司（450000）

1 大跨度房屋建筑工程中預(yù)應(yīng)力項(xiàng)目總體概述

大跨度房屋建筑工程預(yù)應(yīng)力技術(shù)與傳統(tǒng)的技術(shù)相比具有很大的優(yōu)勢(shì)，其評(píng)估指標(biāo)為:①建筑截面預(yù)應(yīng)力的儲(chǔ)備度；②預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)備度的衰減率；③名義裂縫寬度作為大跨度房屋建筑工程中預(yù)應(yīng)力衰減程度。這3個(gè)評(píng)估指標(biāo)綜合了各種因素的影響，能夠更好地對(duì)房屋建筑工程預(yù)應(yīng)力的程度進(jìn)行分級(jí)和評(píng)估。利用Ansys仿真軟件，通過(guò)相應(yīng)的數(shù)學(xué)算法，對(duì)建筑項(xiàng)目的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行模型仿真、數(shù)值仿真和模擬計(jì)算。在軟件仿真計(jì)算過(guò)程中，需要設(shè)置一定的邊界條件和仿真終止條件，從而更好地保障仿真的順利進(jìn)行。常用的邊界條件主要包括了單元類型、模擬預(yù)應(yīng)力值、網(wǎng)格劃分等，通過(guò)相關(guān)的參數(shù)設(shè)置能夠更好地模擬試驗(yàn)的各種數(shù)學(xué)模型。另外，通過(guò)對(duì)建筑工程中預(yù)應(yīng)力衰減程度的計(jì)算和仿真，能夠得到預(yù)期的預(yù)應(yīng)力值，這個(gè)模型得到的仿真結(jié)果需要和實(shí)際結(jié)果進(jìn)行擬合和測(cè)試，從而更好地判斷模型的魯棒性和可靠性，判斷其是否能夠應(yīng)用在實(shí)際工程領(lǐng)域當(dāng)中。通過(guò)分析本項(xiàng)目的實(shí)際結(jié)果，基于大跨度房屋建筑工程中預(yù)應(yīng)力的評(píng)估方法具有較高的用戶滿意度，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際值吻合較好，平均能耗為80 J。這種方法與行業(yè)現(xiàn)有的方法進(jìn)行比較，在很多方面具有優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)榇罂缍确课萁ㄖこ讨蓄A(yù)應(yīng)力的計(jì)算提供理論支撐[1]。

2 大跨度房屋建筑工程中預(yù)應(yīng)力的估計(jì)與測(cè)試

大跨度的預(yù)應(yīng)力衰減程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括儲(chǔ)備程度λ、建筑橫截面受到的預(yù)應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力的衰減率η及裂縫寬度Wfkr。通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力的評(píng)估和測(cè)試，能夠降低建筑的耗能評(píng)估值，從而有效提高了用戶的滿意度。同時(shí)，為了更好地反映供應(yīng)和需求之間的相關(guān)性,可以通過(guò)參數(shù)λ來(lái)反映這個(gè)指標(biāo)的變化。λ的表達(dá)式為:

其中，M0r代表截面的彎矩，Msn代表短期作用下的組合彎矩。

另外，還需要有效地考慮截面預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力衰減指標(biāo)的情況，編制預(yù)應(yīng)力截面抗裂性綜合評(píng)估定級(jí)表（見(jiàn)表1）。

表1 評(píng)估定級(jí)表

表1中，Es代表被測(cè)項(xiàng)目所承受預(yù)應(yīng)力的最大上限值，而λI表示的是被測(cè)項(xiàng)目在受到外力拉伸為0時(shí)所測(cè)得的數(shù)值。λII和λIII都是指被測(cè)項(xiàng)目在受到邊緣拉力時(shí)的極限開(kāi)裂數(shù)值。EX表示的是被測(cè)項(xiàng)目的預(yù)應(yīng)力最小數(shù)值[2]。

3 大跨度房屋建筑工程中預(yù)應(yīng)力估計(jì)與測(cè)試的實(shí)現(xiàn)

在使用相關(guān)方法對(duì)預(yù)應(yīng)力衰減指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算和分析之后，為了更好地驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果是否正確以及計(jì)算數(shù)值是否在一定的誤差之內(nèi)，這需要使用特定的仿真軟件對(duì)其進(jìn)行仿真。一般常使用Ansys軟件來(lái)進(jìn)行仿真。利用仿真軟件來(lái)模擬最合適的外界情況，通過(guò)相應(yīng)的仿真來(lái)獲得被仿真對(duì)象的預(yù)應(yīng)力數(shù)值，然后將仿真數(shù)值與理論計(jì)算數(shù)值進(jìn)行比較和分析，判斷是否滿足一致性要求及可能產(chǎn)生誤差的原因。另外，為了使得仿真數(shù)值能夠更好地反應(yīng)房屋建筑的真實(shí)情況，需要對(duì)混凝土參數(shù)及鋼筋參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置。常使用的軟件主要是Solid65（模擬混凝土)以及Link8（模擬鋼筋）。

在仿真過(guò)程中模擬預(yù)應(yīng)力數(shù)值的方法主要可以分為整體法和外荷載法。這兩種方法各有各的應(yīng)用場(chǎng)景和缺陷。但是整體法在數(shù)據(jù)誤差方面更具有優(yōu)勢(shì)。文章采用整體法來(lái)預(yù)測(cè)預(yù)應(yīng)力的數(shù)值。

整體法使用注意事項(xiàng):①在網(wǎng)孔劃分過(guò)程中，需要盡可能地使單元格和保護(hù)層之間的厚度數(shù)值保持一致；②為了使仿真能夠正常開(kāi)展，需要在軟件中設(shè)置一定的邊界條件，邊界條件設(shè)置的好壞直接決定了仿真的效果和仿真時(shí)間。一般在使用Ansys仿真軟件進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中，主要采用下列公式計(jì)算最終預(yù)應(yīng)力的數(shù)值:

其中，fcu為大跨度建筑施工中預(yù)應(yīng)力的估計(jì)值，F(xiàn)為被測(cè)試項(xiàng)目的破壞荷載，A為預(yù)應(yīng)力的受力面積數(shù)值。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本試驗(yàn)主要采用的仿真環(huán)境為matlab2017。仿真對(duì)象是某大學(xué)新建教學(xué)樓。其中:預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換梁6根，跨度范圍是35 m，梁寬為700 mm，梁高為2 500 mm；混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C45。主要測(cè)試的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)包括:

1）用戶滿意度。

2）仿真數(shù)值與理論計(jì)算數(shù)值的擬合情況。

3）整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的能耗水平。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，應(yīng)用大跨度房屋建筑工程中預(yù)應(yīng)力的相關(guān)技術(shù)能夠最大程度地提高評(píng)估的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。當(dāng)前，很多預(yù)應(yīng)力技術(shù)研究成果已經(jīng)應(yīng)用到大跨度、大空間結(jié)構(gòu)建設(shè)中，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)了重要的力量。預(yù)應(yīng)力在房屋建筑工程中的應(yīng)用對(duì)于房屋建筑行業(yè)的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。