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淺談我國預應力混凝土技術的應用和面臨的問題
發布日期:2010-06-13 發布人: 點擊率:
我國推廣預應力混凝土已有四十多年的曆史, 但普及程度不高,熟悉業務的專業人才不多,即使是一些甲級大設計院,迄今仍只有少數幾個專業工程人員,與60 年代相比,進展不大。爲什麽難普及?原因很多,但最主要的是預應力混凝土學科比較複雜,涉及領域有高強材料、生産工藝、機械設備、設計與施工等專業,而且這些技術交織在一起很難分開,要掌握完整的學科知識,難度的確較大。在實際生産實踐中,國外多采用專業分工與合作的方式進行。例如預制預應力混凝土房屋的設計應與預制工廠合作;現澆後張預應力混凝土房屋的設計應與後張技術專業公司合作進行設計。因此預應力混凝土的大學教材,都比較簡單,著重于學習預應力混凝土的原理、基本概念與簡單的設計計算方法及結構應用,使讀者能獲得一個對專業的完整的基本知識。因之對設計理論與計算方法力求簡單、通俗易懂,而不過分追求精確,等效荷載平衡法,名義拉應力法的廣泛應用亦就是這個道理。爲了專業知識的普及與推廣,也有必要進行知識的更新換代。 
       我國預應力混凝土的起步比西歐大約晚1 0 年,但由大規模建設的需要,不僅發展快,而且應用數量極爲龐大。近十幾年來,在應用高效預應力混凝土方面取得了較大的進展。各種橋梁結構的型式、跨徑和施工方法都有了很大進步。預制預應力混凝土簡支架的經濟跨度:鐵道橋架已擴大到40m;公路與城市橋梁擴大到50m;預應力混凝土連續鋼構橋最大達270m;大跨度斜拉橋的跨徑:預應力混凝土橋面的達432m(銅陵長江大橋),鋼與混凝土結合橋面的最大達602m(楊浦大橋)。橋梁結構當前面臨的問題主要是如何提高質量,特別是耐久性問題,而不再經濟不經濟、用與不用的問題了。高效預應力混凝土在房屋建築中的應用由于房屋建築本身的特殊性,目前仍處于由低強鋼材向高強鋼材、向高效預應力混凝土過渡的階段,出現現澆後張熱、預制先張冷的現象,發展很不平衡,前景也不太明朗。
2,預制預應力混凝土的發展
2.1,預制預應力混凝土標准構件
      國際上的預制標准構件,種類很多,但經多年實踐和淘汰,認爲用途廣、經濟性好的構件最主要的有多孔空心板和雙T 扳兩種,用于各類房屋的樓蓋與屋蓋。多孔空心板與實心板相比,可節約混凝土大約50%和鋼材30%。過去150~200㎜厚的板主要用于6 - 12m 跨的預制或有現澆面層的疊合樓蓋。
      用折線配筋先張法生産的雙T 與單T 板是50 年代初期從美國開發出來長跨樓(屋)蓋構件,雙T 板常用跨度爲10~25m,單T 板近年已少用。雙T 板最初的截面寬僅1.22m,肋高0.46m。”以後隨著生産技術和混凝土強度的提高,截面逐步加寬加高,以提高經濟效率。到90 年代,最大截面加寬到3.66m,肋高加大到0.8m。當采用3.05m寬板代替2.44m 寬板時,由于工、料、搬運、安裝等費用的節約,每辦板造價可大約節約17%。這兩種構件既能代替傳統結構材料的大跨度樓(屋) 蓋構件,又能充分發揮預制預應力混凝土的潛在優勢,因此具有強大的生命力,在美、加、西歐、北歐各國久盛不衰。
2.2,預制裝配式房屋結構有獨特的設計建造原則
      預制裝配式預應力混凝土房屋結構有它自身的規律性和特點,要求采用與現澆混凝土房屋結構不同的設計建造的原則。人們往往把預制裝配式混凝土房屋誤認爲只是現澆房屋結構的另一種施工方法的替代産品,亦即預制意味著只是結構的一部分改在預制工廠生産,然後再運到施工現場進行安裝,使得盡可能滿足原來按現澆結構設計的要求。這種觀點實際上是錯誤的,和一開始就考慮預制特點要求的預制方案相比,不僅設計質量差,還會給施工帶來麻煩和困難,由于預制與現澆結構體系各有自身的特點,會或多或少地影響結構的平面布置、層高、穩定性和靜力體系等等。爲此,對預制房屋結構的設計,從一開始就應該根據結構的要求與特點,選用相應的預制結構體系方案。
      預制預應力房屋不一定全用預制,也可以用現澆混凝土作爲梁、板、柱連續的接頭或作爲現澆面以減輕預制構件運輸安裝時的自重,這種預制與現澆相結合的所謂“半裝配式”結構兼有預制與現澆兩者的優點,基本上排除了兩者的弱點, 避免了預制構件聯結的困難,又不需要現饒的模板與支撐。過去許多個別設計的預制混凝土房屋或預制混凝土體系建築之所以失敗和被淘汰,其原因就在這裏。
2.3,我國預制預應力混凝土的發展
      我國建工部門過去采用的以低強鋼材爲主筋的預制預應力構件,主要有三方面的用途。首先是用于單層工業廠房屋蓋的屋架、屋面梁和大型屋面板,第二是用于城鎮的多層住宅和農村房屋樓(屋)蓋的短跨多孔空心板,第三是用于城市多層和高層住宅的小開間大板體系建築的牆板和樓板。上述構件基本上都是從代用的角度發展起來的,例如以預制混凝土屋架代替鋼屋架,以多孔空心板代替木樓蓋,以解決鋼材、木材供應的困難,並不能發揮預制預應力混凝土的潛力。
3,後張無粘結預應力混凝土造價偏高
3.l,預制與現澆、先張與後張各有合理應用範圍
      近十幾年來,現澆後張結構與單根鋼絞線無粘結筋的應用已成爲房建部門的熱點。作爲填補技術空白、追趕國際水平,無疑這是正確的、必要的,但現澆與預制、後張與先張結構、有粘結與無粘結筋的應用,各有利弊,各有合理應用範圍。此外,用預制先張構件建造半裝配式結構時, 就兼有預制與現澆、先張與後張的優點。基本上排除了現澆需要模板、預制構件連接困難的問題。
3.2,現澆無粘結雙向平板是國際公認的最經濟的大柱網樓板
      現澆無粘結預應力雙向平板是美國針對多層、高層建築中要求采用大柱網樓蓋發展起來的。這種用單根張錨的無粘結鋼絞線筋的主要優點在于噸位小,有利于在板類結構中分散布筋,也有利于增大預應力筋的偏心距與抗彎力臂;張拉設備輕,施工方便。
3.3,我國現澆無粘結平板價格高的原因和解決辦法
      我國現澆後張無粘結雙向平板造價偏貴的原因在于普通鋼筋用量太多,而無粘結筋用量與國外相比差別不太大。普鋼用量大大是由于對無粘結筋耐久性的擔心,作爲強度的第二道防線,因爲現有工藝還不能完全滿足全封閉防水的要求。當然,設計、施工缺乏經驗、技術規章制度不全、缺少有效的監督管理體制等等也都是原因。
     要降低普通鋼筋用量,一方面要投入力量認真解決單根鋼絞線無粘結束成套裝置的全封閉防水問題,包括張拉端和固定端錨具與束的全封閉連接做法和提高塑料套管的韌性與強度,並取用ф12.7㎜鋼絞線代替十ф15.4㎜的鋼絞線以減少在工程應用中來與束的間距;另一方面,要努力學習和掌握國外設計、施工技術和有關規章制度, 
     這些都是通過多次重複實驗驗證並經過長期實踐的經驗總結,可以直接套用,作到迎頭趕上,從而避免“從零開始”、“前無古人”的大量重複勞動。這些困擾無粘結預應力筋的問題,應該都會很快得到解決,無粘結筋不僅會價廉物美地大量用于平板結構,也會較多應用于其他結構,代替傳統的灌漿有料結後張預應力筋。
      預加應力的目的主要在于提高使用荷載下構件的性狀。現代預應力混凝土構件的截面設計(包括截面形狀、尺寸和預應力筋),國際上一般都是按使用荷載下混凝土與鋼材應力不超過容許應力限值確定的。這些應力限值是材料實際強度的某一百分率。由于在使用荷載了混凝土和鋼材的應力都相對較低,可以假定兩者都具有彈性性能,因此應力的計算采用材料力學彈性計算公式是合乎邏輯的。盡管截面是以容許應力爲基礎確定的,但也要枚核有足夠的極限強度,以及校核使用荷載下的構件撓度與抗裂性。如極限強度不足,可以增加普通鋼筋彌補。預應力筋的初始張拉應力可按使用荷載下要求的總預加力,通過永存預應力(一般選用0.55~0.6fpu)反算來確定, 張拉應力值可造當調整以滿足對摩擦損失和永存預應力的要求。上述分析,足以說明過去我國行之有效的材料。理論與技術已時過境遷,落後陳舊。爲此,對過去圍繞低強預應力鋼材發展起來的預應力混凝土構件的設計理論、計算方法、計算公式、結構構造、生産工藝與施工技術都有必要知識更新、轉變到後來用高強鋼材的現代預應力混凝土的軌道上來。爲此建設從知識更新、技術改造出發,吸收國際最新理論與技術成就,編寫新的教科書,闡述現代預應力混凝土系統理論和世界公認的設計方法與計算方法;設計規範也要同步進行修改,解決公式多、符號多、規定多、概念少、理論少,以及計算煩瑣,邏輯混亂,難以學習和掌握的問題,揭開預應力混凝土的神秘面紗,爲普及學科知識、培養大批預應力結構專業人才創造條件。
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