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浅谈我国预应力混凝土技术的应用和面临的问题
发布日期:2010-06-13 发布人: 点击率:
我国推广预应力混凝土已有四十多年的历史, 但普及程度不高,熟悉业务的专业人才不多,即使是一些甲级大设计院,迄今仍只有少数几个专业工程人员,与60 年代相比,进展不大。为什么难普及?原因很多,但最主要的是预应力混凝土学科比较复杂,涉及领域有高强材料、生产工艺、机械设备、设计与施工等专业,而且这些技术交织在一起很难分开,要掌握完整的学科知识,难度的确较大。在实际生产实践中,国外多采用专业分工与合作的方式进行。例如预制预应力混凝土房屋的设计应与预制工厂合作;现浇后张预应力混凝土房屋的设计应与后张技术专业公司合作进行设计。因此预应力混凝土的大学教材,都比较简单,着重于学习预应力混凝土的原理、基本概念与简单的设计计算方法及结构应用,使读者能获得一个对专业的完整的基本知识。因之对设计理论与计算方法力求简单、通俗易懂,而不过分追求精确,等效荷载平衡法,名义拉应力法的广泛应用亦就是这个道理。为了专业知识的普及与推广,也有必要进行知识的更新换代。 
       我国预应力混凝土的起步比西欧大约晚1 0 年,但由大规模建设的需要,不仅发展快,而且应用数量极为庞大。近十几年来,在应用高效预应力混凝土方面取得了较大的进展。各种桥梁结构的型式、跨径和施工方法都有了很大进步。预制预应力混凝土简支架的经济跨度:铁道桥架已扩大到40m;公路与城市桥梁扩大到50m;预应力混凝土连续钢构桥最大达270m;大跨度斜拉桥的跨径:预应力混凝土桥面的达432m(铜陵长江大桥),钢与混凝土结合桥面的最大达602m(杨浦大桥)。桥梁结构当前面临的问题主要是如何提高质量,特别是耐久性问题,而不再经济不经济、用与不用的问题了。高效预应力混凝土在房屋建筑中的应用由于房屋建筑本身的特殊性,目前仍处于由低强钢材向高强钢材、向高效预应力混凝土过渡的阶段,出现现浇后张热、预制先张冷的现象,发展很不平衡,前景也不太明朗。
2,预制预应力混凝土的发展
2.1,预制预应力混凝土标准构件
      国际上的预制标准构件,种类很多,但经多年实践和淘汰,认为用途广、经济性好的构件最主要的有多孔空心板和双T 扳两种,用于各类房屋的楼盖与屋盖。多孔空心板与实心板相比,可节约混凝土大约50%和钢材30%。过去150~200㎜厚的板主要用于6 - 12m 跨的预制或有现浇面层的叠合楼盖。
      用折线配筋先张法生产的双T 与单T 板是50 年代初期从美国开发出来长跨楼(屋)盖构件,双T 板常用跨度为10~25m,单T 板近年已少用。双T 板最初的截面宽仅1.22m,肋高0.46m。”以后随着生产技术和混凝土强度的提高,截面逐步加宽加高,以提高经济效率。到90 年代,最大截面加宽到3.66m,肋高加大到0.8m。当采用3.05m宽板代替2.44m 宽板时,由于工、料、搬运、安装等费用的节约,每办板造价可大约节约17%。这两种构件既能代替传统结构材料的大跨度楼(屋) 盖构件,又能充分发挥预制预应力混凝土的潜在优势,因此具有强大的生命力,在美、加、西欧、北欧各国久盛不衰。
2.2,预制装配式房屋结构有独特的设计建造原则
      预制装配式预应力混凝土房屋结构有它自身的规律性和特点,要求采用与现浇混凝土房屋结构不同的设计建造的原则。人们往往把预制装配式混凝土房屋误认为只是现浇房屋结构的另一种施工方法的替代产品,亦即预制意味着只是结构的一部分改在预制工厂生产,然后再运到施工现场进行安装,使得尽可能满足原来按现浇结构设计的要求。这种观点实际上是错误的,和一开始就考虑预制特点要求的预制方案相比,不仅设计质量差,还会给施工带来麻烦和困难,由于预制与现浇结构体系各有自身的特点,会或多或少地影响结构的平面布置、层高、稳定性和静力体系等等。为此,对预制房屋结构的设计,从一开始就应该根据结构的要求与特点,选用相应的预制结构体系方案。
      预制预应力房屋不一定全用预制,也可以用现浇混凝土作为梁、板、柱连续的接头或作为现浇面以减轻预制构件运输安装时的自重,这种预制与现浇相结合的所谓“半装配式”结构兼有预制与现浇两者的优点,基本上排除了两者的弱点, 避免了预制构件联结的困难,又不需要现饶的模板与支撑。过去许多个别设计的预制混凝土房屋或预制混凝土体系建筑之所以失败和被淘汰,其原因就在这里。
2.3,我国预制预应力混凝土的发展
      我国建工部门过去采用的以低强钢材为主筋的预制预应力构件,主要有三方面的用途。首先是用于单层工业厂房屋盖的屋架、屋面梁和大型屋面板,第二是用于城镇的多层住宅和农村房屋楼(屋)盖的短跨多孔空心板,第三是用于城市多层和高层住宅的小开间大板体系建筑的墙板和楼板。上述构件基本上都是从代用的角度发展起来的,例如以预制混凝土屋架代替钢屋架,以多孔空心板代替木楼盖,以解决钢材、木材供应的困难,并不能发挥预制预应力混凝土的潜力。
3,后张无粘结预应力混凝土造价偏高
3.l,预制与现浇、先张与后张各有合理应用范围
      近十几年来,现浇后张结构与单根钢绞线无粘结筋的应用已成为房建部门的热点。作为填补技术空白、追赶国际水平,无疑这是正确的、必要的,但现浇与预制、后张与先张结构、有粘结与无粘结筋的应用,各有利弊,各有合理应用范围。此外,用预制先张构件建造半装配式结构时, 就兼有预制与现浇、先张与后张的优点。基本上排除了现浇需要模板、预制构件连接困难的问题。
3.2,现浇无粘结双向平板是国际公认的最经济的大柱网楼板
      现浇无粘结预应力双向平板是美国针对多层、高层建筑中要求采用大柱网楼盖发展起来的。这种用单根张锚的无粘结钢绞线筋的主要优点在于吨位小,有利于在板类结构中分散布筋,也有利于增大预应力筋的偏心距与抗弯力臂;张拉设备轻,施工方便。
3.3,我国现浇无粘结平板价格高的原因和解决办法
      我国现浇后张无粘结双向平板造价偏贵的原因在于普通钢筋用量太多,而无粘结筋用量与国外相比差别不太大。普钢用量大大是由于对无粘结筋耐久性的担心,作为强度的第二道防线,因为现有工艺还不能完全满足全封闭防水的要求。当然,设计、施工缺乏经验、技术规章制度不全、缺少有效的监督管理体制等等也都是原因。
     要降低普通钢筋用量,一方面要投入力量认真解决单根钢绞线无粘结束成套装置的全封闭防水问题,包括张拉端和固定端锚具与束的全封闭连接做法和提高塑料套管的韧性与强度,并取用ф12.7㎜钢绞线代替十ф15.4㎜的钢绞线以减少在工程应用中来与束的间距;另一方面,要努力学习和掌握国外设计、施工技术和有关规章制度, 
     这些都是通过多次重复实验验证并经过长期实践的经验总结,可以直接套用,作到迎头赶上,从而避免“从零开始”、“前无古人”的大量重复劳动。这些困扰无粘结预应力筋的问题,应该都会很快得到解决,无粘结筋不仅会价廉物美地大量用于平板结构,也会较多应用于其他结构,代替传统的灌浆有料结后张预应力筋。
      预加应力的目的主要在于提高使用荷载下构件的性状。现代预应力混凝土构件的截面设计(包括截面形状、尺寸和预应力筋),国际上一般都是按使用荷载下混凝土与钢材应力不超过容许应力限值确定的。这些应力限值是材料实际强度的某一百分率。由于在使用荷载了混凝土和钢材的应力都相对较低,可以假定两者都具有弹性性能,因此应力的计算采用材料力学弹性计算公式是合乎逻辑的。尽管截面是以容许应力为基础确定的,但也要枚核有足够的极限强度,以及校核使用荷载下的构件挠度与抗裂性。如极限强度不足,可以增加普通钢筋弥补。预应力筋的初始张拉应力可按使用荷载下要求的总预加力,通过永存预应力(一般选用0.55~0.6fpu)反算来确定, 张拉应力值可造当调整以满足对摩擦损失和永存预应力的要求。上述分析,足以说明过去我国行之有效的材料。理论与技术已时过境迁,落后陈旧。为此,对过去围绕低强预应力钢材发展起来的预应力混凝土构件的设计理论、计算方法、计算公式、结构构造、生产工艺与施工技术都有必要知识更新、转变到后来用高强钢材的现代预应力混凝土的轨道上来。为此建设从知识更新、技术改造出发,吸收国际最新理论与技术成就,编写新的教科书,阐述现代预应力混凝土系统理论和世界公认的设计方法与计算方法;设计规范也要同步进行修改,解决公式多、符号多、规定多、概念少、理论少,以及计算烦琐,逻辑混乱,难以学习和掌握的问题,揭开预应力混凝土的神秘面纱,为普及学科知识、培养大批预应力结构专业人才创造条件。
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