預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)前面臨的問題與對策

PAGEPAGE1預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)前面臨的問題與對策預(yù)應(yīng)力混凝土是在第二次世界大戰(zhàn)后迫切要求恢復(fù)戰(zhàn)爭創(chuàng)傷、從西歐迅速發(fā)展起來的。半個世紀(jì)以來,從理論、材料、工藝到土建工程的各種應(yīng)用,都取得了極其巨大的發(fā)展與成就。尤其是隨著部分預(yù)應(yīng)力概念的逐步成熟,突破了混凝土不得受拉與開裂的約束,大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍。目前預(yù)應(yīng)力混凝土已成為國內(nèi)外土建工程最主要的一種結(jié)構(gòu)材料,而且預(yù)應(yīng)力技術(shù)已擴(kuò)大應(yīng)用到型鋼、磚、石、木等各種結(jié)構(gòu)材料,并用以處理結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工中、用常規(guī)技術(shù)難以解決的各種疑難問題。關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)1前言預(yù)應(yīng)力混凝土是在第二次世界大戰(zhàn)后迫切要求恢復(fù)戰(zhàn)爭創(chuàng)傷、從西歐迅速發(fā)展起來的。半個世紀(jì)以來,從理論、材料、工藝到土建工程的各種應(yīng)用,都取得了極其巨大的發(fā)展與成就。尤其是隨著部分預(yù)應(yīng)力概念的逐步成熟,突破了混凝土不得受拉與開裂的約束,大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍。目前預(yù)應(yīng)力混凝土已成為國內(nèi)外土建工程最主要的一種結(jié)構(gòu)材料,而且預(yù)應(yīng)力技術(shù)已擴(kuò)大應(yīng)用到型鋼、磚、石、木等各種結(jié)構(gòu)材料,并用以處理結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工中、用常規(guī)技術(shù)難以解決的各種疑難問題。我國預(yù)應(yīng)力混凝土的起步比西歐大約晚10年,但由大規(guī)模建設(shè)的需要,不僅發(fā)展快,而且應(yīng)用數(shù)量極為龐大。據(jù)1995年的不完全統(tǒng)計:采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件建造的各種單層工業(yè)廠房總面積達(dá)10億㎡,建造的城鎮(zhèn)住宅和農(nóng)村房屋超過30億㎡,建造的40m跨徑以內(nèi)的鐵路橋梁達(dá)30000孔,新建的公路和城市橋梁中,20m跨以上的占到85%以上。上述成就既對我國過去幾個“五年計劃”的基本.建設(shè)作出了巨大貢獻(xiàn),又為國家節(jié)約了大量鋼、木材料。改革開放以來,我國高強(qiáng)鋼材生產(chǎn)好轉(zhuǎn),為發(fā)展高效預(yù)應(yīng)力混凝土追趕國際水平,創(chuàng)造了條件。近十幾年來,在應(yīng)用高效預(yù)應(yīng)力混凝土方面取得了較大的進(jìn)展。各種橋梁結(jié)構(gòu)的型式、跨徑和施工方法都有了很大進(jìn)步。預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土簡支架的經(jīng)濟(jì)跨度:鐵道橋架已擴(kuò)大到40m;公路與城市橋梁擴(kuò)大到50m;預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋最大達(dá)270m;大跨度斜拉橋的跨徑:預(yù)應(yīng)力混凝土橋面的達(dá)432m(銅陵長江大橋),鋼與混凝土結(jié)合橋面的最大達(dá)602m(楊浦大橋)。橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)前面臨的問題主要是如何提高質(zhì)量,特別是耐久性問題,而不再經(jīng)濟(jì)不經(jīng)濟(jì)、用與不用的問題了。高效預(yù)應(yīng)力混凝土在房屋建筑中的應(yīng)用由于房屋建筑本身的特殊性,目前仍處于由低強(qiáng)鋼材向高強(qiáng)鋼材、向高效預(yù)應(yīng)力混凝土過渡的階段,出現(xiàn)現(xiàn)澆后張熱、預(yù)制先張冷的現(xiàn)象,發(fā)展很不平衡,前景也不太明朗。2預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展為什么停滯不前和就地現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的建造方法相比,預(yù)制裝配是一種新的建造技術(shù)。這一新技術(shù)的真正突破是在二次大戰(zhàn)后的40年代后期,當(dāng)時西歐大量重建工作急需進(jìn)行,特別是住宅房屋和橋梁結(jié)構(gòu)。五十年來,預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在各國的發(fā)展不很平衡。總的來講,預(yù)制預(yù)應(yīng)力橋梁,由于經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢,已為世界各國普遍采用,即使是以鋼結(jié)構(gòu)為主的美國,50m以內(nèi)跨徑的預(yù)制預(yù)應(yīng)力橋,近年也已經(jīng)占到新建橋梁的50%以上,而鋼結(jié)構(gòu)的則下降到25%;預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土在房屋建筑中的優(yōu)勢不如橋梁結(jié)構(gòu)明顯,應(yīng)用可分為預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(如多孔空心板、雙T板等)的應(yīng)用和預(yù)制體系房屋建筑中的應(yīng)用兩個方面。2.1預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件國際上的預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件,種類很多,但經(jīng)多年實(shí)踐和淘汰,認(rèn)為用途廣、經(jīng)濟(jì)性好的構(gòu)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(shí)心板相比,可節(jié)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(yù)制或有現(xiàn)澆面層的迭合樓蓋。目前北歐和西歐在辦公或其他類似房屋中,厚400mm的多孔空心板已用到17m跨、厚500㎜的板已用到2lm跨,跨高比l/h=42,是非常薄的樓蓋。采用纖維高性能高強(qiáng)混凝土和密肋形式截面,北歐已生產(chǎn)出板厚儀為20㎜,跨度達(dá)6~30m的輕型屋蓋板,板目重僅100~200kg/㎡.用折線配筋先張法生產(chǎn)的雙T與單T板是50年代初期從美國開發(fā)出來長跨樓(屋)蓋構(gòu)件,雙T板常用跨度為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.“以后隨著生產(chǎn)技術(shù)和混凝土強(qiáng)度的提高,截面逐步加寬加高,以提高經(jīng)濟(jì)效率。到90年代,最大截面加寬到3.66m,肋高加大到0.80m.當(dāng)采用3.05m寬板代替2.44m寬板時,由于工、料、搬運(yùn)、安裝等費(fèi)用的節(jié)約,每辦板造價可大約節(jié)約17%.這兩種構(gòu)件既能代替?zhèn)鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的大跨度樓(屋)蓋構(gòu)件,又能充分發(fā)揮預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土的潛在優(yōu)勢,因此具有強(qiáng)大的生命力,在美、加、西歐、北歐各國久盛不衰。2.2預(yù)制裝配式房屋結(jié)構(gòu)有獨(dú)特的設(shè)計建造原則預(yù)制裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土房屋結(jié)構(gòu)有它自身的規(guī)律性和特點(diǎn),要求采用與現(xiàn)澆混凝土房屋結(jié)構(gòu)不同的設(shè)計建造的原則。人們往往把預(yù)制裝配式混凝土房屋誤認(rèn)為只是現(xiàn)澆房屋結(jié)構(gòu)的另一種施工方法的替代產(chǎn)品,亦即預(yù)制意味著只是結(jié)構(gòu)的一部分改在預(yù)制工廠生產(chǎn),然后再運(yùn)到施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝,使得盡可能滿足原來按現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求。這種觀點(diǎn)實(shí)際上是錯誤的,和一開始就考慮預(yù)制特點(diǎn)要求的預(yù)制方案相比,不僅設(shè)計質(zhì)量差,還會給施工帶來麻煩和困難,由于預(yù)制與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系各有自身的特點(diǎn),會或多或少地影響結(jié)構(gòu)的平面布置、層高、穩(wěn)定性和靜力體系等等。為此,對預(yù)制房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計,從一開始就應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求與特點(diǎn),選用相應(yīng)的預(yù)制結(jié)構(gòu)體系方案。預(yù)制預(yù)應(yīng)力房屋不一定全用預(yù)制,也可以用現(xiàn)澆混凝土作為梁、板、柱連續(xù)的接頭或作為現(xiàn)澆面以減輕預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸安裝時的自重,這種預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合的所謂“半裝配式”結(jié)構(gòu)兼有預(yù)制與現(xiàn)澆兩者的優(yōu)點(diǎn),基本上排除了兩者的弱點(diǎn),避免了預(yù)制構(gòu)件連結(jié)的困難,又不需要現(xiàn)饒的模板與支撐。過去許多個別設(shè)計的預(yù)制混凝土房屋或預(yù)制混凝土體系建筑之所以失敗和被淘汰,其原因就在這里。為了對預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土房屋建筑的設(shè)計提供幫助,國際上的一些學(xué)術(shù)團(tuán)體,如FIP(國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會)、PCI(美國預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會)等都編制有專門的設(shè)計手冊;一些標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的生產(chǎn)廠,也都編制有專用的設(shè)計手冊,作為設(shè)計參考之用。2.3我國預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展為什么衰落我國建工部門過去采用的以低強(qiáng)鋼材為主筋的預(yù)制預(yù)應(yīng)力構(gòu)件,主要有三方面的用途。首先是用于單層工業(yè)廠房屋蓋的屋架、屋面梁和大型屋面板,第二是用于城鎮(zhèn)的多層住宅和農(nóng)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筑的墻板和樓板。上述構(gòu)件基本上都是從代用的角度發(fā)展起來的,例如以預(yù)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(yīng)的困難,并不能發(fā)揮預(yù)制預(yù)應(yīng)