工業(yè)廠房跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁研究應(yīng)用

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【摘要】隨著我國(guó)的高大建筑物數(shù)量快速增長(zhǎng)，有關(guān)工業(yè)廠房中大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁的研究必不可少，應(yīng)通過(guò)研究對(duì)工業(yè)廠房高大建筑物地體系結(jié)構(gòu)不斷地進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合安全、成本、適用性等多方面的因素改良建筑物的設(shè)計(jì)方案，最終做出適應(yīng)新時(shí)代科技發(fā)展的高大建筑物。本文針對(duì)工業(yè)廠房中大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力混凝土梁；高大模板支撐體系；預(yù)應(yīng)力損失

新中國(guó)成立之初，就開(kāi)始引進(jìn)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)工業(yè)廠房的一些重要結(jié)構(gòu)支架和其他建筑物的支撐構(gòu)架。在發(fā)展初期，由于技術(shù)的制約，生產(chǎn)的成本較高，這項(xiàng)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)沒(méi)有廣泛得到使用。隨著科技和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，大量高大建筑物如雨后春筍般涌現(xiàn)了出來(lái)，僅僅靠預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足生產(chǎn)力發(fā)展的需求，在這個(gè)時(shí)候，我國(guó)的高強(qiáng)鋼材得到了迅速發(fā)展，為高大建筑物奠定了基礎(chǔ)。

1.預(yù)應(yīng)力梁的相關(guān)研究

1.1預(yù)應(yīng)力梁的設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)工程中，設(shè)計(jì)梁時(shí)要在梁的剪彎段配置足夠的箍筋，必須保證試件梁在使用中受到的是彎曲破壞，而非剪切破壞。通過(guò)工程的實(shí)際使用可以發(fā)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力梁的主要性能受以下幾個(gè)因素作用影響：所使用的混凝土強(qiáng)度、工程中配筋率以及梁可承受的預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度等。因此，工程師在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力梁的相關(guān)研究中，這些因素都是需要重點(diǎn)考察的[1]。

1.2預(yù)應(yīng)力梁的制作原料及過(guò)程

預(yù)應(yīng)力梁是結(jié)構(gòu)工程中極為重要的一部分，好的預(yù)應(yīng)力梁離不開(kāi)其原材料的支撐。制作原材料主要有以下幾種：（1）細(xì)骨料：河沙是細(xì)骨料的首選，通常情況下河沙外形密度為2460kg/m3、堆存密度為1520kg/m3，顆粒級(jí)配屬于Ⅱ區(qū)中砂，符合JGJ52-92（指符合建工行業(yè)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法）的技術(shù)要求。（2）粗骨料：碎石是粗骨料的首選，最典型的為安徽廬江的，通常情況下外觀密度為2790kg/m3，堆存密度為1380kg/m3，檢測(cè)結(jié)果均符合JGJ53-92（指推薦類建筑工程技術(shù)規(guī)范）的技術(shù)要求。（3）水泥：采用東華水泥廠生產(chǎn)的P.Ⅱ52.5級(jí)（指強(qiáng)度較大的混凝土水泥）硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間為2h20min，終凝時(shí)間為3h5min，3天抗壓強(qiáng)度為32.7MP，28天抗壓強(qiáng)度為59.OMP，滿足GB/175-1999（符合國(guó)家對(duì)于水泥的安全性能和強(qiáng)度要求）的技術(shù)要求?，F(xiàn)階段，我國(guó)多數(shù)工程師在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力梁試驗(yàn)梁設(shè)計(jì)時(shí)，基本制作過(guò)程相同，首先，在試樣所需的鋼筋表面附上規(guī)格為2mm×2mm的測(cè)電阻芯片，為了讓實(shí)驗(yàn)得出的研究數(shù)據(jù)更加的直觀、可靠，需要進(jìn)行以下操作：（1）確定測(cè)電阻芯片在實(shí)驗(yàn)所需鋼筋上附著的具體位置，使用打磨工具將確定好的位置進(jìn)行打磨，初次拋光，再使用工程砂紙擦拭其確定位置的表面，進(jìn)行二次拋光，保證該位置的光滑程度，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差，最后用濕的丙酮試紙擦拭鋼筋表面，避免鋼筋表面的氧化物質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾；（2）用工程所用的膠水把將測(cè)電阻芯片粘連在（1）中以進(jìn)行打磨拋光的部位，再使用工程用線將粘連后的測(cè)電阻芯片與實(shí)驗(yàn)操作用的主體鋼筋相連接，減少實(shí)驗(yàn)中焊縫的空氣；（3）將測(cè)電阻芯片和工程用線在電路板上進(jìn)行焊接，焊接無(wú)誤后，對(duì)測(cè)電阻芯片進(jìn)行讀數(shù)；（4）在工程紗布表面刷一層防潮涂料，涂料風(fēng)干后將工程紗布均勻的包裹在處理后的測(cè)電阻芯片表面，在使用中在一些極端的惡劣環(huán)境中保護(hù)測(cè)電阻芯片的精確度不受影響，也是實(shí)驗(yàn)中減小誤差的方法之一；（5）工程在完成澆筑前，將緊挨著的測(cè)電阻芯片上的線扎成小束，再附在鋼筋的橫撐表面，避免線在澆筑時(shí)受到混凝土的干擾。

1.3預(yù)應(yīng)力梁受到破壞的研究分析

工程上經(jīng)常用變形程度來(lái)描述工件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，預(yù)應(yīng)力梁在使用過(guò)程中，受到載荷時(shí)，首先發(fā)生可逆的彈性變形，后當(dāng)承受載荷增大到預(yù)應(yīng)力梁極限載荷的0.4倍時(shí)，預(yù)應(yīng)力梁發(fā)生不可逆的塑性變形；隨后繼續(xù)增加預(yù)應(yīng)力梁的承受載荷，工件表面的變形程度越來(lái)越大，直至工件由于變形程度過(guò)大而斷裂。試驗(yàn)時(shí)采用的試件材料通常具有較高的強(qiáng)度和脆性，在試件即將由于承受過(guò)大載荷而斷裂的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)有較大的噪聲產(chǎn)生。因此，在實(shí)驗(yàn)中或者在其他的場(chǎng)合，可以在工件附近安裝一個(gè)聲控報(bào)警裝置，便于時(shí)刻監(jiān)控，防止留下安全隱患，避免突發(fā)意外出現(xiàn)。

2.預(yù)應(yīng)力梁延性性能分析

2.1延性的相關(guān)闡述

在工程研究當(dāng)中，關(guān)于延性的研究是十分重要的，因?yàn)楣ぜ难有钥陀^真實(shí)地反映了工件的最大承載能力。在工程實(shí)際應(yīng)用中，將工件的延性性能是否分布在整個(gè)工件中，可以分為工件整體的延性和工件部分的延性，但是，值得一提的是，工件整體的延性和工件部分的延性之間沒(méi)有直接影響的關(guān)系，在不同強(qiáng)度要求的工程當(dāng)中采用不同延性性能的工件。除了延性性能在整個(gè)工件中的分布之外，工件的延性還可以根據(jù)工件承受的載荷類型進(jìn)行分類。工件可能承受的載荷主要有靜力型分為靜力型延性和滯回型延性。從結(jié)構(gòu)和構(gòu)件所承受的荷載的性質(zhì)而言，可以將延性分為滯回延性和靜力延性。除此之外，工件的延性還受其制作材料的性能決定，材料的延性與構(gòu)件的延性成正相關(guān)（見(jiàn)圖1）。

2.2位移延性

位移延性系數(shù)是直觀描述工件延性大小的數(shù)據(jù)說(shuō)明，在實(shí)際工程計(jì)算當(dāng)中通常采用下式來(lái)進(jìn)行衡量：其中為屈服位移，為極限位移。對(duì)于大多數(shù)的預(yù)應(yīng)力梁而言，屈服位移和極限位移都可以通過(guò)F-D曲線中讀出在F-D曲線中能夠較好的得出，但是，有少數(shù)的預(yù)應(yīng)力梁難以從曲線中讀出屈服位移，因此，通過(guò)這種方式得出的位移延性系數(shù)會(huì)存在較大的誤差。

3.工業(yè)廠房中預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)工程施工

3.1預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)工程特點(diǎn)

在建筑工程上，不同的施工工程所用的混凝土也不盡相同，主要有全預(yù)應(yīng)力混凝土和部分預(yù)應(yīng)力混凝土這兩種當(dāng)所用的建筑物在承受大載荷的應(yīng)力時(shí)，其邊緣位置不能出現(xiàn)拉應(yīng)力時(shí)可使用全預(yù)應(yīng)力混凝土，可以保證在建筑使用過(guò)程中混凝土不會(huì)出現(xiàn)裂開(kāi)的情景，保證建筑的穩(wěn)定性和安全性[2]。部分預(yù)應(yīng)力混凝土在使用的過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)大載荷的應(yīng)力時(shí)，其邊緣位置會(huì)出現(xiàn)部分拉應(yīng)力。經(jīng)工程使用后發(fā)現(xiàn)全預(yù)應(yīng)力混凝土的穩(wěn)定性更好一些，但是因?yàn)椴糠诸A(yù)應(yīng)力混凝土具有價(jià)格低廉、綜合性能強(qiáng)的特點(diǎn)，在一些強(qiáng)度要求不高的建筑物中得到了廣泛使用，適用面十分廣泛[3]。

3.2預(yù)應(yīng)力損失的分析說(shuō)明

現(xiàn)階段的建筑物結(jié)構(gòu)工程中，預(yù)應(yīng)力損失有很多種，最普遍的就是錨具和鋼筋形變?cè)斐傻念A(yù)應(yīng)力損失，其次是混凝土在凝固時(shí)內(nèi)部收縮造成的預(yù)應(yīng)力損失。在實(shí)際的施工工程中，構(gòu)件中多發(fā)生張拉端錨具變形、鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失，很多施工工程中都存在這樣的問(wèn)題，因此，下面主要介紹錨具、鋼筋發(fā)生形變引起的預(yù)應(yīng)力損失。在構(gòu)件的張拉端，預(yù)應(yīng)力筋達(dá)到最大值，為保證構(gòu)件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要卸掉張拉設(shè)備構(gòu)件。之后構(gòu)件的錨具和鋼筋的預(yù)應(yīng)力筋會(huì)在回彈力的作用下發(fā)生收縮，從而造成鋼筋的緊繃程度大大降低，形成較低的構(gòu)件承載力。

3.3改善預(yù)應(yīng)力損失的相關(guān)措施

在建筑物的構(gòu)件中，錨具變形引起的損失對(duì)于構(gòu)件整體的預(yù)應(yīng)力損失影響非常大，當(dāng)錨具開(kāi)始變形之后，構(gòu)件的內(nèi)部錨具和內(nèi)壁之間的縫隙間隔會(huì)變大，造成構(gòu)件內(nèi)部松弛，從而引起預(yù)應(yīng)力損失。因此，在實(shí)際施工工程中，可以減少構(gòu)件內(nèi)部墊片的數(shù)量，最大限度地縮短裝配錨具之間的縫隙，從而改善預(yù)應(yīng)力損失。，保證建筑的穩(wěn)定性和安全性[2]。部分預(yù)應(yīng)力混凝土在使用的過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)大載荷的應(yīng)力時(shí)，其邊緣位置會(huì)出現(xiàn)部分拉應(yīng)力。經(jīng)工程使用后發(fā)現(xiàn)全預(yù)應(yīng)力混凝土的穩(wěn)定性更好一些，但是因?yàn)椴糠诸A(yù)應(yīng)力混凝土具有價(jià)格低廉、綜合性能強(qiáng)的特點(diǎn)，在一些強(qiáng)度要求不高的建筑物中得到了廣泛使用，適用面十分廣泛[3]。

3.2預(yù)應(yīng)力損失的分析說(shuō)明

現(xiàn)階段的建筑物結(jié)構(gòu)工程中，預(yù)應(yīng)力損失有很多種，最普遍的就是錨具和鋼筋形變?cè)斐傻念A(yù)應(yīng)力損失，其次是混凝土在凝固時(shí)內(nèi)部收縮造成的預(yù)應(yīng)力損失。在實(shí)際的施工工程中，構(gòu)件中多發(fā)生張拉端錨具變形、鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失，很多施工工程中都存在這樣的問(wèn)題，因此，下面主要介紹錨具、鋼筋發(fā)生形變引起的預(yù)應(yīng)力損失。在構(gòu)件的張拉端，預(yù)應(yīng)力筋達(dá)到最大值，為保證構(gòu)件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要卸掉張拉設(shè)備構(gòu)件。之后構(gòu)件的錨具和鋼筋的預(yù)應(yīng)力筋會(huì)在回彈力的作用下發(fā)生收縮，從而造成鋼筋的緊繃程度大大降低，形成較低的構(gòu)件承載力。

3.3改善預(yù)應(yīng)力損失的相關(guān)措施

在建筑物的構(gòu)件中，錨具變形引起的損失對(duì)于構(gòu)件整體的預(yù)應(yīng)力損失影響非常大，當(dāng)錨具開(kāi)始變形之后，構(gòu)件的內(nèi)部錨具和內(nèi)壁之間的縫隙間隔會(huì)變大，造成構(gòu)件內(nèi)部松弛，從而引起預(yù)應(yīng)力損失。因此，在實(shí)際施工工程中，可以減少構(gòu)件內(nèi)部墊片的數(shù)量，最大限度地縮短裝配錨具之間的縫隙，從而改善預(yù)應(yīng)力損失。

參考文獻(xiàn)

[1]馮大斌.混凝土及預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展研究明[J].施工技術(shù)，2007（3）.

[2]JGJ130-2001，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].

[3]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建質(zhì)【2006】第149號(hào)：“關(guān)于印發(fā)《模板支撐失穩(wěn)倒塌事故分析研討會(huì)會(huì)議紀(jì)要》的通知”[Z].

作者：歐興付 蘇洋 單位：信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司南京分公司