预应力技术在建筑工程领域中的应用

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  摘 要:预应力技术能够提高建筑质量和安全性能,而获得了广泛的应用。本文结合预应力技术,论述了预应力技术的分类、各种预应力的区别以及预应力技术在实际建筑工程中的运用,并指出了未来可能的发展方向,希望本文的研究能够为拓展预应力技术的工程应用提供理论指导。
  关键词:预应力技术; 建筑工程; 技术应用与发展
  1  引言
  预应力技术是近年来发展起来的一种广泛应用于钢筋缓凝土框架结构施工的现代建筑技术,能够提高建筑质量和安全性能,而获得了广泛的应用[1]。预应力技术经历了由采用粘结预应力到预应力混凝土组合形式发展的过程,耐冲击性能越来越强,不仅能够有效提高建筑结构的稳定性,还能节省建筑用料,对于提高建筑效益具有积极的意义。
  2  预应力技术总论
  预应力技术分为预张法预应力技术和后张法预应力技术。预张法预应力技术是指通过后座的支撑或模板将预应力筋张拉,然后绑筋浇筑混凝土的方法。当混凝土达到强度后,预应力筋释放,对构件混凝土施加预应力。该技术目前在构件厂用于生产预制预应力混凝土构件。后张预应力技术是将预应力管埋设或在构件截面上安装无粘结、缓粘结的预应力筋,然后浇筑混凝土的一种方法。构件或结构混凝土达到强度后,直接在结构上张拉预应力筋,对混凝土施加预应力。后张拉方法可以通过粘接、非粘接和延迟粘接技术实现,也可以通过外部预应力技术实现。为充分发挥预应力技术高效的特点,可采用强度在1860MPa以上的预应力筋。初始应力可以通过张拉来确定。预应力筋设计强度可达1000MPa甚至1320Mpa[2]。该技术可以显著节省材料,提高结构性能,减少结构挠度,控制结构裂缝,延长结构寿命。预应力技术主要包括材料、预应力计算与设计技术、安装与张拉技术、预应力筋和锚头保护技术。
  3  各种预应力的区别
  预应力是为了提高结构的使用性能,在施工期间向结构施加预压应力,结构使用期间的预压应力可以完全或部分抵消拉应力所造成的荷载,避免结构损伤。
  一般预应力有外部预应力和内部预应力之分。外部预应力结构与内部预应力结构的根本区别在于,预应力筋位于混凝土结构的外部,只能在锚碇和转弯块处与结构连接。因此,外拉索的应力由结构的整体变形决定;在内部有粘结预应力结构中,力杆位于混凝土结构内部,与结构完全粘结,与结构在任意截面上的变形协调,因此力杆的应力与某一混凝土截面密切相关。在承载动荷载的体外预应力结构设计中,必须考虑外筋与结构是独立振动的,应防止两者之间的共振。此外,当外预应力筋在动荷载作用下(如车辆等)发生共振时,容易发生锚固疲劳破坏和转向构件预应力筋的弯曲疲劳破坏。在震区,必须采取相应的措施来提高体外预应力结构的抗震性能。
  4  预应力技术的运用
  4.1 在预应力平板结构中的运用
  在传统的普通钢筋混凝土梁板结构体系中,柱间和隔墙下都要设置框架梁和次梁,这就不可避免地导致了室内明梁的纵横交错,降低了楼板的有效高度。由于内梁的存在,限制了隔墙布置的随意性。如果在楼盖体系设计中采用预应力板结构,上述问题很容易得到解决。
  这种结构的优点主要有:(1)对于有地下室的大型建筑物或高层建筑,减少地下室的深度和基坑开挖都是有益的,地下室常被用作车库或商场。底板和顶板可制成预应力板,从而混凝土外墙的消耗量减少,以降低成本。(2)对于跨度6-9M的楼盖体系,有利于增加楼盖间隙高度或降低楼盖高度,如果采用普通钢筋混凝土梁板结构,梁板间隙需占700-1000mm。如果采用预应力楼板,则取消室内开敞梁,楼板厚度为180-200mm,每层楼层高可降低500mm以上。预应力楼板易于适应使用的变化,隔墙可设置在任意位置。(3)预应力板的隔断墙可任意间距,解决了因各层布置不同而引起的普通梁板结构设计与使用之间的矛盾。(4)它有优越的抗裂性,减少钢筋的数量,减少了成本结构的预应力混凝土结构,预应力钢筋可以产生一个向上的等效负荷和一个轴向压力板,板的刚度增加,挠度大大降低,抗裂性也大大提高。
  4.2 在有梁大板框结构中的运用
  有梁大板结构是指梁置于柱间,隔墙设置在大板上的结构体系盘子。这个结构与板式结构有许多相似之处,柱间距比较大,因为消除了二次结构梁,避免了次梁内部复杂,内部良好,增加净空,抗裂,节省材料,节省模板和人工拆除,施工快捷等优点。如果将大板与预应力宽扁梁一起使用,可以大大降低高度或提高高度。由于该结构也采用开敞式梁,该结构仍为框架或剪力墙结构,可用于不适合高层建筑或抗震设防烈度较大的平面结构中。
  有梁大板框结构适用于住宅、办公楼,尤其是住宅楼,无次梁,既避免了室内次梁景观的丑陋,又有利于居民自行隔断房间,达到不同的功能。即使换了新住户,房子装修时,房间还是可以自己装修的。近年来,我国高层建筑发展迅速,多为多功能、综合性建筑,需要公共设施大柱网,下部空间大。从压力的角度来看,这是不合理的。解决这一矛盾最常见的方法是设置结构转换层。预应力技术具有减小截面尺寸、控制裂缝和挠度、控制施工过程中的裂缝、减轻支架负担等诸多结构和施工优势。只要预应力程度合适,结构处理得当,就可以保证预应力结构的抗震性能。由于转换构件的尺寸减小,也有利于抗震。
  4.3 在转换层结构中的运用
  近年来,我国高层建筑发展迅速,多为多功能、综合型建筑,需要大柱网、下部大空间的公共设施。从结构计算的角度来看,这是不合理的。解决这一矛盾最常用的方法是设置结构转换层。随着预应力技术的逐渐成熟,预应力材料和施工成本不断下降,即采用材料强替代的概念对预应力混凝土结构和钢筋混凝土结构进行经济比较。在许多情况下,后者并不比前者更经济。因此,预应力技术越来越多的用于传输层的高层建筑结构。在中国,和大多数的传输层结构形式已经成功地使用了预应力技术:例如,一栋建筑位于一个8度抗震设防区域的高度64.2米了预应力转换梁跨越2-4层高度为4800毫米;某建筑,地上52层,地下2层,6层预应力厚度2000mm,超高层建筑转换层采用楼板和3500×3200mm隐梁;另一个建筑是由九座塔,塔约60米,塔扭转是48度,上下兩层交错,和不规则的梯形预应力厚板厚度为970mm,长度为140m,宽40m-70m作为传输层的多塔高层建筑。预应力技术在结构和施工中具有减小截面尺寸、控制裂缝和挠度、在施工阶段控制裂缝、减轻支护负担等优点。只要预应力强度合适,结构处理得当,就可以保证预应力结构的抗震性能。它也有利于地震抗力,因为减少了转移构件的尺寸。
  5  结论
  本文结合预应力技术,论述了预应力技术的分类、各种预应力的区别以及预应力技术在实际建筑工程中的运用。在作者看来,预应力技术具有巨大的发展潜力,将来随着计算机辅助设计技术的广泛应用,以及计算能力的提升,预应力的计算会更加精确,对预应力在建筑结构中的作用和影响因素会掌握得更清楚,通过预应力技术提高建筑质量会获得更大的提升。
  参考文献
  [1] 陆燕燕. 预应力技术在建筑工程中的应用[J]. 科学与财富, 2013(6):355-355.
  [2] 李娜. 试述预应力技术在建筑工程中的应用[J]. 科学与财富, 2013(2):179-179.
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