預(yù)應(yīng)力預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)

倪韻言

【摘要】作為國(guó)內(nèi)一種新型的施工技術(shù)，預(yù)應(yīng)力預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)值得進(jìn)行大力推廣，因此本文結(jié)合實(shí)際探討了該結(jié)構(gòu)形式的組成、抗震性能、力學(xué)原理等方面。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力;混凝土;結(jié)構(gòu);裝配式;抗震性能;施工

由于近年來(lái)我國(guó)建筑業(yè)提出了住宅工業(yè)化和建筑工業(yè)化的目標(biāo)，現(xiàn)階段在我國(guó)建筑業(yè)中廣泛使用的現(xiàn)澆混凝土已與國(guó)家節(jié)能環(huán)保掛鉤。具有生產(chǎn)效率不高，環(huán)境污染嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)不必要支出過多的缺點(diǎn)。相反，裝配式結(jié)構(gòu)可以把結(jié)構(gòu)提前在工廠預(yù)制，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)組裝，以促進(jìn)房屋的工業(yè)化，并使得建筑在節(jié)能方面和結(jié)構(gòu)性能方面得到明顯提高，減少能源和資源的浪費(fèi)與建筑廢料和環(huán)境的不利影響。將對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的限制減少到最低限度。經(jīng)過數(shù)十年的國(guó)內(nèi)外研究和推廣，現(xiàn)有多種類型的預(yù)制結(jié)構(gòu)和預(yù)制結(jié)構(gòu)，預(yù)制的預(yù)應(yīng)力裝配結(jié)構(gòu)就是其中之一。基于此，本文將從預(yù)應(yīng)力預(yù)制裝配混凝土框架結(jié)構(gòu)入手，具體分析其力學(xué)分析、效益估測(cè)等方面來(lái)展開對(duì)預(yù)應(yīng)力預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)的介紹。

1、結(jié)構(gòu)介紹

預(yù)應(yīng)力預(yù)制裝配整體式混凝土框架的結(jié)構(gòu)體系主要是預(yù)制柱、后張預(yù)應(yīng)力疊合梁和現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)。其中，預(yù)制框架柱的豎向鋼筋通過注漿套管連接。彎曲的波紋管埋入預(yù)制的組合梁中，通過現(xiàn)澆混凝土使梁柱節(jié)點(diǎn)連接。最后，將預(yù)應(yīng)力桿穿過預(yù)應(yīng)力桿，拉緊并灌漿。借助壓力使整體的預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)體系組裝完成。

在該系統(tǒng)中，預(yù)應(yīng)力筋通過梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域連續(xù)布置。在節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)，在距梁端梁高度1倍的范圍內(nèi)，預(yù)應(yīng)力筋布置在梁段的上部，并成一直線排列而沒有粘結(jié)。在框架梁的其余部分中，部分預(yù)應(yīng)力筋的布置具有粘結(jié)曲線，并位于跨度中間的梁截面的下部附近。這種后張，連續(xù)且部分粘結(jié)的彎曲預(yù)應(yīng)力筋的使用不僅可以防止預(yù)應(yīng)力筋提前在框架梁末端的塑料鉸鏈的復(fù)雜區(qū)域中屈服，而且還符合機(jī)械性能預(yù)制梁，可以改善結(jié)構(gòu)完整性。

2、抗震性能

因?yàn)榫哂袃?yōu)越的經(jīng)濟(jì)效益，環(huán)境優(yōu)勢(shì)和良好的結(jié)構(gòu)性能，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)得到越來(lái)越普遍的使用。但是，我國(guó)建筑的工業(yè)化水平相對(duì)較低。即使符合了工業(yè)生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)形式，預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的技術(shù)仍然落后。 因此，為了更好地發(fā)展國(guó)產(chǎn)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，對(duì)結(jié)構(gòu)體系擁有更細(xì)致的了解，創(chuàng)新節(jié)點(diǎn)的形式，提高結(jié)構(gòu)性能尤為重要。

在防震設(shè)防地區(qū)使用的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)通常有兩種類型：組裝的整體結(jié)構(gòu)和新的延性連接預(yù)制結(jié)構(gòu)。組裝的整體結(jié)構(gòu)是目前研究最多，使用最廣泛的預(yù)制結(jié)構(gòu)形式，是預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土的結(jié)合，集合了預(yù)制結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)場(chǎng)仍存在濕作業(yè)，地震后存在變形大，維修困難，成本高的問題。新型延性預(yù)制結(jié)構(gòu)主要通過預(yù)應(yīng)力筋連接，帶來(lái)了不少益處。它不僅節(jié)省成本，提高生產(chǎn)效率，而且大大減少了結(jié)構(gòu)殘余變形。這種結(jié)構(gòu)的損壞主要集中在節(jié)點(diǎn)上，并且組件受到輕微損壞，地震后可以快速修復(fù)。

新型的預(yù)應(yīng)力自復(fù)位框架結(jié)構(gòu)在上述方面取得了新的進(jìn)展。 結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)中的角鋼用作耗能元件，在加載過程中可以部分抵抗剪切和彎矩。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)在整個(gè)應(yīng)力過程中將后張預(yù)應(yīng)力鋼絞線保持在彈性狀態(tài)。 預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)在加載過程中具有足夠的恢復(fù)力，推動(dòng)結(jié)構(gòu)自行復(fù)位，從而使鋼絞線的張力可以使梁和柱的開口之間的間隙閉合， 自復(fù)位耗能的預(yù)制鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)通過后張預(yù)應(yīng)力鋼絞線提供的恢復(fù)力來(lái)實(shí)現(xiàn)自復(fù)位能力。

3、力學(xué)分析

加載初期，預(yù)應(yīng)力預(yù)制裝配式框架的受力筋應(yīng)變呈線性變化，試件基本處于彈性階段，卸載后殘余變形很小。

加載中期，隨著荷載不斷增加，裂縫數(shù)量、長(zhǎng)度、寬度不斷增加，試件卸載后殘余變形逐漸增大，具有明顯的非線性彈塑性變形性質(zhì)。

加載后期，裂縫寬度進(jìn)一步增大，但裂縫數(shù)量未明顯增多，卸載后殘余變形有明顯增大。

預(yù)應(yīng)力預(yù)制框架的損壞主要集中在角鋼上。通過角鋼元件，可以為接頭提供一定的能量消耗。因此，在地震后更換角鋼可以提高甚至恢復(fù)接頭的抗震性能。此外，梁中未粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力筋的存在顯著延遲了構(gòu)件裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。同時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋的回彈效應(yīng)極大的降低了框架的殘余變形。

4、存在問題

目前，各國(guó)對(duì)預(yù)制裝配式建筑進(jìn)行了一系列研究，并取得了一定的成果，但是仍然存在一些亟待解決的問題：

（1）預(yù)制框架的能耗能力不足。盡管預(yù)制框架結(jié)構(gòu)可以提高施工效率并縮短周期，但先前的研究發(fā)現(xiàn)，地震荷載下預(yù)制框架節(jié)點(diǎn)的能耗要比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)低，甚至有能源消耗嚴(yán)重不足的現(xiàn)象。

（2）許多耗能設(shè)備或耗能部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，往往難以滿足，盡管受力分析清晰，卻難以應(yīng)用于工程。

5、結(jié)構(gòu)效益分析及未來(lái)前景

預(yù)應(yīng)力技術(shù)與預(yù)制技術(shù)兩者共同造就了預(yù)制組裝的整體式預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，可以使大跨度框架結(jié)構(gòu)中混凝土梁過高的問題得到解決。在使用凈高的時(shí)，建筑設(shè)計(jì)也能獲得更多選擇余地，擁有靈活性更大的柱網(wǎng)空間，從而創(chuàng)造更舒適的使用體驗(yàn);此外，預(yù)制梁過大的這一難點(diǎn)也可以通過預(yù)應(yīng)力技術(shù)得到解決，使預(yù)制施工技術(shù)獲得進(jìn)一步應(yīng)用。根據(jù)計(jì)算，與類似的框架結(jié)構(gòu)相比，該系統(tǒng)可節(jié)省約8%的建筑成本。

近年來(lái)，隨著國(guó)家重視和推廣裝配式建筑，裝配式建筑的發(fā)展已經(jīng)取得了顯著成績(jī)。但是，與國(guó)外相比，我國(guó)在預(yù)制建筑物的發(fā)展上仍然落后。除去相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的不完善，還需要深入研究和深入研究許多特性和建筑技術(shù)，而且還表現(xiàn)在實(shí)際建造和使用的預(yù)制建筑物所占比例很小。然而，近年來(lái)許多學(xué)者致力于對(duì)創(chuàng)新節(jié)點(diǎn)能量消耗裝置的研究，以期提高預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能。另外，國(guó)內(nèi)外也有越來(lái)越多的法規(guī)文件出臺(tái)，相信在不久的將來(lái)，預(yù)應(yīng)力預(yù)制構(gòu)件會(huì)因其出色的性能在我國(guó)建筑市場(chǎng)中占有更多的比例。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭江培.預(yù)應(yīng)力預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能試驗(yàn)研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2019.

[2]廖顯東，劉亞男，胡翔，薛偉辰.新型裝配整體式預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)體系建造關(guān)鍵技術(shù)[J].施工技術(shù)，2018，47（12）：67-70+99.

[3]黃燦靈. 預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式框架結(jié)構(gòu)（世構(gòu)體系）抗震性能研究[D].福州大學(xué)，2017.

[4]蔡建國(guó)，馮健，王贊，朱洪進(jìn).預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式框架抗震性能研究[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，48（02）：136-140.

[5]李振寶，韓建強(qiáng).預(yù)應(yīng)力裝配混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究[J].三明學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，25（04）：361-367.

[6]周文軍.預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式房屋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用[J].彭城職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（02）：6-8.