工業(yè)廠房中大跨度預應力混凝土梁的研究與應用

歐興付 蘇洋

新中國成立之初，就開始引進預應力混凝土技術，廣泛應用于生產(chǎn)工業(yè)廠房的一些重要結構支架和其他建筑物的支撐構架。在發(fā)展初期，由于技術的制約，生產(chǎn)的成本較高，這項預應力混凝土技術沒有廣泛得到使用。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，僅僅靠預應力混凝土技術已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)力發(fā)展的需求，在這個時候，我國的高強鋼材得到了迅速發(fā)展，為高大建筑物奠定了基礎。

1.預應力梁的相關研究

1.1 預應力梁的設計

在結構工程中，設計梁時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。通過工程的實際使用可以發(fā)現(xiàn)，預應力梁的主要性能受以下幾個因素作用影響：所使用的混凝土強度、工程中配筋率以及梁可承受的預應力強度等。因此，工程師在進行預應力梁的相關研究中，這些因素都是需要重點考察的[1]。

1.2 預應力梁的制作原料及過程

預應力梁是結構工程中極為重要的一部分，好的預應力梁離不開其原材料的支撐。制作原材料主要有以下幾種：（1）細骨料：河沙是細骨料的首選，通常情況下河沙外形密度為2460 kg/m3、堆存密度為1520 kg/m3，顆粒級配屬于Ⅱ區(qū)中砂，符合JGJ52-92（指符合建工行業(yè)建設標準，普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法）的技術要求。（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2790 kg/m3，堆存密度為1380 kg/m3，檢測結果均符合JGJ53-92（指推薦類建筑工程技術規(guī)范）的技術要求。（3）水泥：采用東華水泥廠生產(chǎn)的P.Ⅱ52.5級（指強度較大的混凝土水泥）硅酸鹽水泥，初凝時間為2h20min，終凝時間為3h5min，3天抗壓強度為32.7MPa，28天抗壓強度為59.OMPa，滿足GB/175-1999（符合國家對于水泥的安全性能和強度要求）的技術要求。

現(xiàn)階段，我國多數(shù)工程師在進行預應力梁試驗梁設計時，基本制作過程相同，首先，在試樣所需的鋼筋表面附上規(guī)格為2mm×2mm的測電阻芯片，為了讓實驗得出的研究數(shù)據(jù)更加的直觀、可靠，需要進行以下操作：（1）確定測電阻芯片在實驗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，進行二次拋光，保證該位置的光滑程度，從而減小實驗誤差，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對實驗結果造成干擾；（2）用工程所用的膠水把將測電阻芯片粘連在（1）中以進行打磨拋光的部位，再使用工程用線將粘連后的測電阻芯片與實驗操作用的主體鋼筋相連接，減少實驗中焊縫的空氣；（3）將測電阻芯片和工程用線在電路板上進行焊接，焊接無誤后，對測電阻芯片進行讀數(shù)；（4）在工程紗布表面刷一層防潮涂料，涂料風干后將工程紗布均勻的包裹在處理后的測電阻芯片表面，在使用中在一些極端的惡劣環(huán)境中保護測電阻芯片的精確度不受影響，也是實驗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，避免線在澆筑時受到混凝土的干擾。

1.3 預應力梁受到破壞的研究分析

工程上經(jīng)常用變形程度來描述工件的結構穩(wěn)定性，預應力梁在使用過程中，受到載荷時，首先發(fā)生可逆的彈性變形，后當承受載荷增大到預應力梁極限載荷的0.4倍時，預應力梁發(fā)生不可逆的塑性變形；隨后繼續(xù)增加預應力梁的承受載荷，工件表面的變形程度越來越大，直至工件由于變形程度過大而斷裂。試驗時采用的試件材料通常具有較高的強度和脆性，在試件即將由于承受過大載荷而斷裂的時候，經(jīng)常會有較大的噪聲產(chǎn)生。因此，在實驗中或者在其他的場合，可以在工件附近安裝一個聲控報警裝置，便于時刻監(jiān)控，防止留下安全隱患，避免突發(fā)意外出現(xiàn)。

2.預應力梁延性性能分析

2.1 延性的相關闡述

在工程研究當中，關于延性的研究是十分重要的，因為工件的延性客觀真實地反映了工件的最大承載能力。

在工程實際應用中，將工件的延性性能是否分布在整個工件中，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有直接影響的關系，在不同強度要求的工程當中采用不同延性性能的工件。

除了延性性能在整個工件中的分布之外，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。從結構和構件所承受的荷載的性質而言，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，材料的延性與構件的延性成正相關（見圖1）。

圖1 兩類載荷—變形曲線

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)說明，在實際工程計算當中通常采用下式來進行衡量：

3.工業(yè)廠房中預應力結構工程施工

3.1 預應力結構工程特點

在建筑工程上，不同的施工工程所用的混凝土也不盡相同，主要有全預應力混凝土和部分預應力混凝土這兩種

當所用的建筑物在承受大載荷的應力時，其邊緣位置不能出現(xiàn)拉應力時可使用全預應力混凝土，可以保證在建筑使用過程中混凝土不會出現(xiàn)裂開的情景，保證建筑的穩(wěn)定性和安全性[2]。部分預應力混凝土在使用的過程中，當出現(xiàn)大載荷的應力時，其邊緣位置會出現(xiàn)部分拉應力。經(jīng)工程使用后發(fā)現(xiàn)全預應力混凝土的穩(wěn)定性更好一些，但是因為部分預應力混凝土具有價格低廉、綜合性能強的特點，在一些強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 預應力損失的分析說明

現(xiàn)階段的建筑物結構工程中，預應力損失有很多種，最普遍的就是錨具和鋼筋形變造成的預應力損失，其次是混凝土在凝固時內部收縮造成的預應力損失。在實際的施工工程中，構件中多發(fā)生張拉端錨具變形、鋼筋松弛引起的預應力損失，很多施工工程中都存在這樣的問題，因此，下面主要介紹錨具、鋼筋發(fā)生形變引起的預應力損失。

在構件的張拉端，預應力筋達到最大值，為保證構件結構穩(wěn)定性，需要卸掉張拉設備構件。之后構件的錨具和鋼筋的預應力筋會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，形成較低的構件承載力。

3.3 改善預應力損失的相關措施

在建筑物的構件中，錨具變形引起的損失對于構件整體的預應力損失影響非常大，當錨具開始變形之后，構件的內部錨具和內壁之間的縫隙間隔會變大，造成構件內部松弛，從而引起預應力損失。因此，在實際施工工程中，可以減少構件內部墊片的數(shù)量，最大限度地縮短裝配錨具之間的縫隙，從而改善預應力損失。