工业厂房跨度预应力混凝土梁研究应用

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【摘要】随着我国的高大建筑物数量快速增长，有关工业厂房中大跨度预应力混凝土梁的研究必不可少，应通过研究对工业厂房高大建筑物地体系结构不断地进行优化，结合安全、成本、适用性等多方面的因素改良建筑物的设计方案，最终做出适应新时代科技发展的高大建筑物。本文针对工业厂房中大跨度预应力混凝土梁的应用进行了研究。

【关键词】预应力混凝土梁；高大模板支撑体系；预应力损失

新中国成立之初，就开始引进预应力混凝土技术，广泛应用于生产工业厂房的一些重要结构支架和其他建筑物的支撑构架。在发展初期，由于技术的制约，生产的成本较高，这项预应力混凝土技术没有广泛得到使用。随着科技和生产的不断发展，大量高大建筑物如雨后春笋般涌现了出来，仅仅靠预应力混凝土技术已经无法满足生产力发展的需求，在这个时候，我国的高强钢材得到了迅速发展，为高大建筑物奠定了基础。

1.预应力梁的相关研究

1.1预应力梁的设计

在结构工程中，设计梁时要在梁的剪弯段配置足够的箍筋，必须保证试件梁在使用中受到的是弯曲破坏，而非剪切破坏。通过工程的实际使用可以发现，预应力梁的主要性能受以下几个因素作用影响：所使用的混凝土强度、工程中配筋率以及梁可承受的预应力强度等。因此，工程师在进行预应力梁的相关研究中，这些因素都是需要重点考察的[1]。

1.2预应力梁的制作原料及过程

预应力梁是结构工程中极为重要的一部分，好的预应力梁离不开其原材料的支撑。制作原材料主要有以下几种：（1）细骨料：河沙是细骨料的首选，通常情况下河沙外形密度为2460kg/m3、堆存密度为1520kg/m3，颗粒级配属于Ⅱ区中砂，符合JGJ52-92（指符合建工行业建设标准，普通混凝土用砂质量标准及检验方法）的技术要求。（2）粗骨料：碎石是粗骨料的首选，最典型的为安徽庐江的，通常情况下外观密度为2790kg/m3，堆存密度为1380kg/m3，检测结果均符合JGJ53-92（指推荐类建筑工程技术规范）的技术要求。（3）水泥：采用东华水泥厂生产的P.Ⅱ52.5级（指强度较大的混凝土水泥）硅酸盐水泥，初凝时间为2h20min，终凝时间为3h5min，3天抗压强度为32.7MP，28天抗压强度为59.OMP，满足GB/175-1999（符合国家对于水泥的安全性能和强度要求）的技术要求。现阶段，我国多数工程师在进行预应力梁试验梁设计时，基本制作过程相同，首先，在试样所需的钢筋表面附上规格为2mm×2mm的测电阻芯片，为了让实验得出的研究数据更加的直观、可靠，需要进行以下操作：（1）确定测电阻芯片在实验所需钢筋上附着的具体位置，使用打磨工具将确定好的位置进行打磨，初次抛光，再使用工程砂纸擦拭其确定位置的表面，进行二次抛光，保证该位置的光滑程度，从而减小实验误差，最后用湿的丙酮试纸擦拭钢筋表面，避免钢筋表面的氧化物质对实验结果造成干扰；（2）用工程所用的胶水把将测电阻芯片粘连在（1）中以进行打磨抛光的部位，再使用工程用线将粘连后的测电阻芯片与实验操作用的主体钢筋相连接，减少实验中焊缝的空气；（3）将测电阻芯片和工程用线在电路板上进行焊接，焊接无误后，对测电阻芯片进行读数；（4）在工程纱布表面刷一层防潮涂料，涂料风干后将工程纱布均匀的包裹在处理后的测电阻芯片表面，在使用中在一些极端的恶劣环境中保护测电阻芯片的精确度不受影响，也是实验中减小误差的方法之一；（5）工程在完成浇筑前，将紧挨着的测电阻芯片上的线扎成小束，再附在钢筋的横撑表面，避免线在浇筑时受到混凝土的干扰。

1.3预应力梁受到破坏的研究分析

工程上经常用变形程度来描述工件的结构稳定性，预应力梁在使用过程中，受到载荷时，首先发生可逆的弹性变形，后当承受载荷增大到预应力梁极限载荷的0.4倍时，预应力梁发生不可逆的塑性变形；随后继续增加预应力梁的承受载荷，工件表面的变形程度越来越大，直至工件由于变形程度过大而断裂。试验时采用的试件材料通常具有较高的强度和脆性，在试件即将由于承受过大载荷而断裂的时候，经常会有较大的噪声产生。因此，在实验中或者在其他的场合，可以在工件附近安装一个声控报警装置，便于时刻监控，防止留下安全隐患，避免突发意外出现。

2.预应力梁延性性能分析

2.1延性的相关阐述

在工程研究当中，关于延性的研究是十分重要的，因为工件的延性客观真实地反映了工件的最大承载能力。在工程实际应用中，将工件的延性性能是否分布在整个工件中，可以分为工件整体的延性和工件部分的延性，但是，值得一提的是，工件整体的延性和工件部分的延性之间没有直接影响的关系，在不同强度要求的工程当中采用不同延性性能的工件。除了延性性能在整个工件中的分布之外，工件的延性还可以根据工件承受的载荷类型进行分类。工件可能承受的载荷主要有静力型分为静力型延性和滞回型延性。从结构和构件所承受的荷载的性质而言，可以将延性分为滞回延性和静力延性。除此之外，工件的延性还受其制作材料的性能决定，材料的延性与构件的延性成正相关（见图1）。

2.2位移延性

位移延性系数是直观描述工件延性大小的数据说明，在实际工程计算当中通常采用下式来进行衡量：其中为屈服位移，为极限位移。对于大多数的预应力梁而言，屈服位移和极限位移都可以通过F-D曲线中读出在F-D曲线中能够较好的得出，但是，有少数的预应力梁难以从曲线中读出屈服位移，因此，通过这种方式得出的位移延性系数会存在较大的误差。

3.工业厂房中预应力结构工程施工

3.1预应力结构工程特点

在建筑工程上，不同的施工工程所用的混凝土也不尽相同，主要有全预应力混凝土和部分预应力混凝土这两种当所用的建筑物在承受大载荷的应力时，其边缘位置不能出现拉应力时可使用全预应力混凝土，可以保证在建筑使用过程中混凝土不会出现裂开的情景，保证建筑的稳定性和安全性[2]。部分预应力混凝土在使用的过程中，当出现大载荷的应力时，其边缘位置会出现部分拉应力。经工程使用后发现全预应力混凝土的稳定性更好一些，但是因为部分预应力混凝土具有价格低廉、综合性能强的特点，在一些强度要求不高的建筑物中得到了广泛使用，适用面十分广泛[3]。

3.2预应力损失的分析说明

现阶段的建筑物结构工程中，预应力损失有很多种，最普遍的就是锚具和钢筋形变造成的预应力损失，其次是混凝土在凝固时内部收缩造成的预应力损失。在实际的施工工程中，构件中多发生张拉端锚具变形、钢筋松弛引起的预应力损失，很多施工工程中都存在这样的问题，因此，下面主要介绍锚具、钢筋发生形变引起的预应力损失。在构件的张拉端，预应力筋达到最大值，为保证构件结构稳定性，需要卸掉张拉设备构件。之后构件的锚具和钢筋的预应力筋会在回弹力的作用下发生收缩，从而造成钢筋的紧绷程度大大降低，形成较低的构件承载力。

3.3改善预应力损失的相关措施

在建筑物的构件中，锚具变形引起的损失对于构件整体的预应力损失影响非常大，当锚具开始变形之后，构件的内部锚具和内壁之间的缝隙间隔会变大，造成构件内部松弛，从而引起预应力损失。因此，在实际施工工程中，可以减少构件内部垫片的数量，最大限度地缩短装配锚具之间的缝隙，从而改善预应力损失。，保证建筑的稳定性和安全性[2]。部分预应力混凝土在使用的过程中，当出现大载荷的应力时，其边缘位置会出现部分拉应力。经工程使用后发现全预应力混凝土的稳定性更好一些，但是因为部分预应力混凝土具有价格低廉、综合性能强的特点，在一些强度要求不高的建筑物中得到了广泛使用，适用面十分广泛[3]。

3.2预应力损失的分析说明

现阶段的建筑物结构工程中，预应力损失有很多种，最普遍的就是锚具和钢筋形变造成的预应力损失，其次是混凝土在凝固时内部收缩造成的预应力损失。在实际的施工工程中，构件中多发生张拉端锚具变形、钢筋松弛引起的预应力损失，很多施工工程中都存在这样的问题，因此，下面主要介绍锚具、钢筋发生形变引起的预应力损失。在构件的张拉端，预应力筋达到最大值，为保证构件结构稳定性，需要卸掉张拉设备构件。之后构件的锚具和钢筋的预应力筋会在回弹力的作用下发生收缩，从而造成钢筋的紧绷程度大大降低，形成较低的构件承载力。

3.3改善预应力损失的相关措施

在建筑物的构件中，锚具变形引起的损失对于构件整体的预应力损失影响非常大，当锚具开始变形之后，构件的内部锚具和内壁之间的缝隙间隔会变大，造成构件内部松弛，从而引起预应力损失。因此，在实际施工工程中，可以减少构件内部垫片的数量，最大限度地缩短装配锚具之间的缝隙，从而改善预应力损失。

参考文献

[1]冯大斌.混凝土及预应力技术发展研究明[J].施工技术，2007（3）.

[2]JGJ130-2001，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[3]中华人民共和国建设部.建质【2006】第149号：“关于印发《模板支撑失稳倒塌事故分析研讨会会议纪要》的通知”[Z].

作者：欧兴付 苏洋 单位：信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司南京分公司