我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)前面臨的問題和對(duì)策

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預(yù)應(yīng)力混凝土是在第二次世界大戰(zhàn)后迫切要求恢復(fù)戰(zhàn)爭(zhēng)創(chuàng)傷、從西歐迅速發(fā)展起來的。半個(gè)世紀(jì)以來，從理論、材料、工藝到土建工程的各種應(yīng)用，都取得了極其巨大的發(fā)展與成就。尤其是隨著部分預(yù)應(yīng)力概念的逐步成熟，突破了混凝土不得受拉與開裂的約束，大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍。目前預(yù)應(yīng)力混凝土已成為國(guó)內(nèi)外土建工程最主要的一種結(jié)構(gòu)材料，而且預(yù)應(yīng)力技術(shù)已擴(kuò)大應(yīng)用到型鋼、磚、石、木等各種結(jié)構(gòu)材料，并用以處理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工中、用常規(guī)技術(shù)難以解決的各種疑難問題。 
    我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土的起步比西歐大約晚10年，但由大規(guī)模建設(shè)的需要，不僅發(fā)展快，而且應(yīng)用數(shù)量極為龐大。據(jù)1995年的不完全統(tǒng)計(jì)：采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件建造的各種單層工業(yè)廠房總面積達(dá)10億㎡，建造的城鎮(zhèn)住宅和農(nóng)村房屋超過30億㎡，建造的40m跨徑以內(nèi)的鐵路橋梁達(dá)30000孔，新建的公路和城市橋梁中，20m跨以上的占到85%以上。上述成就既對(duì)我國(guó)過去幾個(gè)“五年計(jì)劃”的基本．建設(shè)作出了巨大貢獻(xiàn)，又為國(guó)家節(jié)約了大量鋼、木材料。 
    改革開放以來，我國(guó)高強(qiáng)鋼材生產(chǎn)好轉(zhuǎn)，為發(fā)展高效預(yù)應(yīng)力混凝土追趕國(guó)際水平，創(chuàng)造了條件。近十幾年來，在應(yīng)用高效預(yù)應(yīng)力混凝土方面取得了較大的進(jìn)展。各種橋梁結(jié)構(gòu)的型式、跨徑和施工方法都有了很大進(jìn)步。預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支架的經(jīng)濟(jì)跨度：鐵道橋架已擴(kuò)大到 40m；公路與城市橋梁擴(kuò)大到50m；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋最大達(dá)270m；大跨度斜拉橋的跨徑：預(yù)應(yīng)力混凝土橋面的達(dá)432m（銅陵長(zhǎng)江大橋），鋼與混凝土結(jié)合橋面的最大達(dá) 602m（楊浦大橋）。橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)前面臨的問題主要是如何提高質(zhì)量，特別是耐久性問題，而不再經(jīng)濟(jì)不經(jīng)濟(jì)、用與不用的問題了。高效預(yù)應(yīng)力混凝土在房屋建筑中的應(yīng)用由于房屋建筑本身的特殊性，目前仍處于由低強(qiáng)鋼材向高強(qiáng)鋼材、向高效預(yù)應(yīng)力混凝土過渡的階段，出現(xiàn)現(xiàn)澆后張熱、預(yù)制先張冷的現(xiàn)象，發(fā)展很不平衡，前景也不太明朗。
    2、預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展
    為什么停滯不前和就地現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的建造方法相比，預(yù)制裝配是一種新的建造技術(shù)。這一新技術(shù)的真正突破是在二次大戰(zhàn)后的40年代后期，當(dāng)時(shí)西歐大量重建工作急需進(jìn)行，特別是住宅房屋和橋梁結(jié)構(gòu)。五十年來，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在各國(guó)的發(fā)展不很平衡?？偟膩碇v，預(yù)制預(yù)應(yīng)力橋梁，由于經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，已為世界各國(guó)普遍采用，即使是以鋼結(jié)構(gòu)為主的美國(guó)，50m以內(nèi)跨徑的預(yù)制預(yù)應(yīng)力橋，近年也已經(jīng)占到新建橋梁的 
50%以上，而鋼結(jié)構(gòu)的則下降到25％；預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土在房屋建筑中的優(yōu)勢(shì)不如橋梁結(jié)構(gòu)明顯，應(yīng)用可分為預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件（如多孔空心板、雙T板等）的應(yīng)用和預(yù)制體系房屋建筑中的應(yīng)用兩個(gè)方面。 
    2.1 預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件
    國(guó)際上的預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，種類很多，但經(jīng)多年實(shí)踐和淘汰，認(rèn)為用途廣、經(jīng)濟(jì)性好的構(gòu)件最主要的有多孔空心板和雙T扳兩種，用于各類房屋的樓蓋與屋蓋。多孔空心板與實(shí)心板相比，可節(jié)約混凝土大約50％和鋼材30%。過去150～200㎜厚的板主要用于6－12m跨的預(yù)制或有現(xiàn)澆面層的迭合樓蓋。目前北歐和西歐在辦公或其他類似房屋中，厚400mm的多孔空心板已用到17m跨、厚500㎜的板已用到 2lm跨，跨高比 l/h=42，是非常薄的樓蓋。采用纖維高性能高強(qiáng)混凝土和密肋形式截面，北歐已生產(chǎn)出板厚儀為20㎜，跨度達(dá)6～30m的輕型屋蓋板，板目重僅100～200kg/㎡。 用折線配筋先張法生產(chǎn)的雙T與單T板是50年代初期從美國(guó)開發(fā)出來長(zhǎng)跨樓（屋）蓋構(gòu)件，雙T板常用跨度為10～25m，單T板近年已少用。雙T板最初的截面寬僅1.22m，肋高0.46m。”以后隨著生產(chǎn)技術(shù)和混凝土強(qiáng)度的提高，截面逐步加寬加高，以提高經(jīng)濟(jì)效率。到90年代，最大截面加寬到3.66m，肋高加大到0.80m。當(dāng)采用3.05m寬板代替2.44m寬板時(shí)，由于工、料、搬運(yùn)、安裝等費(fèi)用的節(jié)約，每辦板造價(jià)可大約節(jié)約17%。這兩種構(gòu)件既能代替?zhèn)鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的大跨度樓（屋）蓋構(gòu)件，又能充分發(fā)揮預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土的潛在優(yōu)勢(shì)，因此具有強(qiáng)大的生命力，在美、加、西歐、北歐各國(guó)久盛不衰。
    2.2 預(yù)制裝配式房屋結(jié)構(gòu)有獨(dú)特的設(shè)計(jì)建造原則 
    預(yù)制裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土房屋結(jié)構(gòu)有它自身的規(guī)律性和特點(diǎn)，要求采用與現(xiàn)澆混凝土房屋結(jié)構(gòu)不同的設(shè)計(jì)建造的原則。人們往往把預(yù)制裝配式混凝土房屋誤認(rèn)為只是現(xiàn)澆房屋結(jié)構(gòu)的另一種施工方法的替代產(chǎn)品，亦即預(yù)制意味著只是結(jié)構(gòu)的一部分改在預(yù)制工廠生產(chǎn)，然后再運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，使得盡可能滿足原來按現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。這種觀點(diǎn)實(shí)際上是錯(cuò)誤的，和一開始就考慮預(yù)制特點(diǎn)要求的預(yù)制方案相比，不僅設(shè)計(jì)質(zhì)量差，還會(huì)給施工帶來麻煩和困難，由于預(yù)制與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系各有自身的特點(diǎn)，會(huì)或多或少地影響結(jié)構(gòu)的平面布置、層高、穩(wěn)定性和靜力體系等等。為此，對(duì)預(yù)制房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從一開始就應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求與特點(diǎn)，選用相應(yīng)的預(yù)制結(jié)構(gòu)體系方案。預(yù)制預(yù)應(yīng)力房屋不一定全用預(yù)制，也可以用現(xiàn)澆混凝土作為梁、板、柱連續(xù)的接頭或作為現(xiàn)澆面以減輕預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸安裝時(shí)的自重，這種預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合的所謂“半裝配式”結(jié)構(gòu)兼有預(yù)制與現(xiàn)澆兩者的優(yōu)點(diǎn)，基本上排除了兩者的弱點(diǎn)，避免了預(yù)制構(gòu)件連結(jié)的困難，又不需要現(xiàn)饒的模板與支撐。過去許多個(gè)別設(shè)計(jì)的預(yù)制混凝土房屋或預(yù)制混凝土體系建筑之所以失敗和被淘汰，其原因就在這里。為了對(duì)預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土房屋建筑的設(shè)計(jì)提供幫助，國(guó)際上的一些學(xué)術(shù)團(tuán)體，如FIP（國(guó)際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)）、PCI（美國(guó)預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)）等都編制有專門的設(shè)計(jì)手冊(cè)；一些標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的生產(chǎn)廠，也都編制有專用的設(shè)計(jì)手冊(cè)，作為設(shè)計(jì)參考之用。