我國預應力混凝土結構當前面臨的問題和對策

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預應力混凝土是在第二次世界大戰(zhàn)后迫切要求恢復戰(zhàn)爭創(chuàng)傷、從西歐迅速發(fā)展起來的。半個世紀以來，從理論、材料、工藝到土建工程的各種應用，都取得了極其巨大的發(fā)展與成就。尤其是隨著部分預應力概念的逐步成熟，突破了混凝土不得受拉與開裂的約束，大大擴展了它的應用范圍。目前預應力混凝土已成為國內外土建工程最主要的一種結構材料，而且預應力技術已擴大應用到型鋼、磚、石、木等各種結構材料，并用以處理結構設計、施工中、用常規(guī)技術難以解決的各種疑難問題。 
    我國預應力混凝土的起步比西歐大約晚10年，但由大規(guī)模建設的需要，不僅發(fā)展快，而且應用數量極為龐大。據1995年的不完全統(tǒng)計：采用預制預應力混凝土構件建造的各種單層工業(yè)廠房總面積達10億㎡，建造的城鎮(zhèn)住宅和農村房屋超過30億㎡，建造的40m跨徑以內的鐵路橋梁達30000孔，新建的公路和城市橋梁中，20m跨以上的占到85%以上。上述成就既對我國過去幾個“五年計劃”的基本．建設作出了巨大貢獻，又為國家節(jié)約了大量鋼、木材料。 
    改革開放以來，我國高強鋼材生產好轉，為發(fā)展高效預應力混凝土追趕國際水平，創(chuàng)造了條件。近十幾年來，在應用高效預應力混凝土方面取得了較大的進展。各種橋梁結構的型式、跨徑和施工方法都有了很大進步。預制預應力混凝土簡支架的經濟跨度：鐵道橋架已擴大到 40m；公路與城市橋梁擴大到50m；預應力混凝土連續(xù)鋼構橋最大達270m；大跨度斜拉橋的跨徑：預應力混凝土橋面的達432m（銅陵長江大橋），鋼與混凝土結合橋面的最大達 602m（楊浦大橋）。橋梁結構當前面臨的問題主要是如何提高質量，特別是耐久性問題，而不再經濟不經濟、用與不用的問題了。高效預應力混凝土在房屋建筑中的應用由于房屋建筑本身的特殊性，目前仍處于由低強鋼材向高強鋼材、向高效預應力混凝土過渡的階段，出現現澆后張熱、預制先張冷的現象，發(fā)展很不平衡，前景也不太明朗。
    2、預制預應力混凝土的發(fā)展
    為什么停滯不前和就地現澆混凝土結構的建造方法相比，預制裝配是一種新的建造技術。這一新技術的真正突破是在二次大戰(zhàn)后的40年代后期，當時西歐大量重建工作急需進行，特別是住宅房屋和橋梁結構。五十年來，預制混凝土結構在各國的發(fā)展不很平衡?？偟膩碇v，預制預應力橋梁，由于經濟上的優(yōu)勢，已為世界各國普遍采用，即使是以鋼結構為主的美國，50m以內跨徑的預制預應力橋，近年也已經占到新建橋梁的 
50%以上，而鋼結構的則下降到25％；預制預應力混凝土在房屋建筑中的優(yōu)勢不如橋梁結構明顯，應用可分為預制標準構件（如多孔空心板、雙T板等）的應用和預制體系房屋建筑中的應用兩個方面。 
    2.1 預制預應力混凝土標準構件
    國際上的預制標準構件，種類很多，但經多年實踐和淘汰，認為用途廣、經濟性好的構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跨的預制或有現澆面層的迭合樓蓋。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混凝土和密肋形式截面，北歐已生產出板厚儀為20㎜，跨度達6～30m的輕型屋蓋板，板目重僅100～200kg/㎡。 用折線配筋先張法生產的雙T與單T板是50年代初期從美國開發(fā)出來長跨樓（屋）蓋構件，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。”以后隨著生產技術和混凝土強度的提高，截面逐步加寬加高，以提高經濟效率。到90年代，最大截面加寬到3.66m，肋高加大到0.80m。當采用3.05m寬板代替2.44m寬板時，由于工、料、搬運、安裝等費用的節(jié)約，每辦板造價可大約節(jié)約17%。這兩種構件既能代替?zhèn)鹘y(tǒng)結構材料的大跨度樓（屋）蓋構件，又能充分發(fā)揮預制預應力混凝土的潛在優(yōu)勢，因此具有強大的生命力，在美、加、西歐、北歐各國久盛不衰。
    2.2 預制裝配式房屋結構有獨特的設計建造原則 
    預制裝配式預應力混凝土房屋結構有它自身的規(guī)律性和特點，要求采用與現澆混凝土房屋結構不同的設計建造的原則。人們往往把預制裝配式混凝土房屋誤認為只是現澆房屋結構的另一種施工方法的替代產品，亦即預制意味著只是結構的一部分改在預制工廠生產，然后再運到施工現場進行安裝，使得盡可能滿足原來按現澆結構設計的要求。這種觀點實際上是錯誤的，和一開始就考慮預制特點要求的預制方案相比，不僅設計質量差，還會給施工帶來麻煩和困難，由于預制與現澆結構體系各有自身的特點，會或多或少地影響結構的平面布置、層高、穩(wěn)定性和靜力體系等等。為此，對預制房屋結構的設計，從一開始就應該根據結構的要求與特點，選用相應的預制結構體系方案。預制預應力房屋不一定全用預制，也可以用現澆混凝土作為梁、板、柱連續(xù)的接頭或作為現澆面以減輕預制構件運輸安裝時的自重，這種預制與現澆相結合的所謂“半裝配式”結構兼有預制與現澆兩者的優(yōu)點，基本上排除了兩者的弱點，避免了預制構件連結的困難，又不需要現饒的模板與支撐。過去許多個別設計的預制混凝土房屋或預制混凝土體系建筑之所以失敗和被淘汰，其原因就在這里。為了對預制預應力混凝土房屋建筑的設計提供幫助，國際上的一些學術團體，如FIP（國際預應力混凝土協(xié)會）、PCI（美國預制預應力混凝土協(xié)會）等都編制有專門的設計手冊；一些標準構件的生產廠，也都編制有專用的設計手冊，作為設計參考之用。