世紀之交預應力混凝土工程面臨的挑戰(zhàn)

1、世紀之交預應力混凝土工程面臨的挑戰(zhàn) 1.1對無粘結預應力筋腐蝕問題的調查和研究。 由荷蘭和美國工程師組成小組對一座建于80年代的二十八層使用無粘結筋樓蓋進行了調查。在預應力筋曲線底部位置鑿小洞并刮去塑料油脂，對預應力筋的腐蝕程度進行了調查，發(fā)現(xiàn)預應力筋從完全沒有腐蝕到產生嚴重腐蝕的狀態(tài)均存在。其結論為： （1）無粘結筋存在油脂干枯受腐蝕嚴重問題，主要原因是澆注砼時，端部密封不嚴使水滲入造成預應力筋腐蝕。 （2）對這棟樓普遍調查表明，腐蝕最嚴重的狀態(tài)以最不利估計，不會超過預應力筋總數(shù)的10%. （3）由于樓蓋計算安全度普遍很高，用三維空間結構分析的樓蓋體系比按規(guī)范設計的預應力筋強度超過45%，還

2、沒有對結構安全性造成直接的急迫的危害。 （4）無粘結筋的腐蝕問題依然是一個必需引起注意的普遍問題。 1.2預應力的探傷問題 （1）利用聲納技術檢查預應力筋（無粘結和有粘結筋）的損傷情況。加拿大、英國、美國均已著手進行這項工作并取得重要成果。 （2）灌漿飽和性的檢查。 德國SUSPA公司使用專門的“內窺鏡”簡易儀器進行探測，只要在檢查部位打一個小洞用“內窺鏡”可看到灌漿保滿性。 1.3有粘結預應力砼灌漿技術的改進。水灰比降到0.27-0.3，有很高的流動性和很低的泌水率，并且不需要壓力就能達到遠比普通灌漿好的效果。該工作由荷蘭水泥工業(yè)協(xié)會（VNC）研究完成。灌漿材料除水泥外另加入某些超塑性添加劑

3、等材料1.4預應力技術新工藝介于先張拉法和后張拉法之間的工藝新的預應力工藝是在澆搗砼尚未凝固的時候施加預應力，砼在壓力的情況下固結。這種施加預應力需要用特殊的可滑動的模板及能把壓力傳給砼的裝置，該方法由烏克蘭的工程師發(fā)明。該種方法可使同樣配筋率情況下提高梁的承載力25-34%、柱的承載力75%.抗裂度不變。該方法已在重達30噸的橋梁構件中使用。 1.5預應力砼路面技術應用越來越多的高等級路面使用砼，以其取代瀝青路面，其重要特點是維修費用低?，F(xiàn)在每年建造約有2500KM的普通鋼筋砼路面的主要問題是由于接縫多使得車輛行駛不舒服。預應力砼可解決這個問題。使用預應力砼路面幾百米才設置接縫（甚至不需要接

4、縫）。同時預應力砼路面不開裂。使用對角線和曲線形預應力筋、錨固在預制的邊梁上，使得連續(xù)澆砼得以進行。預制邊梁可作為滑模，預應力筋可代替（甚至全部代替）普通鋼筋。預應力砼路面有廣闊發(fā)展前景。印度以每年10%的增長速度使用預應力砼路面。 1.6預應力砼結構在建筑工程中進一步使用與會專家普遍認為預應力砼結構在橋梁建筑中取得更大成就和進展。相比之下，建筑領域應用的不夠廣泛。預應力砼結構能夠體現(xiàn)建筑技術最主要的二個特征即使用靈活和經濟合理性。但在很多國家由于技術、建筑、規(guī)范和教育諸多原因，使得很多用預應力技術為更優(yōu)方案的工程設計，沒有采用預應力技術。 這是很可惜的。專家呼吁，在建筑領域應在更多國家、地區(qū)

5、、在更多工程使用預應力技術。 1.7預應力砼技術在深基坑開挖、邊坡穩(wěn)定、大面積重荷載基礎底板、高層建筑轉換梁和轉換板、加固工程、大型結構吊裝就位等領域應用也很普遍，會議在這些方面展示了不少工程實例。 2預應力砼結構抗震問題當前國際砼結構工程界對預應力砼結構抗震問題給予很大的重視。日本方面，在1995年神戶大坂地震之后，結合砼結構（包括預應力砼結構）在地震中的實際表現(xiàn)進行了調查并作了大量研究工作。其它國家也作了不少研究工作，現(xiàn)就本次會議這方面的有關內容簡介如下： （一）日本經驗：預應力砼結構在日本大坂神戶地震中的表現(xiàn)良好，題為預應力砼結構的動力性能對該地震區(qū)域100棟預應力砼結構進行調查和研究。

6、文中指出，這100棟房子其中10棟是預制預應力砼結構，90棟是現(xiàn)澆預應力砼結構。100棟中，僅有一棟受到嚴重損壞，其余99棟狀態(tài)非常好。作者將這100棟房子分為五類以現(xiàn)場的記錄的地震波對這五種類型房子進行線性動力分析和非線性動力計算分析。計算分析結果和現(xiàn)場結構的地震反映表現(xiàn)類似，其結論是按照1981年日本建筑規(guī)范按強柱弱梁強度型的設計的預應力砼建筑抗震機理和性能良好。 日本大坂神戶地震表明，預應力結構在地震區(qū)是能夠應用的，和普通鋼筋砼結構一樣，需要的是合適的設計和施工。 （二）采用豎向預應力加固普通鋼筋砼柱提高砼結構抗震性能。 在1995年日本神戶大坂地震中，地震水平加速度達到重力加速度的量值

7、，相當多的普通鋼筋砼柱被破壞。采用豎向預應力砼柱，可以提高柱的抵抗水平荷載的能力，同時在地震之后又能很快的復原。 實際地震破壞多發(fā)生大震之后 的結構變形帶來非結構部分的破壞，采用預應力結構，在地震卸荷之后能迅速復原，避免結構及非結構的破壞。 （三）新西蘭經驗預制預應力砼有良好的抗震性能，在新西蘭得到廣泛應用。 新西蘭是地震高發(fā)區(qū)，對于結構抗震要求相當嚴格。采用預制預應力砼結構，最大優(yōu)點是能在構件選擇的部位在地震作用時發(fā)生屈服，產生塑性鉸，提高整個結構的延性和耗能能力，而避免損壞。因而具有良好抗震性能。采用能量設計方法和預制構件合適的安裝方法建造的預制預應力砼結構在新西蘭得到普遍使用，具有工程質

8、量高、節(jié)約現(xiàn)場勞動力及模板以及縮短工程工期各方面效益。 總之，預應力砼結構（預制的和現(xiàn)澆的）不僅是樓蓋結構，還是抗側力的框架結構都可以在地震區(qū)使用，其設計主要要求是“強柱弱梁”，在地震時，使塑性鉸主要發(fā)生在樓蓋部位。 3預應力砼技術在一些典型建筑工程使用的實例。 （一）日本阿沙加市政中心體育館。直徑110m的拱型層頂，復蓋土重50-60KN/m2.采用預制預應力拱梁板結構，組裝時用30根環(huán)形預應力大束，每束張拉力為8070KN.根據(jù)荷載進行三次張拉。工程進行了動力分析，并有數(shù)百個應力和應變試點，檢測結果和計算吻合。該工程是日本最大的地下拱型運動場建筑。該工程獲得國際預應力協(xié)會1998年大獎。

9、（二）法國斯特拉斯堡歐洲議會中心。 法國斯特拉斯堡歐洲議會中心建筑是一座應用現(xiàn)代砼和預應力結構技術實現(xiàn)新型的建筑藝術的優(yōu)秀建筑例子。 該議會中心21層高為72m，直徑為94m，從地震要求，該工程必須是一座無伸縮縫的環(huán)形建筑。而只有建造對樓板施加環(huán)向預應力才能滿足結構在地震作用時應力和變形要求，從而實現(xiàn)建筑美學對該建筑物造型的要求。同時該建筑物的高度不能超過附近的教堂，采用預應力樓板減少結構高度。 由于該建筑在環(huán)向和徑向都有剪力墻，為使樓板建立有效的預應力，環(huán)形樓板分為四組，分別澆注和張拉，砼采用C30，僅4-5天達到C21-C23MPa即可張拉。該工程環(huán)形預應力工藝采用了游動型錨具等新型工藝，

10、保證預應力施工的質量和速度。 （三）泰國曼谷Aman Atrium大廈。 該大廈為28層（包括3層地下室）商業(yè)綜合建筑，建筑面積為6萬m2.建筑長度為80m，開間為8.2m，橫斷面中間跨為9.7m，向二邊各挑出4.9m的平臺。建筑的內部布置和外部造型要求使用預應力平板。采用直徑為12.7mm無粘結預應力束，在橫向集中在柱上扁梁布束，縱向均勻布置。板厚20cm，以長度方向平均計算縱、橫向各為2.9束/m.80m方向沒有伸縮縫，僅設置后澆帶。 （四）馬來西亞一座高310m計76層，建筑面積為230000m2的建筑，用預應力扁梁（跨度17m）和預應力板結構，板跨度為6m、板厚14cm，為有粘結預應力

11、4j151500. （五）日本Ohgishima儲汽罐拱型屋面的設計和施工。 該油灌直徑為45m，高度為37.8m.從技術經濟指標上，采用預應力園拱屋面為優(yōu)，截面高度為600mm（支座處為1250mm）。從施工角度屋頂如采用原位澆搗，高達37.5m，模板支撐工程量大、耗費很多。該工程采用地面澆注、整體提升的方法。設計要計算拱型屋頂自重作用、提升過程和安裝就位的應力以及預應力筋產生的應力（特別是環(huán)形應力）。工程采用在半徑為20.0m-21.5m處設置5*26j15.2預應力筋。設計還進行了動力計算（水平動力系數(shù)0.15，地震加速度150gal）。整體提升使用16臺VSL公司的千斤頂，拱頂總重為4

12、0500KN. （六）西班牙巴塞諾拿貿易中心跨度為70m的預應力T型屋架。 貿易中心主體為二個大型大跨度建筑，其跨度均為70m，其長度一跨為70m，另一跨為23m，加上輔助建筑，總面積為47672m2.70m跨度的T型屋架，沿屋架方向是變高度和變寬度，最大高度為4m.中間主助寬度為0.35m，到二端支座寬度為0.4-0.8.中間主助配有10*15j15的預應力筋。屋架的支座和二側寬度各為10m和20m的砼框架相連。屋架地面預制，然后提升。 4會議給我們的啟示 （一）積極參加國際砼技術交流。我國是發(fā)展中國家，近年來發(fā)展速度和發(fā)達國家建筑市場幾乎飽和相比，我國土木工程投資方面、建設規(guī)模方面在世界上

13、可排入前列。在砼工程技術、預應力技術應用方面近年有巨大進步，完成大量杰出的土木工程設計和施工。但在該次會議中我們僅有十多位代表參加會議，文章也寥寥無幾，沒有一個工程入選1998年預應力砼協(xié)會大獎（大獎工程共有27項），這和我們這個土木建設大國不相稱。日本有200多名代表參加，會議上發(fā)表大量論文。建議我國砼工程界要積極總結經驗，參加國際交流，要趕上世界經濟技術一體化的潮流。2002年國際砼工程大會在日本召開，到時我國應有強大陣容的代表和豐富的著述參加會議。爭取2006年國際砼大會在我國召開也是有可能的。 （二）統(tǒng)一砼學術團體組織，加強砼技術和預應力技術研究、發(fā)展全國性的技術交流和組織工作。國際預應力協(xié)會和歐洲砼協(xié)會已合并為國際砼協(xié)會，以更有利于技術交流和發(fā)展。我國這方面組織單位多、力量分散。建議應成立統(tǒng)一的組織，其工作不能局限于每年（或每二年）開一、二次交流會議。應組織在關鍵技術問題攻關，提出設計施工建議，組織推廣技術工作等等。 （三）加強科研工作，和發(fā)達國家相比，我們砼工程（包括預應力砼工程）的研究相對落后，憑借我們已有的強大隊伍，和一些單位在預應力技術推廣應用中的創(chuàng)收實力完全可以承擔和完成重要的科研任務。 （四）成立大型強有力的預應力砼工程公司。國際上已有若干著名大型預應