探讨全预应力装配混凝土框架施工技术

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1 引言

近半个世纪以来, 伴随着高强钢材、整体预应力结构和无黏结预应力技术的广泛应用, 预应力科学技术在工程中的应用进入了一个新的发展时期, 已被广泛应用于土木工程、水利工程、通信工程中。同普通混凝土结构一样, 预应力混凝土结构长期在使用环境( 如碳化、冻融、化学介质侵蚀等) 作用下, 其性能也会随时间而逐渐减退, 最终破坏, 其实质即预应力混凝土结构的耐久性问题。预压装配式结构是将混凝土构件通过施加预应力装配而成。由于其构件均为预制，具有装配式结构的优点。

2 全预应力装配混凝土框架概述

2.1 全预应力装配混凝土框架的含义

预应力混凝土虽然只有几十年的历史，然而人们对预应力原理的应用却由来已久。如工匠运用预应力的原理来制作木桶：木桶通过套竹箍紧，水对桶壁产生的环向拉应力不超过环向预压应力，则桶壁木板之间将始终保持受压的紧密状态，木桶就不会开裂和漏水。建筑工地用砖钳装卸砖块，被钳住得一叠水平砖不会提落。旋紧自行车轮的钢丝，使车轮受压力后而钢丝不折。

目前，这种结构形式在日本和美国等发达国家已有多种成形建筑，并表现出其独特的优越性。但我国在这方面的研究尤其是预应力装配整体框架的试验研究还比较少，目前本课题组已经对这种新型装配框架的节点进行了系统研究本文将介绍对一榀预应力装配式加固混凝土框架在低周反复荷载作用下的试验，并研究在低周反复水平荷载作用下预应力装配加固后框架整体结构的裂缝开展情况、破坏形态、延性性能、耗能能力以及刚度退化等抗震性能。

2.2 全预应力装配混凝土框架的优点

（1）预压装配式结构是将混凝土构件通过施加预应力装配而成。由于其构件均为预制，具有装配式结构的优点。同时由于节点预应力筋的存在，大大提高了装配式结构的整体性，克服了装配式结构节点连接可靠性差的缺点，开辟了预应力结构工业化生产的新途径。预压装配式结构是将混凝土构件通过施加预应力装配而成。由于其构件均为预制，具有装配式结构的优点。同时由于节点预应力筋的存在，大大提高了装配式结构的整体性，克服了装配式结构节点连接可靠性差的缺点，开辟了预应力结构工业化生产的新途径。

（2）装配混凝土结构适用于大跨度、大柱网及大空间等结构,具有节约钢材、减轻自重、生产效率高、产品质量好、工人劳动强度低、保护环境、提高综合经济效益等有利于社会可持续发展的优点。然而,以往的装配式结构,因其连接可靠性和结构整体性差,使得其在抗震设防区的应用受到影响。对装配混凝土结构抗震的系统研究从20世纪70年代才开始。经过各国工程学者不懈努力,装配混凝土结构抗震研究也已经取得了很大进展,积累了很多试验数据和经验,尤其是近年来对装配混凝土结构在节点连接方面涌现出多种新型方法。本文简要阐述本课题组近几年在预应力装配框架结构研究领域的新技术。

3 预应力混凝土的结构

使混凝土在荷载作用前预先受压的一种结构。预应力用张拉高强度钢筋或钢丝的方法产生。张拉方法有两种：(1)先张法。即先张拉钢筋，后浇灌混凝土，待混凝土达到规定强度时，放松钢筋两端；(2)后张法。即先浇灌混凝土，达到规定强度时，再张拉穿过混凝土内预留孔道中的钢筋，并在两端锚固。预应力能提高混凝土承受荷载时的抗拉能力，防止或延迟裂缝的出现，并增加结构的刚度，节省钢材和水泥。

为了避免混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强材，人们在长期的生产实践中创造了预应力混凝土结构。所谓预应力混凝土结构，是在结构构件受外力荷载作用前，先人为地对它施加压力，由此产生的预应力状态用以减小或抵消外荷载所引起的拉应力，即借助于混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足，达到推迟受拉区混凝土开裂的目的。以预应力混凝土制成的结构，因以张拉钢筋的方法来达到预压应力，所以也称预应力钢筋混凝土结构。

4 全预应力连接的装配式混凝土框架的施工

（1）根据设计确定的截面尺寸、配筋量、混凝土强度等级等预制梁和柱。柱宜按每段多层制作以减少柱连接的数量,梁则按每开间一段制作,梁和柱均为预制钢筋混凝土构件,也可以是预制预应力混凝土构件。预制时在梁端固定螺旋钢筋,采用预埋波纹管或钢管留设孔道,孔道内径比预应力筋外径大6mm~15mm,孔道位置应严格按设计规定定位;在柱中规定位置同样预埋波纹管或钢管留设孔道;在梁柱的接触面处宜采用未抛光的木模板做成粗糙面以增加摩擦力。

梁和柱混凝土养护到设计强度后,即可进行运输和现场吊装。先吊装柱,连接校正并固定后在柱上安装临时牛腿作为梁的支撑,再吊装梁,将梁置于柱上的临时牛腿支撑上。同一层的柱、梁全部就位后,在预留孔道中穿入无粘结预应力筋。无粘结预应力筋宜采用挤压涂塑的无粘结钢绞线,穿入无粘结预应力筋后在梁柱之间的缝隙中灌注砂浆,并灌注孔道的砂浆。梁柱之间的缝隙所用砂浆宜用纤维砂浆或环氧砂浆,纤维宜用尼龙纤维,其长度可取10mm~20mm,掺量可按每立方米砂浆1.5kg~2kg。孔道用普通砂浆灌注即可。砂浆可用水泥浆代替,要求砂浆或水泥浆的设计抗压强度不低于梁混凝土设计抗压强度。灌浆达到设计强度后张拉无粘结预应力筋并用锚具锚固。锚固后即可以移去临时支撑,以后各层可自下而上逐层施工,直至安装全部完成。

结语

综上所述，混凝土框架结构虽然在结构还有稳定性上已经拥有很坚固的承受力，但是在制造使用的过程中还是要注意加强防范措施，加大对混凝土结构框架的使用。虽然这种混凝土框架结构已经在外国被普遍的拥用，但是在我国还是很少被使用，在确保安全性能的情况之下也可以借鉴。