祝仰利

【摘 要】隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁作為一種新型的建筑結(jié)構(gòu)形式，既具有鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，也具有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。本文從預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁的受力性能、設(shè)計(jì)理論以及在工程中的應(yīng)用出發(fā)，淺要分析了這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展，以供參考。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力；預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土；受力性能

預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土是當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及技術(shù)水平提高的產(chǎn)物，它不僅具有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，還具有鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市中不斷涌現(xiàn)出了高層、超高層、大跨度等大型建筑，并由于人們生活水平的提高，對(duì)建筑物也提出了更好的要求，在建筑工程施工過(guò)程中，為了提高工程的抗震性能以及穩(wěn)定性，我們將這種新型的結(jié)構(gòu)形式運(yùn)用在施工中，實(shí)踐著證明，這種結(jié)構(gòu)形式能夠有效的保證建筑工程的質(zhì)量，具有十分廣闊的發(fā)展前景。

相對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土梁而言，預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁的抗震性能、抗剪承載力、剛度等性能都優(yōu)于預(yù)應(yīng)力混凝土梁，并且具有施工簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，但是在該結(jié)構(gòu)施工中，一方面會(huì)受到鋼筋布置的限制，另一方面會(huì)增加鋼材的用量，極大的浪費(fèi)了工程的經(jīng)濟(jì)成本。

與鋼骨混凝土梁相比，預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁具有以下幾種優(yōu)點(diǎn)：（1）可以避免裂縫的出現(xiàn)或者發(fā)展；（2）能夠控制建筑的撓度；（3）可以有效的放大建筑的跨高；（4）比鋼骨混凝土的鋼材用量少。但是預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁的施工工序比較復(fù)雜，需要在施工中采用先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行。

1.受力性能研究

1.1靜力試驗(yàn)研究

在某市的建筑工程中，采用的預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，在該結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，工程師對(duì)其進(jìn)行了大尺寸模型靜力試驗(yàn)，并需要對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)與管理。為了在試驗(yàn)過(guò)程中取得建筑結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力情況，研究者可以將實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)成一個(gè)3層的建筑結(jié)構(gòu)模型，并在該模型的頂部適當(dāng)加設(shè)重力，從而使模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)受到同等比例的受力。

在工程師測(cè)試的過(guò)程中，其主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：首先，需要對(duì)混凝土與工字型鋼材的受力情況進(jìn)行測(cè)試；其次，需要對(duì)建筑的負(fù)載能力以及撓度曲線進(jìn)行測(cè)試；再次，需要對(duì)建筑工程因荷載過(guò)大在引起的裂縫以及裂縫的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行測(cè)試；最后，需要對(duì)裂縫施工后的所有情況進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)結(jié)果證明：（1）如果施工人員對(duì)建筑工程的剪力連接件設(shè)計(jì)合理，那么鋼骨與混凝土就可以保持一致的工作，而且在建筑結(jié)構(gòu)梁上發(fā)生裂縫之前與之后都能夠滿足截面梁的假定結(jié)果；（2）在施工過(guò)程中，施工人員通過(guò)鋼骨的設(shè)計(jì)與施工可以保證裂縫之間具有均勻的間隔，并能夠控制裂縫的發(fā)展趨勢(shì)，降低裂縫變寬的可能性，當(dāng)施工人員將預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁卸載之后，經(jīng)過(guò)一夜的時(shí)間之后再對(duì)其進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)這種施工效果佳。

為了對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁的受力情況進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)，需要在該梁中埋設(shè)適量的鋼筋，并對(duì)其進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，從而分析出預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁內(nèi)部與建筑上部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。通過(guò)對(duì)其受力情況的監(jiān)測(cè)，得到以下兩點(diǎn)結(jié)論：一方面如果建筑結(jié)構(gòu)的上部只有幾層時(shí)，受到建筑高度的影響，導(dǎo)致整個(gè)建筑的整體性不足，此時(shí)上部結(jié)構(gòu)會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn)換梁將相應(yīng)的荷載力傳遞到柱或者核心筒當(dāng)中，此時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土中的內(nèi)力會(huì)隨著建筑的高度變化而變化。另一方面如果建筑結(jié)構(gòu)的層數(shù)達(dá)到一定數(shù)量，那么建筑結(jié)構(gòu)就會(huì)具有整體性，此時(shí)上部結(jié)構(gòu)就會(huì)通過(guò)供機(jī)制將荷載力傳遞到柱或者核心筒，并且預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁的內(nèi)力會(huì)形成一個(gè)恒定的值。

1.2低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究

為了解PSRC梁的抗震性能，我們進(jìn)行了4根不同參數(shù)的梁的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，梁跨度均為4.2m，梁寬為200mm，高為300mm，跨高比為14：1。4根梁中的2根為PSRC梁（PSRC一1和PSRC一2），PSRC一1和PSRC一2預(yù)應(yīng)力度分別為0.75和0.85，PSRC一1對(duì)稱配置8根Φ5的鋼絲，PSRC一2對(duì)稱配置2根審15的鋼絞線；另兩根則分別為預(yù)應(yīng)力高性能混凝土梁（HPC）和鋼骨混凝土梁（SRC）。

上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)較為系統(tǒng)地研究了PSRC梁的破壞形態(tài)、恢復(fù)力模型、變形恢復(fù)能力、延性、剛度退化和耗能能力等重要抗震性能指標(biāo)。研究表明：（1）預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁在低周反復(fù)荷載作用下破壞形態(tài)為彎曲破壞；（2）PSRC梁的滯回曲線呈梭形，且較豐滿，抗震性能優(yōu)良；（3）PSRC梁的骨架曲線峰值明顯高于SRC梁，說(shuō)明施加預(yù)應(yīng)力能提高鋼骨混凝土梁的極限承載力；（4）PSRC梁和SRC梁的屈服后剛度退化較為明顯，占總退化剛度的比例也較為可觀，配置預(yù)應(yīng)力筋能顯著提高PSRC梁開(kāi)裂剛度，但對(duì)屈服后剛度影響不明顯；（5）大位移階段，預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁的耗能發(fā)展非常良好，反映了其優(yōu)良的抗震性能。

2.工程應(yīng)用

2.1某大廈PSRC轉(zhuǎn)換梁

大廈主樓32層，地下3層，高133.7m，因功能需要下面6層為大開(kāi)間，故在第7層設(shè)置一轉(zhuǎn)換層并兼作設(shè)備層，上部26層250mm厚剪力墻支承于此轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)上。設(shè)計(jì)時(shí)考慮了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁和鋼骨混凝土梁等方案，但均存在因截面尺寸過(guò)大而引起的強(qiáng)梁弱柱、自重大、設(shè)備管道不易鋪設(shè)等一系列問(wèn)題，綜合考慮變形和裂縫控制因素，決定選用PSRC梁。梁跨度8m，一端與1700minxl700mm柱相連，另一端與混凝土核心筒相連，梁截面尺寸850mmx2000mm，鋼骨采用焊接工字鋼梁，截面配鋼率為3.5%，預(yù)應(yīng)力筋采用直線束和曲線束相結(jié)合的布筋原則。工程完工后對(duì)該P(yáng)SRC轉(zhuǎn)換梁的實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，其工作狀態(tài)良好，正常載荷情況下無(wú)裂縫出現(xiàn)，變形亦很小。

2.2某區(qū)文化中心PSRC梁

該中心是一座集會(huì)議、文化娛樂(lè)、休閑、展覽及購(gòu)物等活動(dòng)于一體的多功能、綜合性建筑。主體結(jié)構(gòu)采用混凝土梁板柱結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土梁板柱結(jié)構(gòu)；部分大跨度梁由于其截面尺寸等建筑功能要求嚴(yán)格，試算預(yù)應(yīng)力混凝土梁和鋼骨混凝土梁后均無(wú)法滿足，于是采用預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁。梁計(jì)算跨度30.9m，兩端與800mm×l500mm的柱相連，梁截面尺寸650mm×1900mm，鋼骨采用A3鋼，預(yù)應(yīng)力筋選用有粘結(jié)低松弛高強(qiáng)鋼絞線。對(duì)該工程PSRC梁進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力張拉測(cè)試分析，結(jié)果表明，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.結(jié)語(yǔ)與展望

在現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，我們不斷將預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁運(yùn)用到實(shí)際工程中，并對(duì)其進(jìn)行深入的研究，現(xiàn)已初步取得成績(jī)，但是在實(shí)際工作中國(guó)我們還需要完成以下工作：（1）需要對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁的計(jì)算理論進(jìn)行細(xì)化，方便工程師的運(yùn)算；（2）深化對(duì)PSRC梁抗震性能和抗震設(shè)計(jì)方法的研究，并開(kāi)展疲勞性能和長(zhǎng)期性能的研究；（3）開(kāi)展對(duì)與PSRC梁連接的梁柱節(jié)點(diǎn)的承載力、抗震性能以及相應(yīng)設(shè)計(jì)方法的研究；（4）將PSRC梁的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到市政工程、地下結(jié)構(gòu)、港工結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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[3]孫光初，張繼文，陳乾.預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土梁設(shè)計(jì)方法探討.江蘇建筑，1996（4）：25-28.