預應力技術在民用建筑中的應用

陳 衛 國

(1.山西正昊農工貿有限責任公司,山西 大同 037000; 2.山西省大同監獄，山西 大同 037000)

0 引言

我國居民長期受到安土重遷傳統思想的影響，一直以來對建筑的質量要求都比較高。尤其是隨著市場經濟的繁榮，建筑企業在市場中面臨的競爭也日益激烈，為了取得進一步的發展,提升質量已經是大的趨勢。而預應力技術的使用，不僅給承建單位的施工帶來了極大的便利，而且也顯著的提高了項目的質量。由此可見，對預應力技術進行分析，并提出經濟合理的實施方案就成了現階段需要思考的問題。

1 預應力技術的重要性

1.1 加固項目結構

項目穩固已經是老生常談的問題，這不僅與項目所使用的建材有關，而且也受到施工技術的影響。傳統施工技術甚少考慮到項目投產使用后的表現，項目建設往往著眼于當前的質量。實際上在投入使用后，民用建筑除了會受到項目自重的荷載以外，同時還承擔了人以及其他物件的重力。由于在建設初期未能充分地考慮到這些問題，就導致建筑項目在投入使用后迅速出現了裂縫等問題。而預應力混凝土則是對受力鋼筋事先預加一個荷載，這樣一來就能夠平衡后期的外界荷載，達到穩固結構的目的。不僅如此，通過這種特殊的處理方式還能夠提升混凝土結構的剛性，極大地減少了由于后期過量荷載造成的形變問題。尤其是在超高層建筑項目中，為了達到國家制定的抗震標準，通常都會采用這一技術。

1.2 延長使用壽命

傳統施工技術在落實施工方案的過程中，還存在機械呆板的問題，往往對于建筑項目的動態變化的應對能力較差。比如，在鋼筋混凝土結構的澆筑過程中沒有顧及到環境的濕熱變化，從而造成了內部的裂縫問題。而一旦產生裂縫就有可能滲水發霉，直接影響到項目整體的運行。尤其是當混凝土結構的保護層消失，則可能使項目的生命周期被縮短。此外，建筑自重以及外界的荷載也會加劇裂縫，使其不斷擴大加深。而預應力技術則能夠明顯的降低受拉模塊的剪應力，以此來平衡內部巨大的壓應力。這樣一來，項目主體結構所承受的荷載就得到了有效的降低，延長了項目的使用壽命。

2 預應力技術的施工要點

2.1 孔道選點布置

通常來說，在預應力混凝土結構中會采用留孔壓漿的方式，其中孔道的選點與開挖尤其重要。首先，在開孔的過程中應該視具體的項目來敲定半徑，一般來說必須高于鋼絞線2 mm～5 mm。這種做法是為了減少預應力筋和孔道之間的摩擦，從而避免了松弛應力的損失。其次，孔道設計的半徑還需要達到混凝土粗骨料的七成以上。只有保障了開孔的尺寸規格，才能給建筑項目的安全穩固打下堅實的基礎。當預應力混凝土澆筑凝固后，預應力筋才能承受住內部的應力，不會造成裂縫和脫落的現象。最后值得一提的是，目前在預應力施工中一刀切的現象較為普遍。實際上在徑向與橫向上模塊的受力情況有較大的差別，因此也應該進行分類討論。在徑向預應力結構中，需要使開孔大小略低于孔道之間的距離；而在橫向結構中，需要使開孔大小低于孔道間距的75%。

2.2 安放預應力筋

預應力筋的安放是該項技術的關鍵環節，也同樣是最容易出現紕漏的重災區。首先，在固定錨的制作綁扎方面，需要提前預綁以及與現場安放相結合。在預應力筋完成張拉后，就應該進行錨具的制作，并且及時地運送到項目現場。由于鋼絞線在彎曲的狀態下容易折損，因此還必須使用到夾片來進行固定。當清潔以及準備工作就緒后，就可以著手預應力筋的安放。為了避免或者減少傾斜問題的發生，施工人員就必須借助于固定架來輔助。同時在孔道的端口事先開挖直徑不小于20 mm的孔槽，并利用塑料等密封的材料進行綁扎。通過這種隔絕處理，不僅能夠使結構內部不受建筑垃圾的污染，而且也可以有效地控制泥漿的泄漏。除此之外，還應該鋪設相應的錨墊板來固定孔道，不斷地將預應力筋壓入受拉模塊中。

3 預應力技術的有限元分析

3.1 模型的建立

有限元分析法是通過數學模型的建立，來反映出建筑結構荷載的幾何工況。這種能夠通過有限的單元使模擬的數值無限趨近真實情況，從而給建筑預應力施工提供有力的數據支持。尤其是隨著技術的成熟，信息化手段也開始逐漸應用到有限元分析中，常見的ANSYS專業軟件就能在極短的時間內計算出合理的預應力區間。筆者首先選取了建筑結構中的某受拉模塊，其長約10 m，高為1 m，寬則為0.5 m。在受拉模塊的兩端同時固定等量的HRB335鋼筋，然后在ANSYS中輸入具體的鋼筋直徑參數，就能夠得出預應力的變化情況。而通過對比不同荷載下受拉模塊的表現，就能夠得出最佳的建筑施工方案。

3.2 模擬的方法

關于預應力施工的具體應用以及模擬方法，一直以來也具有較大的爭議。這不僅關乎到最終的項目質量，而且也與建設投入、運作成本有著直接的關系。本文在模型中主要使用了常見的降溫以及初始應力法來對比，希望能夠得出成本低廉、效果突出的施工方法。由于混凝土結構在現場澆筑過程中容易受到熱脹冷縮的影響，因此在體積變化的過程中就會使應力相應改變。因此，施工人員可以事先對受拉模塊進行降溫處理，并通過數據化的運算來總結出普遍性的規律。筆者將模塊中使用的HRB335鋼筋的膨脹系數輸入到軟件中，同時改變工況環境的整體質量，以此給受拉模塊造成一個應力。而隨著溫度的上下浮動，結構中的應力矢量方向和大小也隨之改變。同時還可以基于受拉模塊來建立幾何模型，通過堆載等方式預先施加一個應力。這樣一來建筑項目的整體結構就能夠趨于穩定，投產后出現傾斜、形變的現象就會顯著的減少。在兩種不同模擬方法的荷載下，兩者的應力差距情況如圖1所示。

3.3 計算結果

經過對兩種施工技術以及初始模塊的對比可以得出，預應力技術的應用能夠大幅度提升整體結構的穩定性。而根據圖1可知，降溫法與預應力施加法的應力差距微乎其微，因此在建設過程中主要還是根據具體的情況和成本問題進行綜合的考量。一般來說，降溫法的效果立竿見影，能夠在很短的時間內達到項目的使用標準，因此在業界的應用范圍較為廣泛。而預應力施加法雖然較為經濟實惠，但是由于需要過程時間的等待往往與建設工期造成沖突。

4 結語

在民用建筑領域隨著競爭的加大和項目難度的提升，應用預應力技術已經是大勢所趨。這項技術不僅能夠提升建筑項目的質量，而且在發揮穩固作用的同時也能夠減輕自重，為建設企業控制了成本。本文簡述了預應力施工在當代建筑中應用的意義，同時強調了若干要點環節。并在此基礎上通過具體模型的對比，分析了兩種施工方案的優缺點。希望通過本文給建筑行業形成啟發。當然，本文的研究還十分有限，未能涉及到預應力施工的諸多方面，此后還應該集思廣益，推動建筑行業的進步。