預應力預制裝配結構

倪韻言

【摘要】作為國內一種新型的施工技術，預應力預制裝配結構值得進行大力推廣，因此本文結合實際探討了該結構形式的組成、抗震性能、力學原理等方面。

【關鍵詞】預應力;混凝土;結構;裝配式;抗震性能;施工

由于近年來我國建筑業提出了住宅工業化和建筑工業化的目標，現階段在我國建筑業中廣泛使用的現澆混凝土已與國家節能環保掛鉤。具有生產效率不高，環境污染嚴重，經濟不必要支出過多的缺點。相反，裝配式結構可以把結構提前在工廠預制，運到現場組裝，以促進房屋的工業化，并使得建筑在節能方面和結構性能方面得到明顯提高，減少能源和資源的浪費與建筑廢料和環境的不利影響。將對施工現場的限制減少到最低限度。經過數十年的國內外研究和推廣，現有多種類型的預制結構和預制結構，預制的預應力裝配結構就是其中之一。基于此，本文將從預應力預制裝配混凝土框架結構入手，具體分析其力學分析、效益估測等方面來展開對預應力預制裝配結構的介紹。

1、結構介紹

預應力預制裝配整體式混凝土框架的結構體系主要是預制柱、后張預應力疊合梁和現澆節點。其中，預制框架柱的豎向鋼筋通過注漿套管連接。彎曲的波紋管埋入預制的組合梁中，通過現澆混凝土使梁柱節點連接。最后，將預應力桿穿過預應力桿，拉緊并灌漿。借助壓力使整體的預應力混凝土框架結構體系組裝完成。

在該系統中，預應力筋通過梁柱節點區域連續布置。在節點區域內，在距梁端梁高度1倍的范圍內，預應力筋布置在梁段的上部，并成一直線排列而沒有粘結。在框架梁的其余部分中，部分預應力筋的布置具有粘結曲線，并位于跨度中間的梁截面的下部附近。這種后張，連續且部分粘結的彎曲預應力筋的使用不僅可以防止預應力筋提前在框架梁末端的塑料鉸鏈的復雜區域中屈服，而且還符合機械性能預制梁，可以改善結構完整性。

2、抗震性能

因為具有優越的經濟效益，環境優勢和良好的結構性能，預制裝配式混凝土結構已經在一些發達國家和地區得到越來越普遍的使用。但是，我國建筑的工業化水平相對較低。即使符合了工業生產的結構形式，預制裝配式結構的技術仍然落后。 因此，為了更好地發展國產預制混凝土結構的應用，對結構體系擁有更細致的了解，創新節點的形式，提高結構性能尤為重要。

在防震設防地區使用的預制混凝土結構通常有兩種類型：組裝的整體結構和新的延性連接預制結構。組裝的整體結構是目前研究最多，使用最廣泛的預制結構形式，是預制構件與現澆混凝土的結合，集合了預制結構和現澆結構的優點，但現場仍存在濕作業，地震后存在變形大，維修困難，成本高的問題。新型延性預制結構主要通過預應力筋連接，帶來了不少益處。它不僅節省成本，提高生產效率，而且大大減少了結構殘余變形。這種結構的損壞主要集中在節點上，并且組件受到輕微損壞，地震后可以快速修復。

新型的預應力自復位框架結構在上述方面取得了新的進展。 結構的梁柱節點中的角鋼用作耗能元件，在加載過程中可以部分抵抗剪切和彎矩。在設計中，應在整個應力過程中將后張預應力鋼絞線保持在彈性狀態。 預應力使結構在加載過程中具有足夠的恢復力，推動結構自行復位，從而使鋼絞線的張力可以使梁和柱的開口之間的間隙閉合， 自復位耗能的預制鋼筋混凝土框架結構系統通過后張預應力鋼絞線提供的恢復力來實現自復位能力。

3、力學分析

加載初期，預應力預制裝配式框架的受力筋應變呈線性變化，試件基本處于彈性階段，卸載后殘余變形很小。

加載中期，隨著荷載不斷增加，裂縫數量、長度、寬度不斷增加，試件卸載后殘余變形逐漸增大，具有明顯的非線性彈塑性變形性質。

加載后期，裂縫寬度進一步增大，但裂縫數量未明顯增多，卸載后殘余變形有明顯增大。

預應力預制框架的損壞主要集中在角鋼上。通過角鋼元件，可以為接頭提供一定的能量消耗。因此，在地震后更換角鋼可以提高甚至恢復接頭的抗震性能。此外，梁中未粘結的預應力筋的存在顯著延遲了構件裂縫的出現和發展。同時，預應力筋的回彈效應極大的降低了框架的殘余變形。

4、存在問題

目前，各國對預制裝配式建筑進行了一系列研究，并取得了一定的成果，但是仍然存在一些亟待解決的問題：

（1）預制框架的能耗能力不足。盡管預制框架結構可以提高施工效率并縮短周期，但先前的研究發現，地震荷載下預制框架節點的能耗要比現澆結構低，甚至有能源消耗嚴重不足的現象。

（2）許多耗能設備或耗能部件結構復雜，精度要求高，往往難以滿足，盡管受力分析清晰，卻難以應用于工程。

5、結構效益分析及未來前景

預應力技術與預制技術兩者共同造就了預制組裝的整體式預應力混凝土框架結構系統，可以使大跨度框架結構中混凝土梁過高的問題得到解決。在使用凈高的時，建筑設計也能獲得更多選擇余地，擁有靈活性更大的柱網空間，從而創造更舒適的使用體驗;此外，預制梁過大的這一難點也可以通過預應力技術得到解決，使預制施工技術獲得進一步應用。根據計算，與類似的框架結構相比，該系統可節省約8%的建筑成本。

近年來，隨著國家重視和推廣裝配式建筑，裝配式建筑的發展已經取得了顯著成績。但是，與國外相比，我國在預制建筑物的發展上仍然落后。除去相關標準和規范的不完善，還需要深入研究和深入研究許多特性和建筑技術，而且還表現在實際建造和使用的預制建筑物所占比例很小。然而，近年來許多學者致力于對創新節點能量消耗裝置的研究，以期提高預制混凝土結構的抗震性能。另外，國內外也有越來越多的法規文件出臺，相信在不久的將來，預應力預制構件會因其出色的性能在我國建筑市場中占有更多的比例。

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