论文部分内容阅读
摘要：随着经济的发展，无粘结预应力混凝土的使用越来越广泛，本文提出了混凝土在设计过程存在的一些问题，相应的分析得出在无粘结预应力混凝土结构设计中进行受力分析时可以忽略水平荷载的作用，同时分析如何考虑活荷载位置不利组合的作用。对于截面选择的问题，一般做法是依据设计条件、各项规范，规章计算出来最小截面尺寸，再根据工程具体情况调整。
关键词：无粘结；预应力；混凝土；结构设计；问题；探讨
伴随着经济的发展，无粘结预应力混凝土在我国也一直成长着，据相关资料统计，目前我国每年的生产的无粘结预应力混凝土已经超过200万平方米，并一直处于上升状态。无粘结预应力混凝土也称BUPC，是近来混凝土结构领域新发展起来的一门新技术。与普通的混凝土对比，使用BUPC可以增强建筑功能的适用性，改善建筑结构的受力性能，节约材料的优点；与有粘结预应力混凝土相比较，BUPC制作过程中，省略了预留预留孔道、穿筋，最后灌浆等工序，BUPC的布筋方式也更加灵活。尽管在BUPC领域我国已经取得了一定的成果，也制定了一部分相关的规范，但是在实际的应用中，现在的规范还是不能满足设计者的需要，笔者总结了多年的相关经验，分析了无粘结预应力混凝土结构设计中存在的若干问题。
1、水平荷载BUPC对的影响
无粘结预应力混凝土在结构设计过程中，每一个验算阶段，设计者都要进行荷载效应的组合。其中有活载、恒载，水平载荷，及其预应力张拉时产生的预应力。部分设计者认为在BUPC结构设计是不能忽略水平荷载的，他们认为水平荷载会影响预应力配筋的面积，甚至影响整体结构的稳定性和承载能力。但是笔者有不同的看法，水平荷载的一般作用的时间很短，具有很大的随机性，如果水平荷载没有出现，设计者考虑水平荷载而设的预应力筋将产生平衡荷载使得整体结构反拱现象，就有可能出现结构控制截面的实际拉应力比计算控制值大的情况，反而不利于结构的抗裂度。BUPC中的钢筋含有预应力和非预应力两类。预应力钢筋的目的是确保结构控制截面应力能够满足各项正常使用状态下限值相关的规范，规程，其次才是预应力对于结构承载能力的贡献。非预应力钢筋的首要目的是与预应力钢筋共同确保结构能有足够的承载力，其次才是实现构造要求。假如BUPC的结构设计中考虑部分水平荷载增加预应力筋，容易使预应力筋超过合理的范畴，影响BUPC的首要的作用。另外因为水平荷载的随机性，荷载的方向不能确定，也就不能确定计算过程中的正负号，结构设计过程中如果计算水平荷载，不仅要考虑非瞬时荷载与瞬时荷载的相叠加的问题，还要作用力方向确定与不确定的叠加问题，上述的问题在我国目前的规范中都没有具体的章程，上述的分析知预应力筋的配筋计算中可以不考虑水平荷载，在各阶段的验算中，水平荷载也不用考虑。在非预应力配筋计算的过程中应考虑水平荷载，也就是在承载力验算中，按照设计普通混凝土的结构的使用的方法将水平荷载计入荷载效应组合。假如确实有需要考虑到预应力筋对结构抗裂和承载能力的作用，设计者可以通过相关的规章规程，在BUPC的计算过程中减少长期或者短期拉应力限制系数来满足要求。
2、活载位置最不利组合对BUPC的影响
一般在多层多跨的预应力结构设计中，为了保证结构处于最不利荷载足组合时仍然有足
够的承载能力就需要考虑活荷载的最不利组合。活荷载最不利组合对于结构设计时与活荷载本身有关，也和结构的尺寸等因素有关系。结构活荷载的最不利组合与水平荷载一样也是具有随机性的，出现的概率很低，但是设计者在BUPC的配筋计算中加入了活载最不利组合的影响，就会出现没有出现活荷载最不利组合的情况时增加的部分预应力筋使得设计的结构出现反拱现象，在结构的控制截面上出现比较大的拉应力。除此之外，设计者在处理预应力结构时会采用下面的几种简化方法，也是普通混凝土结构设计中被常常使用偏于安全的方法。1）在预应力构件的端部控制截面弯矩不取梁柱界面上的值，而是柱子轴线处的值；2）出现结构被简化成平面框架时，应取框架梁两边的半开间的全部载荷计算框架梁内力，计算过程中减掉传递给另一侧框架梁的楼面载荷；3）框架梁或者等代框架梁上的活载没有按照规范进行相应的折减。但是笔者发现如果进行上述的活荷载最不利组合之后，得到的控制截面的应力计算结果与实际的情况相差却很大。因此笔者认为在预应力结构计算配筋中，可以取框架梁半开间楼面上的荷载计算框架梁内力，不计活荷载最不利组合的影响，在普通混凝土配筋时计入活载最不利组合的影响，这样做不仅能简化计算，而且使得结构控制截面的应力计算更加趋近于实际情况。
3、结构杆件截面尺寸选择对BUPC的影响
BUPC结构设计过程中，预应力构件截面尺寸是根据常用的跨高比或者就是相关的经验
确定的。构件的截面尺寸与配筋在相关规范中的要求有对应关系。因为BUPC结构设计的计算量很大，一般设计者都不希望进行重新调整或者重新进行内力的分配与验算。所以在设计时常选择较大的初始值进行试算，经常会出现结构的预应力构件截面尺寸偏大的现象，这样就会增加经济的预算。预应力的内力分析计算过程应该是不断调整、选择、修改、完善的过程，直到达到截面的尺寸的最优化。笔者认为比较实用的方法是：先根据设计条件计算出满足规程、规范各项限值的最小截面尺寸，然后根据工程的具体状况对最小截面尺寸进行调整，然后重新计算复核。
4、BUPC制作生产过程中应该注意的问题
任何的预应力混凝土结构，都是钢筋混凝土结构与预应力筋锚具的组装件构成的。如何选择最优的组装件是设计初始阶段的一项重要的任务。有经验的设计师能够很快的想到预应力筋的货源供应、质量状况、工程用量、总造价、使用时的性能等等。但对于经验不足的设计工程师，有时为了造价考虑会有意购买比例较大的普通级别的钢绞线或者钢丝束，因为这种产品的造价低于高强低松弛产品，但是后者在工程的工程量少，锚具也少，相应的布束和张拉施工量也较少，所以最终的造价就未必高。
当把无粘结约束的锚具组装件的端部（锚具）在混凝土梁板中，多数会在梁的端部或者板的边缘，也会出现在端部的情况。张拉之后，锚具的内侧混凝土受到很大的压应力，因此锚具内侧应当配置能够提高混凝土抗压的钢筋，另外对其它出现混凝土拉应力的地方，也应该配置平衡拉力的钢筋。这样就会在锚具的周围形成一个“锚固区”。
总结：本文结合BUPC结构设计理论研究和工程实践，提出了在无粘结混凝土结构设计中一些问题并进行分析讨论，供读者参考，现在无粘结预应力混凝土的使用越来越普及，因此对于研究分析无粘结混凝土的结构设计中存在的问题有很强的现实意义。
参考文献：
[1]无粘结预应力混凝土结构技术规程（JGJ92）2004）[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.
[2]郑文忠，解恒燕.与有粘结相协调的无粘结预应力梁刚度及裂缝宽度计算方法[J].建筑结构学报，2005，26（3）.
[3]牛瑞利.无粘结预应力混凝土结构设计中的若干问题[J]，山西建筑，2005，31（11）.
[4]潘立，无粘结预应力混凝土结构设计中若干问题的研究[J]，建筑结构，1995，4.
关键词：无粘结；预应力；混凝土；结构设计；问题；探讨
伴随着经济的发展，无粘结预应力混凝土在我国也一直成长着，据相关资料统计，目前我国每年的生产的无粘结预应力混凝土已经超过200万平方米，并一直处于上升状态。无粘结预应力混凝土也称BUPC，是近来混凝土结构领域新发展起来的一门新技术。与普通的混凝土对比，使用BUPC可以增强建筑功能的适用性，改善建筑结构的受力性能，节约材料的优点；与有粘结预应力混凝土相比较，BUPC制作过程中，省略了预留预留孔道、穿筋，最后灌浆等工序，BUPC的布筋方式也更加灵活。尽管在BUPC领域我国已经取得了一定的成果，也制定了一部分相关的规范，但是在实际的应用中，现在的规范还是不能满足设计者的需要，笔者总结了多年的相关经验，分析了无粘结预应力混凝土结构设计中存在的若干问题。
1、水平荷载BUPC对的影响
无粘结预应力混凝土在结构设计过程中，每一个验算阶段，设计者都要进行荷载效应的组合。其中有活载、恒载，水平载荷，及其预应力张拉时产生的预应力。部分设计者认为在BUPC结构设计是不能忽略水平荷载的，他们认为水平荷载会影响预应力配筋的面积，甚至影响整体结构的稳定性和承载能力。但是笔者有不同的看法，水平荷载的一般作用的时间很短，具有很大的随机性，如果水平荷载没有出现，设计者考虑水平荷载而设的预应力筋将产生平衡荷载使得整体结构反拱现象，就有可能出现结构控制截面的实际拉应力比计算控制值大的情况，反而不利于结构的抗裂度。BUPC中的钢筋含有预应力和非预应力两类。预应力钢筋的目的是确保结构控制截面应力能够满足各项正常使用状态下限值相关的规范，规程，其次才是预应力对于结构承载能力的贡献。非预应力钢筋的首要目的是与预应力钢筋共同确保结构能有足够的承载力，其次才是实现构造要求。假如BUPC的结构设计中考虑部分水平荷载增加预应力筋，容易使预应力筋超过合理的范畴，影响BUPC的首要的作用。另外因为水平荷载的随机性，荷载的方向不能确定，也就不能确定计算过程中的正负号，结构设计过程中如果计算水平荷载，不仅要考虑非瞬时荷载与瞬时荷载的相叠加的问题，还要作用力方向确定与不确定的叠加问题，上述的问题在我国目前的规范中都没有具体的章程，上述的分析知预应力筋的配筋计算中可以不考虑水平荷载，在各阶段的验算中，水平荷载也不用考虑。在非预应力配筋计算的过程中应考虑水平荷载，也就是在承载力验算中，按照设计普通混凝土的结构的使用的方法将水平荷载计入荷载效应组合。假如确实有需要考虑到预应力筋对结构抗裂和承载能力的作用，设计者可以通过相关的规章规程，在BUPC的计算过程中减少长期或者短期拉应力限制系数来满足要求。
2、活载位置最不利组合对BUPC的影响
一般在多层多跨的预应力结构设计中，为了保证结构处于最不利荷载足组合时仍然有足
够的承载能力就需要考虑活荷载的最不利组合。活荷载最不利组合对于结构设计时与活荷载本身有关，也和结构的尺寸等因素有关系。结构活荷载的最不利组合与水平荷载一样也是具有随机性的，出现的概率很低，但是设计者在BUPC的配筋计算中加入了活载最不利组合的影响，就会出现没有出现活荷载最不利组合的情况时增加的部分预应力筋使得设计的结构出现反拱现象，在结构的控制截面上出现比较大的拉应力。除此之外，设计者在处理预应力结构时会采用下面的几种简化方法，也是普通混凝土结构设计中被常常使用偏于安全的方法。1）在预应力构件的端部控制截面弯矩不取梁柱界面上的值，而是柱子轴线处的值；2）出现结构被简化成平面框架时，应取框架梁两边的半开间的全部载荷计算框架梁内力，计算过程中减掉传递给另一侧框架梁的楼面载荷；3）框架梁或者等代框架梁上的活载没有按照规范进行相应的折减。但是笔者发现如果进行上述的活荷载最不利组合之后，得到的控制截面的应力计算结果与实际的情况相差却很大。因此笔者认为在预应力结构计算配筋中，可以取框架梁半开间楼面上的荷载计算框架梁内力，不计活荷载最不利组合的影响，在普通混凝土配筋时计入活载最不利组合的影响，这样做不仅能简化计算，而且使得结构控制截面的应力计算更加趋近于实际情况。
3、结构杆件截面尺寸选择对BUPC的影响
BUPC结构设计过程中，预应力构件截面尺寸是根据常用的跨高比或者就是相关的经验
确定的。构件的截面尺寸与配筋在相关规范中的要求有对应关系。因为BUPC结构设计的计算量很大，一般设计者都不希望进行重新调整或者重新进行内力的分配与验算。所以在设计时常选择较大的初始值进行试算，经常会出现结构的预应力构件截面尺寸偏大的现象，这样就会增加经济的预算。预应力的内力分析计算过程应该是不断调整、选择、修改、完善的过程，直到达到截面的尺寸的最优化。笔者认为比较实用的方法是：先根据设计条件计算出满足规程、规范各项限值的最小截面尺寸，然后根据工程的具体状况对最小截面尺寸进行调整，然后重新计算复核。
4、BUPC制作生产过程中应该注意的问题
任何的预应力混凝土结构，都是钢筋混凝土结构与预应力筋锚具的组装件构成的。如何选择最优的组装件是设计初始阶段的一项重要的任务。有经验的设计师能够很快的想到预应力筋的货源供应、质量状况、工程用量、总造价、使用时的性能等等。但对于经验不足的设计工程师，有时为了造价考虑会有意购买比例较大的普通级别的钢绞线或者钢丝束，因为这种产品的造价低于高强低松弛产品，但是后者在工程的工程量少，锚具也少，相应的布束和张拉施工量也较少，所以最终的造价就未必高。
当把无粘结约束的锚具组装件的端部（锚具）在混凝土梁板中，多数会在梁的端部或者板的边缘，也会出现在端部的情况。张拉之后，锚具的内侧混凝土受到很大的压应力，因此锚具内侧应当配置能够提高混凝土抗压的钢筋，另外对其它出现混凝土拉应力的地方，也应该配置平衡拉力的钢筋。这样就会在锚具的周围形成一个“锚固区”。
总结：本文结合BUPC结构设计理论研究和工程实践，提出了在无粘结混凝土结构设计中一些问题并进行分析讨论，供读者参考，现在无粘结预应力混凝土的使用越来越普及，因此对于研究分析无粘结混凝土的结构设计中存在的问题有很强的现实意义。
参考文献：
[1]无粘结预应力混凝土结构技术规程（JGJ92）2004）[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.
[2]郑文忠，解恒燕.与有粘结相协调的无粘结预应力梁刚度及裂缝宽度计算方法[J].建筑结构学报，2005，26（3）.
[3]牛瑞利.无粘结预应力混凝土结构设计中的若干问题[J]，山西建筑，2005，31（11）.
[4]潘立，无粘结预应力混凝土结构设计中若干问题的研究[J]，建筑结构，1995，4.