预应力预制装配结构

倪韵言

【摘要】作为国内一种新型的施工技术，预应力预制装配结构值得进行大力推广，因此本文结合实际探讨了该结构形式的组成、抗震性能、力学原理等方面。

【关键词】预应力;混凝土;结构;装配式;抗震性能;施工

由于近年来我国建筑业提出了住宅工业化和建筑工业化的目标，现阶段在我国建筑业中广泛使用的现浇混凝土已与国家节能环保挂钩。具有生产效率不高，环境污染严重，经济不必要支出过多的缺点。相反，装配式结构可以把结构提前在工厂预制，运到现场组装，以促进房屋的工业化，并使得建筑在节能方面和结构性能方面得到明显提高，减少能源和资源的浪费与建筑废料和环境的不利影响。将对施工现场的限制减少到最低限度。经过数十年的国内外研究和推广，现有多种类型的预制结构和预制结构，预制的预应力装配结构就是其中之一。基于此，本文将从预应力预制装配混凝土框架结构入手，具体分析其力学分析、效益估测等方面来展开对预应力预制装配结构的介绍。

1、结构介绍

预应力预制装配整体式混凝土框架的结构体系主要是预制柱、后张预应力叠合梁和现浇节点。其中，预制框架柱的豎向钢筋通过注浆套管连接。弯曲的波纹管埋入预制的组合梁中，通过现浇混凝土使梁柱节点连接。最后，将预应力杆穿过预应力杆，拉紧并灌浆。借助压力使整体的预应力混凝土框架结构体系组装完成。

在该系统中，预应力筋通过梁柱节点区域连续布置。在节点区域内，在距梁端梁高度1倍的范围内，预应力筋布置在梁段的上部，并成一直线排列而没有粘结。在框架梁的其余部分中，部分预应力筋的布置具有粘结曲线，并位于跨度中间的梁截面的下部附近。这种后张，连续且部分粘结的弯曲预应力筋的使用不仅可以防止预应力筋提前在框架梁末端的塑料铰链的复杂区域中屈服，而且还符合机械性能预制梁，可以改善结构完整性。

2、抗震性能

因为具有优越的经济效益，环境优势和良好的结构性能，预制装配式混凝土结构已经在一些发达国家和地区得到越来越普遍的使用。但是，我国建筑的工业化水平相对较低。即使符合了工业生产的结构形式，预制装配式结构的技术仍然落后。 因此，为了更好地发展国产预制混凝土结构的应用，对结构体系拥有更细致的了解，创新节点的形式，提高结构性能尤为重要。

在防震设防地区使用的预制混凝土结构通常有两种类型：组装的整体结构和新的延性连接预制结构。组装的整体结构是目前研究最多，使用最广泛的预制结构形式，是预制构件与现浇混凝土的结合，集合了预制结构和现浇结构的优点，但现场仍存在湿作业，地震后存在变形大，维修困难，成本高的问题。新型延性预制结构主要通过预应力筋连接，带来了不少益处。它不仅节省成本，提高生产效率，而且大大减少了结构残余变形。这种结构的损坏主要集中在节点上，并且组件受到轻微损坏，地震后可以快速修复。

新型的预应力自复位框架结构在上述方面取得了新的进展。 结构的梁柱节点中的角钢用作耗能元件，在加载过程中可以部分抵抗剪切和弯矩。在设计中，应在整个应力过程中将后张预应力钢绞线保持在弹性状态。 预应力使结构在加载过程中具有足够的恢复力，推动结构自行复位，从而使钢绞线的张力可以使梁和柱的开口之间的间隙闭合， 自复位耗能的预制钢筋混凝土框架结构系统通过后张预应力钢绞线提供的恢复力来实现自复位能力。

3、力学分析

加载初期，预应力预制装配式框架的受力筋应变呈线性变化，试件基本处于弹性阶段，卸载后残余变形很小。

加载中期，随着荷载不断增加，裂缝数量、长度、宽度不断增加，试件卸载后残余变形逐渐增大，具有明显的非线性弹塑性变形性质。

加载后期，裂缝宽度进一步增大，但裂缝数量未明显增多，卸载后残余变形有明显增大。

预应力预制框架的损坏主要集中在角钢上。通过角钢元件，可以为接头提供一定的能量消耗。因此，在地震后更换角钢可以提高甚至恢复接头的抗震性能。此外，梁中未粘结的预应力筋的存在显着延迟了构件裂缝的出现和发展。同时，预应力筋的回弹效应极大的降低了框架的残余变形。

4、存在问题

目前，各国对预制装配式建筑进行了一系列研究，并取得了一定的成果，但是仍然存在一些亟待解决的问题：

（1）预制框架的能耗能力不足。尽管预制框架结构可以提高施工效率并缩短周期，但先前的研究发现，地震荷载下预制框架节点的能耗要比现浇结构低，甚至有能源消耗严重不足的现象。

（2）许多耗能设备或耗能部件结构复杂，精度要求高，往往难以满足，尽管受力分析清晰，却难以应用于工程。

5、结构效益分析及未来前景

预应力技术与预制技术两者共同造就了预制组装的整体式预应力混凝土框架结构系统，可以使大跨度框架结构中混凝土梁过高的问题得到解决。在使用净高的时，建筑设计也能获得更多选择余地，拥有灵活性更大的柱网空间，从而创造更舒适的使用体验;此外，预制梁过大的这一难点也可以通过预应力技术得到解决，使预制施工技术获得进一步应用。根据计算，与类似的框架结构相比，该系统可节省约8%的建筑成本。

近年来，随着国家重视和推广装配式建筑，装配式建筑的发展已经取得了显著成绩。但是，与国外相比，我国在预制建筑物的发展上仍然落后。除去相关标准和规范的不完善，还需要深入研究和深入研究许多特性和建筑技术，而且还表现在实际建造和使用的预制建筑物所占比例很小。然而，近年来许多学者致力于对创新节点能量消耗装置的研究，以期提高预制混凝土结构的抗震性能。另外，国内外也有越来越多的法规文件出台，相信在不久的将来，预应力预制构件会因其出色的性能在我国建筑市场中占有更多的比例。

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