预应力技术在民用建筑中的应用

陈 卫 国

(1.山西正昊农工贸有限责任公司,山西 大同 037000; 2.山西省大同监狱，山西 大同 037000)

0 引言

我国居民长期受到安土重迁传统思想的影响，一直以来对建筑的质量要求都比较高。尤其是随着市场经济的繁荣，建筑企业在市场中面临的竞争也日益激烈，为了取得进一步的发展,提升质量已经是大的趋势。而预应力技术的使用，不仅给承建单位的施工带来了极大的便利，而且也显著的提高了项目的质量。由此可见，对预应力技术进行分析，并提出经济合理的实施方案就成了现阶段需要思考的问题。

1 预应力技术的重要性

1.1 加固项目结构

项目稳固已经是老生常谈的问题，这不仅与项目所使用的建材有关，而且也受到施工技术的影响。传统施工技术甚少考虑到项目投产使用后的表现，项目建设往往着眼于当前的质量。实际上在投入使用后，民用建筑除了会受到项目自重的荷载以外，同时还承担了人以及其他物件的重力。由于在建设初期未能充分地考虑到这些问题，就导致建筑项目在投入使用后迅速出现了裂缝等问题。而预应力混凝土则是对受力钢筋事先预加一个荷载，这样一来就能够平衡后期的外界荷载，达到稳固结构的目的。不仅如此，通过这种特殊的处理方式还能够提升混凝土结构的刚性，极大地减少了由于后期过量荷载造成的形变问题。尤其是在超高层建筑项目中，为了达到国家制定的抗震标准，通常都会采用这一技术。

1.2 延长使用寿命

传统施工技术在落实施工方案的过程中，还存在机械呆板的问题，往往对于建筑项目的动态变化的应对能力较差。比如，在钢筋混凝土结构的浇筑过程中没有顾及到环境的湿热变化，从而造成了内部的裂缝问题。而一旦产生裂缝就有可能渗水发霉，直接影响到项目整体的运行。尤其是当混凝土结构的保护层消失，则可能使项目的生命周期被缩短。此外，建筑自重以及外界的荷载也会加剧裂缝，使其不断扩大加深。而预应力技术则能够明显的降低受拉模块的剪应力，以此来平衡内部巨大的压应力。这样一来，项目主体结构所承受的荷载就得到了有效的降低，延长了项目的使用寿命。

2 预应力技术的施工要点

2.1 孔道选点布置

通常来说，在预应力混凝土结构中会采用留孔压浆的方式，其中孔道的选点与开挖尤其重要。首先，在开孔的过程中应该视具体的项目来敲定半径，一般来说必须高于钢绞线2 mm～5 mm。这种做法是为了减少预应力筋和孔道之间的摩擦，从而避免了松弛应力的损失。其次，孔道设计的半径还需要达到混凝土粗骨料的七成以上。只有保障了开孔的尺寸规格，才能给建筑项目的安全稳固打下坚实的基础。当预应力混凝土浇筑凝固后，预应力筋才能承受住内部的应力，不会造成裂缝和脱落的现象。最后值得一提的是，目前在预应力施工中一刀切的现象较为普遍。实际上在径向与横向上模块的受力情况有较大的差别，因此也应该进行分类讨论。在径向预应力结构中，需要使开孔大小略低于孔道之间的距离；而在横向结构中，需要使开孔大小低于孔道间距的75%。

2.2 安放预应力筋

预应力筋的安放是该项技术的关键环节，也同样是最容易出现纰漏的重灾区。首先，在固定锚的制作绑扎方面，需要提前预绑以及与现场安放相结合。在预应力筋完成张拉后，就应该进行锚具的制作，并且及时地运送到项目现场。由于钢绞线在弯曲的状态下容易折损，因此还必须使用到夹片来进行固定。当清洁以及准备工作就绪后，就可以着手预应力筋的安放。为了避免或者减少倾斜问题的发生，施工人员就必须借助于固定架来辅助。同时在孔道的端口事先开挖直径不小于20 mm的孔槽，并利用塑料等密封的材料进行绑扎。通过这种隔绝处理，不仅能够使结构内部不受建筑垃圾的污染，而且也可以有效地控制泥浆的泄漏。除此之外，还应该铺设相应的锚垫板来固定孔道，不断地将预应力筋压入受拉模块中。

3 预应力技术的有限元分析

3.1 模型的建立

有限元分析法是通过数学模型的建立，来反映出建筑结构荷载的几何工况。这种能够通过有限的单元使模拟的数值无限趋近真实情况，从而给建筑预应力施工提供有力的数据支持。尤其是随着技术的成熟，信息化手段也开始逐渐应用到有限元分析中，常见的ANSYS专业软件就能在极短的时间内计算出合理的预应力区间。笔者首先选取了建筑结构中的某受拉模块，其长约10 m，高为1 m，宽则为0.5 m。在受拉模块的两端同时固定等量的HRB335钢筋，然后在ANSYS中输入具体的钢筋直径参数，就能够得出预应力的变化情况。而通过对比不同荷载下受拉模块的表现，就能够得出最佳的建筑施工方案。

3.2 模拟的方法

关于预应力施工的具体应用以及模拟方法，一直以来也具有较大的争议。这不仅关乎到最终的项目质量，而且也与建设投入、运作成本有着直接的关系。本文在模型中主要使用了常见的降温以及初始应力法来对比，希望能够得出成本低廉、效果突出的施工方法。由于混凝土结构在现场浇筑过程中容易受到热胀冷缩的影响，因此在体积变化的过程中就会使应力相应改变。因此，施工人员可以事先对受拉模块进行降温处理，并通过数据化的运算来总结出普遍性的规律。笔者将模块中使用的HRB335钢筋的膨胀系数输入到软件中，同时改变工况环境的整体质量，以此给受拉模块造成一个应力。而随着温度的上下浮动，结构中的应力矢量方向和大小也随之改变。同时还可以基于受拉模块来建立几何模型，通过堆载等方式预先施加一个应力。这样一来建筑项目的整体结构就能够趋于稳定，投产后出现倾斜、形变的现象就会显著的减少。在两种不同模拟方法的荷载下，两者的应力差距情况如图1所示。

3.3 计算结果

经过对两种施工技术以及初始模块的对比可以得出，预应力技术的应用能够大幅度提升整体结构的稳定性。而根据图1可知，降温法与预应力施加法的应力差距微乎其微，因此在建设过程中主要还是根据具体的情况和成本问题进行综合的考量。一般来说，降温法的效果立竿见影，能够在很短的时间内达到项目的使用标准，因此在业界的应用范围较为广泛。而预应力施加法虽然较为经济实惠，但是由于需要过程时间的等待往往与建设工期造成冲突。

4 结语

在民用建筑领域随着竞争的加大和项目难度的提升，应用预应力技术已经是大势所趋。这项技术不仅能够提升建筑项目的质量，而且在发挥稳固作用的同时也能够减轻自重，为建设企业控制了成本。本文简述了预应力施工在当代建筑中应用的意义，同时强调了若干要点环节。并在此基础上通过具体模型的对比，分析了两种施工方案的优缺点。希望通过本文给建筑行业形成启发。当然，本文的研究还十分有限，未能涉及到预应力施工的诸多方面，此后还应该集思广益，推动建筑行业的进步。