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预应力混凝土 桥梁与隧道工程专业后张无粘结预应力混凝土的发展回顾摘要： 本文介绍了后张无粘结预应力砼在国际国内的发展过程，以及无粘结预应力砼的受弯性能，还讨论了它在发展和存在的一些问题等。关键词：后张法，无粘结，预应力随着科学技术的发展，建筑业技术水平的提高，许多新技术、新工艺已逐步应用到建筑施工中来。这些新技术、新工艺的应用不仅使得施工工艺大为简化，同时也使得许多复杂的结构难题得以解决，后张无粘结预应力混凝土技术就是近几十年来发展起来的一项新技术。 1 国际后张无粘结预应力混凝土的发展状况 早在20年代美国的REDill就提出了无粘结预应力筋的设想，预应力筋在张拉后容许对周围的混凝土发生纵向相对滑移。法国的EFreyssinet在预应力混凝土桥梁结构的初期实践中，曾试用过涂以沥青并缠绕纸带的无粘结束。一直到了50年代初期，美国将无粘结筋用到了平板结构中。随着大跨度平板的发展，无粘结筋首先在美国得到较大的推广和应用。最初的无粘结筋采用单根钢丝经涂油脂后用纸带缠绕包裹制作而成，采用镦头式锚具。60年代初，开始采用单根钢铰线缠绕纸带制成的无粘结筋代替由单根钢丝制作的无粘结筋。60年代中期，出现了内涂油脂外包塑料护套的钢铰线无粘结筋。大约到70年代初，塑料护套制作工艺得到重大改进，采用挤出涂塑工艺制作无粘结筋取得成功，并于1972年获得美国专利。至此，这种无粘结筋才开始在设计与施工中得到大量应用。 由于无粘结筋可像普通钢筋样铺设并可根据受力要求铺成多跨曲线形状，特别适用于需复杂的连续曲线配筋的大跨度楼盖和梁，且施工方便，无需预留孔道，非常经济合理。近20多年来，已为许多国家所采用，国外许多结构设计规范对无粘结预应力混凝土的设计与应用都有具体规定。据美国后张委员会统计目前已有上亿平方米以上的房屋结构采用此方法，并以年1000万平方米的速度增长，新建的大跨度混凝土平板结构几乎全部采用无粘结预应力平板。在欧洲诸国的大跨度平板中也得到了广泛应用。2 国内后张无粘结预应力混凝土的发展情况 我国应用无粘结预应力技术较晚，大致可分为四个阶段： 70年代中期，我国对无粘结顶应力技术进行了初步摸索。中国建筑科学研究院等单位对无粘结预应力构件作了基本性能研究，这一阶段，上海、成都、无锡等地在平板结构中开始采用无粘结预应力平板与井式梁板等。 80年代中期，我国无粘结预应力技术有了突破性发展，北京建筑工程研究所牵头研制了一条挤塑涂层的无粘结预应力筋生产线。这一阶段，主要在北京地区的多层与高层建筑中逐步地采用无粘结预应力平板、密肋板、井式梁、框架梁等。90年代，我国无粘结预应力技术进入大力推广阶段，建设部八五计划中列为重点推广的项目。北京、江苏、湖南、广东、浙江、安徽、山东、上海、天津、河北、辽宁、福建等省市发展迅速，其应用范围也扩大到筒仓、水池、地锚、桥梁等领域。同时，建设部还编制了无粘结预应力结构设计与施工规程。目前我国各地均有专业工厂可以生产和供应无粘结预应力筋，在我国已建成或正在兴建一大批采用无粘结筋的大开间、大柱网和大跨度的现代建筑。无粘结预应力砼已用于建造多层工业厂房、住宅、宾馆、办公楼、图书馆、停车库、商店、报告厅、储仓和基础加固等。在工业与民用建筑中应用的结构形式有无粘结预应力单向连续平板、双向平板、双向密肋板、带柱帽或托板的无粘结预应力平板、大跨度简支梁、悬臂梁和框架梁，交叉梁系，受拉结构构件等。3 无粘结预应力混凝土的受弯性能研究在后张预应力混凝土中，张拉后允许预应力束对周围混凝土长期存在纵向相对滑动的束叫“无粘结”束。在预应力混凝土受弯构件中，无粘结束钢材的应力随荷载变化的规律与有粘结筋是不同的。无粘结预应力筋的应力增量总是低于有粘结预应力筋的应力增量，随荷载的增大，这个差距将越大，当结构达到极限荷载时，无粘结预应力筋的极限应力都不可能超过钢材的条件屈服强度fp0.2。其原因在于，当有粘结构件承受荷载时，任一截面处束中应变的变化都是与其周围混凝土的变化(应变)相等的，所以有粘结束的最大应力发生在最大弯矩的截面内。而无粘结构件承受荷载后，由于无粘结束可发生纵向相对滑移，整个束中的应变(亦即应力)是一样的，其应变的改变等于沿束全长周围混凝土应变变化的平均值。这样，当构件的弯曲破坏受压截面混凝土达到极限应变时，无粘结束中的最大应变将比有粘结束的应变小。所以，无粘结束中的极限拉应力低于最大弯矩截面破坏时有粘结束的极限拉应力。实验表明一般要低10一30。国外曾采用跨中一点和三分点两种加载方式，以无粘结筋的有效预应力、配筋指标和梁的跨高比为三个主要参数做了数根无粘结预应力梁的试验，比较这些无粘结梁的裂缝性质和破坏形态与有粘结梁的是不一样的。对配筋率较低的梁，只出现一条或少数几条裂缝，且均发生在最大弯短截面附近。随着荷载的增长，这条裂缝的宽度与高度都迅速扩展，并常于裂缝的顶部开叉，荷载增加不多梁就发生脆性破坏。破坏机构类似于一个低矢高的三铰拱而不像梁，混凝土的变形几乎全部集中在裂缝断面。国内对无粘结预应力板柱体系的性能进行了试验研究。当无粘结部分预应力板采用一向集中带状布筋，另一向均匀布筋的配筋方案时，它在使用荷载下处于弹性工作阶段，结构性能良好，卸荷后挠度几乎可以完全恢复；在达到极限荷载前，板顶中柱轴线处混凝土裂缝贯通，普通钢筋达到流限，板底裂缝较多，宽度较小，板的跨中挠度较大，有良好的延性性能，并有比设计极限荷载大得多的承载能力。4 后张无粘结预应力混凝土的发展和存在的问题由于无粘结预应力技术简化了施工程序(简化了布置预留管道、穿筋、灌浆等工序)，加快了施工进度，摩擦系数小，钢筋可以布置成任意曲线，符合受力要求，具有较好的经济性，故从70年代开始，很快被世界许多国家广泛应用。无粘结预应力技术经过近几十年的大规模工程应用及技术探索，与其配套的锚夹具及张拉设备等的不断完善，低松弛无粘结预应力钢筋生产能力不断增强，与此同时锻炼与培养了一批科研、设计、施工等方面的技术队伍，这些均为今后无粘结预应力技术的发展奠定了基础。由于这些年无粘结预应力技术发展较快，应用工程范围又广，但也存在一些不尽人意的问题，这些问题影响着无粘结预应力技术的进一步推广与应用，如何克服其不利因素，合理地解决这些问题，是推广与应用无粘结预应力技术的关键所在。4.1 极限强度问题由于无粘结筋与混凝土之间存在滑动，无粘结筋的应变是沿筋全长分配，截面设计时就不能按有粘结筋那样采用平截面假定进行计算无粘结筋的应变不是线性分布，属超静定结构范畴因此，目前在设计计算时，都应用各种近似方法，均与实际建立有效预应力和在受力状态下的预应力增量有关根据现今的设计方法，预应力结构绝大部分不可能以极限抗弯强度作为控制条件，一般按预应力度设计，以抗裂(混凝土出现拉应力大小)与挠度来控制通过国内外大量的试验及工程实践表明，合理地限制无粘结预应力构件的平均预压应力，即扣除全部预应力损失后，在混凝土总截面面积上建立的平均预压应力；增加非预应力有粘结筋的比例，使其在结构的极限强度中起主要作用，这样就能较好地弥补无粘结预应力结构的极限强度及抗裂性能低于有粘结预应力结构的不足。4.2 抗震问题预应力湿凝土结构的抗震性能是逐步被人们所认识的，在60、70年代已被学者以及工程设计者们讨沦及研究的课题在FIP地震结构委员会的努力下，进行了大量试验及震害调查，预应力混凝土结构被认为是能够可靠地应用于抗震结构通过几十年的实践也证明了这一点。 但有人认为无粘结预应力框架梁的延性不好，无粘结筋几乎不耗能，不利于抗震，在地震区最好不用。可是，在地震荷载作用下，无粘结预应力筋在构件中始终处于受拉状态，承受的应力变化幅度较小，不像有粘结筋可能由受拉转为受压，易被压曲而丧失承载力从受力角度看无粘结筋的地震安全性要比有粘结筋的为好试验结果还表明，无粘结预应力结构具有良好的挠度恢复性能，在水平荷线作用下，无粘结筋的应力增量较小。但由于在地震荷载作用下，无粘结筋的应力一般处于弹性阶段，其耗能及恢复力特性不如有粘结预应力针对上述不利因素，按部分预应力结构考虑，必须配置相当数量的非预应力有粘结筋，可弥补上述不足，仍可具有较好的耗能能力，试验结果也证明了这一点，故在地震区应用无粘结预应力技术是可靠的。4.3 锚具可靠性问题无粘结预应力结构对锚具要求很高，一旦锚具失效将危及构件和整个结构预应力筋锚具组装件，除必须满足静载锚固性能外，尚须满足循环次数为200万次的疲劳性能和50次低周反复荷载的抗震性能试验。这些要求对锚具来说是比较严格的。经历次地震震害调查，无一处发现失锚或损坏的现象，只要按要求进行严格检验，控制锚具质量，无粘结预应力技术用于大跨度结构、框架粱结构等大型建筑物中，从技术上来讲是可靠的。 5 结语无粘结预应力技术，由于它自身的优点，如预应力结构可以减小截面，减薄厚度，结构轻巧后可建造更大的跨度，承受更重的荷载，提供更多的建筑面积与建筑空间，提高了建筑物的使用功能。在高层建筑中每八至十层钢筋混凝土楼盖，改用无粘结预应力后即可多建一层；同样的无粱楼盏，无粘结预应力混凝土可节省钢材约一倍以上，综合投资可节约10左右，一般在国外可节约综合投资20左右无粘结预应力技术虽具有其先进性，经济性，这些年发展也快，应用也广泛，但工程考验时间总的还不长，对无粘结预应力结构有的性能认识与研究工作还不够，在设计方面还存在一些问题，有待今后进一步研究与实践。参考文献1 T.Y.Lin and Ned H.Burns design of prestressed concrete structuresthird edition2 A.H. Rahman and G. Pernica Assessing New Techniques for Evaluating Post-Tensioned Buildings3 Dr. P. Ritz, Civil Engineer ETH POST-TENSIONED SLABS VSL INTERNATIONAL LTD, Berne/Swizerland4 MP.Collins and D.Mitchell (1991)prestressed concrete structures Prentice Hall New Jersey5 A.H.Nilson (1978)design of prestressed concrtetJohn Wiley New York 6 陶学康 我国后张无粘结预应力砼发展新动向 中国建筑科学研究院结构所7 杨宗放 吕志涛 我国无粘结预应力砼技术的应用与发展东南大学8 束继华 李佩勋 无粘结预应力技术在工程中应用与发展冶金工业部建筑研究总院院刊 1998年第一期（总第34期）9 李乐平后张无粘结预应力技术在公路桥上的应用实例 水运工程1999年第3期10 李宪南 后张无粘结预应力混凝土设计与施工技术 电器工厂设计第86期1995年11 张咸安 姜广强 无粘结后张预应力钢筋混凝土施工控制中国市政工程 1999第4期（总第87期） A review of post-tentioned unbonded prestressed concrete developing Liyi Abstract: This article reviews the past years post-ten