预应力混凝土结构设计若干问题探讨

预应力混凝土结构设计若干问题探讨

张超帅

江苏筑原建筑设计有限公司 江苏 常州 213000

摘 要： 随着国民经济的稳定增长，现代化城市建设步伐明显加快，工程建设数量大大提高。作为建筑工程中的重要组成部分，预应力混凝土结构设计得到广泛应用。随着现代科技的不断发展，房屋结构的设计越来越趋向于细致化和功能化，其中预应力结构在建筑工程中也得到广泛应用。预应力结构的出现带动了建筑工程施工技术的飞速发展，为建筑物带来了既经济又美观的结构形式，带动了工程科学的飞速发展。本文对预应力结构设计问题进行了探讨。

关键词：预应力；结构；钢筋

前言：

现代预应力结构技术是提高结构的使用功能，节约钢材的重要技术。建筑行业的发展促进了相应的建筑结构形式的革新，各种新型的、更加符合工程要求的设计及施工技术开始被广泛地应用到了建筑项目中，尤其是预应力混凝土结构的使用，使得许多不可实现的建筑设计方案得以施行，为建筑设计工作开辟了更为广阔的发展空间。

1、预应力混凝土结构概述

随着建筑业的发展,预应力技术的应用越来越普遍,目前已成为建筑结构设计的一种重要技术。预应力混凝土技术的优点很多，具有较高的耐裂性和渗透性，它能最大限度地提高混凝土结构的力学性能，提高建筑物的刚度，并能在一定程度上降低建筑物的剪力和抗拉应力，从而提高建筑物的耐久性。与传统的普通建筑结构设计相比，预应力结构设计具有经济、实用、美观、适合于大跨度及大荷载量建筑结构施工的显著特征。预应力结构是建筑工程中利用配置受力的预应力筋，通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土结构。通过张拉预应力筋产生的应力和使用过程中荷载产生的反方向的应力，这时就会出现抵消局部或者全部荷载出现的应力，用来提升结构使用性能的一种结构形式。建筑工程中，预应力结构的使用收到了优良的效果，预应力混凝土可以在刚度上使构件得到明显的提升，尤其是抗裂能力的提升，扩大了构件的使用范围。在保证安全施工的前提下，根据建筑工程实际所处的地理环境和气候环境，可对预应力混凝土的结构件进行区别对待，并提出了不同的验收标准，从某种角度上来说，这种规定很大程度上提升了预应力混硬土结构的整体设计水平，出现了纤维预应力混凝土结构、预应力钢筋混凝土结构、后张力预应力复合材料结构等一系列新的预应力结构。

根据设计过程以及施工工艺的不同，预应力混凝土可以分为全预应力、部分预应力、有粘结和无粘结预应力、线和环预应力、体内和体外预应力以及预制、现浇以及组合式结构等。 预应力混凝土结构设计中的安全性是其整个设计过程中的重点内容，所以，要求设计人员需综合考虑多方面因素，以保证建筑设计结构的可靠性。

2、预应力结构设计要点

2.1合理选择预应力钢筋布筋方案

预应力筋的合理布置是预应力混凝土结构设计的重要组成部分。预应力钢筋需要有很高的强度，强度大小主要与它的张拉控制应力有关。混凝土结构在受力过程中受拉区早期容易出现裂缝，为了克服其抗拉强度低的缺点，在构件使用之前，预先在混凝土受拉区施加一个预压力，通过张拉钢筋，浇筑混凝土，待钢筋与混凝土之间具有足够粘结力时放张钢筋，利用钢筋回弹力使该部位混凝土预先受压。构件在未使用的情况下，其内部已经储存有预压力，当构件工作过程中受到外荷载作用发生变形局部受拉时，这部分拉力须先抵消混凝土内存在的预压力，随着荷载及形变的增大，构件施加预压力部分逐渐从受压状态过渡到不受力，再到受拉，大大延缓甚至阻止了混凝土裂缝的出现，从根本上改变了混凝土的受力性能，通过配置高强钢筋及高强度等级的混疑土，能大幅度提高混凝土构件的承载力及抵抗变形的能力。预应力筋要有良好的塑性，粘结强度要好，在加工方面要有优良的性能，便于加工。预应力筋的布置要符合受力特点，满足受力需要，既能满足施工时的受力需要，又能满足日后建筑使用时各种荷载组合的受力需要，同时还要考虑使用阶段因负荷不同而产生的弹力的需要，以及结构在老化出现破坏情况后的受力需求。在布筋形式的选择中我们应尽量在柱区域近处的负弯矩处小部分弯起其预应力筋，并控制其在跨中较大区域范围内的预应力筋保持不变。对布筋方案的选择我们应依据不同的结构设计需求选择最适用的结构布设方案，例如在普通钢筋的设计中可采用布筋占据柱上板带中三分之二、占据跨中板带三分之一的方式确保其结构受力的合理性。对于跨板差值较大的多跨度连续板则应采用长跨集中方向的布筋方式，在短跨向柱上带板可布设三分之二，而跨中板带则可布设三分之一，或者采用均匀布设的方案以达到节省、强化梁带的作用。

2.2预应力结构抗震性能设计

抗震性能设计是建筑结构设计中不可忽视的要点，当前混凝土结构工程研究领域也十分重视预应力混凝土结构的抗震问题。房屋建筑的自身质量是否良好会直接关系到它的抗震性能，两者之间是正相关关系，在结构设计中就要正确处理两者关系，尽可能的提高房屋质量，从而以此来带动整体抗震性的增强。结构的抗震能力是指整体结构抵抗既定烈度地震作用的能力，它不仅取决结构自身的抗震性能，而且取决于结构的抗震设计方法。在对建筑结构形式进行合理的选择后，就需要通过相应的抗震措施的制定来保证建筑结构实际所需要的延性抗震能，以此保证建筑结构抗震设防目标的实现。通常情况下，钢筋混凝土结构有着较好的柔性和变形能力，可以承受较大的的地震力。预应力混凝土的结构设计中的抗震性设计与钢筋结构设计的抗震性有所区别，在安全性设计中有着特殊的要求。为了最大限度地提高预应力混凝土的抗震性能，有必要对预应力混凝土的加固指标进行综合测量和配置，控制预应力混凝土的强度。保持节点在构造中的良好扩展。在实际配置中，如果预应力混凝土结构装有纵向非预应力钢筋，就可以达到降低地震位移的效果，将钢筋组合起来，达到抗震性能，刺激其固有延性。（1)在详细分析结构件的基础上，对处于竖向作用力及横向作用力的结构件的内力进行计算，还要计算支座及跨中截面的次应力等；（2)依据上步的计算结构布置非预应力钢筋，并参照内力反算出预应力钢筋的配置；（3)根据相关的核算结果，补上非预应力钢筋设计；（4)完成相关设计后，进行方案核查，发现问题及时调整并改进。在实际配置中，如果预应力混凝土结构装有纵向非预应力钢筋，就可以达到降低地震位移的效果，将钢筋组合起来，达到抗震性能，刺激其固有延性。因此，地震能力进一步增强。

2.3耐久性设计

预应力混凝土结构设计中的安全性是其整个设计过程中的重点内容，所以，要求设计人员需综合考虑多方面因素，以保证建筑设计结构的可靠性。建筑结构中的耐久性主要指的是在荷载的作用下，建筑物所表现出的耐久性，也就是它可以承载接受的最大荷载。建筑工程的生命周期很长，所以其对耐久性提出了很高的要求，以确保建筑工程在规定年限内，能够处于安全状态。为了保证混凝土在使用过程中的安全性和稳定性，有必要对混凝土的耐久性材料进行设计。破坏混凝土结构的机理主要有：钢筋腐蚀、碱性骨料反应等。这些条件的出现将严重影响混凝土结构的稳定性和使用寿命。因此，在预应力混凝土结构的设计中，应增加对耐久性的研究，以保证整体结构的安全性和稳定性。随着技术的进步，出现了许多实用技术，并在许多施工问题上有针对性的应用。如高强度预应力肌腱、主要发挥桥梁横向预应力作用的张拉茅体系、张发道灌浆技术等，大大提高了灌浆能力，简化了灌浆工艺。采用非粘结预应力筋工艺降低成本，体外预应力筋工艺降低摩擦损失，体外电缆工艺降低桥梁施工成本，加快桥梁施工速度等。随着这些过程的发展和实现，预应力混凝土结构的发展越来越引人注目。

3、结语

随着科学技术的发展，预应力技术也得到了很大的提高，在建筑工程中已经得到广泛的应用，尤其是像跨度大的桥梁、高层建筑等。因此，相关人员必须根据施工问题对设计方案进行完善优化，在确保施工质量的前提下，最大程度地发挥出预应力混凝土结构的性能优势，使得建筑物的防水防渗能力和抗震能力得到双向提高，为人们的居住体验和使用安全提供有力保障。

参考文献

[1]冷谦.预应力混凝土结构设计若干问题的探讨[J].广东土木与建筑,2018(01):28-31

[2]夏东坡.预应力混凝土结构设计中应注意的若干问题[J].工业,2016(06):92-92.