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技术文章 | 2016年度开来预应力技术领域成果报告


2016年度,江苏开来预应力工程有限公司继续拓展“有粘结预应力板”技术在工程领域的研究与应用,总结下来,全年取得六点技术应用成果。


一、获得国家级发明专利一项

该发明专利完善了“有粘结预应力板”在地下室底板的应用,扩大了预应力的适用范围,可以有效地解决地下室底板渗漏问题,尤其是后浇带的处理,可以完全抵抗渗漏。节省了混凝土与钢材用量,节约了施工工期,并且底板的直接造价能够大幅降低。


二、率先在国内将预应力技术应用到地下综合管廊中


“有粘结预应力板”技术能够适用于各种板类构件,相比于无粘结,该技术不依赖于锚具,所以没有耐久性与使用安全方面的隐患。它可以高效地解决地下结构混凝土与钢材用量过大的问题,减少伸缩缝间距,延缓裂缝产生,降低造价,经济与社会效应十分显著。据业主测算,应用“有粘结预应力板”技术的地下综合管廊,每延长米可以节约5000元。




三、提出预应力构件的整体设计方法,实现预应力构件的承载力精确验算


由于预应力筋在构件内通常为曲线布置,在某些荷载工况下,它可能位于混凝土受压区,也可能位于受拉区,所以预应力构件的计算以往都是通过内力结果手工验算。在地下车库这种复杂的结构中,各种板带划分达到上万条,所以控制截面有十余万个,受力状态是大偏压、小偏压、大偏拉、小偏拉这四种情况,如果再用手工计算,不仅容易出错,工作量也非常大。



另外,由于预应力筋矢高位置的变化,配筋最大控制截面也不一定位于柱边,而是可能位于距离柱边的某个位置。如果按照传统的计算方法,该截面的正截面承载力可能偏于不安全。所以,我们提出了预应力构件的整体设计方法,能够精确地根据不同内力组合工况得到配筋包络图,从而得到各个截面位置的普通钢筋含量。


四、继续完善“有粘结预应力板”技术的设计体系


需要特别指出的是,在应用有限元软件设计构件时,应不能仅仅依靠弯矩结果。根据我们的研究,由于薄膜内力的影响,在板跨中存在较大的轴向拉力,这个轴向拉力在设计承载力与验算裂缝时都不能忽略,如果忽略,配筋会有30-40%左右的误差,跨中会处于不安全的状态,如果再与混凝土的温度收缩应力叠加,板跨中更容易产生裂缝。


结合有限元分析的结果,可以很好地解释现浇混凝土板容易出现裂缝的问题。PKPM在很多情况下,仅仅考虑了弯矩内力,认为板中没有轴向拉力,另外它也没有考虑梁板共同变形对板内力的不利影响,所以根据传统的PKPM计算结果的板跨中配筋事实上处于不安全的受力状态。如果应用有限元分析的内力结果验算PKPM的板跨中配筋,几乎裂缝宽度都超过0.3mm。江苏开来预应力工程有限公司应用有限元分析软件,结合自主研发的前后处理程序,在一百多项地下车库工程实践中证明,应用该方法设计的地下车库是经济安全的,裂缝也得到了很好的控制(引述根据招商地产的报告,渗漏点降低90%以上)。


还有一个现象需要简要说明,应用有限元分析软件计算配筋的梁会比PKPM计算的梁配筋少,而板中的配筋率会上升,但是两种方法的总静力弯矩都是一致的,不一样的是梁板之间的内力分配。有限元软件充分考虑了梁板共同变形,PKPM是人为地假设梁板不是共同变形,尤其是板的支座沉降影响无法考虑,另外假设板按照塑性铰线传递荷载给梁,根据我们的研究成果,这个假定只是在梁板刚度比很大的情况下才是合理的。



五、应用提前张拉技术,有效解决预应力张拉作业占用工期问题


制约预应力技术在房屋建筑中大面积推广的主要因素是工期问题。众所周知,在铺束阶段,根据流水施工的原理,预应力筋铺设不占用任何工期,而且根据我们的分析成果和实践经验数据,因为预应力取代了70%的普通钢筋,减少了混凝土用量,降低了模板接触面积,所以使用预应力技术的地下车库在铺束阶段反而可以节约工期。影响最主要在张拉阶段,因为混凝土必须达到强度才可以施加预应力,所以预应力混凝土拆模时间比钢筋混凝土结构要长一些,这个成为制约工期的一个主要因素。


我公司在充分研究了预应力锚固系统与预应力混凝土受力机理的基础上,提出了提前张拉技术,应用有限元分析软件模拟预应力张拉过程中的应力变化,得出最佳张拉时间,可以在确保混凝土不出现裂缝的前提下,采取一定的构造措施以后,提前至14天左右(具体时间视龄期及温度变化)张拉,从而可以像普通钢筋混凝土结构一样,在混凝土强度达到75%就可以拆除模板,从而不占用任何工期。以上成果已经被我公司成功应用于淮安市丰泽怡园小区以及如皋市城南商务区小区的地下车库顶板中。



六、研究现有防水技术的弊端,提出利用预应力技术取消底板外防水


现有防水技术的弊端有以下几点:

(1)    造价高,每平米至少30-40元

(2)    耐久性差,使用寿命达不到建筑的使用寿命,理论上仅为20年,实际上仅在10年左右时间

(3)    构造复杂,质量难以保证。尤其是外防水在桩头、接头处处理特别困难,几乎很难保证接头处不出现问题,使得地下室底板的防水形同虚设。

(4)    为紧前工序,占用工期。必须等待外防水施工完成以后才能进行下道工序施工。

(5)    受天气、环境等因素制约严重,外防水必须保证在干燥环境下施工作业,这个也是制约工期的主要因素之一。



预应力施加在结构中,可以建立自防水体系,类似于木桶铁箍原理,水压力产生的混凝土拉应力必须抵消预压应力才能渗透过混凝土,所以,在混凝土板中建立合适的预应力,可以确保混凝土的渗漏点大幅度降低,甚至不产生裂缝,另外由于预压应力是长期存在于混凝土中的,且因为有粘结预应力技术的优势,没有任何耐久性问题,所以用我公司的专利技术在底板中取消防水,是一个经济合理的优质方案。我公司已经在江苏省射阳县东都天润小区成功应用该项技术成果,经实践证明取消防水以后,至今已经使用六年,地下室底板没有任何渗漏点。










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