预应力钢骨混凝土梁研究与应用进展

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【摘 要】随着现代化技术的不断发展，预应力钢骨混凝土梁作为一种新型的建筑结构形式，既具有钢骨混凝土结构的特点，也具有预应力结构的特点。本文从预应力钢骨混凝土梁的受力性能、设计理论以及在工程中的应用出发，浅要分析了这种结构的应用与发展，以供参考。

【关键词】预应力；预应力钢骨混凝土；受力性能

预应力钢骨混凝土是当前社会经济发展以及技术水平提高的产物，它不仅具有预应力结构的特点，还具有钢骨混凝土结构的特点。随着城市建设的不断发展，城市中不断涌现出了高层、超高层、大跨度等大型建筑，并由于人们生活水平的提高，对建筑物也提出了更好的要求，在建筑工程施工过程中，为了提高工程的抗震性能以及稳定性，我们将这种新型的结构形式运用在施工中，实践着证明，这种结构形式能够有效的保证建筑工程的质量，具有十分广阔的发展前景。

相对于预应力混凝土梁而言，预应力钢骨混凝土梁的抗震性能、抗剪承载力、刚度等性能都优于预应力混凝土梁，并且具有施工简便的优点，但是在该结构施工中，一方面会受到钢筋布置的限制，另一方面会增加钢材的用量，极大的浪费了工程的经济成本。

与钢骨混凝土梁相比，预应力钢骨混凝土梁具有以下几种优点：（1）可以避免裂缝的出现或者发展；（2）能够控制建筑的挠度；（3）可以有效的放大建筑的跨高；（4）比钢骨混凝土的钢材用量少。但是预应力钢骨混凝土梁的施工工序比较复杂，需要在施工中采用先进的技术进行。

1.受力性能研究

1.1静力试验研究

在某市的建筑工程中，采用的预应力钢骨混凝土梁结构进行施工，在该结构施工过程中，工程师对其进行了大尺寸模型静力试验，并需要对整个施工过程进行全方位的监测与管理。为了在试验过程中取得建筑结构的真实受力情况，研究者可以将实验模型设计成一个3层的建筑结构模型，并在该模型的顶部适当加设重力，从而使模型与实际结构受到同等比例的受力。

在工程师测试的过程中，其主要内容包括以下几个方面：首先，需要对混凝土与工字型钢材的受力情况进行测试；其次，需要对建筑的负载能力以及挠度曲线进行测试；再次，需要对建筑工程因荷载过大在引起的裂缝以及裂缝的发展趋势进行测试；最后，需要对裂缝施工后的所有情况进行测试。通过长期试验结果证明：（1）如果施工人员对建筑工程的剪力连接件设计合理，那么钢骨与混凝土就可以保持一致的工作，而且在建筑结构梁上发生裂缝之前与之后都能够满足截面梁的假定结果；（2）在施工过程中，施工人员通过钢骨的设计与施工可以保证裂缝之间具有均匀的间隔，并能够控制裂缝的发展趋势，降低裂缝变宽的可能性，当施工人员将预应力钢骨混凝土梁卸载之后，经过一夜的时间之后再对其进行观察，发现这种施工效果佳。

为了对预应力钢骨混凝土梁的受力情况进行全方位的监测，需要在该梁中埋设适量的钢筋，并对其进行跟踪检测，从而分析出预应力钢骨混凝土梁内部与建筑上部结构之间的关系。通过对其受力情况的监测，得到以下两点结论：一方面如果建筑结构的上部只有几层时，受到建筑高度的影响，导致整个建筑的整体性不足，此时上部结构会通过转换梁将相应的荷载力传递到柱或者核心筒当中，此时预应力钢骨混凝土中的内力会随着建筑的高度变化而变化。另一方面如果建筑结构的层数达到一定数量，那么建筑结构就会具有整体性，此时上部结构就会通过供机制将荷载力传递到柱或者核心筒，并且预应力钢骨混凝土梁的内力会形成一个恒定的值。

1.2低周反复荷载试验研究

为了解PSRC梁的抗震性能，我们进行了4根不同参数的梁的低周反复荷载试验，梁跨度均为4.2m，梁宽为200mm，高为300mm，跨高比为14：1。4根梁中的2根为PSRC梁（PSRC一1和PSRC一2），PSRC一1和PSRC一2预应力度分别为0.75和0.85，PSRC一1对称配置8根Φ5的钢丝，PSRC一2对称配置2根审15的钢绞线；另两根则分别为预应力高性能混凝土梁（HPC）和钢骨混凝土梁（SRC）。

上述试验数据较为系统地研究了PSRC梁的破坏形态、恢复力模型、变形恢复能力、延性、刚度退化和耗能能力等重要抗震性能指标。研究表明：（1）预应力钢骨混凝土梁在低周反复荷载作用下破坏形态为弯曲破坏；（2）PSRC梁的滞回曲线呈梭形，且较丰满，抗震性能优良；（3）PSRC梁的骨架曲线峰值明显高于SRC梁，说明施加预应力能提高钢骨混凝土梁的极限承载力；（4）PSRC梁和SRC梁的屈服后刚度退化较为明显，占总退化刚度的比例也较为可观，配置预应力筋能显著提高PSRC梁开裂刚度，但对屈服后刚度影响不明显；（5）大位移阶段，预应力钢骨混凝土梁的耗能发展非常良好，反映了其优良的抗震性能。

2.工程应用

2.1某大厦PSRC转换梁

大厦主楼32层，地下3层，高133.7m，因功能需要下面6层为大开间，故在第7层设置一转换层并兼作设备层，上部26层250mm厚剪力墙支承于此转换层结构上。设计时考虑了预应力钢筋混凝土梁和钢骨混凝土梁等方案，但均存在因截面尺寸过大而引起的强梁弱柱、自重大、设备管道不易铺设等一系列问题，综合考虑变形和裂缝控制因素，决定选用PSRC梁。梁跨度8m，一端与1700minxl700mm柱相连，另一端与混凝土核心筒相连，梁截面尺寸850mmx2000mm，钢骨采用焊接工字钢梁，截面配钢率为3.5%，预应力筋采用直线束和曲线束相结合的布筋原则。工程完工后对该PSRC转换梁的实测结果显示，其工作状态良好，正常载荷情况下无裂缝出现，变形亦很小。

2.2某区文化中心PSRC梁

该中心是一座集会议、文化娱乐、休闲、展览及购物等活动于一体的多功能、综合性建筑。主体结构采用混凝土梁板柱结构和预应力混凝土梁板柱结构；部分大跨度梁由于其截面尺寸等建筑功能要求严格，试算预应力混凝土梁和钢骨混凝土梁后均无法满足，于是采用预应力钢骨混凝土梁。梁计算跨度30.9m，两端与800mm×l500mm的柱相连，梁截面尺寸650mm×1900mm，钢骨采用A3钢，预应力筋选用有粘结低松弛高强钢绞线。对该工程PSRC梁进行了预应力张拉测试分析，结果表明，各项性能指标均满足设计要求。

3.结语与展望

在现代化社会发展过程中，我们不断将预应力钢骨混凝土梁运用到实际工程中，并对其进行深入的研究，现已初步取得成绩，但是在实际工作中国我们还需要完成以下工作：（1）需要对预应力钢骨混凝土梁的计算理论进行细化，方便工程师的运算；（2）深化对PSRC梁抗震性能和抗震设计方法的研究，并开展疲劳性能和长期性能的研究；（3）开展对与PSRC梁连接的梁柱节点的承载力、抗震性能以及相应设计方法的研究；（4）将PSRC梁的应用范围扩大到市政工程、地下结构、港工结构等领域。 [科]

【参考文献】

[1]刘军进.预应力钢骨混凝土梁理论分析及试验研究.南京：东南大学，1999.

[2]张松林，舒赣平.预应力钢骨混凝土结构转换梁的设计和分析.-TAk建筑，1997，27（7）：16-18.

[3]孙光初，张继文，陈乾.预应力型钢混凝土梁设计方法探讨.江苏建筑，1996（4）：25-28.