07郑文忠-黑龙江省预应力混凝土结构研究与应用.doc

中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文 2006年 黑龙江省预应力混凝土结构研究与应用 郑文忠 王英 周威 （哈尔滨工业大学 土木工程学院，黑龙江 哈尔滨150090） 摘 要：扼要介绍了预应力混凝土结构的概念及工作原理，总结了近十年来黑龙江省在预应力混凝土结构方面的创新与贡献，提出了黑龙江省发展预应力混凝土的若干建议。 关键词：预应力；混凝土；结构；现状；展望?作者简介：郑文忠，男，博士，教授，博士生导师 基金项目：国家自然科学基金项目，教育部新世纪优秀人才支持计划项目（教科司[2005]290号）。 1 预应力混凝土结构的概念及工作原理[1] 黑龙江人对“预应力混凝土”并不陌生，因为二十世纪五十年代，也就是新中国成立之初，苏联帮助中国发展预应力就是从黑龙江开始的。直至二十世纪八十年代中期的三十多年的时间，我国主要以推广以冷拉钢筋、冷拔钢丝及中强钢为预应力筋的预制预应力混凝土构件为主，不容否认，预制预应力混凝土构件为我国量大面广的土木工程建设做出了重要贡献。 进入二十世纪八十年代中期，随着材料工业的发展，张锚体系的改进，计算手段的进步，我国在杜拱辰等老一辈预应力专家的倡导下，一大批专家学者开展了将“预应力”由“构件”发展到“体系”的探索，经过近二十年的不懈努力，包括黑龙江省在内的我国土木工程界已呈现出欣欣向荣的“现代预应力混凝土结构”新局面。 所谓现代预应力混凝土结构是指采用高强钢材、较高强度等级的混凝土，通过先进的设计理论和先进的施工工艺建造起来的配筋混凝土结构。现代预应力混凝土结构与传统预应力混凝土结构的区别，主要有如下几点：⑴现代预应力混凝土结构中的预应力筋是以抗拉强度标准值fptk＝1860N/mm2的φs15钢绞线为主导钢材，而传统预应力混凝土结构中的预应力筋多为冷加工钢材;⑵现代钢筋混凝土结构所用的混凝土应为C40～C60,而传统预应力混凝土结构所用混凝土多为C30左右；⑶现代预应力混凝土结构以大跨超静定结构为主，顺利实现了“预应力”由“构件”向“体系”的跨越，而传统预应力混凝土主要以预制预应力混凝土构件为主；⑷现代预应力混凝土结构的应用领域为大（大跨、大空间结构）、高（高层、高耸结构）、重（重荷载结构）、特（特种结构及特殊应用）、长（超长不设缝工程）等现代土木工程结构。 预应力混凝土结构的工作原理是通过对混凝土结构合理布置并张拉预应力筋产生与外荷载效应相反的等效荷载，该等效荷载可以抵消部分或全部外荷载，使结构受到的实际剩余荷载明显减少，从而可实现当梁板跨度和所受外荷载相同时，截面尺寸明显减少；截面尺寸和所受外荷载相同时，结构跨越的跨度明显增大的目的。 2 黑龙江省在预应力混凝土结构方面的创新与贡献 2.1参与提出了预应力混凝土结构裂缝控制及验算建议[2,3,4] 二十世纪九十年代初期，针对我国《混凝土设计规范》(GBJ10-89)对高强钢丝、钢绞线作预应力筋的预应力混凝土结构构件裂缝控制过严，由裂缝控制方程计算确定的预应力筋远远大于结构抗力所需的预应力筋这一突出问题，哈尔滨工业大学参与提出了以高强钢丝、钢绞线作预应力筋的预应力混凝土结构构件裂缝控制及验算建议，该建议是《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）制定预应力混凝土结构构件裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值的参考依据之一。 2.2 参与建立了后张预应力平板-柱结构合理计算模式和方法[5] 1992年2月－1995年5月,作者攻读东南大学博士学位期间，在导师吕志涛院士的指导下，通过两个钢平板-柱结构模型和一个后张预应力混凝土平板-柱结构模型的试验研究和理论分析，揭示了平板-柱结构在竖向荷载及水平荷载下的受力机理，完善了这种结构在竖向荷载及水平荷载下的内力计算方法，给出了该结构预应力效应的分析方法，解决了该结构内力计算与位移计算不协调这一棘手问题，并使这种结构在竖向荷载下与水平荷载下的计算得到统一，提出了这种结构抗震设计建议和有关构造措施。1999年6月编著出版了《后张预应力混凝土平板-柱结构设计与工程施工实例》一书。研究成果在大黑河岛国际商贸城、哈高科综合厂房等一大批工程中得到成功应用。 普通混凝土平板-柱结构的柱网尺寸多为4.5m×4.5m，一根内柱支承的楼盖面积约为20m2左右，而后张预应力混凝土平板-柱结构的经济柱网尺寸为7m×7m～10m×10m，一根内柱支承的楼盖面积为50m2～100m2，后张预应力混凝土平板-柱结构房屋较普通混凝土平板-柱结构房屋可减少内柱60％～80％，房屋的使用功能明显改善，房屋的通用性明显增强。 2.3 提出了预应力混凝土结构设计统一理论[1,6,7，8] 1995年5月－1997年10月，作者针对预应力混凝土超静定结构设计的经典方法中次内力概念过于抽象、次内力计算过于