14-16缓粘结预应力技术及其工程应用定稿

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缓粘结预应力技术及其工程应用（一）

吴转琴，李佩勋，尚仁杰，范蕴蕴，张利军/中冶建筑研究总院有限公司

[摘要] 缓粘结预应力技术是在克服有粘结和无粘结预应力的缺点，并继承其优点的基础上发展起来的一项预应力技术。介绍了缓粘结预应力的技术特点和技术关键、我国的发展现状以及相关规范编制情况等，通过8个典型工程介绍了该项技术在混凝土结构工程中的应用情况。 [关键词] 缓粘结预应力；有粘结预应力；无粘结预应力；预应力混凝土；胶粘结

0 引言

缓粘结预应力技术是在有粘结和无粘结之后发展起来的一种新的预应力技术[1]，具有无粘结预应力技术施工方便、造价低和有粘结预应力技术结构延性好、抗震性能优等特点。日本在1987年开始研制缓粘结预应力筋，并于1996年开始应用于桥梁的横向预应力部位，2001年应用在桥梁的纵向预应力部位。我国铁路桥梁也在20世纪90年代中期开始研究采用缓凝砂浆作为胶粘剂[2-4]的缓粘结预应力技术。2002年前后，中冶集团建筑研究总院[5-7]和天津市建筑科学研究院[8]

独自开始用环氧树脂作为胶粘剂研制缓粘结预应力筋。2006年中冶集团建筑研究总院缓粘结预应力钢绞线生产线研制成功[9]，并在工程中应用，2008年相关行业标准立项并开始编制，2009年被列为住房和城乡建设部新技术推广项目。

1 缓粘结预应力技术特点

缓粘结预应力筋构造见图1，在预应力筋的外侧、外包护套内部包裹一定厚度的特殊胶凝材料，其前期相当于无粘结的防腐油脂，具有一定流动性及对钢材有良好的附着性。经挤压涂包工艺将预应力筋及外包护套内的空隙填充并紧密封裹，随时间推移胶凝材料逐渐固化，与预应力筋、外包护套之间产生粘结力。外包高强护套材料表面通过机械压成如波纹管状的波纹，当胶凝材料完全固化后，通过缓粘结粘合剂凹凸不平的压痕与周围混凝土咬合，预应力筋不能在混凝土中自由滑动，缓粘结预应力便产生有粘结预应力筋的力学效果。同时，它具有无粘结预应力技术简便宜行的施工优点，克服有粘结施工工艺复杂、预应力节点使用条件受限的弊端，因此，缓粘结预应力技术具有广泛的应用前景。从缓粘结预应力混凝土的咬合锚固原理可以看出，缓粘结预应力技术的关键有2点：首先是可以控制固化时间的缓粘结粘合剂，使预应力筋前期像无粘结筋一样可以自由滑动和张拉；其次是缓粘结钢绞线外包护套的压痕，只有通过压痕才可以使钢绞线与混凝土紧密咬合，可靠粘结，达到有粘结预应力的粘结效果和力学性能。

《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）对预应力

混凝土框架梁抗震提出要求：宜采用有粘结预应力技术，主要是为了提高结构延性和抗震能力，缓粘结预应力混凝土结构如果可以达到有粘结预应力混凝土结构的粘结能力和延性，就可在许多情况下替代有粘结预应力技术，避免有粘结预应力混凝土框架梁施工和构造的困难。

B-B

图1 缓粘结预应力筋示意图（A-A 凹痕断面；B-B 凸肋断面）

2 缓粘结预应力技术相关标准

随着国内缓粘结预应力技术研究的不断深入，该项技术已趋向成熟，国内已有多项工程采用，工程各方迫切需要规范缓粘结预应力筋的产品技术参数以及缓粘结预应力混凝土结构设计、施工和验收的标准。结合缓粘结预应力技术的研发和推广应用，中冶建筑研究总院和中国京冶工程技术有限公司先后于2007年和2008年在住房和城乡建设部申请了缓粘结预应力技术的三项标准《缓粘结预应力混凝土结构技术规程》、《缓粘结预应力钢绞线用胶粘剂》及《缓粘结预应力钢绞线》主编工作。目前，2项产品标准已经完成了征求意见稿，技术规程完成了初稿。

《缓粘结预应力钢绞线用胶粘剂》规定了缓粘结预应力钢绞线专用粘合剂的术语定义、型号及标记、技术要求、试验方法、检验规定、标志、包装、贮存和运输。特别对粘合剂的张拉适用期和固化时间给出了明确的定义，对固化后粘合剂的弯折强度、抗压强度和拉剪强度给出了规定，根据目前研究成果，粘合剂的弯折强度可以达到20MPa ，抗压强度可以达到50MPa ，拉剪强度可以达到10MPa 。

《缓粘结预应力钢绞线》规定了缓粘结预应力钢绞线的术语与定义、产品标记、技术要求、生产工艺、试验方法、检验规则以及包装、标志、运输、贮存等。特别是给出了缓粘结预应力钢绞线外包护套肋痕深度的要求、缓粘结胶粘剂涂层的数量要求等，目前生产的缓粘结钢绞线肋痕深度达到1.5mm ，缓粘结粘合剂在涂塑前的外径达到19.5mm ，最薄

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处厚度达2mm ，压痕后最薄处仍有一定厚度的胶保证钢绞线的滑动。对固化后缓粘结预应力钢绞线与混凝土之间的锚固性能给出了测试方法和指标要求。

《缓粘结预应力混凝土结构技术规程》主要规定了缓粘结预应力混凝土结构设计、施工和验收标准，其中，缓粘结预应力混凝土与无粘结和有粘结在设计上的不同主要体现在以下几个方面：1）缓粘结预应力钢绞线设计强度的取值，对于f ptk =1860MPa 的钢绞线，有粘结预应力筋的设计强度是f py =1320MPa ，无粘结预应力筋的设计强度是在预应力有效值上增加一个后期增加量f pu =σpe +Δσp ，试验表明缓粘结钢绞线在结构破坏时可以达到有粘结预应力设计强度；2）缓粘结预应力钢绞线的摩擦系数受胶粘剂的影响，不像无粘结钢绞线那样采用同一油质，不同种类的胶粘剂会有不同的摩擦系数，因此，不同生产厂家应该对摩擦系数进行试验测试，摩擦系数影响预应力有效值和张拉的伸长值；3）混凝土结构裂缝宽度计算中会用到钢筋的相对粘结特性系数，对先张预应力混凝土结构的钢绞线取0.6，对后张有粘结预应力取0.5，无粘结预应力混凝土结构中不考虑预应力筋对裂缝宽度的限制作用，而缓粘结预应力钢绞线粘结系数是影响其裂缝宽度的关键数据；4）框架梁梁段预应力配筋的强度比也与有粘结预应力稍有不同。

目前，正在为规范编制补充缓粘结预应力混凝土梁柱节点延性试验以及缓粘结预应力筋与混凝土之间的粘结锚固试验，为上述各项参数的确定提供依据。 3 典型工程应用

日本最早在1996年将缓粘结预应力筋应用在桥梁中，我国2000年前后也对桥梁中采用手敷缓凝砂浆的预应力筋进行了试点，2004年天津力神电池扩建项目中采用了缓粘结预应力技术[10]。但是，由于没有成熟的自动化生产线，不能大批量地生产出缓粘结预应力筋，限制了该项技术的推广和应用。中冶建筑研究总院在2006年研制出自动压痕的缓粘结预应力生产线[9]，随后完成北京力鸿家园缓粘结预应力试点[11]。经过生产线的不断改进，缓粘结预应力钢绞线产品逐渐标准化，2008年在承德城市展览馆中应用，2009年完成了10余项工程项目。下面简单介绍中国京冶工程技术有限公司完成的8项典型工程（部分项目图片见封底），这些项目遍及北京、天津、河南、河北、内蒙古等地，工程包括机场候机楼、体育场、体育馆、展览中心、礼堂、图书馆等，主要作用包括控制温度收缩裂缝、满足大跨度梁承载力及抗裂、提高框架梁抗震延性等，部分工程已经完工并投入使用。

（1）鄂尔多斯机场候机楼

鄂尔多斯机场改扩建新航站楼工程，位于鄂尔多斯市已建航站楼的东北侧。建筑中心位置为直径108m 的大型穹顶，建筑两翼翼展为490m ，建筑主体面积为6.8万m 2，建筑物地上两层，地下一层，主体结构采用钢筋混凝土结构，屋顶均采用大跨度钢结构。

工程主体结构混凝土梁和路侧大平台混凝土梁板采用缓粘结预应力技术，有效降低了梁截面尺寸，减小了构件的裂缝和挠度；对于混凝土板，缓粘结预应力技术主要控制超长结构的温度应力。预应力主梁截面高度大部分为1000mm ，最大跨度约18m ，预应力井字梁截面高度大部分为800mm 。部分柱子为钢骨柱，主梁内预应力筋一部分从钢骨中穿过，其余部分从梁柱节点加腋区绕过。

（2）准格尔旗大路新区体育中心体育场工程 工程位于内蒙古自治区西南部，建筑物呈椭圆形，东西宽约240m ，南北长约260m ，顶部罩棚采用管桁架钢结构，看台采用混凝土结构，地上5层，看台挑棚结构最高处高度54.30m 。体育场周长800m ，为使结构受力简单明确并减小结构的温度应力，将整个建筑物分成8个独立区域，每个区域单独进行内力计算和结构设计。每个独立区域长约100m ，其长度超过规范规定的混凝土结构连续长度，故温度和混凝土收缩应力需要采取措施解决。温度和混凝土收缩裂缝控制传统上采用无粘结预应力筋，无粘结预应力筋施工方便，但一旦开裂后不能限制裂缝的扩展。有粘结预应力筋虽然强度高，可以限制裂缝开展，但施工麻烦，特别是在板内很难布置波纹管，经比较后采用缓粘结预应力筋控制温度裂缝。

体育场顶部罩棚的管桁架钢结构，每个管桁架支承于两根混凝土柱上，在风荷载作用下，管桁架有可能受到风吸力的作用，也可能受到向下的风压力作用。两种不同的工况使管桁架下的柱都可能受到拉力作用。为防止钢桁架下混凝土柱在风荷载产生的拉力作用下开裂，在钢桁架下混凝土柱内亦设计有缓粘结预应力筋。

（3）中国人民大学图书馆工程

工程为五层混凝土框架结构，中间部分为跨度16.8m 的混凝土框架梁和次梁，采用缓粘结预应力技术有效地解决了大跨度梁的开裂问题，同时解决了框架梁的端部锚具构造和布置问题，该工程目前预应力施工已经完成。

（4）国防大学071工程

工程位于北京中国国防大学，结构平面为1/4圆的扇形，共4层，结构形式为混凝土框架结构，大空间部分框架梁径向跨度25m ，环向跨度18m ，大跨度混凝土梁采用了缓粘结