预应力技术应用于砌体结构设计论文

预应力技术应用于砌体结构设计的探讨

摘要：砌体结构在我国应用较为广泛，但是由于其抗拉、抗弯、抗剪能力弱，容易开裂等缺点，它的使用得到一定的限制。将预应力技术应用于砌体结构，可以有效提高砌体的抗弯、抗剪能力，延缓开裂，将砌体材料的特性由脆性变为延性，使得砌体结构具有良好的抗震性能和经济优势。

关键词：预应力；砌体；混凝土小型空心砌块；集中配筋式；分散配筋式

中图分类号：tu37文献标识码:a文章编号：

引言

砌体结构在我国乃有着相当久远的应用历史，近些年来，混凝土小型空心砌块得到广泛的应用，其具有自重轻，砌筑方便，施工效率高等优点。但是混凝土小型空心砌块也具有砌体结构本身固有的缺点，如抗拉、抗剪能力相对抗压能力较弱，受到温度或者外力作用极易出现裂缝，抗震性能差，且破坏特征具有的明显的脆性特征。受到预应力混凝土结构的启发，人们尝试研究将预应力技术与混凝土小型空心砌块砌体结合起来，组成预应力砌体结构，有效的解决了上述问题。

1预应力砌体的研究及应用概况

预应力砌体结构形式在国外发展较早，早在上世纪60年代，英国已经把预应力技术成功应用于一座砖砌水池，工程师把直径7毫米的钢筋沿水池竖向和环向分别张拉附着在水池外侧，增加了水池

的稳定并延缓了开裂 [1]。上世纪末期，后张预应力技术被广泛应用于美国和瑞士等国家的旧房加固、改造、桥梁设计等实际工程。例如美国旧金山曾经使用预应力技术成功修复一座在地震中受损

的教堂。

国内关于预应力砌体的研究起步较晚，直到上世纪九十年代初，预应力砌体才逐渐得到

重视。1991年重庆大学骆万康和西北建筑工程学院王天贤发表了对于预应力砌体的研究成果，试验表明，施加预应力的墙片的开裂荷载相比普通墙片开裂荷载提高28%~33%；预压应力能增加墙体的抗剪强度和摩擦力，明显提高抗震性能，其效应随侧向力之增大而增大[2]。_________________________

本世纪初期，南京工业大学针对不同构造措施的预应力墙片进行了抗裂和抗震性能的相关试验，表明不同的构造措施，会直接影响预应力墙体的抗裂和抗震能力，并提出了较为简单的计算公式[3]。

2 预应力砌体的概念

预应力砌体的原理与已有的预应力混凝土基本相似，通过向砌体墙片中竖向布置预应力钢筋并施加预应力，以此减小甚至抵消外部水平荷载作用产生的偏心拉应力，增强砌体结构水平抗弯能力和抗剪能力；同时通过预应力使得结构更加紧凑，增强结构的整体性，提高砌体结构抗震能力。作用在砌体上的预应力既可以作用于砌体的截面形心，也可以偏离型心，形成一个附加弯矩。偏心时的最佳预应力度需要根据外荷载的偏心弯矩计算得出，一般来说，预应力

砌体的预应力值比预应力混凝土的预应力值要低[4]。

3预应力砌体的优势

1）改善砌体结构的抗弯能力。对于使用砌体结构作为外墙的较高的单层建筑，如仓库，工业厂房等等，其受竖向荷载的墙体多是偏心受压，侧向荷载（如风压等）产生的弯曲拉应力是结构设计控制的主要因素。而预应力的施加可以减小或者抵消其较大的拉应力，提高侧向承载力。

2）提高砌体抗剪强度，抗震性能。给砌体结构施加预应力相当于施加了一个竖向压应力，而竖向压应力与砌体结构的抗剪强度密切相关，合适的竖向预应力可以有效提高抗剪强度，增强砌体结构的变形能力，从而提高砌体的抗震性能。

3）增强砌体延性和抗裂能力。预应力的施加增强了砌体结构的整体性，提高了结构的恢复力特性，由温度、收缩引起的墙体开裂可以得到有效控制，同时对于一些偶然因素引起的裂缝有一定的闭合作用，砌体的使用寿命得到延长。

4）施工方便，工艺简单。预应力的施加可以采用扭矩扳手，而混凝土小型空心砌块等带有腔体的砌体的使用，极大的方便了预应力筋的放置。一般砌体相对混凝土来说不需要很高的预应力值，不论是张拉还是锚固都很简单[5]。

4 预应力砌体的分类

按预应力筋的布置方式，预应力砌体可以分为集中配筋式预应力砌体和分散配筋式预应力砌体两种形式。

1）集中配筋式预应力砌体：是将预应力钢筋集中配置在砌体墙片两侧构造柱中，通过与之相连的弹性地基梁作用产生对砌体的预压应力，如图1所示。

1-后浇带：2-预应力筋；3-构造柱1-螺丝端杆锚具：2-预应力筋；3-后浇带

4-螺丝杆锚具；5-圈梁4-圈梁；5-构造柱

图1集中配筋式预应力砌体图图2 分散配筋式预应力砌体

集中配筋式预应力砌体出现相对较早，它适用于不方便在墙片内部竖向配置预应力筋的普通砖墙片。施工时先砌筑墙片，而后在两侧构造柱施工中放入套管，插入预应力筋，在梁柱节点处预留30mm 厚的施工缝，带预应力筋张拉完毕并锚固后再以c30细石混凝土或砂浆干捻梁柱接头预留缝，以保证节点的刚性，使得预应力尽量传递到墙体上。

集中式预应力虽然施工简单，但是预应力的传递不够流畅完整，预应力不是直接施加到墙体上，而是通过构造柱和梁的传递，造成预应力的巨大流失。

2）分散式配筋式预应力砌体：是将预应力钢筋分散配置到砌体墙片中，张拉钢筋之后通过上下刚性梁直接将预应力施加到墙体上，如图2所示。

分散配筋式预应力砌体多使用混凝土空心砌块砌筑，无需套管，施工工艺更为简单。利用上下刚性梁直接将预应力施加于墙片，传力明确，预应力的损失较少。预应力筋分散放置的最大的优点在于，

能根据外荷载产生的偏心应力自如的改变预应力筋的放置位置，实现使用最少的预应力来减小或者抵消外荷载的弯曲应力，使得预应力的效能得到最大化应用。

5 总结和展望

砌体结构在我国被广泛使用，将预应力技术应用于砌体结构，既能充分发挥砌体抗压能力较高的优势，又可以明显提高砌体的抗弯、抗剪能力，延缓开裂，改善其耗能机制，使得砌体结构具有良好的抗震性能和经济优势。在当今实心粘土砖因为自身弱点被淘汰，混凝土小型空心砌块得到广泛应用的今天，预应力砌体作为我国多、高层房屋砌体的又一构思和方案，将对我国建筑行业的发展具有深远意义。

参考文献：

[1] 丁大钧.砌体结构学[m].北京;中国建筑工业出版社,1997

[2] 骆万康,王天贤.预应力抗震砖墙抗裂与承载力及其计算方法的试验研究[j].建筑结构,1995, (4):24- 32.

[3] 郭樟根.预应力混凝土空心砌块砌体抗裂、抗震性能试验研究[d].南京:南京工业大学,2002.

[4] 吕志涛,孟少平.现代预应力设计[m].北京;中国建筑工业出版社,1998

[5] 张卫东,徐学燕.改善砌体受力性能的有效途径-预应力[j].低温建筑技术,1998,(3):41-42.