周一帆, 颜胜蓝

(1.闽南理工学院土木工程学院，福建 泉州 362000；2.国网福建省电力有限公司泉州供电公司，福建 泉州 362000)

0 引 言

在工业厂房的关键结构支架中常用的技术是预应力混凝土技术，具备较优的跨越能力[1]，结合不同的材料，还可提升其服役性能和承载力，在大跨度工业厂房中具有较好的应用前景。为提升预应力混凝土梁的性能，发挥其最大的作用[2-3]，需研究其运用性能，在施工过程中，充分考虑各种运用性能，提升混凝土梁的运用效果。为此分析工业厂房中大跨度预应力混凝土梁的运用性能，为工业厂房施工建设提供可靠地数据支持，加强施工安全。

1 工程概述

某工业的两座主厂房长度282.8m，宽59.9m，高度33.5m，纵向柱距是7m，横向为2m×22m-2m×2826m的大跨度结构。该工业厂房中的屋面梁选择大跨度预应力混凝土梁，因为大跨度预应力混凝土梁重量较大，安装场地受限，安装难度较高，所以该混凝土梁选择水泥与细骨料等原料生产的纤维增强细骨料混凝土，能有效解决这一系列问题。

该大跨度预应力混凝土梁的正立面如图1所示。

该大跨度预应力混凝土梁的总长是24m-28m，梁选择变截面型式，两端最小高度是1m，跨中最大高度是1.3m，梁底部为水平的，底部安装10-15根无粘结预应力CFRP筋[4]。

1.1 试验仪器

分析该工业厂房中大跨度预应力混凝土梁运用过程使用的试验仪器如表1所示。

表1 试验仪器

1.2 试验方法

在大跨度预应力混凝土梁放置张切断钢绞线，随即在原始位置吊起该混凝土梁，在混凝土梁两端放置钢筋混凝土支墩，混凝土梁中均衡排列5个荷载点(有液压千斤顶加载)，混凝土梁底距地面高度超过10cm，支墩上放置橡胶支座，混凝土梁两端放置在橡胶支座中[5]；大跨度预应力混凝土梁加载顺序如表2所示。

表2 加载顺序

第2级至第5级荷载下，用于分析大跨度预应力混凝土梁在正常运用极限状态弯矩作用时，其应力、挠度与抗裂性能是否符合在工业厂房中运用；第6级至第7级荷载下，用于分析大跨度预应力混凝土梁在设计极限弯矩时，其应力、挠度与抗裂性能是否符合在工业厂房中运用；第8级至第10级荷载下，用于分析大跨度预应力混凝土梁在超过设计极限弯矩时，其应力、挠度与抗裂性能是否符合在工业厂房中运用[6]。

1.3 计算方法

大跨度预应力混凝土梁在x，y，z方向的各测点处的应力计算公式如式(1)：

(1)

式(1)中，利用振弦式应变计测量获取x，y，z方向的线应变εx，εy，εz；最大应力方向和水平方向的夹角是α；测点处的最大、最小应力值是εmax，εmin。

荷载作用下，大跨度预应力混凝土梁的挠度计算公式如式(2)：

(2)

式(2)中，Yq和Yk分别用于描述梁开裂弯矩以及正常荷载梁弯矩，二者的比例用w描述；l，S，θ分别用于描述梁跨度、偏心距以及矩塑性对梁截面产生的干扰系数；B用于描述裂缝形成后的期望梁截面刚度如式(3)：

(3)

2 试验分析

分析各大跨度预应力混凝土梁试件在不同荷载及工况时，其应力值、挠度与裂缝宽度的变化情况，分析结果如图2-图4所示。

根据图2可知，工况相同时，荷载与各混凝土试件的应力值具有正相关关系，在不同荷载下，试件1与试件4的应力值相差较小，说明无粘结预应力CFRP筋数量，对大跨度预应力混凝土梁的应力值影响较小，且这两个试件的应力值明显高于其余两个试件，试件3的应力值最小，说明增加混凝土梁的跨度可延缓其应力增长，避免出现超过应力限度，造成试件破坏情况；在荷载相同时，工况1中各试件的应力值最小，工况3中各试件的应力值最大，说明张拉无粘结预应力CFRP筋的数量越多，试件应力值随荷载提升的越快，超过极限应力所需的荷载越小，三种工况中，仅有试件3的应力值始终为超过极限应力，未出现破坏情况。试验证明：荷载越大，试件应力值越大；无粘结预应力CFRP筋数量对试件应力值影响较小；延长试件跨度，可延缓试件应力值上升速度，避免试件超过极限应力，出现破坏情况；张拉无粘结预应力CFRP筋数量越多，试件应力值上升速度越快。

根据图3可知，工况相同时，各试件的挠度与荷载均具有正相关关系，无粘结预应力CFRP筋数量相同时，试件3的挠度最大，试件1的挠度最小，说明延长大跨度预应力混凝土梁跨度，会提升试件的挠度，即跨度越大，试件变形性能越强，跨度相同时，无粘结预应力CFRP筋数量越多，试件的挠度越大，说明增加无粘结预应力CFRP筋数量，可提升试件挠度，即提升试件变形性能；各工况下，试件1出现开裂点需要的荷载最小，试件2与试件4出现开裂点需要的荷载基本一致，试件3出现开裂点需要的荷载最大，试件3的峰值荷载点与极限挠度点最大，其次是试件2、试件4、试件1；荷载相同时，工况1中各试件的挠度最大，工况3中各试件的挠度最小，说明张拉无粘结预应力CFRP筋数量越多，试件的挠度越小，出现开裂点需要的荷载越小，变形性能越差。实验证明：延长试件跨度，增加无粘结预应力CFRP筋数量，减少无粘结预应力CFRP筋张拉数量可提升试件挠度，提升试件变形性能，增加试件出现开裂点需要的荷载。

根据图4可知，保持工况固定情况下，荷载越高，不同试件裂缝宽度也增加；保持荷载固定情况下，试件4的裂缝宽度最小，说明增加无粘结预应力CFRP筋数量，可减轻试件裂缝宽度，提升其抗裂性能，试件3的裂缝宽度最大，其次是试件2、试件3，说明延长试件跨度，会增加试件裂缝宽度；张拉无粘结预应力CFRP筋数量和不同试件裂缝宽度呈现正相关性，直至裂缝宽度保持稳定，则说明该试件已接近断裂，由试件3能够看出，张拉无粘结预应力CFRP筋数量越多，其接近断裂需要的荷载越小。实验证明：延长试件跨度，会增加其裂缝宽度；增加无粘结预应力CFRP筋数量，会缓解试件裂缝程度，提升其抗裂性能；张拉无粘结预应力CFRP筋数量越多，试件出现断裂情况越为严重。

以工况1，120kN荷载为例，分析试件1、试件2与试件3，在不同预应力度时，其裂缝宽度，分析结果如图5所示。

根据图5可知，预应力度提升，各试件的裂缝宽度均有所下降，试件1的裂缝宽度由最初的0.6mm，下降至0.2mm左右，试件2的裂缝宽度由最初的0.8mm，下降至0.28mm左右，试件3的裂缝宽度由最初的1.0mm，下降至0.35mm左右，说明试件跨度越大，裂缝宽度下降越为明显。实验证明：增加试件预应力度，可延缓试件开裂程度，提升其抗裂性能。

3 结 语

研究工业厂房中的预应力混凝土技术运用效果，确保顺利完成施工进度，达到预期目标。试验证明：荷载越大，试件应力值越大；无粘结预应力CFRP筋数量对试件应力值影响较小；延长试件跨度，可延缓试件应力值上升速度，避免试件超过极限应力，出现破坏情况；张拉无粘结预应力CFRP筋数量越多，试件应力值上升速度越快；增加试件预应力度，可延缓试件开裂程度，提升其抗裂性能，试件跨度越大，抗裂性能提升效果越为显著。