《2007预应力上海论坛》给予的启示

2007年11月23日，在上海同济大学举办了《2007预应力上海论坛》，旨在搭建一个供国内外行业管理者、专家、学者、科研、规划、设计等单位共同交流、研讨预应力技术、预制装配结构、加固改造及市场等方面议题，同时展示当前我国预应力技术、预制装配结构、加固改的最新成就，最新科技成果，最新产品、设备和材料的交流平台。论坛由上海市土木工程学会和同济大学主办，上海市土木工程学会预应力专业委员会和同济大学预应力研究所承办，上海市土木工程学会工程结构专业委员会、上海市建设科技推广中心、中国预应力网（www.chinaprestress.com）协办。
来自全国各地的高校、科研、设计、施工及预应力材料和产品开发、制造等专业人士参加了《2007预应力上海论坛》，与会代表超过200人。我公司有三名代表参加了《2007预应力上海论坛》。
论坛上，20位代表作了专题发言，专题内容涉及到预应力技术、预制装配结构以及加固改造的研究、设计和施工等主要领域，充分反映了近年来我国相关理论研究和工程应用的水平。
为配合此次论坛召开，出版了《2007预应力上海论坛专辑》，收集论文、资料等共计101篇，涉及综述、理论与分析、实验研究、工程设计、施工技术及新技术开发等五大类。
本次论坛邀请了美国肯西伯（Kim Seeber）教授作《预制预应力混凝土结构在美国的使用情况（包括在抗震地区的结构）》和《预制预应力混凝土墙板结构在美国的使用情况（包括承重墙板结构）》两个报告。肯西伯教授是美国前任PCI（Precast / Prestressed Concrete Institute’s technical committee）预制预应力混凝土研究所技术委员会主席，ACI和ASCE的专业委员会成员，PCI设计手册的主编。
肯西伯教授在预制预应力混凝土结构和预制预应力混凝土墙板结构在美国的使用介绍中，最具特点的内容是预制墙板将结构功能与建筑功能结合在一起，形成承重、保温隔热、耐火等性能共具的组合构件。肯西伯教授的报告是此次论坛很具特色的内容之一。而本次论坛交流的材料中，缺少的正是国内预制预应力混凝土结构应用的内容，令人感叹。唯一涉及预制内容的也仅是构件比较单一、质量要求较高的用于轨道交通工程的U型预制梁。
与会专家就新型现代预应力结构体系等专题作了简要介绍。涉及行业广泛，技术领域十分开阔，宣讲课题和内容取材可谓百花齐放。
同济大学黄鼎业教授在《我国预应力结构的发展与展望》的报告中将我公司杭州朝阳公司120m×244m双向超长预应力混凝土2层框架结构作为在建预应力工程范例在会上作了介绍。
与该项目相关的两篇论文《超长预应力混凝土结构设计》和《杭州某超长预应力工程设计》纳入《2007预应力上海论坛专辑》。李士一同志作为我公司该项目设计总包单位代表，参与了两篇论文的发表。
同济大学熊学玉教授介绍了上海市工程建设规范《预应力混凝土结构设计规程》（DGJ08-69-2007 J10966-2007）的编制背景。其中，需要认真思考的是，该规程提出了“广义超长结构”的概念。即“当钢筋混凝土结构单体长度”小于规程“表10.1.1 钢筋混凝土结构单体最大长度（m）”中规定时，如果结构计算表明构件大范围拉应力超过某一限值，可能引起混凝土结构开裂时，称该结构为广义超长结构。规程又提出：“对超长结构和广义超长结构因不适宜设置伸缩缝时，可优先考虑采用预应力技术解决。”
兰州交通大学的赵建昌教授在《缓粘结预应力混凝土结构研究现状与展望》中介绍了缓粘结预应力混凝土结构的实验、设计和施工情况。缓粘结预应力混凝土结构得益于缓粘结砂浆的研制。超效缓凝砂浆为将无粘结与有粘结相结合提供了可能，可以形成缓粘结预应力体系，使其具有无粘结与有粘结的优点。采用缓粘结预应力结构体系可以不预留孔道，不需要孔道灌浆，节省了预留波纹管、灌浆材料等工序和费用。缓粘结预应力施工工艺如同无粘结体系一样。在施工后，依靠围裹于预应力筋表面上的缓粘结砂浆随时间延长而逐渐凝结硬化达到与有粘结预应力筋体系相同的效果，其工作性能与有粘结预应力构件几乎无异。
上海建筑设计研究院总工程师李亚明以《超长预应力若干关键技术研究》为题介绍了超长混凝土结构近年来在工程中越来越多的运用实践，从约束影响、温度作用、材料时随特性、简化计算方法、预应力设计等方面综述了当前对超长结构相关研究的现状，并提出了进一步研究的方向。李亚明总工在介绍中再次强调了建立广义超长结构的概念。明确结构是否超长本质上并不取决于结构的单体长度，而是看约束条件、温度、收缩等因素是否会对结构产生显著影响，是以计算分析的结果而不是以结构单体长度来定义结构的超长。
李亚明总工在报告中提出，随着城市建设的不断发展和人们需求的不断提高，各种大型工业和民用建筑的建设得到蓬勃发展，建筑对不设缝结构的长度要求越来越高，超长混凝土结构可满足这一要求。如：符合建筑物的使用功能、立面造型、象征意义要求；克服设置变形缝可能带来的耐久性、耐火性、水密性、施工性和维修性等问题；克服设缝之后给设备管线设置带来的困难；有利于结构抗震，避免变形缝之间的结构单元刚心与质心不重合而引起严重的扭转破坏效应；减少或降低施工难度、工期与工程造价。
北京建筑工程研究院总工程师李晨光就《双向张悬结构研究与工程应用》课题作了交流。
在《2007预应力上海论坛专辑》中，大跨张弦梁结构设计与施工技术有所反映。
大跨度张弦梁结构（Beam String Structure）是近十几年来大跨空间结构领域兴起的一种新型的结构类型，以其结构受力合理，跨越能力强，建筑造型优美而受到关注。结构体系由抗弯刚度较大的刚性构件（通常为梁、拱或桁架）和柔性构件（通常为索）以及连接二者的撑杆组成。如某多功能报告厅屋面结构，上弦采用焊接箱型梁，下弦张拉索采用高强低松弛热浸镀锌钢丝（外设PE保护层），上弦和下弦之间采用钢管撑杆连接，形成稳定的受力体系。张弦梁支座采用两端铰接，置于钢筋混凝土柱顶。张弦梁结构形式简洁，富于建筑表现力，是建筑师乐于采用的一种大跨度结构体系。从结构受力特点来看，张弦梁结构可以通过拉索张拉在结构中产生预应力，符合通常预应力空间结构的一般性原则。张弦梁结构通常设计成预应力自平衡体系，结构中预应力不会因为外部支撑条件的反力和变形而改变。
上海同吉预应力工程公司总工程师黄海应在交流会上以《超长与超大预应力结构设计与快速施工技术研究》为题作了简要介绍。该文的主要论点及设计与施工原则均在我公司杭州朝阳120m×244m双向超长预应力混凝土2层框架结构项目中体现，因此具有十分现实的意义。
在《杭州某超长预应力工程设计》一文中，上述原则在施工方案中有所体现。
三航局宁波分公司预制厂厂长叶中海介绍了《新型混凝土管桩预应力钢绞线技术的开发》。为使码头、桥梁工程快速向大型化、深水化、外海化的方向发展，研制开发了新型预应力混凝土管桩——先张法钢绞线预应力混凝土管桩（SPHC）。与传统的PHC管桩相比，新型SPHC管桩最主要的特点是采用高强度、低松弛钢绞线代替原来的异型钢棒（PC钢棒）。实践证明，结合钢绞线开发的先张法预应力二次张拉工艺和管桩生产工艺是成功的。管桩结构强度实际试验测试值均大于理论计算值，SPHC管桩的总体抗弯能力有较大的提高。
SPHC管桩采用不同规格、不同强度和不同数量的钢绞线，形成完整的产品系列，可以拓宽预应力混凝土管桩的应用范围。
本次论坛发起人之一的熊学玉教授在《新型现代预应力结构体系及设计方法研究》一文中介绍了预应力混凝土结构在当前发展的现状和发展水平，提出了预应力结构理论中存在的问题，归纳现代预应力结构设计当前研究的成果，简介如下：?
1? 预应力混凝土经历了半个多世纪的发展历程，由于具有优良的结构性能，已使得预应力混凝土结构成为当代最具发展前途的现代结构之一。现代预应力混凝土结构的主要特征是由原来较为简单的预应力简单受力结构构件转变成预应力复杂受力结构，往往由简支构件转变为超静定结构。预应力混凝土结构设计技术以其若干独特的结构形式、结构体系和施工方法，使其应用领域已非其它结构材料所能完全代替。现代预应力混凝土结构因此可以适用于更为广阔的范围，不仅能满足高耸、大跨度、大悬挑、重荷载结构，而且可以满足象电视塔、大型储罐、压力容器和核安全壳等复杂结构的受力要求；不仅可以适用于房屋结构和桥梁结构，而且可以适用于巨型货轮、海上石油平台等特种结构。
预应力混凝土已经成为我国最主要的结构形式之一。
2? 现代预应力混凝土结构的主要特征已由原来较为简单的预应力简单受力结构构件转变成预应力复杂受力结构，因而在超静定结构中由于施加预应力产生的附加内力——预应力次内力（包括次弯矩、次剪力、次轴力和次扭矩等）。因此，在现代预应力混凝土结构的设计计算时，应考虑约束影响，计入次内力的计算分析。但目前现行混凝土规范中两种状态的设计方法仅考虑了次弯矩和次剪力的作用，没有考虑次轴力的影响，因而会造成设计结果偏于不安全。因此，关于如何在设计中体现约束的作用是当前需要解决的一大难点。
对于超长混凝土结构体系，如果不采取任何相关措施，那材料的收缩和徐变、施工阶段的水化热以及季节、日照温差等的影响，将由于结构的变形约束而成为施工和使用过程中的变形荷载，使结构产生变形效应，最终导致结构大面积开裂，影响建筑物的正常使用。据相关资料统计，变形荷载引起的建筑物开裂和失效占结构工程开裂和失效事故总数的80％。工程实践又表明，为防止超长结构由于变形荷载引起建筑物的开裂或破坏而设置的永久性伸缩缝同时也带来了许多弊端：如增加建筑造价，影响建筑物平面布局，构造处理复杂，影响美观；伸缩缝处施工复杂，处理不当极易形成渗漏；填缝材料容易老化，更换相当困难；收缩缝削弱建筑物总体刚度，整体性差，不利于抗震等。日本新泻大地震震害表明，温度收缩缝对结构是个缺陷，震害十分严重，比裂缝更难修复。
因此，取消伸缩缝或加大伸缩缝间距既是一个各国规范今后修订需要考虑的课题，同时也是一个工业与民用建筑工程实践目前必须解决的现实问题。
体外预应力混凝土结构主要应用在预应力混凝土桥梁、特种结构和建筑工程结构，用于桥梁和建筑物的加固、改建等方面。体外预应力结构在结构构造、设计施工和后期管理上有许多独特的优点，因此在国外已有广泛的发展和应用的趋势。与体内有粘结和无粘结预应力结构相比，当前对体外预应力的相关研究工作开展尚不充分，许多问题还没有得到解决。
大跨度预应力混凝土井式梁结构在工业、民用及公共建筑中得到较为广泛应用。
现浇井式梁结构各向梁没有主、次区分，梁板整体浇筑协同工作共同承受荷载，具有良好的空间整体性能。预应力混凝土井式梁结构综合了井式梁结构和预应力混凝土结构的优点，通过对井式交叉梁施加预应力可以有效的降低结构高度、提高抗裂性能、扩大柱网并具有良好的空间刚度。同时，通过改变井式梁格的大小与交错、排列方式等达到特定的建筑效果。预应力混凝土井式梁结构双向整体受力，符合结构经济布置的原则，材料在两个方向得到充分利用。
但目前国内外对预应力井式梁板结构的研究重点主要集中在静力性能。对于其结构动力性能的研究开展较少，特别是对竖向地震反应研究在国那外尚属空白。
预应力技术在（超）高层建筑楼盖体系和火灾下预应力混凝土结构计算理论及抗火设计中存在的问题也是当前很突出、很重要的课题。
3? 现代预应力混凝土结构当前研究的主要成果包括：考虑约束影响的预应力结构设计理论及方法研究；超长预应力混凝土结构设计方法研究；体外预应力混凝土结构设计方法研究；预应力技术在（超）高层建筑楼盖体系中的应用研究；火灾下预应力混凝土结构计算理论及抗火设计方法研究；大跨度预应力混凝土井式梁空间框架振动台试验研究及竖向地震反应分析研究。
这里侧重例举熊学玉教授对超长预应力混凝土结构合理的施工方法的论述：
采用预应力筋张拉与后浇带施工交叉，采用不同的施工路径对结构最终的应力状态影响不同，利用线弹性时变力学原理对结构进行分析，找到最佳的施工方式。
超长混凝土结构的设计时，边柱端部将会因为预应力筋张拉时产生较大的位移，从而产生较大的次内力，使得柱端弯矩过大，降低框架梁截面的有效预应力。如采用预应力筋张拉与后浇带施工交叉的施工方式，对施工次序进行合理安排，可以较大减小柱端位移和减小次内力，增大梁截面的有效预应力，对控制超长混凝土结构的温度应力有很大的作用。对某项目的实例计算，框架梁中部的有效预压力提高了25.9％。可见，当结构约束增大，合理设置后浇带，并与预应力筋张拉相结合，对结构有效预应力的提高会有更大的帮助。

在《2007预应力上海论坛专辑》中还收集了体外预应力加固技术、碳纤维布（CFRP）加固技术、大型卵形消化罐、橡胶坝、预应力钢管混凝土、预应力地下工程应用等论文，内容十分丰富，限于篇幅不多赘言。
通过《2007预应力上海论坛》这面预应力设计技术“窗口”，所深深感悟到的是：
1? 随着工程实践的飞速发展，预应力设计理论、预应力设计技术、预应力材料和预应力结构类型取得巨大的进展，预应力混凝土已成为当今最有发展前途的现代结构之一。
作为一个以工程设计为主体的国际工程公司，在对现代预应力结构工程的认识和技术掌握上存在很大的距离。面临当前形势，必须尽快地将预应力设计技术抓上去。
2? 我公司杭州朝阳120m×244m双向超长预应力混凝土框架结构作为大跨度、重载荷和双向超长不设缝的范例在论坛上展示，成为在工业建筑上有特色和有影响的现代预应力混凝土结构设计。这是我公司在近期所取得最为突出的技术进步，也将成为我公司在建筑工程市场上具有强劲竞争力的设计手段。
3? 我公司在上世纪七、八十年代设计了许多具有特点鲜明、经济适用的预制装配式混凝土结构体系，如1976年在四川橡胶厂准备车间的设计中，采用了钢丝束曲线筋两跨连续配筋装配式预应力混凝土双肢框架梁，在硫化车间中采用了大型预应力芯棒装配式楔形铰接框架结构；1984年在天津市电缆厂设计中，采用了预制柱、预制梁梁、预制预应力槽形板装配整体式炼胶车间；1985年在天津国际大胎联合工厂设计的预制21m预应力单T板结构体系，以及在湖北东风轮胎厂设计的预制预应力叠合平板结构体系等。
由于众所周知的结构形式和施工方式的转变，进入上世纪80年代后，我公司预制装配整体式结构体系设计技术没有很好的延续下来，没有进一步得到改进和提高。究其原因，固然是受唐山大地震后对现浇混凝土结构体系的认可和受到随后建筑施工以现浇为主市场的约束，建筑结构体系渐以现浇为主要的形式。
随着国际上预制装配整体式结构体系的功能多样化、完善化，结构功能与建筑功能的合一，使得预制装配体系更具有工厂化规模生产的各种优点，有利于构件制作质量，耐久性好，具有良好的经济指标。
建议公司密切关注预制装配整体式结构设计与施工技术的发展，并结合工程实际予以实施。
4? 橡胶工业设备更新发展飞速，相应对结构设计提出来越来越高的要求。如何运用现代预应力设计技术来满足橡胶工艺生产、设备布置的需求，是摆在结构专业设计人员面前艰巨的课题，也是在专业上的挑战。
5? 根据今后公司生产形势，有必要组织一定的人力物力资源对现代预应力设计与施工技术等进行攻关和对现代预应力技术人才的培训，有计划组建公司预应力技术队伍。
6? 知己知彼百战不殆，要想在激烈的市场竞争中取得先机，就必须了解和掌握当今先进设计理念和先进设计技术，要在设计与施工的各个方面较对手置于更高更前。要组建公司有实力的预应力技术梯队，就必须掌握设计技术发展信息和实用的设计与施工技术。

徐 开 琦

2007年11月27日~30日