預應力混凝土的工程應用

1、預應力混凝土的工程應用摘要 : 預應力技術經(jīng)過幾十年的工程實踐和不斷研究， 巳發(fā)展成為一項比較成熟的工程技術， 其原理廣泛應用于房屋建筑、 橋梁工程等結(jié)構領域 本文簡要介紹預應力混凝土的概念及工 程中的發(fā)展情況作簡要概述，來表明預應力混凝土的應用廣泛性與廣闊的發(fā)展前景。關鍵詞 :預應力技術；混凝土；應用。the engineering applications of prestressed concretemirando huangAbstact: After decades of the engineering practice and constant study ， prestresse

2、d technology has become in a relatively a mature engineering technology ， which principle is widely used in housing construction ，bridge and other structural areas. This article briefly describes the concept and the development of the prestressed concrete to show the widespread popularity and the br

3、oad prospects of the technology.Keywords:prestressing technology;reinforced concrete;applications0 前言鋼筋混凝土受拉與受彎等構件， 由于混凝土的搞拉強度及極限拄應變值都很低， 其極限拉應 變約為 0.1x10-30.15x10-3 ，即每米只能拉長 0.1 到 0.1mm ，所以在使用荷載的條件下，通 常都是帶裂縫工作的。對于使用上不允許開裂的構件，受拉鋼筋的應力只能用到 20 到 30N/mm2 ，不能充分利用強度 ,為了滿足變形和裂縫控制及使用要求，避免鋼筋混凝土結(jié)構 裂縫過早出現(xiàn) , 充分

4、利用高強度鋼筋及高強度混凝土 ,現(xiàn)通過預加外力來減小荷載引起的混凝 土拉應力，即引入了預應力混凝土的概念。1 預應力混凝土介紹1.1 定義 預應力混凝土是為了避免鋼筋混凝土結(jié)構的裂縫過早出現(xiàn)， 凝土， 設法在混凝土結(jié)構或構件承受使用荷載前， 小，甚至處于壓應力狀態(tài)下的混凝土構件。1.2 目的預壓應力用來 減小或抵消荷載所引起的混凝土 在 較小范圍 ，甚至處 于受壓 狀態(tài) ,以 推遲混凝 抗裂性能和剛 度。1.3 預應力混凝 土的分類1） 根據(jù)預應力混凝土中預加應力的程度分為： 部使用荷載的作用下不產(chǎn)生彎曲拉應力）充分利用高強度鋼筋及高強度混通過施加外力， 使得構件受到的拉應力減拉應力， 從而將

5、結(jié)構構 件的拉應力控制土裂縫 的出現(xiàn)和 開展， 從而提高 構件的全預應力混凝土 （預應力混凝土結(jié)構物在全、有限預應力混凝土（預應力混凝土結(jié)構物的2)3)4)拉應力不超過規(guī)定的允許值） 和部分預應力混凝土 （預應力混凝土結(jié)構物在主承載方向 產(chǎn)生的的拉應力沒有限制） ； 根據(jù)給預應力筋實施張拉是在預應力混凝土結(jié)構物形成之前或之后分為： 法兩種。在水電工程中大都采用后張法施工； 根據(jù)預應力筋與混凝土結(jié)構物是否粘結(jié)分為：粘結(jié) （在預應力施加后，對預應力筋產(chǎn)生握裹力并固結(jié)為一體） 和無粘結(jié) （通過采取特殊工藝， 預應力筋與混凝土隔離，而預應力筋仍能沿其軸線移動）兩種； 根據(jù)施加預應力的混凝土結(jié)構物體形特

6、征分為： 預應力混凝土板、 桿、先張法和后張使混凝土結(jié)構物 使用某種介質(zhì)將梁、閘墩、隧洞。2 預應力混凝土工程應用預應力混凝土經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展， 現(xiàn)在已成為世界土建工程中一種非常重要的結(jié)構材料， 應用范圍日益擴大，由以往的單層、多層房屋、公路、鐵路橋梁、軌枕、電桿、壓力水管、 儲罐、水塔等，已擴大到高層建筑、地下建筑、高聳結(jié)構、水T建筑、海洋結(jié)構、機場跑道、 核電站壓力容器、 大噸位船舶等方面。 我國經(jīng)過長期不懈的努力發(fā)展， 擺脫了過去 30年來預 應力鋼材強度低、 品種雜亂、 供不應求的局面， 解決了預應力施工工藝中的關鍵問題， 具備 了基本完善的規(guī)范規(guī)程，建造了一大批具有國際水平的預應

7、力混凝土結(jié)構。2.1 預應力混凝土在房屋建筑上的應用 根據(jù)長期以來對預應力混凝土特性的研究， 預應力混凝土對于我國房屋建筑工程起著關鍵性 的作用。（ 一 ） 改善使用階段的性能 受拉和受彎構件中采用預應力， 可延緩裂縫出現(xiàn)并降低較高荷載水平時的裂縫開展寬度； 用預應力，也能降低甚至消除使用荷載下的撓度，因此，可跨越大的空間，建造大跨結(jié)構。提高受剪承載力。 縱向預應力的施加可延緩混凝十構件中斜裂縫的形成， 提高其受剪承載力。 改善卸載石的恢復能力。 混凝十構件上的荷載一旦卸去， 預應力就會使裂縫完全閉合， 大大 改善結(jié)構構件的彈性恢復能力。提高耐疲勞強度。預應力作用可降低鋼筋中應力循環(huán)幅度， 而

8、混凝土結(jié)構的疲勞破壞一般是由鋼筋的疲勞所控制的。（ 二） 能充分利用高強度鋼材，減輕結(jié)構自重 在普通鋼筋混凝土結(jié)構中， 由于裂縫和撓度問題， 如使用高強度鋼材， 不可能充分發(fā)揮其強 度。例如，1860M pa級的高強鋼絞線，如用于普通鋼筋混凝土結(jié)構中，鋼材強度發(fā)揮僅到20%,其結(jié)構性能早己滿足不了使用要求， 裂縫寬， 撓度大； 而采用預應力技術， 不僅可控制結(jié)構 使用階段性能, 而且能充分利用高強度鋼材的潛能。 這樣, 采用預應力, 可大大節(jié)約鋼材用 量,并減小截面尺寸和混凝土用量,具有顯著的經(jīng)濟效益。（ 三） 可調(diào)整結(jié)構內(nèi)力 將預應力筋對混凝土結(jié)構的作用作為平衡全部和部分外荷載的反向荷載,成

9、為調(diào)整結(jié)構內(nèi)力和變形的手段。因此,現(xiàn)代預應力混凝土是解決建造大 （ 大跨度、大空間建筑一工藝上和使 用上要求的 ）、高（高層建筑、高聳結(jié)構 ）、重（重荷載、重型結(jié)構、轉(zhuǎn)換層結(jié)構 ）、特（特種結(jié) 構水池、電視塔、安全殼 ） 等類建筑結(jié)構和工程結(jié)構物的不可缺少的、重要的結(jié)構材料和技 術。（ 四） 預應力混凝土結(jié)構具有良好的抗震功能 當前國際混凝土結(jié)構工程界對預應力混凝土結(jié)構的抗震問題給予了重視。日本在 1995年神戶大阪地震之后, 結(jié)合混凝土結(jié)構 （包括預應力混凝土結(jié)構 ） 在地震中的實際表現(xiàn)進行了調(diào)查并 作了大量研究工作, 其它國家也作了不少研究工作。 研究表明預應力結(jié)構在地震區(qū)是能夠應 用的,

10、 和普通鋼筋混凝土結(jié)構一樣, 需要的是合理的設計和施工。 采用豎向預應力加固普通鋼筋混凝土結(jié)構能提高結(jié)構抗震性能。 采用豎向預應力的混凝土結(jié)構， 可以提高結(jié)構抵抗水 平荷載的能力， 并在地震之后又能很快的復原。 在地震作用下， 預制的預應力混凝土結(jié)構會 發(fā)生屈服， 產(chǎn)生塑性鉸， 提高整個結(jié)構的延性和耗能能力而避免損壞， 因而具有良好抗震性 能。2.2 預應力混凝土在路面工程上的應用 預應力混凝土路面， 是在20世紀 40年代后期發(fā)展起來的一種特殊的水泥混凝土路面近年來，為實現(xiàn)對道路的快速修復、 重建， 裝配式預應力混凝土路面應運而生 普通混凝土路面設計 中，由車輛荷載產(chǎn)生的應力應限制在混凝土的

11、彈性范圍內(nèi)， 路面厚度應滿足由荷載引起的極 限拉應力不超過混凝土的撓曲強度或混凝土的劈裂強度的要求所以， 一般都采用較厚的路面板這樣，在受彎截面上雖然抗拉強度接近極限，但抗壓強度卻沒有很好地發(fā)揮其潛力 預應力混凝土路面充分利用混凝土抗壓強度遠大于抗拉強度這一特性，在車輛荷載作用前， 路面已被施加永久的水平壓應力， 以提高它的抗彎拉強度， 從而提高路面承載力 因此， 在 給定荷載條件下， 預應力混凝土路面的厚度比素混凝土路面要薄許多 預應力混凝土路面充 分利用了混凝土材料抗壓性能較好的特點， 在相同荷載條件下， 路面板較普通混凝土路面大 大減薄，從而使普遍存在于素混凝土路面因路面板過厚引起的溫度

12、翹曲應力問題得到了很好 解決； 當?shù)缆分亟缇€橋凈空受限時， 以預應力混凝土路面替代傳統(tǒng)路面， 因其路面板較薄 可使問題得到解決； 預應力的存在， 增強了混凝土的抗壓強度， 減少或消除了混凝土的彎拉 應力，路面因彎拉應力過大而出現(xiàn)裂縫的可能性大大降低；由于預應力混凝土路面板較長， 橫向接縫大大減少， 提高了行車的舒適性， 減少了由于接縫引起的路面病害； 預應力混凝土 路面可短時間承受超重荷載的作用， 而不會引起結(jié)構永久性破壞； 設計施工合理時， 理論上 預應力混凝土路面可長時間提供優(yōu)良的使用性能，而不需要額外的養(yǎng)護投資。只適應于鋼橋 其造價明顯降 其自重和建筑 為改進。 預應力混凝土橋梁的發(fā)展

13、與施工技巧的發(fā)展是密不可分的，施工技巧程度直接影2.3 預應力混凝土在橋梁工程中的應用 預應力混凝土在橋梁工程中也屬于不斷探索的結(jié)構形式，作為一種新型的施工工藝的產(chǎn)物， 預應力混凝土橋梁有著顯著的優(yōu)點。預應力混凝土橋梁節(jié)省了鋼 材，降低橋梁的材料費 用，同時 ，由于采用預施應力工藝，能 使混凝土結(jié)構的工地接頭安全可 靠，因而以往 架設的各種不要支架的施工方法 ，現(xiàn)在也能用于這種混凝土 橋，從而使 低；同鋼橋相比 ，其養(yǎng)護費用較省 ，行車噪聲小； 同鋼筋 混凝土橋相比， 高度較小， 其耐久性則 因采用高質(zhì)量的材料及消除了活 載所致裂紋而大 響橋梁的跨徑、線型、截面形式等。預應力混凝土持續(xù)梁在初期

14、大多采用滿布支架法施工， 其跨度一般在 40 以內(nèi)， 且施工周期長， 施工用料多。 60 年代預應力混凝土橋梁引入懸臂施 工法以后，預應力持續(xù)梁橋得以迅速發(fā)展，其跨越能力達 200 以上，實用領域也不斷擴大。 懸臂拼裝法將大跨橋梁化整為零， 施工簡便 , 拼裝工期短， 速度快， 特別對于多跨長聯(lián)橋 （ 跨 度在 100 以內(nèi)） 是一種效率高而且經(jīng)濟的施工方法。預應力持續(xù)梁的施工方法還有頂推法， 移動模架法， 逐孔架設法等。 近年來由烏克蘭的工程師創(chuàng)造的新型預應力技巧是介于先張拉 法和后張拉法之間的工藝。 它是在澆搗混凝土尚未凝固的時候施加預應力， 混凝土在壓力的 情況下固結(jié)。 施加這種預應力需

15、要用特別的可滑動的模板及能把壓力傳給混凝土的裝置。 它 可使同樣配筋率情況下梁的承載力進步 25-34%，柱的承載力進步 75%，抗裂度不變。該方法 已在重達 30 噸的橋梁結(jié)構中應用。4 總結(jié)近年來， 預應力混凝土在高層建筑結(jié)構中的應用有很大發(fā)展，尤其是無粘結(jié)預應力混凝土平板和預應力扁梁用于高層建筑的樓蓋， 具有降低層高、 節(jié)約鋼材、簡化模板、 加快施工等明劉燕飛，程新春，李承章預應力技術的發(fā)展工程建設與檔案， 牛赫東，何平，黃衛(wèi)預應力混凝土路面的發(fā)展與進一步研究 項海帆， 21 世紀世界橋梁工程的展望 .2005(2) ： 138141顯效果， 受到建設、 設計和施工單位的普遍歡迎。 簡化

16、了模板及鋼筋工程， 預應力混凝土用 于高層建筑的突出優(yōu)點正被廣大土建工程師認識和接受。 預應力混凝土除用于樓蓋外， 有時 還用來解決大跨度、 大空間部位柱網(wǎng)轉(zhuǎn)換時的轉(zhuǎn)換梁、 轉(zhuǎn)換桁架， 以及復雜柱網(wǎng)情況下的轉(zhuǎn) 換板。此外 818m 跨度的預應力混凝土空心板，外墻用的裝飾保溫復合預應力混凝土墻板 在高層建筑中的應用前景也很廣闊。 同時， 為適應我國經(jīng)濟的發(fā)展， 緩解交通問題給人們生 產(chǎn)生活帶來的不便， 預應力混凝土結(jié)構的應用范圍將更加廣闊， 因此我們應加強提高預應力 技術水平的科研工作， 抓緊時間和精力來解決預應力混凝土結(jié)構中存在的預應力損失和由于 采用預應力結(jié)構而產(chǎn)生的各種配套問題， 如預應力混凝