預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于發(fā)展

1、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于發(fā)展摘要:就目前來看，預(yù)應(yīng)力混凝土已經(jīng)成為國內(nèi)外土建工程最主要也是最常見的一種結(jié)構(gòu)材料。本文主要介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土的概念,簡單的表述了預(yù)應(yīng)力混凝土的施加制作方式,就我國預(yù)應(yīng)力的發(fā)展現(xiàn)狀，分析并提出了預(yù)應(yīng)力混凝土的材料特性及前景。 關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力 混凝土 預(yù)應(yīng)力筋 先張法 后張法 預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的發(fā)展還要追溯到第二次世界大戰(zhàn)后，由于當時鋼材的緊缺,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)取代了大量鋼材，以修復(fù)被戰(zhàn)爭破壞的結(jié)構(gòu)，使預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)得到了快速的發(fā)展。近40年來，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)在國內(nèi)外的土木結(jié)構(gòu)的各個領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。 一、預(yù)應(yīng)力混凝土材料 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的材料和干凈混凝土結(jié)構(gòu)相

2、同，主要為鋼筋和混凝土，所不同的是，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)必須采用高強度鋼材和混凝土。 1、預(yù)應(yīng)力 在結(jié)構(gòu)承受外荷載之前,預(yù)先對去在外荷載作用下的受拉區(qū)施加壓應(yīng)力,以改善結(jié)構(gòu)使用的性能的結(jié)構(gòu)型式稱之為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。 像桶一樣,在還沒裝水之前采用鐵箍或竹箍套緊桶壁,側(cè)壁筒以產(chǎn)生環(huán)壓應(yīng)力,被施加的壓應(yīng)力超過水壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力,桶就不會開裂漏水。弧形構(gòu)件預(yù)應(yīng)力像木桶箍相同一樣。同樣,在受彎構(gòu)件的荷載加上去之前給構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力就會產(chǎn)生一個和與荷載作用產(chǎn)生的變形相反的變形,荷載要構(gòu)件沿他作用方向發(fā)生變形之前必須最先把這個與荷載相反的變形抵消,為了繼續(xù)使部件沿載荷的方向變形。因此，該預(yù)應(yīng)力被盡可能多施加到部件作為

3、保護。 2、混凝土 從我國已建成的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁來看,大多都采用C40C50混凝土,進而采用減水劑等添加劑制備塑性混凝土,并發(fā)展了泵送混凝土工藝。隨著橋梁跨度的增加,為減少橋梁結(jié)構(gòu)的自重,混凝土逐漸向高強，輕質(zhì)方向發(fā)展。日本早在70年代采用80混凝土修建了幾座跨徑為45的簡支預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋,德國在主跨136的富林格爾橋上采用了輕質(zhì)混凝土。我國目前在高強，輕質(zhì)混凝土方面已經(jīng)有所成就。如建設(shè)中的重慶大佛寺長江大橋,是一座主跨450米的雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。由重慶大佛寺長江大橋試驗忠心研制成功的60微硅粉高強混凝土首次在該橋主梁澆注使用。作為混凝土的改性材料,微硅粉高強混凝土具有易澆注

4、，整體密實，長期穩(wěn)定及強度高等特點,可提高建筑的內(nèi)在質(zhì)量,在橋梁建筑市場上具有極大的推廣應(yīng)用價值。3、預(yù)應(yīng)力筋目前使用的預(yù)應(yīng)力鋼材主要有高強鋼絲，鋼絞線及高強度粗鋼筋三大類。橋梁上使用的預(yù)應(yīng)力鋼材一直在朝著高強度，低松弛，大直徑的方向發(fā)展。預(yù)應(yīng)力鋼材的生產(chǎn)過程由于工廠的不斷改進而成為性能更好，更經(jīng)濟的材料。為提高效率,近年來,材料強度有所增加,但在某些情況下,強度的增長是以降低材料的延性與韌性為代價的。強度較高的預(yù)應(yīng)力鋼材,有時會增加氫的應(yīng)力腐蝕的危險。這些不利的特性應(yīng)予以重視。新型材料如纖維增強塑料,過去主要用于航天和航空工業(yè),現(xiàn)已進入建筑工業(yè)。采用這些材料主要由于下列優(yōu)點:在各種環(huán)境下具有

5、耐久和抗腐蝕的特性,重量輕,高強度和無磁性等性能。纖維增強塑料可用作預(yù)應(yīng)力與非預(yù)應(yīng)力材料。這些材料具有線彈性的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,直到拉斷。它們的性能與鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼材性能不同,還需要采用新的設(shè)計方法。自從1939年法國首創(chuàng)式體系與比利時首創(chuàng)體系后,預(yù)應(yīng)力技術(shù)實現(xiàn)了從先張到后張的進步,為各種大跨預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的發(fā)展開辟了道路。預(yù)應(yīng)力錨具與所錨固的預(yù)應(yīng)力筋相對應(yīng),分為粗鋼筋錨具，鋼絲束錨具及鋼絞線錨具3類。近年來用于鋼絞線錨固的群錨體系,被廣泛采用。隨著質(zhì)量地不斷提高,其錨固性能也越來越好。使用時可根據(jù)需要由多根鋼絞線組成一束,整束張拉,國內(nèi)目前已發(fā)展到1200。大噸位預(yù)應(yīng)力鋼束的采用大大簡化了后張拉工

6、藝。對于采用懸澆施工的橋梁,每一循環(huán)預(yù)應(yīng)力束數(shù)可大大減少,且通過預(yù)應(yīng)力束平彎使錨點位置在斷面上的布置固定,大大節(jié)省了穿束，張拉，壓漿等工序所用的時間,從而加快施工進度。另外采用大噸位預(yù)應(yīng)力束,布束容易,經(jīng)合理選擇后可以做到因不易布束而加大結(jié)構(gòu)尺寸,造成材料浪費,可減少繁雜的錨固齒塊,便于簡化模板,加快工期。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋是指帶潤滑防銹涂層的后張預(yù)應(yīng)力筋,施工時這種預(yù)應(yīng)力筋可以和普通鋼筋一樣直接安裝在模板中。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋無需預(yù)留孔道，后期穿束，壓漿等工序并可節(jié)省材料，加快施工進度。因此具有施工簡便，施工效率高等優(yōu)點。但其強度和剛度與相應(yīng)的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋相比稍低。從耐久性能看,應(yīng)對其防銹及認真處

7、理錨具封端。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋由于壓漿工藝問題也存在耐久性問題,預(yù)應(yīng)力管道壓漿往往存在壓漿不滿或不密實等問題,由此可能導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力筋銹蝕問題不容忽視。在我國無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋在大跨徑橋梁上的應(yīng)用正日益增加。無粘結(jié)筋因其自身的優(yōu)點將會越來越受到重視,但關(guān)于其強度和耐久性問題仍然需要進一步加強研究,不斷完善。體外索在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的使用是近來建筑工業(yè)發(fā)展的方向之一。用體外預(yù)應(yīng)力的方式修建混凝土橋梁在國際上已有近90年的歷史。但早期因防腐工藝不完善，造價高等原因,取得的效果并不理想。但自80年代以來,由于技術(shù)的進步,體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)幾經(jīng)改進后,日趨完善,其應(yīng)用也越來越多。從預(yù)加應(yīng)力方式來看,它把絕大部分的

8、預(yù)應(yīng)力鋼束布置在混凝土截面外,通過錨固端和變向裝置來傳遞預(yù)加應(yīng)力。該方法不但可以應(yīng)用于新建結(jié)構(gòu),還可以用來加固原有結(jié)構(gòu)。在預(yù)應(yīng)力使用早期,體外預(yù)應(yīng)力筋已被應(yīng)用于橋梁建設(shè),不過,由于當時技術(shù)條件的制約,這種方法在20世紀50年代幾乎被人們放棄了?？垢g(纖維增強塑料)索，高性能鋼索以及體外索防護系統(tǒng)的發(fā)展,為體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的再次興起提供了有利的條件。使用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的橋梁工程具有以下優(yōu)點:1)由于板內(nèi)沒有安裝管道,減小了板的厚度,從而減輕了橋梁的重量;2)預(yù)應(yīng)力索安裝簡便;3)易于檢查預(yù)應(yīng)力索,有利于索的養(yǎng)護;4)預(yù)應(yīng)力索的替換或者再次張拉成為可能;5)大大地縮短施工工期,特別是使用預(yù)制分段拼

9、裝方法施工的橋梁。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛應(yīng)用于混凝土橋梁建設(shè)中。并已被用于高速公路和高架鐵路分段預(yù)制橋梁建設(shè)。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)另一個極具潛力的用途是對原有混凝土結(jié)構(gòu)進行加固與修復(fù)。近年來,該技術(shù)已應(yīng)用于許多新型結(jié)構(gòu)中,其中包括:在大偏心結(jié)構(gòu)設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力索以提高結(jié)構(gòu)的受力性能,可以被應(yīng)用于由混凝土翼緣與波形鋼腹板構(gòu)成的組合結(jié)構(gòu)之中,高性能輕質(zhì)材料的使用減輕了結(jié)構(gòu)的自重。二、預(yù)應(yīng)力混凝土早期避免在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)裂縫,充分利用高強度鋼筋及高強度混凝土。在承受使用荷載之前，嘗試在混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件,對受拉區(qū)的部分施加壓力后的混凝土就是預(yù)應(yīng)力混凝土。根據(jù)預(yù)加應(yīng)力值大小對構(gòu)件截面裂縫控制程度的不同分類:1

10、.全預(yù)應(yīng)力混凝土。在使用荷載作用下,不允許截面上混凝土出現(xiàn)拉應(yīng)力的構(gòu)件,屬嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。2.部分預(yù)應(yīng)力混凝土。允許出現(xiàn)裂縫,但最大裂縫寬度不超過允許值的構(gòu)件,屬允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋。將預(yù)應(yīng)力鋼筋的外表面涂以瀝清,油脂或其他潤滑防銹材料,以降低摩擦并提高耐銹蝕,并用塑料套筒或紙帶,塑料膠帶包裹,以防止施工中損壞涂層,并與周圍混凝土隔離,而在張拉時可沿縱向發(fā)生相對滑移的后張預(yù)應(yīng)力鋼筋。三、施加預(yù)應(yīng)力的方法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的制作方法有先張法和后張法。1.先張法在混凝土灌注之前,預(yù)應(yīng)力筋澆注由鋼絲，鋼絞線組成的預(yù)應(yīng)力筋張拉到某一規(guī)定應(yīng)力,并錨固錨定在支撐基座的兩端，然后安裝

11、模板、構(gòu)造鋼筋和零件,然后用混凝土填充和保護。一旦混凝土達到預(yù)定強度，放松兩端支墩的預(yù)應(yīng)力筋，通過粘結(jié)力將預(yù)應(yīng)力筋中的張拉力傳給混凝土而產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。先張法以采用長的臺座較為有利,最長有用到一百多米的,因此有時也稱作長線法。2.后張法先灌注構(gòu)件,然后在構(gòu)件上直接施加預(yù)應(yīng)力的方法。一般做法多是先安置后張預(yù)應(yīng)力筋成孔的套管、構(gòu)造鋼筋和零件,然后安裝模板和灌注混凝土。預(yù)應(yīng)力筋可先穿入套管也可以后穿。等混凝土達到強度后,用千斤頂將預(yù)應(yīng)力筋張拉到要求的應(yīng)力并錨于梁的兩端,預(yù)壓應(yīng)力通過兩端錨具傳給構(gòu)件混凝土。為了保護預(yù)應(yīng)力筋不受腐蝕和恢復(fù)預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間的粘結(jié)力,預(yù)應(yīng)力筋與套管之間的空隙必須用水泥漿灌

12、實。水泥漿除起防腐作用外,也有利于恢復(fù)預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間的粘結(jié)力。為了方便施工,有時也可采用在預(yù)應(yīng)力筋表面涂刷防銹蝕材料并用塑料套管或油紙包裹的無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力筋。四、發(fā)展前景及現(xiàn)狀預(yù)應(yīng)力混凝土在我國推廣超過50年的歷史,但是普及程度并不高,熟悉業(yè)務(wù)和操作的專業(yè)人才也不多,據(jù)調(diào)查，即使在甲級設(shè)計院,至今也只有少數(shù)的專業(yè)人才,這與60年代時相對比,發(fā)展并不大。為什么出現(xiàn)這種現(xiàn)象?原因有很多,我覺得最主要的是預(yù)應(yīng)力混凝土主體比較復(fù)雜，涉及的高強度材料，生產(chǎn)工藝，機械設(shè)備，設(shè)計和施工的專業(yè)人士等領(lǐng)域，而且這些技術(shù)交織在一起,要掌握完整的科學知識,難度十分大。我認為，在實際的生產(chǎn)實踐中，可以參考模仿其他國家，通過專業(yè)分工與合作的方式進行。例如預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土房屋的設(shè)計應(yīng)與預(yù)制工廠合作;現(xiàn)澆后張預(yù)應(yīng)力混凝土房屋的設(shè)計應(yīng)與后張技術(shù)專業(yè)公司合作進行設(shè)計。并且近年來由烏克蘭的技術(shù)人員發(fā)明的的新型預(yù)應(yīng)力技術(shù)是介于先張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(yù)應(yīng)力，混凝土在壓力的情況下固結(jié)。施加這種預(yù)應(yīng)力需要用特殊的可滑動的模版及能把壓力傳給混凝土的裝置。它可使同樣配筋率的情況下將梁的承載力提高25%-34%，柱的