淺析預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)與應(yīng)用

1、淺談?lì)A(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用摘要：本文從預(yù)應(yīng)力混凝土的分類、材料、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍等方面闡述了預(yù)應(yīng)力混凝土的特性。普通混凝土的抗裂性能很弱,而預(yù)應(yīng)力混凝土恰好彌補(bǔ)了這一缺憾,使混凝土的應(yīng)用范圍更加廣泛。關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土分類特點(diǎn)應(yīng)用范圍 混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用大約有150年的歷史，為人類的文明發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對建筑的性能提出了更高的要求，普通混凝土已不能滿足人們的需要，隨之各種高性能混凝土便蘊(yùn)運(yùn)而生，預(yù)應(yīng)力混凝土就是其中一種。預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土在原理上有明顯的不同。在設(shè)計(jì)鋼筋混凝土梁時(shí)，可假定不計(jì)混凝土的抗拉強(qiáng)度，因彎矩引起的拉力是由鋼筋來抵抗，此拉力是藉鋼筋與混凝土

2、之間粘結(jié)性而傳遞給鋼筋的。對于在大范圍內(nèi)的開裂和變形來說，雖然高強(qiáng)度的混凝土具有良好的粘結(jié)性，很大程度上可以恢復(fù)；但是在混凝土與鋼筋之間粘結(jié)較差的普通混凝土中，則實(shí)際上不可能恢復(fù)。另一方面，在預(yù)應(yīng)力混凝土中，采用預(yù)應(yīng)力鋼筋的主旨在于通過粘結(jié)力或者通過專門的錨具給混凝土施加一個(gè)力，因此全部混凝土可以起到結(jié)構(gòu)的作用。要求產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的鋼筋被用來主動(dòng)地給構(gòu)件以預(yù)加荷載，而且開裂和變形在較大的程度上可得到恢復(fù)。然而，必須注意超載的情況下，當(dāng)混凝土的彎曲抗拉強(qiáng)度一旦被超過，預(yù)應(yīng)力混凝土的性能就有些和鋼筋混凝土相類似，而且在極限荷載情況下，或者抗彎構(gòu)件在破壞條件下，要求抵抗這種條件的拉力和壓力對于普通鋼筋混

3、凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件都是一樣。此外，當(dāng)預(yù)應(yīng)力變?yōu)榱銜r(shí)，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的性能幾乎變成和鋼筋混凝土構(gòu)件相同。因此，在鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土之間不但有根本相似之處，也有根本的不同。那什么是預(yù)應(yīng)力混凝土呢？為了提高構(gòu)件的抗裂性能，在鋼筋與混凝土結(jié)合之前，預(yù)先張拉鋼筋，使得構(gòu)件在施加外荷載之前，鋼筋受到一個(gè)預(yù)加的拉應(yīng)力，而混凝土受到一個(gè)預(yù)加的壓應(yīng)力，這種混凝土叫做預(yù)應(yīng)力混凝土1。預(yù)應(yīng)力混凝土的材料對預(yù)應(yīng)力鋼筋的一些要求：（1）強(qiáng)度要高。預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉應(yīng)力在構(gòu)件的整個(gè)制作和使用過程中會(huì)出現(xiàn)各種應(yīng)力損失。這些損失的總和有時(shí)可達(dá)到200N/mm²以上，如果所用的鋼筋強(qiáng)度不高，那么張力時(shí)所建立應(yīng)力甚

4、至?xí)p失殆盡。（2）與混凝土要有較好的粘結(jié)力。特別在先張法中，預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土之間必須有較高的粘結(jié)自錨強(qiáng)度。對一些高強(qiáng)度的光面鋼絲就要經(jīng)過“刻痕”、“壓波”或“扭結(jié)”，使它形成刻痕鋼絲、波形鋼絲及扭結(jié)鋼絲，增加粘結(jié)力。（3）要有足夠的塑性和良好的加工性能。鋼材強(qiáng)度越高，其塑性越低。鋼筋塑性太低時(shí)，特別當(dāng)處于低溫和沖擊荷載條件下，就有可能發(fā)生脆性斷裂。良好的加工性能是指焊接性能好，以及采用鐓頭錨板時(shí)，鋼筋頭部鐓粗后不影響原有的力學(xué)性能等。我國常用的預(yù)應(yīng)力鋼筋有冷拉III級鋼筋、冷拉IV級鋼筋、冷扎帶肋鋼筋、熱處理鋼筋、高強(qiáng)鋼絲等。對預(yù)應(yīng)力混凝土中混凝土的一些要求：（1）強(qiáng)度要高，以與高強(qiáng)度鋼筋

5、相適應(yīng)，保證鋼筋充分發(fā)揮作用，并能有效地減小構(gòu)件截面尺寸和減輕自重。（2）收縮、徐變要小，以減小預(yù)應(yīng)力損失。（3）快硬、早強(qiáng)，使能盡早施加預(yù)應(yīng)力，加快施工進(jìn)度，提高設(shè)備利用率。 預(yù)應(yīng)力混凝土的分類根據(jù)制作、設(shè)計(jì)和施工的特點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力混凝土可以有不同的分類。1、 先張法與后張法先張法（pretensioning type）是制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時(shí)，先張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋后澆混凝土的一種方法；而后張法（posttensioning type）是先澆灌混凝土，待混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后再張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋的一種預(yù)加應(yīng)力方法。2、 全預(yù)應(yīng)力和部分預(yù)應(yīng)力全預(yù)應(yīng)力是在使用荷載作用下，構(gòu)件截面混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力，即為全截面

6、受壓。部分預(yù)應(yīng)力是在使用荷載作用下，構(gòu)件截面混凝土允許出現(xiàn)拉 應(yīng)力或開裂，即只有部分截面受壓。部分預(yù)應(yīng)力又分為A、B兩類：A類指在使用荷載作用下，構(gòu)件預(yù)壓區(qū)混凝土正截面的拉應(yīng)力不超過規(guī)定的容許值；B類則指在使用荷載作用下，構(gòu)件預(yù)壓區(qū)混凝土正截面的拉應(yīng)力允許超過規(guī)定的限值，但當(dāng)裂縫出現(xiàn)時(shí)其寬度不超過容許值?？梢?，以上是按照構(gòu)件中預(yù)加應(yīng)力大小的程度劃分的。 3、有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，是指沿預(yù)應(yīng)力筋全長其周圍均與混凝土粘結(jié)、握裹在一起的預(yù)應(yīng)力。先張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)及預(yù)留孔道穿筋壓漿的后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)均屬此類。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，指預(yù)應(yīng)力筋伸縮、滑動(dòng)自由，不與周圍混凝土粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力。這種結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)

7、力筋表面涂有防銹材料，外套防老化的塑料管，防止與混凝土粘結(jié)。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)通常與后張預(yù)應(yīng)力工藝相結(jié)合。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土具有結(jié)構(gòu)自重輕、施工簡便、速度快、抗腐蝕能力強(qiáng)、使用性能好、防火性能滿足要求、抗震性能好、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)1）提高了構(gòu)件的抗裂能力。因?yàn)槌惺芡夂奢d之前預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的受拉區(qū)已有預(yù)壓應(yīng)力存在，所以在外荷載作用下，只有當(dāng)混凝土的預(yù)應(yīng)力被全部抵消轉(zhuǎn)而受拉且拉應(yīng)變超過混凝土的極限拉應(yīng)變時(shí)，構(gòu)件才會(huì)開裂。而普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中不存在預(yù)應(yīng)力，其開裂荷載的大小僅由混凝土極限抗拉強(qiáng)度（為抗壓強(qiáng)度的1/10左右）所決定，因而抗裂能力很低。2）增大了構(gòu)件的剛度。因?yàn)轭A(yù)

8、應(yīng)力混凝土構(gòu)件正常使用時(shí)，在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下可能不開裂或只有很小的裂縫，混凝土基本上處于彈性階段工作，因而構(gòu)件的剛度比普通鋼筋混凝土構(gòu)件有所增大。3）充分利用了高強(qiáng)度材料。如前所述，普通鋼筋混凝土構(gòu)件不能充分利用高強(qiáng)度材料。而預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力鋼筋先被預(yù)拉，而后在外荷載作用下鋼筋拉應(yīng)力進(jìn)一步增大，應(yīng)而始終處于高拉應(yīng)力狀態(tài)，即能夠有效利用高強(qiáng)度鋼筋；而且鋼筋的強(qiáng)度高，可以減小需要的截面面積。與此同時(shí)，應(yīng)該盡可能采用高強(qiáng)度等級的混凝土，以便與高強(qiáng)度鋼筋相配合，獲得較經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件截面尺寸。4）擴(kuò)大了構(gòu)件的應(yīng)用范圍。由于預(yù)應(yīng)力混凝土改善了構(gòu)件的抗裂性能，因而可用于有防水、抗?jié)B透及抗腐蝕要求的環(huán)

9、境；采用高強(qiáng)度材料，結(jié)構(gòu)輕巧，剛度大，變形小，可用于大跨度、重荷載及承受反復(fù)荷載的結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝土已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑及交通運(yùn)輸建筑中。例如預(yù)應(yīng)力空心樓板、冂形屋面板、屋面大梁、屋架、吊車梁、預(yù)應(yīng)力橋梁、鐵路軌枕等已大量采用。在水工建筑中也已用來修建碼頭、棧橋、樁、閘門、調(diào)度室、壓力水管、渡槽、圓形水池、工作橋、公路橋、水電站廠房的屋面梁及吊車梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也可用于預(yù)應(yīng)力的方法來加固大壩、襯砌隧洞。對于某些有獨(dú)特要求的結(jié)構(gòu)，例如需防止海水腐蝕的海上采油平臺，需耐高溫高壓的核電站大型壓力容器等，采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)更有它的優(yōu)越性，而非其它結(jié)構(gòu)所能比擬。如上所述，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)

10、點(diǎn)，但也存在一定的局限性，因而并不能完全代替普通鋼筋混凝土構(gòu)件。預(yù)應(yīng)力混凝土具有施工工序多、對施工技術(shù)要求高且需要張拉設(shè)備、錨夾具及勞動(dòng)力費(fèi)用高等特點(diǎn)，因此特別適用于普通鋼筋混凝土構(gòu)件力不能及的情形（如大跨度及重荷載結(jié)構(gòu)）；而普通鋼筋混凝土構(gòu)件由于施工較方便、造價(jià)較低等特點(diǎn)，應(yīng)用于允許帶裂縫工作的一般工程結(jié)構(gòu)，仍具有強(qiáng)大的生命力。預(yù)應(yīng)力混凝土的經(jīng)濟(jì)性預(yù)應(yīng)力混凝土與普通鋼筋混凝土相比較時(shí)可以用較少的混凝土和減少1/51/3的鋼筋用量；但是鋼材單價(jià)的差別并不是和重量的差別成比例的。預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土要求高強(qiáng)度和高質(zhì)量，因而每種材料的單價(jià)都比鋼筋混凝土所需要的材料的單價(jià)高。臨時(shí)支架和模板可能更貴些，而且必須考慮預(yù)應(yīng)力操作本身的附加費(fèi)用。但是，一般來說，如果需要大量的預(yù)制預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，則鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在單價(jià)之間的差別就變得很小了。另外，由預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的間接的節(jié)約常常是顯著的，也應(yīng)充分予以考慮。這些間接的節(jié)約包括