預(yù)應(yīng)力混凝土的工程應(yīng)用

1、預(yù)應(yīng)力混凝土的工程應(yīng)用摘要：預(yù)應(yīng)力技術(shù)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(shù), 其原理廣泛應(yīng)用于房屋建筑、橋梁工程等結(jié)構(gòu)領(lǐng)域.本文簡要介紹預(yù)應(yīng)力混凝土的概念及工 程屮的發(fā)展情況作簡要概述，來表明預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用廣泛性與廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力技術(shù)；混凝土；應(yīng)用。the engineering applications of prestressed concretemirando huangabstact: after decades of the engineering practice and constant study, prestressed tech

2、nology has become in a relatively a mature engi neeri ng tech no logy, which prin ciple 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 broa

3、d prospects of the tech no logy.keywords:prestressing technology;reinforced concrete;applications0前言鋼筋混凝土受拉與受彎等構(gòu)件，由于混凝土的搞拉強(qiáng)度及極限拄應(yīng)變值都很低，其極限拉應(yīng) 變約為0.1x10-3-0.15x10-3,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(gòu)件，受拉鋼筋的應(yīng)力只能用到20到 30n/mm2,不能充分利用強(qiáng)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(gòu) 裂縫過早出現(xiàn)，充分利用高強(qiáng)度鋼筋及高強(qiáng)度混凝土

4、，現(xiàn)通過預(yù)加外力來減小荷載引起的混凝 土拉應(yīng)力，即引入了預(yù)應(yīng)力混凝土的概念。1預(yù)應(yīng)力混凝土介紹1.1定義預(yù)應(yīng)力混凝土是為了避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫過早出現(xiàn)，充分利用高強(qiáng)度鋼筋及高強(qiáng)度混 凝土，設(shè)法在混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受使用荷載前，通過施加外力，使得構(gòu)件受到的拉應(yīng)力減 小，甚至處于壓應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土構(gòu)件。1.2目的預(yù)壓應(yīng)力用來減小或抵消荷載所引起的混凝土拉應(yīng)力，從而將結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拉應(yīng)力控制 在較小范圍，甚至處于受壓狀態(tài),以推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)和開展，從而提高構(gòu)件的 抗裂性能和剛度。1.3預(yù)應(yīng)力混凝土的分類1）根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土屮預(yù)加應(yīng)力的程度分為：全預(yù)應(yīng)力混凝土（預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)物在全 部使用荷載

5、的作用下不產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力）、有限預(yù)應(yīng)力混凝土（預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)物的 拉應(yīng)力不超過規(guī)左的允許值）和部分預(yù)應(yīng)力混凝土（預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)物在主承載方向 產(chǎn)生的的拉應(yīng)力沒有限制）；2）根據(jù)給預(yù)應(yīng)力筋實施張拉是在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)物形成之前或之后分為：先張法和后張 法兩種。在水電工程中大都采用后張法施工；3）根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋與混凝土結(jié)構(gòu)物是否粘結(jié)分為：粘結(jié)（在預(yù)應(yīng)力施加后，使混凝土結(jié)構(gòu)物 對預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生握裹力并固結(jié)為一體）和無粘結(jié)（通過釆取特殊工藝，使用某種介質(zhì)將 預(yù)應(yīng)力筋與混凝土隔離，而預(yù)應(yīng)力筋仍能沿其軸線移動）兩種；4）根據(jù)施加預(yù)應(yīng)力的混凝土結(jié)構(gòu)物體形特征分為：預(yù)應(yīng)力混凝土板、桿、梁、閘墩、隧洞。2預(yù)應(yīng)力

6、混凝土工程應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土經(jīng)過近半個世紀(jì)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(gòu)材料, 應(yīng)用范圍tl益擴(kuò)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(kuò)大到高層建筑、地下建筑、高聳結(jié)構(gòu)、水t建筑、海洋結(jié)構(gòu)、機(jī)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(yù) 應(yīng)力鋼材強(qiáng)度低、品種雜亂、供不應(yīng)求的局面，解決了預(yù)應(yīng)力施工工藝中的關(guān)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(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。2. 1預(yù)應(yīng)力混凝土在房屋建筑上的應(yīng)用根據(jù)長期以來對預(yù)應(yīng)力混凝土特性的研究，預(yù)應(yīng)力混凝土對于我國啟屋建

7、筑工程起著關(guān)鍵性 的作用。（一）改善使用階段的性能受拉和受彎構(gòu)件屮采用預(yù)應(yīng)力，可延緩裂縫出現(xiàn)并降低較髙荷載水平時的裂縫開展寬度；采 用預(yù)應(yīng)力，也能降低甚至消除使用荷載下的撓度，因此，可跨越人的空間，建造大跨結(jié)構(gòu)。 提高受剪承載力?？v向預(yù)應(yīng)力的施加可延緩混凝十構(gòu)件中斜裂縫的形成，提高其受剪承載力。 改善卸載石的恢復(fù)能力?；炷畼?gòu)件上的荷載一旦卸去，預(yù)應(yīng)力就會使裂縫完全閉合，大大 改善結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性恢復(fù)能力。提高耐疲勞強(qiáng)度。預(yù)應(yīng)力作用可降低鋼筋中應(yīng)力循壞幅度， 而混凝土結(jié)構(gòu)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(qiáng)度鋼材，減輕結(jié)構(gòu)自重在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由于裂縫和撓度問題，如使

8、用高強(qiáng)度鋼材，不可能充分發(fā)揮其強(qiáng) 度。例如,1860mpa級的高強(qiáng)鋼絞線，如用于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屮，鋼材強(qiáng)度發(fā)揮僅到20%, 其結(jié)構(gòu)性能早己滿足不了使用要求，裂縫寬，撓度大；而采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，不僅可控制結(jié)構(gòu) 使用階段性能，而且能充分利用高強(qiáng)度鋼材的潛能。這樣，采用預(yù)應(yīng)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(jì)效益。（三）可調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力將預(yù)應(yīng)力筋對混凝土結(jié)構(gòu)的作用作為平衡全部和部分外荷載的反向荷載，成為調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力 和變形的手段。因此，現(xiàn)代預(yù)應(yīng)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(gòu)）、重（重荷載、重型結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

9、）、特（特種結(jié) 構(gòu)水池、電視塔、安全殼）等類建筑結(jié)構(gòu)和工程結(jié)構(gòu)物的不可缺少的、重要的結(jié)構(gòu)材料和技 術(shù)。（以）預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的抗震功能當(dāng)前國際混凝土結(jié)構(gòu)工程界對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗震問題給了了重視。日本在1995年神戶 大阪地震z后，結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)（包括預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)）在地震屮的實際表現(xiàn)進(jìn)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(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在地震區(qū)是能夠應(yīng) 用的，和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一樣，需要的是合理的設(shè)訃和施工。釆用豎向預(yù)應(yīng)力加固普通 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能提高結(jié)構(gòu)抗震性能。釆用豎向預(yù)應(yīng)力的混凝土結(jié)構(gòu)，可以提高結(jié)構(gòu)抵抗水 平荷載的能力，并在地震之后又能很快的復(fù)原。

10、在地震作用下，預(yù)制的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)會 發(fā)生屈服，產(chǎn)生塑性較，提高整個結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力混凝土在路面工程上的應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土路面，是在20世紀(jì)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(fù)、重建，裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土路血應(yīng)運而生.普通混凝土路血設(shè)計 中，由車輛荷載產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)限制在混凝土的彈性范圍內(nèi)，路面片度應(yīng)滿足由荷載引起的極 限拉應(yīng)力不超過混凝土的撓曲強(qiáng)度或混凝土的劈裂強(qiáng)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(qiáng)度接近極限，但抗壓強(qiáng)度卻沒有很好地發(fā)揮其潛力. 預(yù)應(yīng)力混凝土路面充分

11、利用混凝土抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)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(yīng)力，以提高它的抗彎拉強(qiáng)度，從而提高路面承載力.因此，在 給定荷載條件下，預(yù)應(yīng)力混凝土路血的厚度比素混凝土路血要薄許多.預(yù)應(yīng)力混凝土路血充 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，從而使普遍存在丁-素混凝土路面因路面板過厚引起的溫度翹曲應(yīng)力問題得到了很好 解決；當(dāng)?shù)缆分亟缇€橋凈空受限時，以預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力的存在，增強(qiáng)了混凝土的抗壓強(qiáng)度，減少或消除了混凝土的彎拉 應(yīng)力，路血因彎拉應(yīng)力過大而出現(xiàn)裂縫的可能性大

12、大降低；由于預(yù)應(yīng)力混凝土路血板較長, 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(yù)應(yīng)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(gòu)永久性破壞；設(shè)計施工合理時，理論上 預(yù)應(yīng)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(hù)投資。2.3預(yù)應(yīng)力混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土在橋梁工程中也屬于不斷探索的結(jié)構(gòu)形式，作為一種新型的施工工藝的產(chǎn)物, 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁有著顯著的優(yōu)點。預(yù)應(yīng)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(yù)施應(yīng)力工藝，能使混凝土結(jié)構(gòu)的工地接頭安全可靠，因而以往 只適應(yīng)于鋼橋架設(shè)的各種不要支架的施工方法，現(xiàn)在也能用于這種

13、混凝土橋，從而使 其造價明顯降低；同鋼橋相比，其養(yǎng)護(hù)費用較省，行車噪聲??；同鋼筋混凝土橋相比， 其自重和建筑高度較小，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 為改進(jìn)。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的發(fā)展與施工技巧的發(fā)展是密不可分的，施工技巧程度直接影 響橋梁的跨徑、線型、截面形式等。預(yù)應(yīng)力混凝土持續(xù)梁在初期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(yù)應(yīng)力混凝土橋梁引入懸臂施 工法以后，預(yù)應(yīng)力持續(xù)梁橋得以迅速發(fā)展，其跨越能力達(dá)200以上，實用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)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)

14、）是一種效率高而且經(jīng)濟(jì)的施工方法。預(yù)應(yīng)力持續(xù)梁的施工方法還有頂推法， 移動模架法，逐孔架設(shè)法等。近年來rh烏克蘭的工程師創(chuàng)造的新型預(yù)應(yīng)力技巧是介于先張拉 法和后張拉法z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(jìn)步25-34%,柱的承載力進(jìn)步75%,抗裂度不變。該方法 已在重達(dá)30噸的橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。4總結(jié)近年來，預(yù)應(yīng)力混凝土在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用有很大發(fā)展，尤其是無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土平 板和預(yù)應(yīng)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

15、施工等明 顯效果，受到建設(shè)、設(shè)計和施工單位的普遍歡迎。簡化了模板及鋼筋工程，預(yù)應(yīng)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(rèn)識和接受。預(yù)應(yīng)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(fù)雜柱網(wǎng)情況下的轉(zhuǎn) 換板。此外8-18m跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，外墻用的裝飾保溫復(fù)合預(yù)應(yīng)力混凝土墻板 在高層建筑屮的應(yīng)用前景也很廣闊。同時，為適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，緩解交通問題給人們生 產(chǎn)生活帶來的不便，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍將更加廣闊，因此我們應(yīng)加強(qiáng)提高預(yù)應(yīng)力 技術(shù)水平的科研工作，抓緊時間和精力來解決預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中存在的預(yù)應(yīng)力損失和由于 采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的各種配套問題，如預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁裂縫的預(yù)防問題，施工工 藝中所帶來的病害和防治。和發(fā)達(dá)國家相比，我們預(yù)應(yīng)力混凝土工程的研究相對落后。憑借 我們已有的強(qiáng)大隊伍，和一些單位在預(yù)應(yīng)力技術(shù)推廣應(yīng)用屮的