预应力混凝土的工程应用

1、预应力混凝土的工程应用摘要：预应力技术经过几十年的工程实践和不断研究，巳发展成为一项比较成熟的工程技术, 其原理广泛应用于房屋建筑、桥梁工程等结构领域.本文简要介绍预应力混凝土的概念及工 程屮的发展情况作简要概述，来表明预应力混凝土的应用广泛性与广阔的发展前景。关键词:预应力技术；混凝土；应用。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前言钢筋混凝土受拉与受弯等构件，由于混凝土的搞拉强度及极限拄应变值都很低，其极限拉应 变约为0.1x10-3-0.15x10-3,即每米只能拉长0.1到0.1mm,所以在使用荷载的条件下，通 常都是带裂缝工作的。对于使用上不允许开裂的构件，受拉钢筋的应力只能用到20到 30n/mm2,不能充分利用强度，为了满足变形和裂缝控制及使用要求，避免钢筋混凝土结构 裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土

4、，现通过预加外力來减小荷载引起的混凝 土拉应力，即引入了预应力混凝土的概念。1预应力混凝土介绍1.1定义预应力混凝土是为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混 凝土，设法在混凝土结构或构件承受使用荷载前，通过施加外力，使得构件受到的拉应力减 小，甚至处于压应力状态下的混凝土构件。1.2目的预压应力用來减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而将结构构件的拉应力控制 在较小范围，甚至处于受压状态,以推迟混凝土裂缝的出现和开展，从而提高构件的 抗裂性能和刚度。1.3预应力混凝土的分类1）根据预应力混凝土屮预加应力的程度分为：全预应力混凝土（预应力混凝土结构物在全 部使用荷载

5、的作用下不产生弯曲拉应力）、有限预应力混凝土（预应力混凝土结构物的 拉应力不超过规左的允许值）和部分预应力混凝土（预应力混凝土结构物在主承载方向 产生的的拉应力没有限制）；2）根据给预应力筋实施张拉是在预应力混凝土结构物形成之前或之后分为：先张法和后张 法两种。在水电工程中大都采用后张法施工；3）根据预应力筋与混凝土结构物是否粘结分为：粘结（在预应力施加后，使混凝土结构物 对预应力筋产生握裹力并固结为一体）和无粘结（通过釆取特殊工艺，使用某种介质将 预应力筋与混凝土隔离，而预应力筋仍能沿其轴线移动）两种；4）根据施加预应力的混凝土结构物体形特征分为：预应力混凝土板、杆、梁、闸墩、隧洞。2预应力

6、混凝土工程应用预应力混凝土经过近半个世纪的发展，现在已成为世界土建工程中一种非常重要的结构材料, 应用范围tl益扩大，由以往的单层、多层房屋、公路、铁路桥梁、轨枕、电杆、压力水管、 储罐、水塔等，已扩大到高层建筑、地下建筑、高耸结构、水t建筑、海洋结构、机场跑道、 核电站压力容器、大吨位船舶等方面。我国经过长期不懈的努力发展，摆脱了过去30年來预 应力钢材强度低、品种杂乱、供不应求的局面，解决了预应力施工工艺中的关键问题，具备 了基本完善的规范规程，建造了一大批具有国际水平的预应力混凝土结构。2. 1预应力混凝土在房屋建筑上的应用根据长期以来对预应力混凝土特性的研究，预应力混凝土对于我国启屋建

7、筑工程起着关键性 的作用。（一）改善使用阶段的性能受拉和受弯构件屮采用预应力，可延缓裂缝出现并降低较髙荷载水平时的裂缝开展宽度；采 用预应力，也能降低甚至消除使用荷载下的挠度，因此，可跨越人的空间，建造大跨结构。 提高受剪承载力。纵向预应力的施加可延缓混凝十构件中斜裂缝的形成，提高其受剪承载力。 改善卸载石的恢复能力。混凝十构件上的荷载一旦卸去，预应力就会使裂缝完全闭合，大大 改善结构构件的弹性恢复能力。提高耐疲劳强度。预应力作用可降低钢筋中应力循坏幅度， 而混凝土结构的疲劳破坏一般是由钢筋的疲劳所控制的。（二）能充分利用高强度钢材，减轻结构自重在普通钢筋混凝土结构中，由于裂缝和挠度问题，如使

8、用高强度钢材，不可能充分发挥其强 度。例如,1860mpa级的高强钢绞线，如用于普通钢筋混凝土结构屮，钢材强度发挥仅到20%, 其结构性能早己满足不了使用要求，裂缝宽，挠度大；而采用预应力技术，不仅可控制结构 使用阶段性能，而且能充分利用高强度钢材的潜能。这样，采用预应力，可大大节约钢材用 量，并减小截面尺寸和混凝土用量，具有显著的经济效益。（三）可调整结构内力将预应力筋对混凝土结构的作用作为平衡全部和部分外荷载的反向荷载，成为调整结构内力 和变形的手段。因此，现代预应力混凝土是解决建造大（大跨度、大空间建筑一工艺上和使 用上要求的）、高（高层建筑、高耸结构）、重（重荷载、重型结构、转换层结构

9、）、特（特种结 构水池、电视塔、安全壳）等类建筑结构和工程结构物的不可缺少的、重要的结构材料和技 术。（以）预应力混凝土结构具有良好的抗震功能当前国际混凝土结构工程界对预应力混凝土结构的抗震问题给了了重视。日本在1995年神户 大阪地震z后，结合混凝土结构（包括预应力混凝土结构）在地震屮的实际表现进行了调查并 作了大量研究工作，其它国家也作了不少研究工作。研究表明预应力结构在地震区是能够应 用的，和普通钢筋混凝土结构一样，需要的是合理的设讣和施工。釆用竖向预应力加固普通 钢筋混凝土结构能提高结构抗震性能。釆用竖向预应力的混凝土结构，可以提高结构抵抗水 平荷载的能力，并在地震之后又能很快的复原。

10、在地震作用下，预制的预应力混凝土结构会 发生屈服，产生塑性较，提高整个结构的延性和耗能能力而避免损坏，因而具有良好抗震性 能。2. 2预应力混凝土在路面工程上的应用预应力混凝土路面，是在20世纪40年代后期发展起来的一种特殊的水泥混凝土路面.近年来, 为实现对道路的快速修复、重建，装配式预应力混凝土路血应运而生.普通混凝土路血设计 中，由车辆荷载产生的应力应限制在混凝土的弹性范围内，路面片度应满足由荷载引起的极 限拉应力不超过混凝土的挠曲强度或混凝土的劈裂强度的要求.所以，一般都采用较厚的路 面板.这样，在受弯截面上虽然抗拉强度接近极限，但抗压强度却没有很好地发挥其潜力. 预应力混凝土路面充分

11、利用混凝土抗压强度远大于抗拉强度这一特性，在车辆荷载作用前, 路面已被施加永久的水平压应力，以提高它的抗弯拉强度，从而提高路面承载力.因此，在 给定荷载条件下，预应力混凝土路血的厚度比素混凝土路血要薄许多.预应力混凝土路血充 分利用了混凝土材料抗压性能较好的特点，在相同荷载条件下，路面板较普通混凝土路面大 大减薄，从而使普遍存在丁-素混凝土路面因路面板过厚引起的温度翘曲应力问题得到了很好 解决；当道路重建跨线桥净空受限时，以预应力混凝土路面替代传统路面，因其路面板较薄 可使问题得到解决；预应力的存在，增强了混凝土的抗压强度，减少或消除了混凝土的弯拉 应力，路血因弯拉应力过大而出现裂缝的可能性大

12、大降低；由于预应力混凝土路血板较长, 横向接缝大大减少，提高了行车的舒适性，减少了由于接缝引起的路面病害；预应力混凝土 路面可短时间承受超重荷载的作用，而不会引起结构永久性破坏；设计施工合理时，理论上 预应力混凝土路面可长时间提供优良的使用性能，而不需要额外的养护投资。2.3预应力混凝土在桥梁工程中的应用预应力混凝土在桥梁工程中也属于不断探索的结构形式，作为一种新型的施工工艺的产物, 预应力混凝土桥梁有着显著的优点。预应力混凝土桥梁节省了钢材，降低桥梁的材料费 用，同时，由于采用预施应力工艺，能使混凝土结构的工地接头安全可靠，因而以往 只适应于钢桥架设的各种不要支架的施工方法，现在也能用于这种

13、混凝土桥，从而使 其造价明显降低；同钢桥相比，其养护费用较省，行车噪声小；同钢筋混凝土桥相比， 其自重和建筑高度较小，其耐久性则因采用高质量的材料及消除了活载所致裂纹而大 为改进。预应力混凝土桥梁的发展与施工技巧的发展是密不可分的，施工技巧程度直接影 响桥梁的跨径、线型、截面形式等。预应力混凝土持续梁在初期大多采用满布支架法施工, 其跨度一般在40以内，且施工周期长，施工用料多。60年代预应力混凝土桥梁引入悬臂施 工法以后，预应力持续梁桥得以迅速发展，其跨越能力达200以上，实用领域也不断扩大。 悬臂拼装法将大跨桥梁化整为零，施工简便,拼装工期短，速度快，特别对于多跨长联桥（跨 度在100以内

14、）是一种效率高而且经济的施工方法。预应力持续梁的施工方法还有顶推法， 移动模架法，逐孔架设法等。近年來rh乌克兰的工程师创造的新型预应力技巧是介于先张拉 法和后张拉法z间的工艺。它是在浇捣混凝土尚未凝固的时候施加预应力，混凝土在压力的 情况下固结。施加这种预应力需要用特别的可滑动的模板及能把压力传给混凝土的装置。它 可使同样配筋率情况下梁的承载力进步25-34%,柱的承载力进步75%,抗裂度不变。该方法 已在重达30吨的桥梁结构中应用。4总结近年来，预应力混凝土在高层建筑结构中的应用有很大发展，尤其是无粘结预应力混凝土平 板和预应力扁梁用于高层建筑的楼盖，具有降低层高、节约钢材、简化模板、加快

15、施工等明 显效果，受到建设、设计和施工单位的普遍欢迎。简化了模板及钢筋工程，预应力混凝土用 于高层建筑的突出优点正被广大土建工程师认识和接受。预应力混凝土除用于楼盖外，有时 还用來解决大跨度、大空间部位柱网转换时的转换梁、转换桁架，以及复杂柱网情况下的转 换板。此外8-18m跨度的预应力混凝土空心板，外墙用的装饰保温复合预应力混凝土墙板 在高层建筑屮的应用前景也很广阔。同时，为适应我国经济的发展，缓解交通问题给人们生 产生活带来的不便，预应力混凝土结构的应用范围将更加广阔，因此我们应加强提高预应力 技术水平的科研工作，抓紧时间和精力来解决预应力混凝土结构中存在的预应力损失和由于 采用预应力结构而产生的各种配套问题，如预应力混凝土连续箱梁裂缝的预防问题，施工工 艺中所带来的病害和防治。和发达国家相比，我们预应力混凝土工程的研究相对落后。凭借 我们已有的强大队伍，和一些单位在预应力技术推广应用屮的