談預應力混凝土的特點及應用

漆強強 谷 琦 薛文慶

(黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西太原 030001)

0 引言

預應力混凝土以其自身顯著的優(yōu)點，被廣泛應用于房屋建筑、道路橋梁及其他特殊建筑設施。我國引進預應力混凝土技術已經(jīng)有半個多世紀，在過去的半個世紀中，我國在預應力混凝土技術方面積累了寶貴的經(jīng)驗，在預應力混凝土原材料、設計、制作、施工等方面取得了很多成就。相信在不久的將來，隨著我國預應力混凝土技術不斷發(fā)展，預應力混凝土的應用領域也將更為廣泛。本文分析了預應力混凝土的特點及在我國的應用和發(fā)展。

1 預應力混凝土的概念及分類

預應力混凝土利用了高強度鋼筋及高強度混凝土，通過施加外力，使混凝土結構或構件在承受荷載前，受到的拉應力減小，甚至處于壓應力的狀態(tài)下，以推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)和開展，從而提高了構件的抗裂性能和剛度。預應力混凝土根據(jù)預加應力值大小對構件截面裂縫控制程度的不同分為全預應力混凝土、部分預應力混凝土和無粘結預應力混凝土;根據(jù)施工方式不同分為預制預應力混凝土、現(xiàn)澆預應力混凝土和疊合預應力混凝土;按預加應力的不同分為先張法預應力混凝土和后張法預應力混凝土。

2 預應力混凝土的特點

2.1 預應力混凝土的優(yōu)點

1)剛度大、抗裂性好。由于對構件施加了預應力，構件在荷載作用下，不出現(xiàn)裂縫或使裂縫推遲出現(xiàn)，大大提高了構件的剛度，降低甚至消除了使用荷載下構件的撓度。因此，預應力混凝土構件可跨越大的空間，建造大的跨度。2)充分利用了高強度鋼材和高強度混凝土的性能，減小了構件的截面尺寸，節(jié)省了鋼材和混凝土，降低了結構的自重，具有良好的經(jīng)濟效益。預應力混凝土結構可比普通鋼筋混凝土結構節(jié)省20%～40%的混凝土、30%～60%的主筋鋼材。而與鋼結構相比，則可節(jié)省一半以上的造價。3)提高了構件的抗剪承載力。由于預壓應力延緩了構件斜裂縫的產(chǎn)生，增加了剪壓區(qū)面積，從而提高了構件的抗剪承載力。試驗表明，縱向預應力鋼筋起著錨栓的作用，阻礙著斜裂縫的出現(xiàn)與開展。同時，預應力混凝土梁的曲線鋼筋合力的豎向分力將部分抵消剪力，大大提高了構件的抗剪承載力。4)具有良好的裂縫閉合性能。預應力混凝土構件在荷載作用下基本處于彈性工作狀態(tài)，當結構部分或全部卸載時，預應力混凝土的結構具有良好的閉合性能，從而提高了截面的剛度，減小了結構的變形，進一步改善了結構的耐久性。5)提高了構件的抗疲勞強度。預應力混凝土可以有效降低鋼筋中應力循環(huán)的幅度，增加疲勞壽命。這對于承受動力荷載為主的橋梁結構是很有利的。6)充分利用了高強度鋼材的工作性能。在普通鋼筋混凝土結構中，由于裂縫的寬度和撓度的限制，高強度鋼材的強度不可能被充分利用，而在預應力混凝土結構中，對高強度鋼材預先施加較高的應力，使高強度鋼材在結構破壞前能夠達到屈服強度，充分發(fā)揮了高強鋼材的工作性能。7)具有良好的抗震性能。研究資料表明，預應力混凝土結構在地震中會發(fā)生屈服，產(chǎn)生塑性鉸，提高了整個結構的延性和耗能能力，從而避免了結構被破壞，因而具有良好的抗震性能。

2.2 預應力混凝土的缺點

1)預應力混凝土結構的設計、施工工藝比較復雜，對質量要求較高，因而需要專業(yè)的設計、施工人員。2)需要專門的張拉機具及灌漿設備，這些設備價格較高，花費的費用較大。3)預應力混凝土結構的開工費用較大，宜成批生產(chǎn)，對構件數(shù)量較少的工程，成本較高。4)預應力混凝土反拱不易控制，隨著混凝土徐變增大，影響使用效果。

3 預應力混凝土應用和發(fā)展

1)預應力混凝土的應用。

預應力混凝土技術自20世紀50年代引入中國，被廣泛應用于房屋建筑、道路橋梁及其他特殊建筑設施。經(jīng)過半個世紀的應用發(fā)展，我國已在預應力混凝土技術方面積累了寶貴的經(jīng)驗，建造了一批具有國際先進水平的預應力混凝土結構。其中代表性的預應力結構有:a.建筑方面:廣東國際大廈、青島中銀大廈、首都國際機場新航站樓等;b.鐵路橋梁結構方面:攀枝花金沙江鐵路連續(xù)鋼構橋，杭州錢塘江二橋，黃石大橋、虎門大橋等;c.其他建筑結構方面:中央、天津、南京、上海等電視塔、阿爾及利亞球形水塔、秦山、大亞灣核電站安全殼等。

2)我國預應力混凝土發(fā)展成就。

在設備生產(chǎn)方面，我國生產(chǎn)的高強度低松弛鋼絞線強度已達到1 860 MPa級，屬國際先進水平，產(chǎn)量在15萬t以上，加上原有的1 570 MPa級鋼絞線，總產(chǎn)量超過20萬t，可以滿足國內高效預應力混凝土的使用需要，并可出口。錨具年產(chǎn)量在300萬孔以上，屬于世界上的生產(chǎn)大國。在預應力混凝土規(guī)程規(guī)范方面，主要有《混凝土結構設計規(guī)范》《無粘結預應力混凝土結構技術規(guī)程》《預應力筋用錨具、夾具和連接器》等國家產(chǎn)品標準和應用技術規(guī)程。還有《無粘結預應力筋專用防腐潤滑脂》《預應力用液壓千斤頂》《預應力用電動油泵》《預應力鋼筋、鋼絲鐓頭器》《預應力混凝土用金屬螺旋管》等技術規(guī)程和產(chǎn)品標準。

3)預應力混凝土發(fā)展趨勢。

未來預應力混凝土在以往房屋建筑工程、橋梁工程及大跨度結構中使用的同時，還會在一些新興領域中廣泛使用，這些領域主要是預應力混凝土海洋結構和核與非核壓力容器。在預應力混凝土海洋結構方面的使用如海洋石油鉆探平臺、海下儲油罐、防浪堤、海上機坪、浮式海岸碼頭，海水溫差發(fā)電站，海底礦物開采平臺，大型海洋運輸駁船等。在核與非核壓力容器方面的使用如核電站反應堆、預應力混凝土壓力容器及安全殼，低溫液化天然氣儲罐等。隨著預應力混凝土使用領域、范圍不斷擴大，亟待開發(fā)研究新型預應力混凝土原材料，未來新型預應力混凝土筋應是強度高、自重輕、彈性模量大的聚碳纖維、玻璃纖維和聚酯纖維類非金屬預應力混凝土筋。隨著我國改革開放的深入，法制與技術立法和管理制度的完善，市場競爭機制的發(fā)育以及建筑市場的逐步規(guī)范化，預期我國預應力混凝土工藝技術在今后也必將會取得較大進展。

4 結語

隨著我國在預應力混凝土設計、制作、施工及原材料等方面不斷取得新的技術突破，相信在不久的將來，預應力混凝土技術將會被應用到更為廣泛的領域，更好的為社會生產(chǎn)和人們的生活服務。

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