淺析預應力混凝土

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 [摘要]本文介紹了預應力和預應力混凝土的概念,著重闡述了預應力混凝土的張拉方式,分析了我國預應力的發(fā)展現(xiàn)狀并提出了加大對預應力混凝土的科研力度的殷切希望。 

　　[關鍵詞]預應力 混凝土 先張法 后張法  　　  　　第二次世界大戰(zhàn)后,由于鋼材的緊缺,預應力混凝土結(jié)構(gòu)大量代替鋼結(jié)構(gòu)以修復戰(zhàn)爭破壞的結(jié)構(gòu),于是預應力混凝土技術得到了蓬勃發(fā)展。1950年成立的國際預應力混凝土協(xié)會(FIP)更是極力促進預應力混凝土技術的發(fā)展。近30年來,預應力混凝土技術在土建結(jié)構(gòu)的各個領域扮演著重要的角色。  　　我國的預應力混凝土結(jié)構(gòu)是在20世紀50年代發(fā)展起來的。最初試用于預應力鋼弦混凝土軌枕,之后預應力混凝土在全國范圍內(nèi)開始推廣。預應力混凝土技術在橋梁工程中發(fā)展最快,尤其在20世紀70年代后期,我國修建的各類大橋幾乎全是預應力混凝土結(jié)構(gòu)。近年來,預應力混凝土技術在橋梁以外的土建結(jié)構(gòu)中也得到了迅速發(fā)展,一個發(fā)生在我國土建結(jié)構(gòu)領域內(nèi)的變革已經(jīng)到來。  　　一、預應力  　　在工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受外荷載之前,對受拉模塊中的鋼筋,施加預拉應力,提高構(gòu)件的剛度,推遲裂縫出現(xiàn)的時間,增加構(gòu)件的耐久性。對于機械結(jié)構(gòu)來看,其含義為預先使其產(chǎn)生應力,其好處是可以提高構(gòu)造本身剛性,減少振動和彈性變形這樣做可以明顯改善受拉模塊的強度,使原本的抗性更強。  　　在結(jié)構(gòu)承受外荷載之前,預先對去在外荷載作用下的受拉區(qū)施加壓應力,以改善結(jié)構(gòu)使用的性能的結(jié)構(gòu)型式稱之為預應力結(jié)構(gòu)。  　　如木桶,在還沒裝水之前采用鐵箍或竹箍套緊桶壁,邊對木桶壁產(chǎn)生一個環(huán)向的壓應力,若施加的壓應力超過水壓力引起的拉應力,木桶就不會開裂漏水。在圓形水池上作用預應力就像木桶加箍一樣。同樣,在受彎構(gòu)件的荷載加上去之前給構(gòu)件施加預應力就會產(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,才能繼續(xù)使構(gòu)件沿荷載方向發(fā)生變形。這樣,預應力就像給構(gòu)件多施加了一道防護一樣。  　　二、預應力的應用—預應力混凝土  　　為了避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫過早出現(xiàn),充分利用高強度鋼筋及高強度混凝土,設法在混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受使用荷載前,預先對受拉區(qū)的混凝土施加壓力后的混凝土就是預應力混凝土。  　　根據(jù)預加應力值大小對構(gòu)件截面裂縫控制程度的不同分類:  　　1.全預應力混凝土。在使用荷載作用下,不允許截面上混凝土出現(xiàn)拉應力的構(gòu)件,屬嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。  　　2.部分預應力混凝土。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)預應力鋼筋。將預應力鋼筋的外表面涂以瀝清,油脂或其他潤滑防銹材料,以減小摩擦力并防銹蝕,并用塑料套管或以紙帶,塑料帶包裹,以防止施工中碰壞涂層,并使之與周圍混凝土隔離,而在張拉時可沿縱向發(fā)生相對滑移的后張預應力鋼筋。    　　三、預應力混凝土施加預應力的方法  　　預應力混凝土構(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,先將由鋼絲鋼絞線或鋼筋組成的預應力筋張拉到某一規(guī)定應力,并用錨具錨于臺座兩端支墩上,接著安裝模板、構(gòu)造鋼筋和零件,然后灌注混凝土并進行養(yǎng)護。當混凝土達到規(guī)定強度后,放松兩端支墩的預應力筋,通過粘結(jié)力將預應力筋中的張拉力傳給混凝土而產(chǎn)生預壓應力。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)件上直接施加預應力的方法。一般做法多是先安置后張預應力筋成孔的套管、構(gòu)造鋼筋和零件,然后安裝模板和灌注混凝土。預應力筋可先穿入套管也可以后穿。等混凝土達到強度后,用千斤頂將預應力筋張拉到要求的應力并錨于梁的兩端,預壓應力通過兩端錨具傳給構(gòu)件混凝土。為了保護預應力筋不受腐蝕和恢復預應力筋與混凝土之間的粘結(jié)力,預應力筋與套管之間的空隙必須用水泥漿灌實。水泥漿除起防腐作用外,也有利于恢復預應力筋與混凝土之間的粘結(jié)力。為了方便施工,有時也可采用在預應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)后張預應力筋。  　　四、結(jié)語  　　我國推廣預應力混凝土已有五十多年的歷史,但普及程度不高,熟悉業(yè)務的專業(yè)人才不多,據(jù)相關部門調(diào)查了解,即使是一些甲級設計院,迄今仍只有少數(shù)幾個專業(yè)工程人員,與60年代相比,進展不大。為什么難普及?原因很多,但最主要的是預應力混凝土學科比較復雜,涉及領域有高強材料、生產(chǎn)工藝、機械設備、設計與施工等專業(yè),而且這些技術交織在一起很難分開,要掌握完整的學科知識,難度的確較大。在實際生產(chǎn)實踐中,國外多采用專業(yè)分工與合作的方式進行。例如預制預應力混凝土房屋的設計應與預制工廠合作;現(xiàn)澆后張預應力混凝土房屋的設計應與后張技術專業(yè)公司合作進行設計。  　　隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,預應力混凝土結(jié)構(gòu)的應用范圍將更加廣闊,因此我們應加強提高預應力技術水平的科研工作。和發(fā)達國家相比,我們預應力混凝土工程的研究相對落后。設計和施工的分離也是影響我國預應力混凝土結(jié)構(gòu)迅速發(fā)展的因素之一。因此有必要成立大型強而有力的預應力混凝土工程公司,承擔重大預應力混凝土工程,擔負新技術開發(fā)研究,并做好與設計和施工之間的聯(lián)系,以提高我國的預應力技術水平。