浅谈预应力混凝土的应用范围及张拉技术

　　浅谈预应力混凝土的应用范围及张拉技术

　　杨大志

　　摘要：本文介绍了预应力混凝土的张拉方式,分析了我国预应力的发展现状并提出了加大对预应力混凝土的科研力度的殷切希望。

　　关键词：预应力 混凝土 先张法 后张法

　　前言：预应力技术和高性能材料(高性能混凝土和高强低松弛预应力筋)的结合使得预应力高强混凝土适应预应力结构向大跨、轻质、高强发展的需要。我国的预应力混凝土结构是在20世纪50年展起来的。最初试用于预应力钢弦混凝土轨枕,之后预应力混凝土在全国范围内开始推广。预应力混凝土技术在桥梁工程中发展最快,尤其在20世纪70年代后期,我国修建的各类大桥几乎全是预应力混凝土结构。近年来,预应力混凝土技术在桥梁以外的土建结构中也得到了迅速发展,一个发生在我国土建结构领域内的变革已经到来。

　　一、预应力

　　在工程结构构件承受外荷载之前,对受拉模块中的钢筋,施加预拉应力,提高构件的刚度,推迟裂缝出现的时间,增加构件的耐久性。对于机械结构来看,其含义为预先使其产生应力,其好处是可以提高构造本身刚性,减少振动和弹性变形这样做可以明显改善受拉模块的强度,使原本的抗性更强。

　　在结构承受外荷载之前,预先对去在外荷载作用下的受拉区施加压应力,以改善结构使用的性能的结构型式称之为预应力结构。

　　二、预应力的应用—预应力混凝土

　　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,预先对受拉区的混凝土施加压力后的混凝土就是预应力混凝土。

　　理论上讲,提高材料强度可以提高构件的承载力,从而达到节省材料和减轻构件自重的目的.但在普通钢筋混凝土构件中,提高钢筋强度却难以收到预期的效果。这是因为，对配置高强度钢筋的钢筋混凝土构件而言,承载力可能已不是控制条件,起控制作用的因素可能是裂缝宽度或构件的挠度。当钢筋应力达到 500~1000N/mm2时,裂缝宽度将很大，无法满足使用要求。因而，钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能充分发挥其作用的。而提高混凝土强度等级对提高构件的抗裂性能和控制裂缝宽度的作用也极其有限，混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低，其抗拉强度只有抗压强度的1/10～1/18，极限拉应变仅为0.0001～0.00015，即每米只能拉长 0.1~0.15mm，超过后就会出现裂缝。而钢筋达到屈服强度时的应变却要大得多，约为0.0005～0.0015,如HPB235级钢筋就达1×10 -3.对使用上不允许开裂的构件，受拉钢筋的应力只能用到20~30N/mm2，不能充分利用其强度.对于允许开裂的构件，当受拉钢筋应力达到 250N/mm2时，裂缝宽度已达0.2~0.3mm。

　　三、预应力混凝土特点：

　　1、 工艺较复杂，对质量要求高，因而需要配备一支技术较熟练的专业队伍。

　　2、需要有一定的专门设备，如张拉机具、灌浆设备等。

　　3、预应力混凝土结构的开工费用较大，对构件数量少的工程成本较高。

　　4、抗裂性好，刚度大。由于对构件施加预应力，大大推迟了裂缝的出现，在使用荷载作用下，构件可不出现裂缝，或使裂缝推迟出现，所以提高了构件的刚度，增加了结构的耐久性。

　　5、节省材料，减小自重。其结构由于必须采用高强度材料，因此可减少钢筋用量和构件截面尺寸，节省钢材和混凝土，降低结构自重，对大跨度和重荷载结构有着明显的优越性。

　　6、提高构件的抗剪能力。试验表明，纵向预应力钢筋起着锚栓的作用，阻碍着构件斜裂缝的出现与开展，又由于预应力混凝土梁的曲线钢筋(束)合力的竖向分力将部分地抵消剪力。

　　7、提高受压构件的稳定性。当受压构件长细比较大时，在受到一定的压力后便容易被压弯，以致丧失稳定而破坏。如果对钢筋混凝土柱施加预应力，使纵向受力钢筋张拉得很紧，不但预应力钢筋本身不容易压弯，而且可以帮助周围的混凝土提高抵抗压弯的能力。

　　8、提高构件的耐疲劳性能。因为具有强大预应力的钢筋，在使用阶段因加荷或卸荷所引起的应力变化幅度相对较小，故此可提高抗疲劳强度，这对承受动荷载的结构来说是很有利的。

　　四、预应力混凝土施加预应力的方法

　　预应力混凝土构件的制作方法有先张法和后张法。

　　1.先张法

　　在混凝土灌注之前,先将由钢丝钢绞线或钢筋组成的预应力筋张拉到某一规定应力,并用锚具锚于台座两端支墩上,接着安装模板、构造钢筋和零件,然后灌注混凝土并进行养护。当混凝土达到规定强度后,放松两端支墩的预应力筋,通过粘结力将预应力筋中的张拉力传给混凝土而产生预压应力。先张法以采用长的台座较为有利,最长有用到一百多米的,因此有时也称作长线法。

　　2.后张法

　　先灌注构件,然后在构件上直接施加预应力的方法。一般做法多是先安置后张预应力筋成孔的套管、构造钢筋和零件,然后安装模板和灌注混凝土。预应力筋可先穿入套管也可以后穿。等混凝土达到强度后,用千斤顶将预应力筋张拉到要求的应力并锚于梁的两端,预压应力通过两端锚具传给构件混凝土。为了保护预应力筋不受腐蚀和恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力,预应力筋与套管之间的空隙必须用水泥浆灌实。水泥浆除起防腐作用外,也有利于恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力。为了方便施工,有时也可采用在预应力筋表面涂刷防锈蚀材料并用塑料套管或油纸包裹的无粘结后张预应力筋。

　　五、结语

　　我国推广预应力混凝土已有五十多年的历史,但普及程度不高,熟悉业务的专业人才不多,据相关部门调查了解,即使是一些甲级设计院,迄今仍只有少数几个专业工程人员,与60年代相比,进展不大。为什么难普及?原因很多,但最主要的是预应力混凝土学科比较复杂,涉及领域有高强材料、生产工艺、机械设备、设计与施工等专业,而且这些技术交织在一起很难分开,要掌握完整的学科知识,难度的确较大。在实际生产实践中,国外多采用专业分工与合作的方式进行。例如预制预应力混凝土房屋的设计应与预制工厂合作;现浇后张预应力混凝土房屋的设计应与后张技术专业公司合作进行设计。

　　随着我国经济的发展,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。和发达国家相比,我们预应力混凝土工程的研究相对落后。设计和施工的分离也是影响我国预应力混凝土结构迅速发展的因素之一。因此有必要成立大型强而有力的预应力混凝土工程公司,承担重大预应力混凝土工程,担负新技术开发研究,并做好与设计和施工之间的联系,以提高我国的预应力技术水平。

　　参考文献:

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