淺談預應力混凝土的應用范圍及張拉技術

　　楊大志

　　摘要：本文介紹了預應力混凝土的張拉方式,分析了我國預應力的發展現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

　　前言：預應力技術和高性能材料(高性能混凝土和高強低松弛預應力筋)的結合使得預應力高強混凝土適應預應力結構向大跨、輕質、高強發展的需要。我國的預應力混凝土結構是在20世紀50年展起來的。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開始推廣。預應力混凝土技術在橋梁工程中發展最快,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構。近年來,預應力混凝土技術在橋梁以外的土建結構中也得到了迅速發展,一個發生在我國土建結構領域內的變革已經到來。

　　一、預應力

　　在工程結構構件承受外荷載之前,對受拉模塊中的鋼筋,施加預拉應力,提高構件的剛度,推遲裂縫出現的時間,增加構件的耐久性。對于機械結構來看,其含義為預先使其產生應力,其好處是可以提高構造本身剛性,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。

　　在結構承受外荷載之前,預先對去在外荷載作用下的受拉區施加壓應力,以改善結構使用的性能的結構型式稱之為預應力結構。

　　二、預應力的應用—預應力混凝土

　　為了避免鋼筋混凝土結構的裂縫過早出現,充分利用高強度鋼筋及高強度混凝土,設法在混凝土結構或構件承受使用荷載前,預先對受拉區的混凝土施加壓力后的混凝土就是預應力混凝土。

　　理論上講,提高材料強度可以提高構件的承載力,從而達到節省材料和減輕構件自重的目的.但在普通鋼筋混凝土構件中,提高鋼筋強度卻難以收到預期的效果。這是因為，對配置高強度鋼筋的鋼筋混凝土構件而言,承載力可能已不是控制條件,起控制作用的因素可能是裂縫寬度或構件的撓度。當鋼筋應力達到 500~1000N/mm2時,裂縫寬度將很大，無法滿足使用要求。因而，鋼筋混凝土結構中采用高強度鋼筋是不能充分發揮其作用的。而提高混凝土強度等級對提高構件的抗裂性能和控制裂縫寬度的作用也極其有限，混凝土抗拉強度及極限拉應變值都很低，其抗拉強度只有抗壓強度的1/10～1/18，極限拉應變僅為0.0001～0.00015，即每米只能拉長 0.1~0.15mm，超過后就會出現裂縫。而鋼筋達到屈服強度時的應變卻要大得多，約為0.0005～0.0015,如HPB235級鋼筋就達1×10 -3.對使用上不允許開裂的構件，受拉鋼筋的應力只能用到20~30N/mm2，不能充分利用其強度.對于允許開裂的構件，當受拉鋼筋應力達到 250N/mm2時，裂縫寬度已達0.2~0.3mm。

　　三、預應力混凝土特點：

　　1、 工藝較復雜，對質量要求高，因而需要配備一支技術較熟練的專業隊伍。

　　2、需要有一定的專門設備，如張拉機具、灌漿設備等。

　　3、預應力混凝土結構的開工費用較大，對構件數量少的工程成本較高。

　　4、抗裂性好，剛度大。由于對構件施加預應力，大大推遲了裂縫的出現，在使用荷載作用下，構件可不出現裂縫，或使裂縫推遲出現，所以提高了構件的剛度，增加了結構的耐久性。

　　5、節省材料，減小自重。其結構由于必須采用高強度材料，因此可減少鋼筋用量和構件截面尺寸，節省鋼材和混凝土，降低結構自重，對大跨度和重荷載結構有著明顯的優越性。

　　6、提高構件的抗剪能力。試驗表明，縱向預應力鋼筋起著錨栓的作用，阻礙著構件斜裂縫的出現與開展，又由于預應力混凝土梁的曲線鋼筋(束)合力的豎向分力將部分地抵消剪力。

　　7、提高受壓構件的穩定性。當受壓構件長細比較大時，在受到一定的壓力后便容易被壓彎，以致喪失穩定而破壞。如果對鋼筋混凝土柱施加預應力，使縱向受力鋼筋張拉得很緊，不但預應力鋼筋本身不容易壓彎，而且可以幫助周圍的混凝土提高抵抗壓彎的能力。

　　8、提高構件的耐疲勞性能。因為具有強大預應力的鋼筋，在使用階段因加荷或卸荷所引起的應力變化幅度相對較小，故此可提高抗疲勞強度，這對承受動荷載的結構來說是很有利的。

　　四、預應力混凝土施加預應力的方法

　　預應力混凝土構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定應力,并用錨具錨于臺座兩端支墩上,接著安裝模板、構造鋼筋和零件,然后灌注混凝土并進行養護。當混凝土達到規定強度后,放松兩端支墩的預應力筋,通過粘結力將預應力筋中的張拉力傳給混凝土而產生預壓應力。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

　　先灌注構件,然后在構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后張預應力筋。

　　五、結語

　　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,熟悉業務的專業人才不多,據相關部門調查了解,即使是一些甲級設計院,迄今仍只有少數幾個專業工程人員,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、生產工藝、機械設備、設計與施工等專業,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。在實際生產實踐中,國外多采用專業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;現澆后張預應力混凝土房屋的設計應與后張技術專業公司合作進行設計。

　　隨著我國經濟的發展,預應力混凝土結構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構迅速發展的因素之一。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,擔負新技術開發研究,并做好與設計和施工之間的聯系,以提高我國的預應力技術水平。

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