预应力混凝土结构应用于发展

预应力混凝土结构应用于发展 [摘要]: 就目前来看，预应力混凝土已经成为国内外土建工程最主要也是最常见的一种结构材料。本文主要介绍了预应力混凝土的概念, 简单的表述了预应力混凝土的施加制作方式,就我国预应力的发展 现状，分析并提出了预应力混凝土的材料特性及前景。 [关键词]:预应力 混凝土 预应力筋 先张法 后张法

预应力混凝土技术的发展还要追溯到第二次世界大战后，由于当时钢材的紧缺 ,预应力混凝土结构取代了大量钢材，以修复被战争破坏的结构， 使预应力混凝土技术得到了快速的发展。近40 年来，预应力混凝土技术在国内外的土木结构的各个领域发挥着重要作用。 一、预应力混凝土材料

预应力混凝土结构的材料和干净混凝土结构相同，主要为钢筋和混凝土，所不同的是，预应力混凝土结构必须采用高强度钢材和混凝土。 1、预应力 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。 像桶一样,在还没装水之前采用铁箍或竹箍套紧桶壁,侧壁筒以产生环压应力 ,被施加的压应力超过水压力产生的拉应力, 桶就不会开裂漏水。弧形构件预应力像木桶箍相同一样。同样, 在受弯构件的荷载加上去之前给构件施加预应力就会产生一个和与荷载作用产生的变形相反的变形, 荷载要构件沿他作用方向发生变形之前必须最先把这个与荷载相反的变形抵消, 为了继续使部件沿载荷的方向变形。因此，该预应力被尽可能多施加到部件作为保护。 2、混凝土 从我国已建成的预应力混凝土桥梁来看,大多都采用C40~C50混凝土,进而采用减水剂等添加剂制备塑性混凝土,并发展了泵送混凝土工艺。随着桥梁跨度的增加,为减少桥梁结构的自重,混凝土逐渐向高强，轻质方向发展。日本早在70年代采用80混凝土修建了几座跨径为45的简支预应力混凝土铁路桥,德国在主跨136的富林格尔桥上采用了轻质混凝土。我国目前在高强，轻质混凝土方面已经有所成就。如建设中的重庆大佛寺长江大桥,是一座主跨450米的双塔双索面预应力混凝土斜拉桥。由重庆大佛寺长江大桥试验忠心研制成功的60微硅粉高强混凝土首次在该桥主梁浇注使用。作为混凝土的改性材料,微硅粉高强混凝土具有易浇注，整体密实，长期稳定及强度高等特点,可提高建筑的内在质量,在桥梁建筑市场上具有极大的推广应用价值。

3、预应力筋 目前使用的预应力钢材主要有高强钢丝，钢绞线及高强度粗钢筋三大类。桥梁上使用的预应力钢材一直在朝着高强度，低松弛，大直径的方向发展。预应力钢材的生产过程由于工厂的不断改进而成为性能更好，更经济的材料。为提高效率,近年来,材料强度有所增加,但在某些情况下,强度的增长是以降低材料的延性与韧性为代价的。强度较高的预应力钢材,有时会增加氢的应力腐蚀的危险。这些不利的特性应予以重视。新型材料如纤维增强塑料,过去主要用于航天和航空工业,现已进入建筑工业。采用这些材料主要由于下列优点:在各种环境下具有耐久和抗腐蚀的特性,重量轻,高强度和无磁性等性能。纤维增强塑料可用作预应力与非预应力材料。这些材料具有线弹性的应力-应变关系,直到拉断。它们的性能与钢筋和预应力钢材性能不同,还需要采用新的设计方法。自从1939年法国首创式体系与比利时首创体系后,预应力技术实现了从先张到后张的进步,为各种大跨预应力结构的发展开辟了道路。预应力锚具与所锚固的预应力筋相对应,分为粗钢筋锚具，钢丝束锚具及钢绞线锚具3类。近年来用于钢绞线锚固的群锚体系,被广泛采用。随着质量地不断提高,其锚固性能也越来越好。使用时可根据需要由多根钢绞线组成一束,整束张拉,国内目前已发展到1200。大吨位预应力钢束的采用大大简化了后张拉工艺。对于采用悬浇施工的桥梁,每一循环预应力束数可大大减少,且通过预应力束平弯使锚点位置在断面上的布置固定,大大节省了穿束，张拉，压浆等工序所用的时间,从而加快施工进度。另外采用大吨位预应力束,布束容易,经合理选择后可以做到因不易布束而加大结构尺寸,造成材料浪费,可减少繁杂的锚固齿块,便于简化模板,加快工期。无粘结预应力筋是指带润滑防锈涂层的后张预应力筋,施工时这种预应力筋可以和普通钢筋一样直接安装在模板中。无粘结预应力筋无需预留孔道，后期穿束，压浆等工序并可节省材料，加快施工进度。因此具有施工简便，施工效率高等优点。但其强度和刚度与相应的有粘结预应力筋相比稍低。从耐久性能看,应对其防锈及认真处理锚具封端。有粘结预应力筋由于压浆工艺问题也存在耐久性问题,预应力管道压浆往往存在压浆不满或不密实等问题,由此可能导致的预应力筋锈蚀问题不容忽视。在我国无粘结预应力筋在大跨径桥梁上的应用正日益增加。无粘结筋因其自身的优点将会越来越受到重视,但关于其强度和耐久性问题仍然需要进一步加强研究,不断完善。体外索在预应力混凝土结构中的使用是近来建筑工业发展的方向之一。用体外预应力的方式修建混凝土桥梁在国际上已有近90年的历史。但早期因防腐工艺不完善，造价高等原因,取得的效果并不理想。但自80年代以来,由于技术的进步,体外预应力技术几经改进后,日趋完善,其应用也越来越多。从预加应力方式来看,它把绝大部分的预应力钢束布置在混凝土截面外,通过锚固端和变向装置来传递预加应力。该方法不但可以应用于新建结构,还可以用来加固原有结构。在预应力使用早期,体外预应力筋已被应用于桥梁建设,不过,由于当时技术条件的制约,这种方法在20世纪50年代几乎被人们放弃了。抗腐蚀(纤维增强塑料)索，高性能钢索以及体外索防护系统的发展,为体外预应力技术的再次兴起提供了有利的条件。使用体外预应力技术的桥梁工程具有以下优点:1)由于板内没有安装管道,减小了板的厚度,从而减轻了桥梁的重量;2)预应力索安装简便;3)易于检查预应力索,有利于索的养护;4)预应力索的替换或者再次张拉成为可能;5)大大地缩短施工工期,特别是使用预制分段拼装方法施工的桥梁。体外预应力技术广泛应用于混凝土桥梁建设中。并已被用于高速公路和高架铁路分段预制桥梁建设。体外预应力技术另一个极具潜力的用途是对原有混凝土结构进行加固与修复。近年来,该技术已应用于许多新型结构中,其中包括:在大偏心结构设置体外预应力索以提高结构的受力性能,可以被应用于由混凝土翼缘与波形钢腹板构成的组合结构之中,高性能轻质材料的使用减轻了结构的自重。 二、预应力混凝土 早期避免在钢筋混凝土结构上出现裂缝,充分利用高强度钢筋及高强度混凝土。在承受使用荷载之前，尝试在混凝土结构或构件,对受拉区的部分施加压力后的混凝土就是预应力混凝土。 根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同分类: 1.全预应力混凝土。在使用荷载作用下,不允许截面上混凝土出现拉应力的构件,属严格要求不出现裂缝的构件。 2.部分预应力混凝土。允许出现裂缝,但最大裂缝宽度不超过允许值的构件,属允许出现裂缝的构件。 无粘结预应力钢筋。 将预应力钢筋的外表面涂以沥清,油脂或其他润滑防锈材料,以降低摩擦并提高耐锈蚀,并用塑料套筒或纸带,塑料胶带包裹,以防止施工中损坏涂层,并与周围混凝土隔离,而在张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋。 三、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,预应力筋浇注由钢丝，钢绞线组成的预应力筋张拉到某一规定应力,并锚固锚定在支撑基座的两端，然后安装模板、构造钢筋和零件,然后用混凝土填充和保护。一旦混凝土达到预定强度，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。 四、发展前景及现状 预应力混凝土在我国推广超过50年的历史,但是普及程度并不高,熟悉业务和操作的专业人才也不多,据调查，即使在甲级设计院,至今也只有少数的专业人才,这与60年代时相对比,发展并不大。为什么出现这种现象?原因有很多,我觉得最主要的是预应力混凝土主体比较复杂，涉及的高强度材料，生产工艺，机械设备，设计和施工的专业人士等领域，而且这些技术交织在一起,要掌握完整的科学知识,难度十分大。我认为，在实际的生产实践中，可以参考模仿其他国家，通过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。 并且近年来由乌克兰的技术人员发明的的新型预应力技术是介于先张和后张拉法之间的工艺。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殊的可滑动的模版及能把压力传给混凝土的装置。它可使同样配筋率的情况下将梁的承载力提高25%-34%，柱的承载力提高75%，而且能使抗裂度不变。 五、结束语 随着中国经济的发展，应用预应力混凝土结构的范围将更加广泛，所以我们应该加强对预应力技术层面的研究意识。与发达国家相比，我们预应力混凝土工程的研究还比较落后。我认为设计和施工分离，也是影响我国预应力混凝土结构发展的瓶颈之一。因此，有必要建立一个全面的预应力混凝土工程公司，承接重大建设工程预应力混凝土，负责开发和新技术的研究，以提高我国的预应力技术水平。