预应力混凝土结构及其构件特点.pdf

2 0 1 1 年第 5期 ( 第 3 9卷) 黑龙江水利科技 He i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No ． 5 2 0 1 1 ( T o t a l N o ．3 9 ) 文章编号： 1 0 0 7— 7 5 9 6 ( 2 0 1 1 ) 0 5— 0 0 4 1 一 O 1 预应 力混凝土结构 及其构 件特点 敬晨 ， 杜学胜 ( 1 ． 黑龙江省水利工程建设局， 哈尔滨 1 5 0 0 8 1 ； 2 ．黑龙江省水利第二工程处， 哈尔滨 1 5 0 3 0 0 ) 摘要 ： 阐述了预应力混凝土结构的基本概念及其施工工艺， 重点介绍了预应力混凝土构件的特点。最后概谈了预应力损失与全 预应力混凝 士的概念 与用途 。 关键词 ： 预应力混凝土； 先张法； 后张法； 抗拉； 防裂缝； 提高截面刚度 中图分类号： T V 3 3 文献标识码： B 1 预应力混凝土结构的基本概念 预应力混凝土结构是在荷载作用之前对构件施加压力 ， 是在荷载作用时的截面受拉区预先存在的压应力的混凝土 结构。由于截面预加了压应力， 可以完全或音 盼 地抵消因荷 载而产生的拉应力 ， 混凝土就能不再出现裂缝或至少推迟裂 缝的出现。因此 ， 预应力混凝土结构可显著地提高构件的抗 裂性和截面刚度。同时， 也使得高强度钢筋及高强度混凝土 得以应用 ， 极大地提高了构件的承载能力。 普通钢筋混凝土构件 的抗拉极限应变值只有 0 ． I～ 0 ． 1 5 mm， 如果要使混凝土不开裂， 则受拉钢筋的应力只达到 2 O 3 0 N ／ m m 。允许出现裂缝的构件， 由于受裂缝宽度的限 制。 钢筋应力也只能达到 1 5 0～2 5 0 N ／ m m 。因此， 虽然高强 钢材不断发展 ， 但在普通钢筋混凝土构件中去不能充分发挥 其作用。预应力混凝土是解决这一矛盾的有效方法。即在 构件受拉区预先施加压力产生预压应力， 当构件在荷载作用 下产生拉应力时， 首先要抵消预应力 ， 然后随着荷载的 不断增加， 受拉区混凝土才受拉开裂 ， 从而推迟 了裂缝的出 现和制裂缝的开展 ， 提高了构件的抗裂度和刚度。因此预应 力混凝土在建筑工程中得到了广泛的应用， 其使用的范围和 数量是衡量一个国家建筑技术水平的重要标志之一。近年 来， 随着高强钢材进一步推广应用， 预应力施工工艺的简化 和完善 ， 更推动着预应力混凝土发展。 2 预应力混凝土的施工工艺 预应力混凝土的施工工艺有： 先张法、 后张法( 包括无黏 结后张法) 、 电热法等。先张法和后张法采用机械张拉， 是最 常用的两种施加预应力的方法。电热法是利用钢筋热胀冷 缩原理来张拉预应力筋， 主要用于曲线预应力筋的张拉。 预应力混凝土结构的钢筋有非预应力钢筋和预应力钢筋之 分。非预应力筋可采用 I 级、 I I 级、 I I I 级热轧钢筋和乙级冷拔低 碳钢丝； 预应力钢筋有： 甲级冷拔低碳钢丝、 冷拉 I I ～Ⅳ级钢筋、 炭素钢丝、 钢绞线、 热处理钢筋及精轧螺纹钢筋等。 预应力混凝土结构的混凝土强度等级 ≥C 3 0， 当采用碳 素钢丝、 钢绞线、 热处理钢筋作预应力钢筋时， 混凝土强度等 级 ≥C 4 0 。 在构件上施加预应力的办法多种多样， 最常用的是用机 械张拉预应力钢筋， 并将此钢筋锚定在混凝土构件上 ， 当被 张拉伸长的钢筋弹性回缩时， 就通过锚具( 或黏结力) 使混凝 土产生预压应力。按张拉的工艺不同， 可分为先张法与后张 法两大类 。 3 预应力混凝土构件的特点 预应力混凝土真有比较突出的优点， 预应力混凝土大量 用于制造大型屋面板、 多孔楼板、 屋架 、 吊车梁、 大跨度楼层 主梁、 桥梁、 水塔、 贮液罐、 压力管道 、 冷却塔、 轨枕、 飞机跑 道、 桩、 电杆等结构。也可用来建筑挡水坝、 隧洞衬砌、 码头、 闸墩、 渡槽和涵管等水工建筑物。 在预应力混凝土中， 一般采用高强度钢筋或钢丝。常用 的有冷拉的热轧钢筋、 冷拔低碳钢丝、 高强碳素钢等。在后 张法构件中， 常采用由高强钢丝平行组成的钢丝束或绞扭成 的钢 绞线。在 应力 力 构件 中， 混 凝 土 的强 度 等级 一般 I>3 0 N ／ m m ； 当 采 用 高 强 钢 丝 和 热 处 理 钢 筋 时， 应 I>4 0 N ／ m m 。某 些 工 程 中，混 凝 土 强 度 已 达 到 8 0— 1 0 0 N ／ m m 。张拉预应力钢筋时， 需采用专用的锚具与夹具， 它们的类型众多， 应根据具体条件选用。 4 预应力损失与全预应力混凝土 张拉钢筋建立起的预应力， 会随着锚具变形、 混凝土徐 变、 收缩、 钢丝松弛等原因而逐步降低， 称为预应力损失。设 法减少损失是预应力混凝土研究中的重要课题。 在预应力混凝土发展的初期 ， 其设计准则是： 在全部最 不利荷载作用下 ， 混凝土永远处于受压状态而不允许出现拉 应力 ， 称为全预应力混凝土。全预应力混凝土抗裂性极好， 但高强钢筋需用量较多； 当预压区混凝土建立的预压应力大 于永久荷载所产生的拉应力时， 所引起的反拱 ( 构件反向变 形) ， 将因混凝土的徐变而持续发展， 影响正常使用。实践表 明， 全预应力在许多场合并无必要， 这就提出了部分预应力 混凝土的概念。部分预应力混凝土允许在荷载最不利组合 下， 面出现拉应力( 或允许出现微细裂缝) 。但要求在经常出 现的永久荷载作用下， 不出现拉应力( 或裂缝能闭合) 。由于 部分预应力构件可用一部分中强度的非预应力钢筋代替高 强钢筋 ， 经济指标较好， 又可减少过大的反拱， 加上延性较 好， 有利于抗震， 因而工程应用日益增多。 参考文献 ： [ 1 ] 卢循． 建筑施工技术( 上册) [ M] ．北京： 中国建筑工业出版 社 ， 1 9 9 1 ． [ 2 ] 崔宗培， 徐乾清， 吴以鳌， 等 ．中国水利百科全书[ M] ． 北京： 水 利 电力出版社 ， 1 9 9 0 ． [ 收稿 B~ ] ] 2 0 1 1— 0 6—1 8 [ 作者简介] 敬晨( 1 9 8 3 一) ， 男， 黑龙江哈尔滨人， 助理工程师； 牡学胜( 1 9 7 4 一) ， 男， 黑龙江阿城人， 助理工程师。 一 4l 一