預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算理論研究
【摘要】預(yù)應(yīng)力混凝土的大量被應(yīng)用是在世界大戰(zhàn)之后，由西歐迅速發(fā)展起來(lái)的，當(dāng)時(shí)的西歐要極力恢復(fù)戰(zhàn)后的損失，因?yàn)殇摻畹馁Y源奇缺，所以用預(yù)應(yīng)力混凝土來(lái)代替。預(yù)應(yīng)力概念隨著逐步的被完善，發(fā)展也是越來(lái)越快，突破了混凝土的一些物理性能，并且大大的擴(kuò)大了它的應(yīng)用范圍�，F(xiàn)在無(wú)論是在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，預(yù)應(yīng)力混凝土已經(jīng)成為土建工程當(dāng)中必不可少的一種結(jié)構(gòu)材料，而預(yù)應(yīng)力技術(shù)也開(kāi)始擴(kuò)展到其他材料的應(yīng)用當(dāng)中。我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土的起步比其他先進(jìn)國(guó)家晚了十年左右，盡管其后在國(guó)內(nèi)建筑工程當(dāng)中也得到了大規(guī)模的使用，但是預(yù)應(yīng)力的概念還是停留在60年代，所以新預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的推廣和普及還處于停滯不前的尷尬狀態(tài)。
【關(guān)鍵字】預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土；理論計(jì)算；問(wèn)題和對(duì)策
1 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的概述
1.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是在混凝土沒(méi)有受壓之前，人為的先對(duì)他它增加壓力的一種結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力是利用高強(qiáng)度的鋼筋或者鋼絲的韌性，用張拉的方法產(chǎn)生的。張拉的方法可以分為先張法和后張法，這兩種方法只不過(guò)是張拉的先后不同，最終達(dá)到的目的是一樣的。其中前張法是先對(duì)鋼筋張拉，再把混凝土澆灌其中，當(dāng)它達(dá)到了所需的強(qiáng)度，就可以把張拉的鋼筋放松了。另一種后張法是先澆灌混凝土，當(dāng)它達(dá)到了所需的強(qiáng)度，再對(duì)混凝土里面事先預(yù)留孔道的鋼筋進(jìn)行張拉，使其在兩端錨住固定。預(yù)應(yīng)力不僅能使混凝土的可用時(shí)間相對(duì)的增加，還能增強(qiáng)其負(fù)荷的抗壓能力，而且還可以節(jié)省材料。
在長(zhǎng)期的生產(chǎn)當(dāng)中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)總會(huì)過(guò)早的出現(xiàn)一些裂縫，影響其質(zhì)量。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是在人們長(zhǎng)期生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中摸索出來(lái)的，可以增加混凝土的耐受性，在其受力之前就對(duì)它施壓，因此產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)可以很好的使混凝土荷載所引起的拉應(yīng)力盡可能的減小甚至抵消，就是用混凝土外來(lái)所施加的壓力與其張拉的力進(jìn)行中和，到達(dá)強(qiáng)度的平衡狀態(tài)，減小混凝土因受拉而產(chǎn)生的開(kāi)裂。因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土這種結(jié)構(gòu)，是用對(duì)鋼筋的張拉來(lái)達(dá)到最終目的——預(yù)壓應(yīng)力，所以也被叫做預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
1.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的基本原理
雖然預(yù)應(yīng)力混凝土的歷史并不久遠(yuǎn)，僅幾十年而已，但是預(yù)應(yīng)力的原理在很久以前就已經(jīng)被應(yīng)用了。在我國(guó)古代，木桶就是運(yùn)用預(yù)應(yīng)力的原理制成的，工匠會(huì)在桶的外面緊緊的套一圈竹箍，這樣木桶就產(chǎn)生了環(huán)向的預(yù)應(yīng)壓力，如果水對(duì)桶壁產(chǎn)生的環(huán)向拉應(yīng)力小于竹箍對(duì)桶的環(huán)向預(yù)壓應(yīng)力，木板與木板之間的縫隙就變的小了，桶壁的木板之間就會(huì)因?yàn)槭軌憾兊酶泳o湊，這樣木桶就更加的結(jié)實(shí)，不會(huì)開(kāi)裂，木板之間的緊密程度也足以防止漏水的情況。而對(duì)于鋼筋混凝土來(lái)說(shuō)，預(yù)應(yīng)壓力的原理是通過(guò)在外固定的錨具所產(chǎn)生的力傳遞給構(gòu)建混凝土。
混凝土雖然有很高的抗壓強(qiáng)度，但是它的抗拉強(qiáng)度卻不高，對(duì)于預(yù)應(yīng)力筋穿入套管的先后順序并沒(méi)有嚴(yán)格要求，所以無(wú)先后之分。通過(guò)對(duì)其即將受拉力的部位施加預(yù)期預(yù)應(yīng)壓力的這種方法，就能使混凝土的抗拉強(qiáng)度增高，很好的克服其所在的這個(gè)弱點(diǎn)，利用預(yù)應(yīng)壓力達(dá)到預(yù)期的比較看好的狀態(tài)，使混凝土的結(jié)構(gòu)變得緊密，不開(kāi)裂。而預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土則在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的基礎(chǔ)之上進(jìn)行了改進(jìn)，使之優(yōu)點(diǎn)更優(yōu)，又克服了一系列缺點(diǎn)，使之經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高。
1.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的發(fā)展史
1886年，有一個(gè)叫杰克遜的美國(guó)人，提出了混凝土結(jié)構(gòu)中運(yùn)用預(yù)應(yīng)力的概念。法國(guó)工程師弗雷西內(nèi)在1928年提出了材料上的加強(qiáng)，他認(rèn)為使用高強(qiáng)度的鋼材和高強(qiáng)度的混凝土是必須的，因?yàn)檫@樣才可以有效的減少因混凝土的形變所造成的預(yù)應(yīng)力的損失，當(dāng)混凝土構(gòu)件的這種預(yù)應(yīng)壓力能一直持續(xù)保持，進(jìn)而成為了它的特性，才可以投入市場(chǎng)進(jìn)行實(shí)用。到了1983年，又有奧地利的恩佩格提出了新的概念，他建議在普通鋼筋混凝土的基礎(chǔ)上增加一點(diǎn)高強(qiáng)度鋼絲，以此來(lái)增加它的韌性，進(jìn)而改善容易裂縫和損傷的部位的預(yù)應(yīng)力。之后一年，一個(gè)叫埃伯利斯的英國(guó)人又對(duì)預(yù)應(yīng)力的概念進(jìn)一步的完善，他建議預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力可以采用高強(qiáng)鋼絲的，同時(shí)非預(yù)應(yīng)力配筋也可以采取這樣的方式。
在二戰(zhàn)結(jié)束，也就是1945年之后，西歐算是彈盡糧絕，損失慘重，所以之后一直為恢復(fù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力而做準(zhǔn)備工作。但是當(dāng)時(shí)的鋼材資源真是少之又少，為了戰(zhàn)后的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，只能采用其他材料來(lái)替代，在一般情況下所有采用鋼結(jié)構(gòu)的工程，全部替換成預(yù)應(yīng)力混凝土，這時(shí)候的預(yù)應(yīng)力混凝土才被大批量的使用，并且逐步走入公路、橋梁還有工業(yè)廠房，從開(kāi)始小的范圍慢慢的走向大的領(lǐng)域，成為公共建筑的必要材料，而且也很好的在其他工程領(lǐng)域占據(jù)必不可少的位置。在經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間的大量生產(chǎn)和應(yīng)用之后，在五十年代的中國(guó)和蘇聯(lián)對(duì)混凝土的生產(chǎn)和應(yīng)用有了新的思想，并作出規(guī)定，對(duì)于生產(chǎn)的冷處理的鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土，降低了它生產(chǎn)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，容許鋼筋混凝土有開(kāi)裂。因?yàn)殚L(zhǎng)期的使用發(fā)現(xiàn)，有些地方并不需要拉應(yīng)力太高的鋼筋混凝土，只要拉應(yīng)力符合工程的需要，就可以選擇適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)應(yīng)力混凝土。到了1970年，國(guó)家召開(kāi)的第6屆預(yù)應(yīng)力混凝土?xí)h，對(duì)這種新的概念給予了肯定，贊許了這種概念的合理性和它所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)意義，并且欣喜的發(fā)現(xiàn)，鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土有相似之處，并不是兩種結(jié)構(gòu)不同的材料，而是屬于一個(gè)系列的，都是加筋混凝土。所以這兩種材料可以融合在一起使用，在鋼筋混凝土某些地方可以出現(xiàn)拉應(yīng)力和開(kāi)裂，但是這部分出現(xiàn)的拉應(yīng)力和開(kāi)裂是有限制的，這個(gè)限制在于全部為預(yù)應(yīng)力混凝土和全部為鋼筋混凝土之間容許出現(xiàn)的缺漏。所以設(shè)計(jì)人員可以因地制宜，對(duì)具體情況的需求以及當(dāng)時(shí)的環(huán)境條件合理的去選擇最符合的預(yù)應(yīng)力混凝土，這樣就可以極大限度的利用物美價(jià)廉的優(yōu)勢(shì)。這種思想，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，走出了很重要的一步，它為預(yù)應(yīng)力混凝土發(fā)展的走向鋪就了一個(gè)堅(jiān)固的基石。
1.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的特點(diǎn)
預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土對(duì)比鋼筋混凝土，有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。相比之下，預(yù)應(yīng)力混凝土的優(yōu)點(diǎn)在于它采用的材料都是高強(qiáng)度的，所以預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件有以下幾種特點(diǎn)：1）有很強(qiáng)的抗裂能力，不容易開(kāi)裂。2）結(jié)構(gòu)緊密，所以抗水性比較好3）有一定的拉應(yīng)力，能承受一定的壓力4）有很好的剛度，對(duì)于施加在材料上的壓力，可以長(zhǎng)期保持不變形5）有很強(qiáng)的抗剪能力，不容易被破壞6）耐用，持久，可以長(zhǎng)期的保持它的這些特征。正因?yàn)樗倪@些特點(diǎn)，才帶來(lái)了一些經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)的方便�？梢院芎玫墓�(jié)約制作鋼材的材料，而且結(jié)構(gòu)截面的尺寸在相比之下也不用太大，使結(jié)構(gòu)材料的重量更輕，對(duì)于開(kāi)裂的狀況也有很好的控制，同時(shí)減少鋼材因?yàn)槭軌憾a(chǎn)生的位移。預(yù)應(yīng)力混凝土的缺點(diǎn)在于，其生產(chǎn)方式相對(duì)于鋼筋混凝土的生產(chǎn)方式更為復(fù)雜，它需要很多的生產(chǎn)設(shè)備還有很多專業(yè)的技術(shù)人員，所以對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土的生產(chǎn)，開(kāi)工費(fèi)是一個(gè)不小的數(shù)目，如果所生產(chǎn)的構(gòu)建越少，工程的成本就相對(duì)的更高，有可能會(huì)出現(xiàn)虧損的現(xiàn)象，而預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土則在這些方面抱有更明顯的優(yōu)勢(shì)正因?yàn)槿绱�，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的生產(chǎn)量越大才越有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
