淺析預應力砼結(jié)構(gòu)基本原理及分類

 淺析預應力砼結(jié)構(gòu)基本原理及分類

摘要：隨著我國工程建設(shè)的快速發(fā)展，預應力混凝土結(jié)構(gòu)在工程中得以廣泛使用，本文簡要介紹了預應力砼結(jié)構(gòu)的工作原理，并對國內(nèi)外預應力砼結(jié)構(gòu)應用進行歸類分析，充分了解國內(nèi)外后張法預應力混凝土應用技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。 

　　關(guān)鍵詞：預應力混凝土 原理 分類 形式 

　　1.引言 

　　普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要弱點是，混凝土與鋼筋相比抗拉強度低，受拉極限應變小。構(gòu)件在正常使用荷載作用下，鋼筋的應變大大地超過了混凝土的受拉極限應變值，這使得普通鋼筋混凝土構(gòu)件在使用階段易出現(xiàn)裂縫。在由高強鋼筋和高強混凝土組成的結(jié)構(gòu)中施加預應力是克服普通鋼筋混凝土缺點的有效方法，使得構(gòu)件能很好的控制裂縫出現(xiàn)、提高承載能力、增加整體剛度。 

　　2 預應力砼結(jié)構(gòu)的基本原理 

　　預應力混凝土結(jié)構(gòu)就是構(gòu)件在使用荷載作用之前，利用高強鋼筋預先對混凝土受拉區(qū)施加壓應力的結(jié)構(gòu)。也就是說，它是預先對混凝土或鋼筋混凝土構(gòu)件施加壓應力，使之建立一種人為的應力狀態(tài)，這種應力的大小和分布規(guī)律，能有利于抵消使用荷載作用下不致開裂，或推遲開裂，或者減小裂縫開展的寬度。這種預先給混凝土引入應力的結(jié)構(gòu)，就稱為預應力混凝土結(jié)構(gòu)。 

　　3.預應力混凝土結(jié)構(gòu)的分類 

　　3.1 體內(nèi)預應力和體外預應力混凝土結(jié)構(gòu) 

　　體內(nèi)預應力混凝土結(jié)構(gòu)就是將預應力筋置于混凝土體內(nèi)，即常見的預應力混凝土結(jié)構(gòu)。所謂體外預應力混凝土結(jié)構(gòu)是指將預應力筋設(shè)置在混凝土體外，只是將預應力筋錨固于專門為之設(shè)計的鋼筋混凝土錨固塊上，全部預應力都是通過兩端的錨固塊傳遞給整個結(jié)構(gòu)混凝土（圖1、2）。體外預應力有三種類型：①全部體外預應力，各跨預應力鋼索連續(xù)；②全部體外預應力，各跨預應力鋼索不連續(xù)；③體外預應力與體內(nèi)預應力混合體系。 

　　3.1.1體外預應力工藝的主要優(yōu)點 

　�。�1）在設(shè)計上預應力索布置簡單，避免結(jié)構(gòu)細節(jié)的復雜性�；炷�土體內(nèi)不設(shè)置預應力筋或少設(shè)置預應力筋，使普通鋼筋布置容易，因而使施工工藝簡化，提高工作效率，工程質(zhì)量容易控制； 

　　（2）體內(nèi)不設(shè)預應力索管道，同時體外索預應力又能抵抗腹板的剪力，因而腹板厚度可減小，減少工程量，降低造價； 

　�。�3）道灌漿的事故減少或不發(fā)生問題，即使發(fā)生問題，亦容易解決； 

　　（4）梁使用期間，可經(jīng)常進行技術(shù)監(jiān)測，且易于更換。 

　　3.1.2體外預應力工藝的缺點 

　�。�1）結(jié)構(gòu)易受災禍破壞及火災等傷害。 

　�。�2）體外預應力鋼索對抵抗破壞荷載和保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的功效減弱。 

　�。�3）預應力鋼索需要防護。 

　　（4）體外預應力鋼索在動荷載作用下，常發(fā)生振動，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計上予以考慮。 

　　3.2先張法和后張法預應力混凝土結(jié)構(gòu) 

　　根據(jù)張拉鋼筋與澆注混凝土次序的先后，可分為先張法和后張法兩種。 

　　后張法系指在混凝土結(jié)硬后再張拉鋼筋的一種預加力方法。在施工時須先在梁內(nèi)設(shè)置能穿入預應力筋的孔道（可用波紋管、鐵皮管或橡膠抽拔管），澆注混凝土，待混凝土結(jié)硬并達到一定強度后，即可將制作好的預應力鋼筋穿入孔道，然后在梁的兩端用張拉機具進行張拉并錨固于梁端。這時預應力鋼筋與梁體混凝土之間尚無黏結(jié)，需要壓注水泥漿填塞孔道，使混凝土與預應力鋼筋之間黏結(jié)成整體。后張法可用于曲線配筋，不需要永久性的張拉臺座，張拉設(shè)備簡單，便于現(xiàn)場施工，是生產(chǎn)大型預應力混凝土構(gòu)件的主要方法。 

　　先張法系指先張拉預應力鋼筋，再澆注混凝土的預加力方法。這種方法，須先設(shè)立張拉臺座。將制作好的預應力鋼筋穿入兩端臺座，一般在一端用夾具夾牢，在另一端用張拉機具對預應力筋進行張拉并臨時錨固于張拉臺座上。然后澆注混凝土，待混凝土硬結(jié)達到一定強度后再放松錨固設(shè)備或切斷鋼筋。這時，混凝土已能緊緊地握裹住預應力鋼筋，預應力鋼筋的回彈力通過鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)傳遞至混凝土，于是構(gòu)件就受到預壓應力。先張法生產(chǎn)工藝簡單，工序少，效率高。所以多用于在有永久性或半永久性張拉臺座的預制構(gòu)件廠（場）內(nèi)，用長線法成批生產(chǎn)的定型的中、小型預應力構(gòu)件。但由于不能曲線配筋，這就限制了先張法不能用于大型結(jié)構(gòu)。 

　　3.3 外部和內(nèi)部預應力混凝土結(jié)構(gòu) 

　　就預加力來自結(jié)構(gòu)內(nèi)部和外部而言，又可分為內(nèi)部和外部預應力混凝土結(jié)構(gòu)。所謂預加力來自結(jié)構(gòu)內(nèi)部，通常是指用張拉鋼筋建立預應力的方法，又稱內(nèi)部預加應力法；所謂預加力來自結(jié)構(gòu)外部，通常是指用結(jié)構(gòu)外部條件建立預應力的方法，又稱外部預加應力法，如對超靜定結(jié)構(gòu)的支座進行位移調(diào)整，便可使結(jié)構(gòu)受到預應力。 

　　3.4 線預加應力或環(huán)預加應力結(jié)構(gòu) 

　　線預加應力結(jié)構(gòu)通常是指一般的預應力混凝土梁或板；而環(huán)預加應力結(jié)構(gòu)通常是指預應力混凝土環(huán)形結(jié)構(gòu)，如圓形的池罐、儲倉、壓力管等。 

　　3.5 部分預應力混凝土結(jié)構(gòu)或全預應力混凝土結(jié)構(gòu) 

　　部分預應力混凝土構(gòu)件，是指其處于以全預應力混凝土和普通鋼筋混凝土為兩個極端的中間領(lǐng)域的預應力混凝土結(jié)構(gòu)。即這種結(jié)構(gòu)按正常使用狀態(tài)下，允許截面受拉邊緣出現(xiàn)拉應力或裂縫（限制其寬度在允許范圍內(nèi)）。部分預應力混凝土構(gòu)件，一般采用預應力鋼筋和非預應力鋼筋混合配筋，因而兼有全預應力混凝土和普通鋼筋混凝土兩者的優(yōu)越性。 

　　全預應力混凝土結(jié)構(gòu)是指在使用荷載作用下，構(gòu)件全截面均保持處于受壓的狀態(tài)，不出現(xiàn)拉應力。全預應力雖然具有抗裂性好、剛度大可節(jié)約鋼材等優(yōu)點，但也存在著結(jié)構(gòu)延性差，對抗震不利，反拱過大等缺點。 

　　3.6其他預應力形式 

　　另外還有無黏結(jié)預應力混凝土結(jié)構(gòu)，通常是指配置無黏結(jié)預應力鋼筋的后張法預應力混凝土。其一般做法是將預應力鋼筋沿其全長的外表面涂刷有瀝青、油脂等潤滑防銹材料，然后用紙帶或塑料帶包裹或套以塑料管。在施工時可以直接放入模板中，然后澆注混凝土，待混凝土達到強度要求后，即可利用混凝土構(gòu)件本身作為支撐件，張拉鋼筋到控制應力之后，用錨具將無黏結(jié)預應力鋼筋錨固于混凝土構(gòu)件上形成無黏結(jié)預應力混凝土構(gòu)件。 

　　近年來還出現(xiàn)了拉壓預應力結(jié)構(gòu)，即“雙預應力”結(jié)構(gòu)。在混凝土梁的受壓區(qū)對混凝土施加預拉應力，同時在梁的受拉區(qū)對混凝土施加預壓應力，用這一拉一壓的方法來提高承載能力，降低梁的建筑高度。從理論上講，可使主梁在全部使用荷載作用下控制截面上的應力，達到“零點”應力狀態(tài)，從而在梁高受到嚴格限制的情況下，能有效降低建筑高度。對混凝土受壓區(qū)施加預拉應力也有先拉法和后拉法之分，即，對預應力鋼筋施加壓力，通過混凝土與鋼筋的黏結(jié)力傳遞給混凝土預拉力。 

　　目前國外已建成的多座拉壓雙作用實橋均是采用后壓法。后壓法預應力筋要求摩阻力小、穩(wěn)定并能夠灌漿，者三項要求都需要精確制造的局部壓扁的套管。后壓法預應力筋摩阻應力損失大，千斤頂壓縮預壓元件需要支撐，施工困難。我國首次將先壓法雙作用預應力簡支梁實際應用于滬杭高速公路（上海段）工程中。采用先壓法大柔度預應力筋具有普通細長鋼筋的柔性，受橫力作用彎曲自如，受預加力作用卻變形細微，長度不受失穩(wěn)限制，隨時間增加而降低的預應力損失小。先壓法預應力筋的主要工藝是：在澆注混凝土前，用穿入預壓鋼筋孔道的張拉鋼筋對預壓鋼筋施加壓力，然后放入混凝土受壓區(qū)；待混凝土結(jié)硬后，放松張拉鋼筋，拆除張拉鋼筋的拉拔力就等于對換算截面的預拉力，用來抵消混凝土受壓區(qū)超過限值的壓應力。 

　　4.結(jié)語 

　　本文簡要介紹了預應力混凝土結(jié)構(gòu)形成的基本原理，并針對國內(nèi)外工程中所用的預應力砼結(jié)構(gòu)分類和特點中，著重介紹了目前國內(nèi)外預應力混凝土的分類及其概念、優(yōu)缺點和適用范圍。文末簡要展望了目前國內(nèi)外預應力的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢，為預應力混凝土的發(fā)展及應用提供參考。 

　　參考文獻： 

　　[1] 郭瑞紅 .新型預應力梁柱非對稱混合連接設(shè)計分析[J].建筑工程設(shè)計管理期刊，2010. 

　　[2] 徐軍.現(xiàn)澆無黏結(jié)預應力混凝土樓板施工技術(shù)[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟期刊，2009.