摘要 預應力在發(fā)展的初期，很多情況下都是應用于粗略的靜定構(gòu)件。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，預應力結(jié)構(gòu)在建筑工程實踐以及理論研究方面都有了很大的發(fā)展。目前，現(xiàn)代預應力結(jié)構(gòu)的性能在使用中更為優(yōu)越，經(jīng)濟方面也變的更為合理。本文主要結(jié)合現(xiàn)代預應力在建筑工程中的應用情況分析預應力結(jié)構(gòu)的原理，并期望通過合理的探討，能為工程建設中預應力結(jié)構(gòu)的應用有一定的指導作用。
關鍵詞 預應力；混凝土；結(jié)構(gòu)設計；預應力筋
中圖分類號TU378.04 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）85-0091-02
預應力結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有優(yōu)良的抗裂性能，承載力強，剛度大的特點，因而在建筑工程領域獲得了廣泛的應用。預應力結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)帶動了建筑工程施工技術(shù)的飛速發(fā)展，為建筑物帶來了既經(jīng)濟又美觀的結(jié)構(gòu)形式，帶動了土木工程科學（領域）的飛速發(fā)展。在預應力混凝土結(jié)構(gòu)的帶動下，一座座跨江大橋建造起來，城市中高聳入云的摩天大樓平地而起，預應力已經(jīng)應用到了建筑工程的各行各業(yè)，為人們的生產(chǎn)生活做出了極大的貢獻。
1 預應力結(jié)構(gòu)的概述
預應力結(jié)構(gòu)是建筑工程中利用配置受力的預應力筋，通過張拉或其他方法建立預加應力的混凝土結(jié)構(gòu)。通過張拉預應力筋產(chǎn)生的應力和使用過程中荷載產(chǎn)生的反方向的應力，這時就會出現(xiàn)抵消局部或者全部荷載出現(xiàn)的應力，用來提升結(jié)構(gòu)使用性能的一種結(jié)構(gòu)形式。
1.1 現(xiàn)代預應力結(jié)構(gòu)的特征
預應力結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代的工程建設中，得到了廣泛的推廣和應用。使用它可以提升混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能；可以使構(gòu)件的截面高度得到一定程度的減少，從而減輕了自身的重量；可以使高強度的鋼材等建筑材料得到充分的利用；當出現(xiàn)裂縫或者變形的狀況時，預應力結(jié)構(gòu)有著優(yōu)良的閉合功能，并可以使結(jié)構(gòu)的變形很好的恢復性能；在抗剪承載力以及抗疲勞度方面都將得到很大的提升；可以帶來很好的經(jīng)濟效益。不過預應力結(jié)構(gòu)使用中具備許多的優(yōu)良特性，在工程施工中它所使用的材料價格也比較高，而且設計以及施工都比較復雜，需要很高的技術(shù)水平。
1.2 預應力混凝土的分類
建筑工程中，預應力結(jié)構(gòu)的使用收到了優(yōu)良的效果，預應力混凝土可以在剛度上使構(gòu)件得到明顯的提升，尤其是抗裂能力的提升，擴大了構(gòu)件的使用范圍。根據(jù)設計過程以及施工工藝的不同，預應力混凝土可以分為全預應力、部分預應力、有粘結(jié)和無粘結(jié)預應力、線和環(huán)預應力、體內(nèi)和體外預應力以及預制、現(xiàn)澆以及組合式結(jié)構(gòu)等。
2 現(xiàn)代預應力結(jié)構(gòu)設計的原理
2.1 預應力結(jié)構(gòu)設計理論
預應力結(jié)構(gòu)設計采用可靠度理論和概率極限狀態(tài)設計的方法，利用這種理論可以有效的研究部分和無粘結(jié)預應力混凝土結(jié)構(gòu)，抗震效果以及結(jié)構(gòu)的耐久性也是預應力結(jié)構(gòu)設計中需要著重考慮的要點。
2.2 預應力結(jié)構(gòu)的材料性能
第一，預應力筋。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，與預應力技術(shù)相關的器械也得到了很大的改善，反過來又帶動了預應力結(jié)構(gòu)的研究以及應用。預應力鋼筋需要有很高的強度，強度大小主要與它的張拉控制應力有關。預應力筋提高強度的方式有冷拔或冷拉，在材料的成分中加入碳、錳等合金元素，也可以通過調(diào)制熱處理等方式來提高強度。預應力筋要有良好的塑性，粘結(jié)強度要好，在加工方面要有優(yōu)良的性能，便于加工。
預應力筋主要包括以下幾種：高強鋼筋、高強度的鋼絲、鋼絞線以及非金屬預應力筋。預應力筋在力學方面有著高強度的標準值、松弛度以及抗疲勞的特性。鋼絲標矩一般為100mm，鋼絞線一般為600mm等等，在松弛度方面一般把1 000小時出現(xiàn)的松弛情況作為一個研究的依據(jù)，通常松弛度隨著初應力的加大而提升，溫度也是一個產(chǎn)生影響的重要因素。預應力混凝土結(jié)構(gòu)在不斷的荷載作用影響下，應力會在一定的幅度內(nèi)波動，也就是平常所說的抗疲勞能力，影響因素一般為所使用鋼材料的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)等。
第二，混凝土。預應力混凝土在使用中要具備強度高以及變形小的特征。高強度的混凝土可以減少自身的重量，充分展現(xiàn)材料的強度，有利于使預應力的損失降低�；炷磷冃问湛s主要與水泥用量、骨料、減水劑和養(yǎng)護條件等有關。工程中通過混凝土的快速變硬，可以提升工程的進度以及相關設備的利用率，并可以早點施放出預應力。
混凝土分為普通型、高強度型、高性能型以及輕骨料型四種類型。混凝土隨著自身強度的提高，脆性在破壞時的效果就越明顯，它的變形與受力和非受力應變有關�；炷恋捏w積縮小與自身水分蒸發(fā)以及相關物理和化學變化有關。檢驗混凝土在抗疲勞方面的效果，通常以重復荷載200萬次以上產(chǎn)生的情況來比較研究。
第三，灌漿材料。在設計現(xiàn)代預應力結(jié)構(gòu)中，要提前做好制孔工具，等到混凝土初步凝固后，從中抽出制孔工具，形成孔道。澆筑混凝土之前，根據(jù)后張法的使用方式，應該提前設置好排水孔、灌漿孔等。
2.3 預應力的施工工藝
預應力技術(shù)的主要工具有：錨具、連接器、錨下支撐系統(tǒng)以及夾具等。使用先張法時，錨具可以在結(jié)構(gòu)做好之后取下來，而后張法不可以再取下。錨具分為錐形錨具、鐓頭錨具、軋絲錨具以及夾片錨具，工程施工時應用比較普遍的是鐓頭以及夾片錨具。
配置受力的預應力筋，通過張拉或其他方法建立預加應力的混凝土構(gòu)件，這種施工方法就是預應力的施工工藝。按照工程中施工的時間順序，可以把施工工藝分為先張法和后張法兩種形式，后張法又可以分為有、無粘結(jié)預應力和體外預應力。
采用先張法施工工藝時，錨夾具可以再結(jié)構(gòu)做好后取下，并再次使用，有利地提高了施工的效率，而且操作比較簡單。有粘結(jié)預應力脫離了專門的臺座，在大型構(gòu)件方面有著很好的使用價值，但是這種方式的工藝比較復雜，而其施工中會耗費許多的錨具，提高了工程的成本。無粘結(jié)預應力操作過程比較簡單易行，節(jié)省了預留孔道以及灌漿的環(huán)節(jié)，傳力時對錨具有很大的依賴性，而且要高精準的錨具。在建筑工程施工時，澆筑構(gòu)件時要預先埋好鋼筋轉(zhuǎn)向塊，等到混凝土的強度達到一定程度后把預應力筋穿入其中，然后在進行位置的固定，張拉，最后再用錨具固定。工程施工時，要求施工人員靈活的布置預應力筋，方便以后需要時的更換。在建筑工程施工時，預應力筋本身的拉應力在張拉方式、材料以及環(huán)境因素的影響下，會逐漸下降，這就造成了預應力損失。 預應力損失通常分為預應力筋摩擦孔道帶來的損失，通過加熱養(yǎng)護混凝土時，由于鋼筋和臺座之間的溫度差帶來的損失，混凝土由于時間就發(fā)生收縮帶來的損失，以及預應力筋由于長久使用而松弛帶來的損失等。所以在預應力結(jié)構(gòu)設計中，要結(jié)合建筑工程的施工及將來的使用情況，減少預應力相應的損失。
3 現(xiàn)代預應力結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應用
19世紀60年代，美國的工程師杰克遜在混凝土結(jié)構(gòu)中第一次采用了預應力技術(shù)，然而由于當時技術(shù)的限制，收到的效果很不明顯。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，預應力結(jié)構(gòu)逐漸得到改善，二戰(zhàn)后開始大規(guī)模使用。新中國建立后，我國的預應力技術(shù)也得到了快速的發(fā)展并應用。
由于預應力結(jié)構(gòu)有著許多優(yōu)良的性質(zhì)，所以它的應用范圍也很廣泛。在房屋建筑方面，主要有預應力結(jié)構(gòu)的混凝土建構(gòu)的框架、平板結(jié)構(gòu)、門架結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等等。在橋梁工程方面，主要有預應力結(jié)構(gòu)的橋梁、拱橋以及斜拉橋等。在特種結(jié)構(gòu)方面，主要有預應力結(jié)構(gòu)的混凝土簡倉和儲液池、核安全殼以及看臺等。在進行改造的加固結(jié)構(gòu)方面，有加層改造和托梁抽柱等。
目前，由于有粘結(jié)預應力技術(shù)已經(jīng)成熟，所以在工程的使用中已經(jīng)占了主導地位，無粘結(jié)預應力結(jié)構(gòu)等其他預應力結(jié)構(gòu)也在快速發(fā)展。隨著技術(shù)的逐漸完善，預應力結(jié)構(gòu)必將在工程領域得到更為廣泛的使用。在我國科研人員的努力研究與實踐下，我國的預應力結(jié)構(gòu)應用終將進入世界先進國家的行列。
4 結(jié)論
現(xiàn)代預應力結(jié)構(gòu)設計是一個比較復雜的問題，在對它進行設計時要綜合考慮眾多的因素，像施工技術(shù)、環(huán)境、材料以及預期使用時間等。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，預應力技術(shù)也得到了很大的提高，在建筑工程中已經(jīng)得到廣泛的應用，尤其是像跨度大的橋梁、高層建筑等，更是凸顯了預應力結(jié)構(gòu)的重要性。我們相信隨著社會的進步，預應力技術(shù)將得到長足的發(fā)展，新的結(jié)構(gòu)會不斷的涌現(xiàn)，預應力結(jié)構(gòu)也會越來越多的在工程中使用。
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