浅谈预应力混凝土中高强材料的作用问题及其在当今工程中的应用情

摘要：介绍预应力混凝土中高强材料的使用种类。在普通混凝土中使用高强材料由于为了控制裂缝宽度等正常使用极限状态，无法使高强材料发挥强度，之所以高强材料能在预应力混凝土中得到更好的应用，原因就在于通过张拉钢筋的方式给混凝土加上了预压应力，延时了它的开裂，使大多数不允许存在裂缝的结构体系中的高强材料（钢筋、砼）能力得到充分的发挥。预应力混凝土自1949年首次应用于工程后，在现代工程中的使用日益广泛，并将具有更广阔的前景。
　　关键词：预应力混凝土，高强材料，充分发挥，广泛利用
　　
　　0引言
　　钢筋混凝土受拉与受弯等构件，由于混凝土的抗拉强度及极限拉应变值都很低，其极限拉应变约为0.1*10-3~0.15*10-3,即每米只能拉长0.1~0.15mm，所以在使用荷载作用下，通常是带裂缝工作的，因而对使用上不允许开裂的构件，受拉钢筋的应力不能充分利用其强度。
　　为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋和高强度混凝土，可以设法在结构构件受荷载作用前，通过预加外力，使它受到预压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而使结构构件截面的拉应力不大，甚至处于受压状态，已达到控制受拉混凝土不过早开裂的目的，这就是预应力混凝土的主要作用。从制作到使用过程中钢筋实现的，钢筋一直处于高拉应力状态，同时还存在预应力损失，所以钢筋强度要高；制作过程中，预压区的混凝土受到比较的压应力，所以混凝土强度也必须要高；预应力结构采用大跨度结构为了减轻自重，减小截面尺寸，也必然采用高强材料。
　　1 常用高强材料类型
　　1.1 预应力钢丝：
　　镀锌钢丝、不锈钢丝、弹簧钢丝、预应力混凝土用钢丝、冷镦钢丝、胎圈用钢丝、焊用钢丝、合金工具钢丝、铝包钢丝、钢丝网架夹芯板、混凝土用钢纤维、锌铝合金镀层钢丝、异型钢丝、扁钢丝、六角钢丝、乐器用钢丝、合金钢丝、梯形钢丝、建筑缆索用钢丝等；
　　1.2预应力钢绞线：
　　镀锌钢绞线（1×3、1×7、1×19），预应力混凝土用钢绞线（1×2、1×3、1×7），铝包钢绞线（1×3，1×7，1×19，1×37），锌铝稀土合金镀层钢绞线等；
　　1.3预应力锚具：
　　双耳内旋锚具、热铸IV型锚具、扁型联接器、环型锚具、锚具夹片及其联接环、衬套锚具、张拉锚具、张拉端锚具、固定端锚具、波纹管、多孔连接器、工作锚板等；
　　1.4钢丝、钢绞线生产设备：
　　拉丝机、复绕机、管绞机、成缆机、叉绞机、稳定化机组、钢丝表面处理生产线等；
　　1.5混凝土要求：
　　预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。
　　2高强材料在预应力混凝土中的作用
　　2.1一般不在普通混凝土中使用高强材料的原因
　　普通混凝土的极限拉应变很小,导致受拉区混泥土过早开裂,裂缝中出现的受拉钢筋应力20~40N/MM,如果采用高强度钢筋,使用荷载下钢筋工作应力将提高很多,挠度和裂缝宽度已远远超过允许限值,显然在钢筋混泥土受弯构件中用高强度钢筋是不合理的。它不能满足使用功能的要求。如果把配筋面积增大到符合变形和裂缝控制的要求,则钢筋强度将得不到充分利用。
　　2.2高强材料在预应力混凝土中的作用
　　在预应力混泥土构件中,预应力筋和预拉应力在施工和使用阶段,由于种种原因会使预应力损失,为了在扣除预应力损失以后,仍保留足够的预应力值,需要采用较高张拉应力,施加使用荷载后预应力筋的应力还将进一步增加,因此预应力筋需具有较高的强度,必须采用高强度钢筋.之所以高强材料能在预应力混凝土中得到更好的应用，原因就在于通过张拉钢筋（先张后张）的方式给混凝土加上了预压应力，延时了它的开裂，使大多数不允许存在裂缝的结构体系中的高强材料（钢筋、砼）能力得到充分的发挥。
　　3预应力混凝土在当今工程中的应用
　　远在1949年,在费城修建美国第一座较重要的预应力混凝土结构—胡桃道大桥，这座桥可以说拉开了预应力混凝土在当今土建工程中应用的序幕。

　　图1美国胡桃道大桥（1951年建成）
　　预应力混凝土技术经过半个世纪的发展，目前在世界各国范围内普遍应用的一项新技术。预应力技术使用的范围和数量，已成为衡量一个国家建筑技术水平的重要标志之一。它已经由以往的单层、多层房屋、公路、铁路桥梁、轨枕、电杆、压力水管、储罐、水塔等的应用扩大到高层建筑、地下建筑、高耸结构、水木结构、海洋结构、机场跑道、核电站压力容器及大吨位船舶等方面，且已越来越被广大工程技术人员所接受。预应力混凝土已广泛地应用于工业与民用建筑及交通运输建筑中.例如预应力空心楼板,冂形屋面板,屋面大梁,屋架,吊车梁,预应力桥梁,铁路轨枕等已大量采用.在水工建筑中也已用来修建码头,栈桥,桩,闸门,调度室,压力水管,渡槽,圆形水池,工作桥,公路桥,水电站厂房的屋面梁及吊车梁等结构构件,也可用于预应力的方法来加固大坝,衬砌隧洞.对于某些有独特要求的结构,例如需防止海水腐蚀的海上采油平台,需耐高温高压的核电站大型压力容器等,采用预应力混凝土结构更有它的优越性,而非其它结构所能比拟.
　　目前我国的预应力混凝土技术在房屋建筑，道路桥梁领域中的应用，已开始进入一个新的历史阶段，由于高强钢筋和高强混凝土的出现以及近年来发展起来的无粘结预应力混凝土技术、部分预应力混凝土的理论，都给预应力混凝土应用注入了新的活力，预应力混凝土结构在国内外土木、房屋建筑领域得到十分广泛的应用，而且利用预应力技术还能解决工程中的“疑难杂症”，如：建筑物加固、旧房扩建、基础加固、基础托换等等，可以说是一材多用。
　　预应力混凝土结构有很多优点,但也存在一定的局限性,因而并不能完全代替普通钢筋混凝土构件.预应力混凝土具有施工工序多,对施工技术要求高且需要张拉设备,锚夹具及劳动力费用高等特点,因此特别适用于普通钢筋混凝土构件力不能及的情形(如大跨度及重荷载结构);而普通钢筋混凝土构件由于施工较方便,造价较低等特点,应用于允许带裂缝工作的一般工程结构,仍具有强大的生命力.预应力混凝土与普通钢筋混凝土相比较时可以用较少的混凝土和减少1/5~1/3的钢筋用量;但是钢材单价的差别并不是和重量的差别成比例的.预应力钢筋和预应力混凝土要求高强度和高质量,因而每种材料的单价都比钢筋混凝土所需要的材料的单价高.临时支架和模板可能更贵些,而且必须考虑预应力操作本身的附加费用.但是,一般来说,如果需要大量的预制预应力构件,则钢筋混凝土和预应力混凝土构件在单价之间的差别就变得很小了.另外,由预应力产生的间接的节约常常是显著的,也应充分予以考虑.这些间接的节约包括减少维修工作或者完全避免维修,而且由于结构有更好的耐久性(由于没有永久性开裂而增加耐久性),以致延长了使用寿命;减少支承结构和基础承担的静重;可以达到较大的跨径和减少支承;减低结构的高度(或者有相同高度的较大跨径).
　　图1贵州北盘江大桥（我国首座采用双向预应力砼加劲板梁设计的特大型桥梁）
　　
　　据了解，为提高对土木工程加固的理性认识，总结预应力主动加固设计理论与应用技术研究成果，由上海土木工程学会和同济大学土木工程学院主办的“2010第二届国际预应力技术工程应用展览会”将于今年11月在上海光大会展中心举行，是为了进一步推动我国预应力行业的科研、生产和应用的健康发展，加强国内外的交流与合作，充分展示我国预应力产业的新技术和新产品，体现了技术与创新的作用。由此可见，预应力混凝土在结构工程中的重要地位日益凸现。
　　参考文献：
　　[1]罗维刚预应力混凝土结构裂缝成因分析兰州理工大学,防震减灾研究所,甘肃,兰州,730050
　　[2]郑文忠;许名鑫;王英;
　　[3]混凝土结构设计原理（第四版）四校合编.中国建筑工业出版社.2008.11
　　[4]《预应力混凝土在房屋建筑中的应用》艾尔弗雷德•余,蒋奋龄,徐戊己,蔡体发;四川建筑科学研究.1980年02期
　　[5]陈嘉元预应力混凝土在房屋改中中的成功应用.《工程质量》2001年第5期
　　[6]浅谈预应力混凝土的应用.中国预应力工程网    发表论文网

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