预应力混凝土的应用

 摘 要：预应力混凝土是从西欧迅速发展并得以广泛推广的一种新技术，相比较而言我国预应力混凝土的起步较,但发展迅速、应用数量庞大。在工业及民用建筑等大规模的建筑中得到广泛的应用，并在技术方面也取得了巨大的发展。

 关键词：预应力混凝土；预制构件；结构型式

 前言：为适应我国经济的发展,加快基础设施的建设,预应力混凝土结构的应用范围将更加广阔,因此我们应加强提高预应力技术水平的科研工作。随着经济发展的不断加速就会要求相应的建筑工程数量的急速增加，也会要求建筑工程的质量标准的不断提高，最后直接的反应就是对建筑技术人员的技术要求也相应的大幅度提高。

 一．预应力混凝土的作用

 1.提高了构件的抗裂与抗渗性，改变了结构的受力性能。由于在构件的受拉区预加压应力，因此在使用荷载作用下，拉区的拉应力减小，从而推迟了裂缝出现和了裂缝的宽度，提高了构件的抗裂度，由于结构抗裂度的提高，因此改善了结构的受力性能，增强了结构的抗侵蚀和抗渗能力。

 2.提高了构件的刚度，减小了构件的变形。由于预应力推迟了裂缝的出现和了裂缝的宽度，因此构件的刚度削弱较小，变形亦就减小；另一方面，由于预压应力引起构件反拱，能抵消一部分使用阶段外荷载产生的挠度，使构件的实际挠度减小。根据实测和计算，预应力混凝土受弯构件在短期荷载作用下的挠度，一般为非预应力构件的30%~50%，故预应力混凝土构件一般都能满足刚度要求。

 3.可以减小混凝土梁的剪力和主拉应力。预应力混凝土梁的曲线筋，可使混凝土梁在支座附近承受的剪力减小，又由于混凝土截面上预压应力的存在，使荷载作用下的主拉应力也相应减小，有利于减小混凝土梁腹的厚度，这也是预应力混凝土梁能减轻自重的原因之一。

 4.提高受剪承载力。纵向预应力的施加可延缓混凝土构件中斜裂缝的形成，提高其受剪承载力。

 5.改善卸载后的恢复能力。混凝土构件上的荷载一旦卸去，预应力就会使裂缝完全闭合，大大改善结构构件的弹性恢复能力。

 6.节约材料，降低造价。由于预加应力提高了构件的抗裂度和刚度，因此一方面可以减小构件截面尺寸，节约混凝土用量；另一方面充分发挥了钢筋的作用一些高强度材料得到有效的使用。同时可以减少某些构造钢筋，从而节约了钢材。特别是某些大跨度结构和特种结构，可以用预应力混凝土结构垡钢结构，这样大大节约了钢材，降低了造价。

 7.扩大钢筋混凝土应用范围。预应力混凝土结构由于提高了抗裂度和刚度，可以采用高强度钢材，结构自重减小，因此钢筋混凝土的应用范围扩大。首先可以应用在大跨度工程上，例如非预应力屋架，一般跨度做到15 ，预应力混凝土屋架，可扩大到20多米、30多米，甚至更大。再例如大型屋面板，普通钢筋混凝土一般做到6 ，预应力混凝土一般做到12 ；普通钢筋混凝土吊车梁一般做到6 ，预应力混凝土吊车梁做到12 和18 ，此外，大型油库、水池等抗渗要求较高的结构，采用预应力混凝土都能取得良好的效果。

 二．预应力混凝土预制构件

 经过多年来的不断发展，我国在房屋建筑、铁路、桥梁等方面的预应力混凝土预制构件已形成以下主要系列：

 1.预应力屋面梁和屋架： 12~18 先张法预应力混凝土屋面大梁；12 预应力托梁；12~21 三铰屋架；15~36 先张法或后张法的整体式或拼装式预应力混凝土屋架，有拱形、折线形、梯形和空腹桁架等形式，在深圳赤污完成的60 跨预应力组合屋架，则是目前跨度最大的预应力组合屋架。

 2.预应力吊车梁：T形预应力吊车梁； 9~12 工字形等截面和变截面鱼腹式吊车梁；以及超过 12m 跨的桁架式吊车梁。

 3.板架合一的预应力屋面构件：15~33 跨预应力单 T 板梁， 9~27 跨 V 形折板 ( 在板缝中另加无粘结预应力后张束后可做到30 跨 ) 和9~28 跨马鞍形壳板。

 4.预应力简支梁：用于房屋楼面结构的9~15 跨预应力薄腹梁；用于铁路桥梁的6~32 先张预应力简支梁、16~32 跨超低高度预应力梁 ( 比相应跨度普通高度梁降低高度0.8 左右 ) 、 40 分片后张预应力梁和2~56 后张预应力箱形梁；用于公路桥梁的 30~50 跨预应力 T 形简支梁、30 预应力组合梁，以及用于城市立交桥的20跨以下的先张预应力空心板梁， 27 以下的先张预应力组合箱梁和25~37 的后张预应力 T 形梁。

 5.其他预应力预制构件：三种不同承载能力的预应力轨枕，用于房屋地基工程的预应力方桩和φ 300~500 预应力管桩，以及用于港口工程的φ 1200~1400 预应力管桩等。

 三．预应力结构型式

 1.整体预应力装配式板柱建筑体系：后张整体预应力装配式抗震结构体系，有矩形、六边形和梯形等多种柱网 ( 最大柱距达11.7 ) ，采用多跨连续折线配筋预应力，将预制整间或拼装 ( 有一间 2 块、 3 块、 6 块和 9 块 ) 楼板与预制柱 ( 矩形、六边形 ) 拼装在一起、浇筑板缝混凝土后形成的大跨度、无梁空间结构，适于建造办公楼、住宅、多层厂房、商场、书库等建筑。

 2.后张预应力混凝土框架结构：采用单向预应力框架梁的横向框架结构和纵向框架结构；采用双向预应力框架梁的框架结构。

 3.高层建筑：由于采用预应力可降低楼面结构高度、扩大梁的支承跨度和解决大荷载、大悬挑结构的合理设计等突出的优势，使得预应力结构在高层建筑中的应用越来越多。如：无梁无柱的框筒结构；带扁梁预应力平板的框筒结构；内框外筒结构；大跨度、大空间预应力混凝土结构等。

 4.其他特种结构

 (1)电视塔

 竖向预应力混凝土筒体结构；预应力塔身、锥壳基础和裙房大跨度悬挑梁结构；竖向预应力和环向预应力等

 (2)特种工程

 核电站的安全壳；原煤筒仓；炼油厂爆气池；污水处理厂爆气池、浓缩池、污泥消化池等。

 (3)大跨度结构

 预应力主次梁屋盖结构；地下室顶板的整体预应力板柱结构；预制块体预应力拼装梁；索束桁屋盖结构和双曲抛物面薄壳结盖等。

 (4)大悬挑结构

 大悬挑结构悬挑梁的悬挑长度可达到10#左右。

 (5)大型桥梁

 大型预应力桥梁，其主要结构形式有：①简支梁、板桥：跨度比一般为1/5~1/20，低高度者可达 1/25，多跨简支桥可采用连续桥面；② T 型刚构桥：上下部结构固结，上部从墩顶向两侧伸出悬壁呈 T 形，其间设剪力铰形成超静定结构 ( 或设挂梁成静定结构 ) ，跨度从50 到270 ，最适于采用悬臂对称平衡法施工；③连续梁桥：连续箱梁跨盖结构跨径可达200 左右，箱梁则有单箱、双箱、单室和多室等；④连续刚桥：可由多个等跨或不等跨的 T 构固接形成，或由斜腿刚构预制板、现浇混凝土组成，或中部的连续刚构、边部为连续梁；⑤拱桥：由上、下弦杆、腹杆和实腹段组成的拱片与横联接系和桥面组成。桁拱跨度一般为50~80，由桁式悬臂刚架与桁拱组成的江界河桥的跨度达330 ；⑥斜拉桥：采用塔支承的斜索拉着加劲梁、即由塔、梁、索组成。其经济跨已达900 ，边中跨比为 0.3~0.5 ，桥面之上的塔高为 0.15~0.3 跨度；⑦悬索桥：以主缆为承重主体，加劲梁由等间距的吊杆悬挂在主缆上，主缆受力后呈非线性变形弯曲；⑧弯、坡、斜桥：有板式、梁式和箱式并设置抗扭横梁。

 四．结束语：

 为适应我国经济的发展,加快基础设施的建设,预应力混凝土的应用范围将更加广阔,预应力混凝土技术的应用在建筑工程进行中有着重要的地位，对于建筑的前期结构的坚固和后期整体的质量有着起到很大的作用，因此，我们应不断提高预应力混凝土技术水平的科研工作是很有必要的。