特种结构预应力技术的特点及应用

2010-08-15杨静

科技传播 2010年16期

杨静

中国市政工程东北设计研究总院，吉林长春 130000

1 概述

在近百年的发展过程中，现代预应力结构的技术已经有了飞跃的进步，它被广泛的应用在房屋、道路以及特种结构的土木工程中，它也是结构领域的一个重要的标志。人类在不断的进步，社会经济也在不断的发展，这就使得人们对于各种结构的结构要求更加的完善，对于结构的要求不断的提高，不仅对技术性能的要求不断提高，而且对于预应力的技术也在一天一天的进步。特种结构的要求是比较高的，所以，这类结构的预应力技术有着自己的特点。

2 特种结构预应力技术的特点

2.1 利用环向的布束抗内压和纵裂

环向预应力钢筋主要是布置在盛储结构或者是压力管道结构中，这样可以使得在其结构中产生预应力，混凝土的预压应力可以抵消由于径向外力产生的拉应力，构件的混凝土始终处在受压应力状态，这样可以使混凝土不开裂，满足抗渗防水的要求，所以，环向布束的应用时比较广泛的，在核反应堆、安全壳、水塔以及筒仓结构中都有应用。

2.2 利用竖向布束抗侧弯和横裂

高度大、横截面小是高耸结构的特点，它主要是承受横向的荷载，所以比较容易产生过大的侧弯变形或者是横向裂缝，当沿结构竖向布置预应力钢筋时就可以明显的改变结构的受力，提高结构的抗变形能力，另外，对高耸结构的整体抗弯性有较大影响的还有水平施工缝，所以，往往采取的是应用竖向的预应力，它是解决此类问题的一个比较好的方法。

2.3 内锚外压以保持岩体稳定

在岩土的加固中，预应力的锚索类特种结构的应用时比较广泛的，它往往是可以通过一端的粘结而固定在地层中，另一端结合在被加固物上，通过这种形式形成一种新的结构复合体，高强预应力钢筋是预应力锚索的主要受力结构，在结构中起着关键才作用，预应力锚索主要是通过自身去建立张预应力场来抑制、减低天然力场的，这样对工程的地质体造成的危害相对来说会减少，它的主要目的就是充分调用工程地质体的自身的稳定性去改善其内部的应力状态，从而达到稳定的效果。

3 特种结构预应力技术的应用

预应力技术在水塔中的应用也是比较广泛的，例如在我国援建的大型水塔工程有一个水塔叫做阿尔及尔水塔，它是由8座水塔组成的，在这8座当中有3座是2500m3的预应力混凝土水塔，他们的高度都在38m左右，在形状上都是属于球形的，该水塔的造型在当时是比较新颖的，当然这就给水塔的设计带来了麻烦，在设计中大量的计算数据都是比较艰难的，而且对于技术人员的技术要求也很高，在业内是比较罕见的高难度工程，3个球形水塔的外径都是18.6m，每一个的上部壁厚都是0.35m，在球形的水塔的赤道以上部分2m到内圈梁的距离是0.55m，圈梁的总宽度是1.8m，在工程中使用的混凝土是C30，要求的抗渗等级是B8。当水塔装满水时的拉应力0.6MPa，这个数字已经超过了规定的混凝土的拉应力。所以，在施工时要施加水平的环向预应力。这个水塔的球壳处在高空，而且孔道分散，在施工时不可以使用穿束机，在施工过程中又没有合适的钢丝绳，所以想制造牵引网套也是比较不方面的，这就需要人工穿束，在施工时首先要用塔吊把钢绞线吊到空中，在钢绞线的端部套好护套，之后再把钢绞线穿入，由于水塔是在海边的，所以，很容易受到侵蚀，在露天放置钢筋是比较容易生锈的，因此，在进行这部分的施工时必须有措施进行很好的保护，在施工时要迅速，而且要保证预应力的应力均匀，根据设计的要求进行张拉的操作，当混凝土达到设计值时才可以继续进行，在进行张拉的操作时可以用千斤顶对水平上的圆圈做张拉，张拉操作要求两边必须对称，为避免千斤顶损坏，减少千斤顶的搬运工作，再加上预应力造成的内应力和变形不大，对预应力造成的损失影响较小，所以，可以在施工中采用一级加荷，也就是说在每次的张拉都可以从圈梁顶部向下张拉，再从顶部向下张拉，保证球体的赤道和底部的预应力强度符合设计的要求。

4 特种结构预应力技术应用中存在的问题

耐久性是特种结构比较常见的技术问题。混凝土的结构性能随时间劣化的现象就是混凝土结构耐久性损伤，它是一个不可逆的过程，通常情况下预应力结构的抗裂性能是比较好的，所以，在早期，人们总是认为混凝土是不会容易遭到破坏的，但是实际却不是这样，根据调查显示，在1950年～1977年这段时间内，在全球范围内一共发生近30起由于预应力筋受到破坏而遭受损失的工程实例，在1982年的调查报告中，我们可以看到这样一组数据，在1978年～1982年的美国由于预应力筋腐蚀而产生的工程事故就有50起。从上面的资料可以看出预应力结构的耐久性不是人们想象的那么理想，特种结构由于所处坏境和用途的不同，使得它们的耐久性破坏的形式也是不一样的。例如：在海边环境中，预应力的混凝土的耐久性经常会受到氯化物的影响，使得钢筋受到腐蚀而引起结构的破坏；在岩体矿物环境中，预应力锚索往往会由于酸性的介质侵蚀而造成锚索的腐蚀；在化学工业溶液中，预应力混凝土结构的耐久性破坏往往是由于预应力筋的氢致开裂型应力腐蚀有关的，而在一般的环境中，预应力混凝土结构的耐久性破坏与混凝土的碳化和碱骨料反应有一定的关系。