谈预应力混凝土的特点及应用

2013-08-15漆强强薛文庆

山西建筑 2013年6期

漆强强谷琦薛文庆

(黄河万家寨水利枢纽有限公司，山西太原 030001)

0 引言

预应力混凝土以其自身显著的优点，被广泛应用于房屋建筑、道路桥梁及其他特殊建筑设施。我国引进预应力混凝土技术已经有半个多世纪，在过去的半个世纪中，我国在预应力混凝土技术方面积累了宝贵的经验，在预应力混凝土原材料、设计、制作、施工等方面取得了很多成就。相信在不久的将来，随着我国预应力混凝土技术不断发展，预应力混凝土的应用领域也将更为广泛。本文分析了预应力混凝土的特点及在我国的应用和发展。

1 预应力混凝土的概念及分类

预应力混凝土利用了高强度钢筋及高强度混凝土，通过施加外力，使混凝土结构或构件在承受荷载前，受到的拉应力减小，甚至处于压应力的状态下，以推迟混凝土裂缝的出现和开展，从而提高了构件的抗裂性能和刚度。预应力混凝土根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同分为全预应力混凝土、部分预应力混凝土和无粘结预应力混凝土;根据施工方式不同分为预制预应力混凝土、现浇预应力混凝土和叠合预应力混凝土;按预加应力的不同分为先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土。

2 预应力混凝土的特点

2.1 预应力混凝土的优点

1)刚度大、抗裂性好。由于对构件施加了预应力，构件在荷载作用下，不出现裂缝或使裂缝推迟出现，大大提高了构件的刚度，降低甚至消除了使用荷载下构件的挠度。因此，预应力混凝土构件可跨越大的空间，建造大的跨度。2)充分利用了高强度钢材和高强度混凝土的性能，减小了构件的截面尺寸，节省了钢材和混凝土，降低了结构的自重，具有良好的经济效益。预应力混凝土结构可比普通钢筋混凝土结构节省20%～40%的混凝土、30%～60%的主筋钢材。而与钢结构相比，则可节省一半以上的造价。3)提高了构件的抗剪承载力。由于预压应力延缓了构件斜裂缝的产生，增加了剪压区面积，从而提高了构件的抗剪承载力。试验表明，纵向预应力钢筋起着锚栓的作用，阻碍着斜裂缝的出现与开展。同时，预应力混凝土梁的曲线钢筋合力的竖向分力将部分抵消剪力，大大提高了构件的抗剪承载力。4)具有良好的裂缝闭合性能。预应力混凝土构件在荷载作用下基本处于弹性工作状态，当结构部分或全部卸载时，预应力混凝土的结构具有良好的闭合性能，从而提高了截面的刚度，减小了结构的变形，进一步改善了结构的耐久性。5)提高了构件的抗疲劳强度。预应力混凝土可以有效降低钢筋中应力循环的幅度，增加疲劳寿命。这对于承受动力荷载为主的桥梁结构是很有利的。6)充分利用了高强度钢材的工作性能。在普通钢筋混凝土结构中，由于裂缝的宽度和挠度的限制，高强度钢材的强度不可能被充分利用，而在预应力混凝土结构中，对高强度钢材预先施加较高的应力，使高强度钢材在结构破坏前能够达到屈服强度，充分发挥了高强钢材的工作性能。7)具有良好的抗震性能。研究资料表明，预应力混凝土结构在地震中会发生屈服，产生塑性铰，提高了整个结构的延性和耗能能力，从而避免了结构被破坏，因而具有良好的抗震性能。

2.2 预应力混凝土的缺点

1)预应力混凝土结构的设计、施工工艺比较复杂，对质量要求较高，因而需要专业的设计、施工人员。2)需要专门的张拉机具及灌浆设备，这些设备价格较高，花费的费用较大。3)预应力混凝土结构的开工费用较大，宜成批生产，对构件数量较少的工程，成本较高。4)预应力混凝土反拱不易控制，随着混凝土徐变增大，影响使用效果。

3 预应力混凝土应用和发展

1)预应力混凝土的应用。

预应力混凝土技术自20世纪50年代引入中国，被广泛应用于房屋建筑、道路桥梁及其他特殊建筑设施。经过半个世纪的应用发展，我国已在预应力混凝土技术方面积累了宝贵的经验，建造了一批具有国际先进水平的预应力混凝土结构。其中代表性的预应力结构有:a.建筑方面:广东国际大厦、青岛中银大厦、首都国际机场新航站楼等;b.铁路桥梁结构方面:攀枝花金沙江铁路连续钢构桥，杭州钱塘江二桥，黄石大桥、虎门大桥等;c.其他建筑结构方面:中央、天津、南京、上海等电视塔、阿尔及利亚球形水塔、秦山、大亚湾核电站安全壳等。

2)我国预应力混凝土发展成就。

在设备生产方面，我国生产的高强度低松弛钢绞线强度已达到1 860 MPa级，属国际先进水平，产量在15万t以上，加上原有的1 570 MPa级钢绞线，总产量超过20万t，可以满足国内高效预应力混凝土的使用需要，并可出口。锚具年产量在300万孔以上，属于世界上的生产大国。在预应力混凝土规程规范方面，主要有《混凝土结构设计规范》《无粘结预应力混凝土结构技术规程》《预应力筋用锚具、夹具和连接器》等国家产品标准和应用技术规程。还有《无粘结预应力筋专用防腐润滑脂》《预应力用液压千斤顶》《预应力用电动油泵》《预应力钢筋、钢丝镦头器》《预应力混凝土用金属螺旋管》等技术规程和产品标准。

3)预应力混凝土发展趋势。

未来预应力混凝土在以往房屋建筑工程、桥梁工程及大跨度结构中使用的同时，还会在一些新兴领域中广泛使用，这些领域主要是预应力混凝土海洋结构和核与非核压力容器。在预应力混凝土海洋结构方面的使用如海洋石油钻探平台、海下储油罐、防浪堤、海上机坪、浮式海岸码头，海水温差发电站，海底矿物开采平台，大型海洋运输驳船等。在核与非核压力容器方面的使用如核电站反应堆、预应力混凝土压力容器及安全壳，低温液化天然气储罐等。随着预应力混凝土使用领域、范围不断扩大，亟待开发研究新型预应力混凝土原材料，未来新型预应力混凝土筋应是强度高、自重轻、弹性模量大的聚碳纤维、玻璃纤维和聚酯纤维类非金属预应力混凝土筋。随着我国改革开放的深入，法制与技术立法和管理制度的完善，市场竞争机制的发育以及建筑市场的逐步规范化，预期我国预应力混凝土工艺技术在今后也必将会取得较大进展。