漆強(qiáng)強(qiáng) 谷 琦 薛文慶

(黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西太原 030001)

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土以其自身顯著的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于房屋建筑、道路橋梁及其他特殊建筑設(shè)施。我國引進(jìn)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)已經(jīng)有半個多世紀(jì)，在過去的半個世紀(jì)中，我國在預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)方面積累了寶貴的經(jīng)驗，在預(yù)應(yīng)力混凝土原材料、設(shè)計、制作、施工等方面取得了很多成就。相信在不久的將來，隨著我國預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域也將更為廣泛。本文分析了預(yù)應(yīng)力混凝土的特點及在我國的應(yīng)用和發(fā)展。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土的概念及分類

預(yù)應(yīng)力混凝土利用了高強(qiáng)度鋼筋及高強(qiáng)度混凝土，通過施加外力，使混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在承受荷載前，受到的拉應(yīng)力減小，甚至處于壓應(yīng)力的狀態(tài)下，以推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)和開展，從而提高了構(gòu)件的抗裂性能和剛度。預(yù)應(yīng)力混凝土根據(jù)預(yù)加應(yīng)力值大小對構(gòu)件截面裂縫控制程度的不同分為全預(yù)應(yīng)力混凝土、部分預(yù)應(yīng)力混凝土和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土;根據(jù)施工方式不同分為預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土、現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土和疊合預(yù)應(yīng)力混凝土;按預(yù)加應(yīng)力的不同分為先張法預(yù)應(yīng)力混凝土和后張法預(yù)應(yīng)力混凝土。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土的特點

2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土的優(yōu)點

1)剛度大、抗裂性好。由于對構(gòu)件施加了預(yù)應(yīng)力，構(gòu)件在荷載作用下，不出現(xiàn)裂縫或使裂縫推遲出現(xiàn)，大大提高了構(gòu)件的剛度，降低甚至消除了使用荷載下構(gòu)件的撓度。因此，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件可跨越大的空間，建造大的跨度。2)充分利用了高強(qiáng)度鋼材和高強(qiáng)度混凝土的性能，減小了構(gòu)件的截面尺寸，節(jié)省了鋼材和混凝土，降低了結(jié)構(gòu)的自重，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)可比普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)省20%～40%的混凝土、30%～60%的主筋鋼材。而與鋼結(jié)構(gòu)相比，則可節(jié)省一半以上的造價。3)提高了構(gòu)件的抗剪承載力。由于預(yù)壓應(yīng)力延緩了構(gòu)件斜裂縫的產(chǎn)生，增加了剪壓區(qū)面積，從而提高了構(gòu)件的抗剪承載力。試驗表明，縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋起著錨栓的作用，阻礙著斜裂縫的出現(xiàn)與開展。同時，預(yù)應(yīng)力混凝土梁的曲線鋼筋合力的豎向分力將部分抵消剪力，大大提高了構(gòu)件的抗剪承載力。4)具有良好的裂縫閉合性能。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在荷載作用下基本處于彈性工作狀態(tài)，當(dāng)結(jié)構(gòu)部分或全部卸載時，預(yù)應(yīng)力混凝土的結(jié)構(gòu)具有良好的閉合性能，從而提高了截面的剛度，減小了結(jié)構(gòu)的變形，進(jìn)一步改善了結(jié)構(gòu)的耐久性。5)提高了構(gòu)件的抗疲勞強(qiáng)度。預(yù)應(yīng)力混凝土可以有效降低鋼筋中應(yīng)力循環(huán)的幅度，增加疲勞壽命。這對于承受動力荷載為主的橋梁結(jié)構(gòu)是很有利的。6)充分利用了高強(qiáng)度鋼材的工作性能。在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由于裂縫的寬度和撓度的限制，高強(qiáng)度鋼材的強(qiáng)度不可能被充分利用，而在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，對高強(qiáng)度鋼材預(yù)先施加較高的應(yīng)力，使高強(qiáng)度鋼材在結(jié)構(gòu)破壞前能夠達(dá)到屈服強(qiáng)度，充分發(fā)揮了高強(qiáng)鋼材的工作性能。7)具有良好的抗震性能。研究資料表明，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在地震中會發(fā)生屈服，產(chǎn)生塑性鉸，提高了整個結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力，從而避免了結(jié)構(gòu)被破壞，因而具有良好的抗震性能。

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土的缺點

1)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工工藝比較復(fù)雜，對質(zhì)量要求較高，因而需要專業(yè)的設(shè)計、施工人員。2)需要專門的張拉機(jī)具及灌漿設(shè)備，這些設(shè)備價格較高，花費的費用較大。3)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的開工費用較大，宜成批生產(chǎn)，對構(gòu)件數(shù)量較少的工程，成本較高。4)預(yù)應(yīng)力混凝土反拱不易控制，隨著混凝土徐變增大，影響使用效果。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)用和發(fā)展

1)預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用。

預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)自20世紀(jì)50年代引入中國，被廣泛應(yīng)用于房屋建筑、道路橋梁及其他特殊建筑設(shè)施。經(jīng)過半個世紀(jì)的應(yīng)用發(fā)展，我國已在預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)方面積累了寶貴的經(jīng)驗，建造了一批具有國際先進(jìn)水平的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。其中代表性的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)有:a.建筑方面:廣東國際大廈、青島中銀大廈、首都國際機(jī)場新航站樓等;b.鐵路橋梁結(jié)構(gòu)方面:攀枝花金沙江鐵路連續(xù)鋼構(gòu)橋，杭州錢塘江二橋，黃石大橋、虎門大橋等;c.其他建筑結(jié)構(gòu)方面:中央、天津、南京、上海等電視塔、阿爾及利亞球形水塔、秦山、大亞灣核電站安全殼等。

2)我國預(yù)應(yīng)力混凝土發(fā)展成就。

在設(shè)備生產(chǎn)方面，我國生產(chǎn)的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線強(qiáng)度已達(dá)到1 860 MPa級，屬國際先進(jìn)水平，產(chǎn)量在15萬t以上，加上原有的1 570 MPa級鋼絞線，總產(chǎn)量超過20萬t，可以滿足國內(nèi)高效預(yù)應(yīng)力混凝土的使用需要，并可出口。錨具年產(chǎn)量在300萬孔以上，屬于世界上的生產(chǎn)大國。在預(yù)應(yīng)力混凝土規(guī)程規(guī)范方面，主要有《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》等國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用技術(shù)規(guī)程。還有《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋專用防腐潤滑脂》《預(yù)應(yīng)力用液壓千斤頂》《預(yù)應(yīng)力用電動油泵》《預(yù)應(yīng)力鋼筋、鋼絲鐓頭器》《預(yù)應(yīng)力混凝土用金屬螺旋管》等技術(shù)規(guī)程和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

3)預(yù)應(yīng)力混凝土發(fā)展趨勢。

未來預(yù)應(yīng)力混凝土在以往房屋建筑工程、橋梁工程及大跨度結(jié)構(gòu)中使用的同時，還會在一些新興領(lǐng)域中廣泛使用，這些領(lǐng)域主要是預(yù)應(yīng)力混凝土海洋結(jié)構(gòu)和核與非核壓力容器。在預(yù)應(yīng)力混凝土海洋結(jié)構(gòu)方面的使用如海洋石油鉆探平臺、海下儲油罐、防浪堤、海上機(jī)坪、浮式海岸碼頭，海水溫差發(fā)電站，海底礦物開采平臺，大型海洋運輸駁船等。在核與非核壓力容器方面的使用如核電站反應(yīng)堆、預(yù)應(yīng)力混凝土壓力容器及安全殼，低溫液化天然氣儲罐等。隨著預(yù)應(yīng)力混凝土使用領(lǐng)域、范圍不斷擴(kuò)大，亟待開發(fā)研究新型預(yù)應(yīng)力混凝土原材料，未來新型預(yù)應(yīng)力混凝土筋應(yīng)是強(qiáng)度高、自重輕、彈性模量大的聚碳纖維、玻璃纖維和聚酯纖維類非金屬預(yù)應(yīng)力混凝土筋。隨著我國改革開放的深入，法制與技術(shù)立法和管理制度的完善，市場競爭機(jī)制的發(fā)育以及建筑市場的逐步規(guī)范化，預(yù)期我國預(yù)應(yīng)力混凝土工藝技術(shù)在今后也必將會取得較大進(jìn)展。

4 結(jié)語

隨著我國在預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計、制作、施工及原材料等方面不斷取得新的技術(shù)突破，相信在不久的將來，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)將會被應(yīng)用到更為廣泛的領(lǐng)域，更好的為社會生產(chǎn)和人們的生活服務(wù)。

[1]李國平.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京:人民交通出版社，2010.

[2]于 航.淺析預(yù)應(yīng)力混凝土在我國房屋建筑中的應(yīng)用和發(fā)展[J].商品與質(zhì)量，2010(15):65-68.

[3]劉永頤.展望21世紀(jì)中國的預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)[A].中國土木工程學(xué)會第八屆年會論文集[C].1998.