預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件特點(diǎn)

敬 晨，杜學(xué)勝

(1.黑龍江省水利工程建設(shè)局，哈爾濱 150081;2.黑龍江省水利第二工程處，哈爾濱 150300)

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件特點(diǎn)

敬 晨1，杜學(xué)勝2

(1.黑龍江省水利工程建設(shè)局，哈爾濱 150081;2.黑龍江省水利第二工程處，哈爾濱 150300)

闡述了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及其施工工藝，重點(diǎn)介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的特點(diǎn)。最后概談了預(yù)應(yīng)力損失與全預(yù)應(yīng)力混凝土的概念與用途。

預(yù)應(yīng)力混凝土;先張法;后張法;抗拉;防裂縫;提高截面剛度

1 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是在荷載作用之前對構(gòu)件施加壓力，是在荷載作用時(shí)的截面受拉區(qū)預(yù)先存在的壓應(yīng)力的混凝土結(jié)構(gòu)。由于截面預(yù)加了壓應(yīng)力，可以完全或部分地抵消因荷載而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，混凝土就能不再出現(xiàn)裂縫或至少推遲裂縫的出現(xiàn)。因此，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)可顯著地提高構(gòu)件的抗裂性和截面剛度。同時(shí)，也使得高強(qiáng)度鋼筋及高強(qiáng)度混凝土得以應(yīng)用，極大地提高了構(gòu)件的承載能力。

普通鋼筋混凝土構(gòu)件的抗拉極限應(yīng)變值只有0.1～0.15 mm，如果要使混凝土不開裂，則受拉鋼筋的應(yīng)力只達(dá)到20～30 N/mm2。允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，由于受裂縫寬度的限制，鋼筋應(yīng)力也只能達(dá)到150～250 N/mm2。因此，雖然高強(qiáng)鋼材不斷發(fā)展，但在普通鋼筋混凝土構(gòu)件中去不能充分發(fā)揮其作用。預(yù)應(yīng)力混凝土是解決這一矛盾的有效方法。即在構(gòu)件受拉區(qū)預(yù)先施加壓力產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，當(dāng)構(gòu)件在荷載作用

下產(chǎn)生拉應(yīng)力時(shí)，首先要抵消預(yù)應(yīng)力，然后隨著荷載的不斷增加，受拉區(qū)混凝土才受拉開裂，從而推遲了裂縫的出現(xiàn)和制裂縫的開展，提高了構(gòu)件的抗裂度和剛度。因此預(yù)應(yīng)力混凝土在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用，其使用的范圍和數(shù)量是衡量一個(gè)國家建筑技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。近年來，隨著高強(qiáng)鋼材進(jìn)一步推廣應(yīng)用，預(yù)應(yīng)力施工工藝的簡化和完善，更推動(dòng)著預(yù)應(yīng)力混凝土發(fā)展。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土的施工工藝

預(yù)應(yīng)力混凝土的施工工藝有:先張法、后張法(包括無黏結(jié)后張法)、電熱法等。先張法和后張法采用機(jī)械張拉，是最常用的兩種施加預(yù)應(yīng)力的方法。電熱法是利用鋼筋熱脹冷縮原理來張拉預(yù)應(yīng)力筋，主要用于曲線預(yù)應(yīng)力筋的張拉。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋有非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋之分。非預(yù)應(yīng)力筋可采用I級(jí)、II級(jí)、III級(jí)熱軋鋼筋和乙級(jí)冷拔低碳鋼絲;預(yù)應(yīng)力鋼筋有:甲級(jí)冷拔低碳鋼絲、冷拉II～Ⅳ級(jí)鋼筋、炭素鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋及精軋螺紋鋼筋等。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)≥C30，當(dāng)采用碳素鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)≥C40。

在構(gòu)件上施加預(yù)應(yīng)力的辦法多種多樣，最常用的是用機(jī)械張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，并將此鋼筋錨定在混凝土構(gòu)件上，當(dāng)被張拉伸長的鋼筋彈性回縮時(shí)，就通過錨具(或黏結(jié)力)使混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。按張拉的工藝不同，可分為先張法與后張法兩大類。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的特點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力混凝土真有比較突出的優(yōu)點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力混凝土大量用于制造大型屋面板、多孔樓板、屋架、吊車梁、大跨度樓層主梁、橋梁、水塔、貯液罐、壓力管道、冷卻塔、軌枕、飛機(jī)跑道、樁、電桿等結(jié)構(gòu)。也可用來建筑擋水壩、隧洞襯砌、碼頭、閘墩、渡槽和涵管等水工建筑物。

在預(yù)應(yīng)力混凝土中，一般采用高強(qiáng)度鋼筋或鋼絲。常用的有冷拉的熱軋鋼筋、冷拔低碳鋼絲、高強(qiáng)碳素鋼等。在后張法構(gòu)件中，常采用由高強(qiáng)鋼絲平行組成的鋼絲束或絞扭成的鋼絞線。在應(yīng)力力構(gòu)件中，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)一般≥30 N/mm2;當(dāng)采用高強(qiáng)鋼絲和熱處理鋼筋時(shí)，應(yīng)≥40 N/mm2。某些工程中，混凝土強(qiáng)度已達(dá)到 80～100 N/mm2。張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，需采用專用的錨具與夾具，它們的類型眾多，應(yīng)根據(jù)具體條件選用。

4 預(yù)應(yīng)力損失與全預(yù)應(yīng)力混凝土

張拉鋼筋建立起的預(yù)應(yīng)力，會(huì)隨著錨具變形、混凝土徐變、收縮、鋼絲松弛等原因而逐步降低，稱為預(yù)應(yīng)力損失。設(shè)法減少損失是預(yù)應(yīng)力混凝土研究中的重要課題。

在預(yù)應(yīng)力混凝土發(fā)展的初期，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是:在全部最不利荷載作用下，混凝土永遠(yuǎn)處于受壓狀態(tài)而不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，稱為全預(yù)應(yīng)力混凝土。全預(yù)應(yīng)力混凝土抗裂性極好，但高強(qiáng)鋼筋需用量較多;當(dāng)預(yù)壓區(qū)混凝土建立的預(yù)壓應(yīng)力大于永久荷載所產(chǎn)生的拉應(yīng)力時(shí)，所引起的反拱(構(gòu)件反向變形)，將因混凝土的徐變而持續(xù)發(fā)展，影響正常使用。實(shí)踐表明，全預(yù)應(yīng)力在許多場合并無必要，這就提出了部分預(yù)應(yīng)力混凝土的概念。部分預(yù)應(yīng)力混凝土允許在荷載最不利組合下，面出現(xiàn)拉應(yīng)力(或允許出現(xiàn)微細(xì)裂縫)。但要求在經(jīng)常出現(xiàn)的永久荷載作用下，不出現(xiàn)拉應(yīng)力(或裂縫能閉合)。由于部分預(yù)應(yīng)力構(gòu)件可用一部分中強(qiáng)度的非預(yù)應(yīng)力鋼筋代替高強(qiáng)鋼筋，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好，又可減少過大的反拱，加上延性較好，有利于抗震，因而工程應(yīng)用日益增多。

［1］ 盧循.建筑施工技術(shù)(上冊)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1991.

［2］ 崔宗培，徐乾清，吳以鰲，等.中國水利百科全書［M］.北京:水利電力出版社，1990.

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1007－7596(2011)05－0041－01

2011－06－18

敬晨(1983－)，男，黑龍江哈爾濱人，助理工程師;杜學(xué)勝(1974－)，男，黑龍江阿城人，助理工程師。