特種結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用情況及技術(shù)展望

歐陽(yáng)哲

摘要 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中是比較常用的 ，特種結(jié)構(gòu)是其中的一種特殊形式 ，它的發(fā)展和應(yīng)用是比較有潛力的，在特種結(jié)構(gòu)中也發(fā)揮著巨大的作用，在今后的工程中一定會(huì)得到更好的應(yīng)用和推廣。

關(guān)鍵詞 特種結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力 ；技術(shù)應(yīng)用；展望

中圖分類號(hào)： TU378.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)帶來(lái)許多結(jié)構(gòu)和施工上的優(yōu)點(diǎn)，如減少截面尺寸、控制裂縫和撓度，控制施工階段的裂縫及減輕支撐負(fù)擔(dān)等。只要采用預(yù)應(yīng)力度適當(dāng)，構(gòu)造處理得當(dāng)，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗震是可以得到保證的。且由于減小了轉(zhuǎn)換構(gòu)件的尺寸，對(duì)抗震也是有利的。人類在不斷的進(jìn)步 ，社會(huì)經(jīng)濟(jì)也在不斷的發(fā)展，隨著公共事業(yè)的發(fā)展，各種特殊功能的構(gòu)筑物不斷出現(xiàn)，有些特殊構(gòu)筑物的使用功能及受力性能常常需要預(yù)應(yīng)力技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在這些特殊功能構(gòu)筑物中發(fā)揮了重要的作用。

1特種結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力技術(shù)概述

特種結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有利用環(huán)向的布束抗內(nèi)壓和縱裂、利用豎向布束抗側(cè)彎和橫裂及內(nèi)錨外壓以保持巖體穩(wěn)定等特性。環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼筋主要是布置在盛儲(chǔ)結(jié)構(gòu)或者是壓力管道結(jié)構(gòu)中，這樣可以使得在其結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，混凝土的預(yù)壓應(yīng)力可以抵消由于徑向外力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，構(gòu)件的混凝土始終處在受壓應(yīng)力狀態(tài)，這樣可以使混凝土不開(kāi)裂，滿足抗?jié)B防水的要求，主要在核反應(yīng)堆、安全殼、水塔以及

筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)中都有應(yīng)用。利用豎向布束抗側(cè)彎和橫裂主要是承受橫向的荷載，所以比較容易產(chǎn)生過(guò)大的側(cè)彎變形或者是橫向裂縫，當(dāng)沿結(jié)構(gòu)豎向布置預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)就可以明顯的改變結(jié)構(gòu)的受力，提高結(jié)構(gòu)的抗變形能力，另外，對(duì)高聳結(jié)構(gòu)的整體抗彎性有較大影響的還有水平施工縫。在巖土的加固中，預(yù)應(yīng)力的錨索類特種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用時(shí)比較廣

泛的，它往往是可以通過(guò)一端的粘結(jié)而固定在地層中，另一端結(jié)合在被加固物上，通過(guò)這種形式形成一種新的結(jié)構(gòu)復(fù)合體，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋是預(yù)應(yīng)力錨索的主要受力結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中起著關(guān)鍵才作用 ，預(yù)應(yīng)力錨索主要是通過(guò)自身去建立張預(yù)應(yīng)力場(chǎng)來(lái)抑制、減低天然力場(chǎng)的，這樣對(duì)工程的地質(zhì)體造成的危害相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)減少，它的主要目的就是充分調(diào)用工程地質(zhì)體的自身的穩(wěn)定性去改善其內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài) ，從而達(dá)到穩(wěn)定的效果。

2 特種結(jié)構(gòu)類別及發(fā)展概況

隨著公共事業(yè)的發(fā)展，各種特殊功能的構(gòu)筑物不斷出現(xiàn)，有些特殊構(gòu)筑物的使用功能及受力性能常常需要預(yù)應(yīng)力技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在這些特殊功能構(gòu)筑物中發(fā)揮了重要的作用。

2.1大懸挑結(jié)構(gòu)

體育建筑在各大中城市興起，體育建筑的形式多樣，風(fēng)格各異，使預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用豐富多彩。如南京為承辦第三屆城運(yùn)會(huì)興建的四座體育館，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位都是采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)；江蘇省的儀征化纖體育場(chǎng)、無(wú)錫市體育場(chǎng)、南京師范學(xué)院體育場(chǎng)的觀眾席都采用了大懸挑的預(yù)應(yīng)力混凝土雨蓬。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，許多雨蓬采用鋼結(jié)構(gòu)，可以獲得更大跨度，但是造價(jià)和維修費(fèi)用都比較高，所以在適當(dāng)跨度內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)還是有很大的優(yōu)勢(shì)。

2.2儲(chǔ)罐與筒倉(cāng)

一般地，儲(chǔ)罐與筒倉(cāng)對(duì)抗裂要求比較高，預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛用于這種結(jié)構(gòu)主要利用預(yù)應(yīng)力主動(dòng)軸力來(lái)抵抗混凝土拉應(yīng)力來(lái)提高抗裂性能；尤其是圓筒結(jié)構(gòu)，環(huán)壁的混凝土只受環(huán)向軸力作用，正是預(yù)應(yīng)力最適合的結(jié)構(gòu)形式。繞絲后張預(yù)應(yīng)力混凝土水池在國(guó)內(nèi)應(yīng)用了幾十年，主要采用預(yù)壓應(yīng)力來(lái)抵消由于水對(duì)筒壁產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力。這樣用高強(qiáng)鋼材提高了抗裂性能就可以在同等抗裂條件下減小截面尺寸，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

最近我國(guó)高層建筑發(fā)展迅速，且多為多功能綜合性建筑，需要大柱網(wǎng)、大空間的公共設(shè)施在下部，從受力的角度講這是不合理的，解決這種矛盾的最常用方式就是設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的逐漸成熟，預(yù)應(yīng)力材料及施工費(fèi)不斷下降，即使用材料等強(qiáng)代換的概念從經(jīng)濟(jì)上來(lái)比較預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在許多情況下后者并不比前者經(jīng)濟(jì)。因此我國(guó)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的情況越來(lái)越多，大多數(shù)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式有成功地采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的例子：如位于8度抗震設(shè)防區(qū)高64.2m的北京市公安局刑科樓就是做了跨越2~4層高達(dá)4800mm的預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換大梁；寧波浙海大廈，地上52層，地下2層，在6層處設(shè)置了2000mm的預(yù)應(yīng)力厚板和3500x3200mm的暗梁作為該超高層建筑的轉(zhuǎn)換層；上海乾鴻苑大廈由九座塔樓組成，塔樓在60米左右不等，塔樓扭轉(zhuǎn)48度，上下層錯(cuò)位，采用厚970mm長(zhǎng)約140m寬為40m~70m不等的不規(guī)則梯形預(yù)應(yīng)力厚板作為該多塔高層的轉(zhuǎn)換層。

采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)帶來(lái)許多結(jié)構(gòu)和施工上的優(yōu)點(diǎn)，如減少截面尺寸、控制裂縫和撓度，控制施工階段的裂縫及減輕支撐負(fù)擔(dān)等。只要采用預(yù)應(yīng)力度適當(dāng)，構(gòu)造處理得當(dāng)，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗震是可以得到保證的。且由于減小了轉(zhuǎn)換構(gòu)件的尺寸，對(duì)抗震也是有利的。

3 特種結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

體育建筑在各大中城市興起，體育建筑的形式多樣，風(fēng)格各異，使預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用豐富多彩。如南京為承辦第三屆城運(yùn)會(huì)興建的四座體育館，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位都是采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)；江蘇省的儀征化纖體育場(chǎng)、無(wú)錫市體育場(chǎng)、南京師范學(xué)院體育場(chǎng)的觀眾席都采用了大懸挑的預(yù)應(yīng)力混凝土雨蓬。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，許多雨蓬采用鋼結(jié)構(gòu)，可以獲得更大跨度，但是造價(jià)和維修費(fèi)用都比較高，所以在適當(dāng)跨度內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)還是有很大的優(yōu)勢(shì)。

一般地，儲(chǔ)罐與筒倉(cāng)對(duì)抗裂要求比較高，預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛用于這種結(jié)構(gòu)主要利用預(yù)應(yīng)力主動(dòng)軸力來(lái)抵抗混凝土拉應(yīng)力來(lái)提高抗裂性能；尤其是圓筒結(jié)構(gòu)，環(huán)壁的混凝土只受環(huán)向軸力作用，正是預(yù)應(yīng)力最適合的結(jié)構(gòu)形式。繞絲后張預(yù)應(yīng)力混凝土水池在國(guó)內(nèi)應(yīng)用了幾十年，主要采用預(yù)壓應(yīng)力來(lái)抵消由于水對(duì)筒壁產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力。這樣用高強(qiáng)鋼材提高了抗裂性能就可以在同等抗裂條件下減小截面尺寸，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

各種用途的塔式結(jié)構(gòu)如電視塔、通信塔、燈塔及各種水塔中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)同樣得到了廣泛應(yīng)用。例如在我國(guó)援建的大型水塔工程有一個(gè)水塔叫做阿爾及爾水塔，它是由8座水塔組成的 ，在這 8 座當(dāng)中有 3 座是 2500m3的預(yù)應(yīng)力混凝土水塔，他們的高度都在 38m 左右 ，在施工時(shí)要施加水平的環(huán)向預(yù)應(yīng)力。還有預(yù)應(yīng)力技術(shù)基礎(chǔ)也不少見(jiàn)，主要形式是預(yù)應(yīng)力條基、箱基和筏基。此外，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)，疊合結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力的技術(shù)也在不斷成熟中，工程實(shí)例也越來(lái)越多。

4 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的展望

在新世紀(jì)土木工程的各項(xiàng)專業(yè)活動(dòng)中， 預(yù)應(yīng)力技術(shù)將進(jìn)一步發(fā)揮作用， 并推動(dòng)土木工程科技的創(chuàng)新和發(fā)展在建筑工程中， 預(yù)應(yīng)力技術(shù)是建造大跨度公共建筑、 大型會(huì)議展覽中心及大開(kāi)間住宅的重要技術(shù)， 也是高層、 超高層建筑和承受特重荷載 （如轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、 重型傳力大梁等） 的不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)一句話， 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在解決大、 高、 重、 新建筑工程的設(shè)計(jì)和建造難題中將繼續(xù)發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì) 并且它也是調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力和減少、 甚至取消大面積工程伸縮縫， 防止開(kāi)裂的重要手段 此外， 預(yù)應(yīng)力技術(shù)還將推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新， 如預(yù)應(yīng)力拉桿替代柱的懸掛建筑結(jié)構(gòu)將獲得一定的發(fā)展!南京正在設(shè)計(jì)中的一座高樓已考慮采用懸掛結(jié)構(gòu)方案!

在公路工程中， 預(yù)應(yīng)力技術(shù)對(duì)解決路面混凝土開(kāi)裂和減少伸縮縫， 提高使用壽命具有良好的應(yīng)用前景!在橋梁和隧道工程中， 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用更為廣闊!不論是超大跨的懸索橋 （1000m 以上， 甚至達(dá)2000m） 、 特大跨的斜拉橋 （500到1000m） ， 還是大中跨度的系桿拱橋 （小于500m） 、 連續(xù)梁橋、 剛構(gòu)橋及小跨度的簡(jiǎn)支梁橋、 板橋， 都可有效地應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)!在我國(guó)今后的地鐵車站等地下工程中也將應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)。

在特種結(jié)構(gòu)工程及海洋工程中， 預(yù)應(yīng)力混凝土抗裂性高、 耐久性好等優(yōu)越性將得到充分的發(fā)揮。世界上幾座最高的電視塔， 如多倫多塔、 莫斯科塔及上海塔等， 都是采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)建造的， 否則解決不了抗風(fēng)防裂等難題。預(yù)應(yīng)力混凝土更是建造海洋工程的最好材料。預(yù)應(yīng)力技術(shù)在海洋采油平臺(tái)、海洋儲(chǔ)罐， 海上運(yùn)輸船以及海上防波堤、 跨海大橋等海洋工程中將發(fā)揮更高的效能。此外， 預(yù)應(yīng)力技術(shù)也將在水利工程或其他工程如舊建筑的加固改造、 加層和拆除中獲得更多的應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用極為廣泛， 并且， 還將進(jìn)一步擴(kuò)大。