预应力混凝土构件在结构工程中的应用1

预应力混凝土构件在结构工程中的应用

土木建筑工程学院 田洋洋 2013301550167

摘要：本文主要介绍预应力混凝土的定义与分类，着重介绍其中的部分预应力混凝土在桥梁结构工程中的应用。

关键词：预应力混凝土，部分预应力混凝土，预应力度。

1. 预应力混凝土及其构件的定义和工作原理

预应力混凝土是为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在构件使用（加载）以前，预先给混凝土一个预压力，即在混凝土的受拉区内，用人工加力的方法，将钢筋进行张拉，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先受压力。这种储存下来的预加压力，当构件承受由外荷载产生拉力时，首先抵消受拉区混凝土中的预压力，然后随荷载增加，才使混凝土受拉，这就限制了混凝土的伸长，延缓或不使裂缝出现，这就叫做预应力混凝土。以预应力混凝土制成的结构，因以张拉钢筋的方法来达到预压应力，所以也称预应力钢筋混凝土结构。预应力混凝土的工作原理：预压应力用来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而将结构构件的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态,以推迟混凝土裂缝的出现和开展，从而提高构件的抗裂性能和刚度。

根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同分类：（1）全预应力混凝土。在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件，属严格要求不出现裂缝的构件,和严格控制预应力构件的截面尺寸和预应力梁的挠度。（2）部分预应力混凝土。允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，属允许出现裂缝的构件。(3)无粘结预应力钢

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筋。将预应力钢筋的外表面涂以沥清，油脂或其他润滑防锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带,塑料带包裹，以防止施工中碰坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋。特点：不需要预留孔道，也不必灌浆、施工简便、快速、造价较低、易于推广应用。本文主要讨论半预应力混凝土在桥梁结构工程中的应用。

2.桥梁中采用预应力混凝土的发展历程：

我国的预应力混凝土技术起步较晚，1956年首先从前苏联引进，以后逐步推广应用于桥梁工程，20世纪60年代因要在汾河上建立第二座汾河大桥，考虑采用预应力混凝土结构，试制并试验了净跨15m的无横隔板梁，预应力筋采用级粗钢筋，试制虽获成功但没有运用到实际工程上。在太原真正开始采用预应力混凝土梁的是1983年开工的南内环汾河桥，跨径38m的主桥为钭桥连续梁。以后在柴村、小店、东山高速路大量采用了跨径30m与40m预应力混凝土梁。目前太原最大跨径预应力混凝土桥是跨径60m的新迎泽桥。预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种,它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好,特别是主梁变形挠曲线平缓,桥面伸缩缝少,行车舒适等优点。加上这种桥型的设计施工均较成熟,施工质量和施工工期能得到控制,成桥后养护工作量小。预应力混凝土连续梁的适用范围一般在150 m以内,上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。

可以看出，部分预应力混凝土的范围非常广，即使有一点预应力也能称作部分预应力混凝土，但在桥梁工程中部分预应力混凝土的使用也是有一定范围的。按规范可分为两类，即A类和 B类，A类规定正截面混凝土的拉应力不超过规定的限值，B 类为正截面混凝土的拉应力超过规定的限值，但裂缝宽度不超过规定的限值，因此部分预应力混凝土是介于全预应力混凝土和普通钢筋混凝土之间的一种结构，是全预应力混凝土之后的又一新发展。

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3.部分预应力混凝土的优越性

(1)由于预应力值较低，主筋的配筋量基本上可由强度确定，对于抗裂要求较的全预应力构件，主筋的配筋一般均由抗裂要求确定，比按强度计算要求的配筋量要多，所以部分预应力混凝土可节约较多的预应力钢筋或钢丝。(2)预应力值降低后，特别是增配非预应力钢筋后，提高了结构的延性和结构的抗震性，且同时有良好的恢复特性。（3）预应力钢筋减少后，减少了张拉锚固等工序，特别是后张法构件，节约了锚夹具，简化了构件的端部构造，对混凝土标号的要求也相。

预应力技术在钢—混凝土组合结构和钢结构中的应用为提高构件截面的抗弯刚度和抗弯承载力，延缓和抑制混凝土板的开裂，通常对普通钢、混凝土组合梁的钢梁施加体外预应力形成预应力钢、混凝土组合梁是一个显著而有效的方法。预应力钢—混凝土组合梁不仅极大地扩宽了普通钢—混凝土组合梁在工程上的应用领域，而且具有普通钢—混凝土组合梁与预应力结构的许多优点，对现代预应力技术在组合结构领域提供了强有力的支持。它能充分发挥钢梁的抗拉性能和混凝土的抗压性能，使二者能够很好的结合在一起，更好的承担上面传来的荷载。采用这种结构可以显著提高构件的承载能力，可以节省钢材，减少梁的截面，增大梁的跨度。例如福建会堂观众厅35米的大跨楼盖结构就是采用了预应力钢—混凝土组合结构，它的应用为施工带来了方便而且节省了大量的模板。

4.预应力混凝土技术的材料前沿

纤维增强塑料筋（FRP）的研制与应用。FRP是由多肢连续纤维采用基底材料胶合后，经过特制的模具挤压、拉拔成型的。FRP筋具有抗拉强度高，质量密度小，抗腐蚀性能良好，而且FRP筋的热膨胀系数与混凝土相近，弹性模量小，但也有缺点，抗剪强度低，成本较高、生产制作工作较复杂。它的特性包括：1、热性能良好；2、耐腐蚀性能好；3、

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可设计性好；4、轻质高强；5、工艺性优良；6、电性能好。国际上开始研究非钢材的纤维增强塑料筋在预应力混凝土结构中的应用，是在20世纪80年代以后。FRP学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。1988年日本，最先用CFRP预应力筋修建了公路桥，1996年又用AFRP力筋修建了茨城悬索板桥。20世纪90年代后加拿大等国也开始应用CFRP绞线作为预应力筋。到现在为止，用FRP预应力筋修建的混凝土桥已有几十座。由现在的形势来看，在未来将会有更多的预应力混凝土桥梁的出现。

5.匀应力混凝土的抗震问题

预应力混凝土结构抗震问题当前国际混凝土结构工程界对预应力混凝土结构的抗震问题给予了重视。日本在1995 年神户大阪地震之后, 结合混凝土结构(包括预应力混凝土结构) 在地震中的实际表现进行了调查并作了大量研究工作, 其它国家也作了不少研究工作。研究表明预应力结构在地震区是能够应用的, 和普通钢筋混凝土结构一样,需要的是合理的设计和施工。采用竖向预应力加固普通钢筋混凝土结构可提高结构抗震性能。采用竖向预应力的凝土结构, 可以提高结构抵抗水平荷载的能力,并在地震之后又能很快的复原。在地震作用下,产生塑性铰, 提高整个结构的延性和耗能能力而避免损坏,因而具有良好抗震性能。

6.发展前景

为适应我国经济的发展, 缓解交通问题给人们生产生活带来的不便, 预应力混凝土结构的应用范围将更加广阔, 因此我们应加强提高预应力技术水平的科研工作。和发达国家相比, 我们预应力混凝土工程的研究相对落后。凭借我们已有的强大队伍,和一些单位在预应力技术推广应用中的创收实力完全可以承担和完成这项重要的科研任务。同时,设计和施

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工的分离也是影响我国预应力混凝土结构迅速发展的因素之一。因此有必要成立大型强而有力的预应力混凝土工程公司,承担重大预应力混凝土工程, 并担负新技术开发研究, 并做好与设计和施工之间的联系,以提高我国的预应力技术水平。

参考文献:

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[3]郭变梅.桥梁工程中的部分预应力混凝土构件.2003.

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