淺析預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)基本原理及分類

摘要：隨著我國工程建設(shè)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在工程中得以廣泛使用，本文簡要介紹了預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的工作原理，并對國內(nèi)外預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)應(yīng)用進(jìn)行歸類分析，充分了解國內(nèi)外后張法預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。 

　　關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土 原理 分類 形式 

　　1.引言 

　　普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要弱點是，混凝土與鋼筋相比抗拉強度低，受拉極限應(yīng)變小。構(gòu)件在正常使用荷載作用下，鋼筋的應(yīng)變大大地超過了混凝土的受拉極限應(yīng)變值，這使得普通鋼筋混凝土構(gòu)件在使用階段易出現(xiàn)裂縫。在由高強鋼筋和高強混凝土組成的結(jié)構(gòu)中施加預(yù)應(yīng)力是克服普通鋼筋混凝土缺點的有效方法，使得構(gòu)件能很好的控制裂縫出現(xiàn)、提高承載能力、增加整體剛度。 

　　2 預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的基本原理 

　　預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)就是構(gòu)件在使用荷載作用之前，利用高強鋼筋預(yù)先對混凝土受拉區(qū)施加壓應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。也就是說，它是預(yù)先對混凝土或鋼筋混凝土構(gòu)件施加壓應(yīng)力，使之建立一種人為的應(yīng)力狀態(tài)，這種應(yīng)力的大小和分布規(guī)律，能有利于抵消使用荷載作用下不致開裂，或推遲開裂，或者減小裂縫開展的寬度。這種預(yù)先給混凝土引入應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，就稱為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。 

　　3.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的分類 

　　3.1 體內(nèi)預(yù)應(yīng)力和體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 

　　體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)就是將預(yù)應(yīng)力筋置于混凝土體內(nèi)，即常見的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。所謂體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是指將預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置在混凝土體外，只是將預(yù)應(yīng)力筋錨固于專門為之設(shè)計的鋼筋混凝土錨固塊上，全部預(yù)應(yīng)力都是通過兩端的錨固塊傳遞給整個結(jié)構(gòu)混凝土（圖1、2）。體外預(yù)應(yīng)力有三種類型：①全部體外預(yù)應(yīng)力，各跨預(yù)應(yīng)力鋼索連續(xù)；②全部體外預(yù)應(yīng)力，各跨預(yù)應(yīng)力鋼索不連續(xù)；③體外預(yù)應(yīng)力與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混合體系。 

　　3.1.1體外預(yù)應(yīng)力工藝的主要優(yōu)點 

　�。�1）在設(shè)計上預(yù)應(yīng)力索布置簡單，避免結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的復(fù)雜性。混凝土體內(nèi)不設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋或少設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋，使普通鋼筋布置容易，因而使施工工藝簡化，提高工作效率，工程質(zhì)量容易控制； 

　�。�2）體內(nèi)不設(shè)預(yù)應(yīng)力索管道，同時體外索預(yù)應(yīng)力又能抵抗腹板的剪力，因而腹板厚度可減小，減少工程量，降低造價； 

　　（3）道灌漿的事故減少或不發(fā)生問題，即使發(fā)生問題，亦容易解決； 

　�。�4）梁使用期間，可經(jīng)常進(jìn)行技術(shù)監(jiān)測，且易于更換。 

　　3.1.2體外預(yù)應(yīng)力工藝的缺點 

　�。�1）結(jié)構(gòu)易受災(zāi)禍破壞及火災(zāi)等傷害。 

　�。�2）體外預(yù)應(yīng)力鋼索對抵抗破壞荷載和保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的功效減弱。 

　�。�3）預(yù)應(yīng)力鋼索需要防護(hù)。 

　�。�4）體外預(yù)應(yīng)力鋼索在動荷載作用下，常發(fā)生振動，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計上予以考慮。 

　　3.2先張法和后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 

　　根據(jù)張拉鋼筋與澆注混凝土次序的先后，可分為先張法和后張法兩種。 

　　后張法系指在混凝土結(jié)硬后再張拉鋼筋的一種預(yù)加力方法。在施工時須先在梁內(nèi)設(shè)置能穿入預(yù)應(yīng)力筋的孔道（可用波紋管、鐵皮管或橡膠抽拔管），澆注混凝土，待混凝土結(jié)硬并達(dá)到一定強度后，即可將制作好的預(yù)應(yīng)力鋼筋穿入孔道，然后在梁的兩端用張拉機具進(jìn)行張拉并錨固于梁端。這時預(yù)應(yīng)力鋼筋與梁體混凝土之間尚無黏結(jié)，需要壓注水泥漿填塞孔道，使混凝土與預(yù)應(yīng)力鋼筋之間黏結(jié)成整體。后張法可用于曲線配筋，不需要永久性的張拉臺座，張拉設(shè)備簡單，便于現(xiàn)場施工，是生產(chǎn)大型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的主要方法。 

　　先張法系指先張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，再澆注混凝土的預(yù)加力方法。這種方法，須先設(shè)立張拉臺座。將制作好的預(yù)應(yīng)力鋼筋穿入兩端臺座，一般在一端用夾具夾牢，在另一端用張拉機具對預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉并臨時錨固于張拉臺座上。然后澆注混凝土，待混凝土硬結(jié)達(dá)到一定強度后再放松錨固設(shè)備或切斷鋼筋。這時，混凝土已能緊緊地握裹住預(yù)應(yīng)力鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋的回彈力通過鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)傳遞至混凝土，于是構(gòu)件就受到預(yù)壓應(yīng)力。先張法生產(chǎn)工藝簡單，工序少，效率高。所以多用于在有永久性或半永久性張拉臺座的預(yù)制構(gòu)件廠（場）內(nèi)，用長線法成批生產(chǎn)的定型的中、小型預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。但由于不能曲線配筋，這就限制了先張法不能用于大型結(jié)構(gòu)。 

　　3.3 外部和內(nèi)部預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 

　　就預(yù)加力來自結(jié)構(gòu)內(nèi)部和外部而言，又可分為內(nèi)部和外部預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。所謂預(yù)加力來自結(jié)構(gòu)內(nèi)部，通常是指用張拉鋼筋建立預(yù)應(yīng)力的方法，又稱內(nèi)部預(yù)加應(yīng)力法；所謂預(yù)加力來自結(jié)構(gòu)外部，通常是指用結(jié)構(gòu)外部條件建立預(yù)應(yīng)力的方法，又稱外部預(yù)加應(yīng)力法，如對超靜定結(jié)構(gòu)的支座進(jìn)行位移調(diào)整，便可使結(jié)構(gòu)受到預(yù)應(yīng)力。 

　　3.4 線預(yù)加應(yīng)力或環(huán)預(yù)加應(yīng)力結(jié)構(gòu) 

　　線預(yù)加應(yīng)力結(jié)構(gòu)通常是指一般的預(yù)應(yīng)力混凝土梁或板；而環(huán)預(yù)加應(yīng)力結(jié)構(gòu)通常是指預(yù)應(yīng)力混凝土環(huán)形結(jié)構(gòu)，如圓形的池罐、儲倉、壓力管等。 

　　3.5 部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 

　　部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，是指其處于以全預(yù)應(yīng)力混凝土和普通鋼筋混凝土為兩個極端的中間領(lǐng)域的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。即這種結(jié)構(gòu)按正常使用狀態(tài)下，允許截面受拉邊緣出現(xiàn)拉應(yīng)力或裂縫（限制其寬度在允許范圍內(nèi)）。部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，一般采用預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋混合配筋，因而兼有全預(yù)應(yīng)力混凝土和普通鋼筋混凝土兩者的優(yōu)越性。 

　　全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是指在使用荷載作用下，構(gòu)件全截面均保持處于受壓的狀態(tài)，不出現(xiàn)拉應(yīng)力。全預(yù)應(yīng)力雖然具有抗裂性好、剛度大可節(jié)約鋼材等優(yōu)點，但也存在著結(jié)構(gòu)延性差，對抗震不利，反拱過大等缺點。 

　　3.6其他預(yù)應(yīng)力形式 

　　另外還有無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，通常是指配置無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土。其一般做法是將預(yù)應(yīng)力鋼筋沿其全長的外表面涂刷有瀝青、油脂等潤滑防銹材料，然后用紙帶或塑料帶包裹或套以塑料管。在施工時可以直接放入模板中，然后澆注混凝土，待混凝土達(dá)到強度要求后，即可利用混凝土構(gòu)件本身作為支撐件，張拉鋼筋到控制應(yīng)力之后，用錨具將無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固于混凝土構(gòu)件上形成無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。 

　　近年來還出現(xiàn)了拉壓預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，即“雙預(yù)應(yīng)力”結(jié)構(gòu)。在混凝土梁的受壓區(qū)對混凝土施加預(yù)拉應(yīng)力，同時在梁的受拉區(qū)對混凝土施加預(yù)壓應(yīng)力，用這一拉一壓的方法來提高承載能力，降低梁的建筑高度。從理論上講，可使主梁在全部使用荷載作用下控制截面上的應(yīng)力，達(dá)到“零點”應(yīng)力狀態(tài)，從而在梁高受到嚴(yán)格限制的情況下，能有效降低建筑高度。對混凝土受壓區(qū)施加預(yù)拉應(yīng)力也有先拉法和后拉法之分，即，對預(yù)應(yīng)力鋼筋施加壓力，通過混凝土與鋼筋的黏結(jié)力傳遞給混凝土預(yù)拉力。 

　　目前國外已建成的多座拉壓雙作用實橋均是采用后壓法。后壓法預(yù)應(yīng)力筋要求摩阻力小、穩(wěn)定并能夠灌漿，者三項要求都需要精確制造的局部壓扁的套管。后壓法預(yù)應(yīng)力筋摩阻應(yīng)力損失大，千斤頂壓縮預(yù)壓元件需要支撐，施工困難。我國首次將先壓法雙作用預(yù)應(yīng)力簡支梁實際應(yīng)用于滬杭高速公路（上海段）工程中。采用先壓法大柔度預(yù)應(yīng)力筋具有普通細(xì)長鋼筋的柔性，受橫力作用彎曲自如，受預(yù)加力作用卻變形細(xì)微，長度不受失穩(wěn)限制，隨時間增加而降低的預(yù)應(yīng)力損失小。先壓法預(yù)應(yīng)力筋的主要工藝是：在澆注混凝土前，用穿入預(yù)壓鋼筋孔道的張拉鋼筋對預(yù)壓鋼筋施加壓力，然后放入混凝土受壓區(qū)；待混凝土結(jié)硬后，放松張拉鋼筋，拆除張拉鋼筋的拉拔力就等于對換算截面的預(yù)拉力，用來抵消混凝土受壓區(qū)超過限值的壓應(yīng)力。 

　　4.結(jié)語 

　　本文簡要介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)形成的基本原理，并針對國內(nèi)外工程中所用的預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)分類和特點中，著重介紹了目前國內(nèi)外預(yù)應(yīng)力混凝土的分類及其概念、優(yōu)缺點和適用范圍。文末簡要展望了目前國內(nèi)外預(yù)應(yīng)力的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢，為預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展及應(yīng)用提供參考。 

　　參考文獻(xiàn)： 

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