預應力混凝土結構及其構件特點

敬 晨，杜學勝

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

預應力混凝土結構及其構件特點

敬 晨1，杜學勝2

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

闡述了預應力混凝土結構的基本概念及其施工工藝，重點介紹了預應力混凝土構件的特點。最后概談了預應力損失與全預應力混凝土的概念與用途。

預應力混凝土;先張法;后張法;抗拉;防裂縫;提高截面剛度

1 預應力混凝土結構的基本概念

預應力混凝土結構是在荷載作用之前對構件施加壓力，是在荷載作用時的截面受拉區預先存在的壓應力的混凝土結構。由于截面預加了壓應力，可以完全或部分地抵消因荷載而產生的拉應力，混凝土就能不再出現裂縫或至少推遲裂縫的出現。因此，預應力混凝土結構可顯著地提高構件的抗裂性和截面剛度。同時，也使得高強度鋼筋及高強度混凝土得以應用，極大地提高了構件的承載能力。

普通鋼筋混凝土構件的抗拉極限應變值只有0.1～0.15 mm，如果要使混凝土不開裂，則受拉鋼筋的應力只達到20～30 N/mm2。允許出現裂縫的構件，由于受裂縫寬度的限制，鋼筋應力也只能達到150～250 N/mm2。因此，雖然高強鋼材不斷發展，但在普通鋼筋混凝土構件中去不能充分發揮其作用。預應力混凝土是解決這一矛盾的有效方法。即在構件受拉區預先施加壓力產生預壓應力，當構件在荷載作用

下產生拉應力時，首先要抵消預應力，然后隨著荷載的不斷增加，受拉區混凝土才受拉開裂，從而推遲了裂縫的出現和制裂縫的開展，提高了構件的抗裂度和剛度。因此預應力混凝土在建筑工程中得到了廣泛的應用，其使用的范圍和數量是衡量一個國家建筑技術水平的重要標志之一。近年來，隨著高強鋼材進一步推廣應用，預應力施工工藝的簡化和完善，更推動著預應力混凝土發展。

2 預應力混凝土的施工工藝

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

預應力混凝土結構的鋼筋有非預應力鋼筋和預應力鋼筋之分。非預應力筋可采用I級、II級、III級熱軋鋼筋和乙級冷拔低碳鋼絲;預應力鋼筋有:甲級冷拔低碳鋼絲、冷拉II～Ⅳ級鋼筋、炭素鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋及精軋螺紋鋼筋等。

預應力混凝土結構的混凝土強度等級≥C30，當采用碳素鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時，混凝土強度等級≥C40。

在構件上施加預應力的辦法多種多樣，最常用的是用機械張拉預應力鋼筋，并將此鋼筋錨定在混凝土構件上，當被張拉伸長的鋼筋彈性回縮時，就通過錨具(或黏結力)使混凝土產生預壓應力。按張拉的工藝不同，可分為先張法與后張法兩大類。

3 預應力混凝土構件的特點

預應力混凝土真有比較突出的優點，預應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、飛機跑道、樁、電桿等結構。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。

在預應力混凝土中，一般采用高強度鋼筋或鋼絲。常用的有冷拉的熱軋鋼筋、冷拔低碳鋼絲、高強碳素鋼等。在后張法構件中，常采用由高強鋼絲平行組成的鋼絲束或絞扭成的鋼絞線。在應力力構件中，混凝土的強度等級一般≥30 N/mm2;當采用高強鋼絲和熱處理鋼筋時，應≥40 N/mm2。某些工程中，混凝土強度已達到 80～100 N/mm2。張拉預應力鋼筋時，需采用專用的錨具與夾具，它們的類型眾多，應根據具體條件選用。

4 預應力損失與全預應力混凝土

張拉鋼筋建立起的預應力，會隨著錨具變形、混凝土徐變、收縮、鋼絲松弛等原因而逐步降低，稱為預應力損失。設法減少損失是預應力混凝土研究中的重要課題。

在預應力混凝土發展的初期，其設計準則是:在全部最不利荷載作用下，混凝土永遠處于受壓狀態而不允許出現拉應力，稱為全預應力混凝土。全預應力混凝土抗裂性極好，但高強鋼筋需用量較多;當預壓區混凝土建立的預壓應力大于永久荷載所產生的拉應力時，所引起的反拱(構件反向變形)，將因混凝土的徐變而持續發展，影響正常使用。實踐表明，全預應力在許多場合并無必要，這就提出了部分預應力混凝土的概念。部分預應力混凝土允許在荷載最不利組合下，面出現拉應力(或允許出現微細裂縫)。但要求在經常出現的永久荷載作用下，不出現拉應力(或裂縫能閉合)。由于部分預應力構件可用一部分中強度的非預應力鋼筋代替高強鋼筋，經濟指標較好，又可減少過大的反拱，加上延性較好，有利于抗震，因而工程應用日益增多。

［1］ 盧循.建筑施工技術(上冊)［M］.北京:中國建筑工業出版社，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.

TV33

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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;杜學勝(1974－)，男，黑龍江阿城人，助理工程師。