特種結構預應力技術應用情況及技術展望

歐陽哲

摘要 預應力混凝土結構在現代建筑中是比較常用的 ，特種結構是其中的一種特殊形式 ，它的發展和應用是比較有潛力的，在特種結構中也發揮著巨大的作用，在今后的工程中一定會得到更好的應用和推廣。

關鍵詞 特種結構預應力 ；技術應用；展望

中圖分類號： TU378.1文獻標識碼： A

采用預應力技術帶來許多結構和施工上的優點，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擔等。只要采用預應力度適當，構造處理得當，預應力結構的抗震是可以得到保證的。且由于減小了轉換構件的尺寸，對抗震也是有利的。人類在不斷的進步 ，社會經濟也在不斷的發展，隨著公共事業的發展，各種特殊功能的構筑物不斷出現，有些特殊構筑物的使用功能及受力性能常常需要預應力技術才能實現，預應力技術在這些特殊功能構筑物中發揮了重要的作用。

1特種結構預應力技術概述

特種結構預應力技術具有利用環向的布束抗內壓和縱裂、利用豎向布束抗側彎和橫裂及內錨外壓以保持巖體穩定等特性。環向預應力鋼筋主要是布置在盛儲結構或者是壓力管道結構中，這樣可以使得在其結構中產生預應力，混凝土的預壓應力可以抵消由于徑向外力產生的拉應力，構件的混凝土始終處在受壓應力狀態，這樣可以使混凝土不開裂，滿足抗滲防水的要求，主要在核反應堆、安全殼、水塔以及

筒倉結構中都有應用。利用豎向布束抗側彎和橫裂主要是承受橫向的荷載，所以比較容易產生過大的側彎變形或者是橫向裂縫，當沿結構豎向布置預應力鋼筋時就可以明顯的改變結構的受力，提高結構的抗變形能力，另外，對高聳結構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，預應力的錨索類特種結構的應用時比較廣

泛的，它往往是可以通過一端的粘結而固定在地層中，另一端結合在被加固物上，通過這種形式形成一種新的結構復合體，高強預應力鋼筋是預應力錨索的主要受力結構，在結構中起著關鍵才作用 ，預應力錨索主要是通過自身去建立張預應力場來抑制、減低天然力場的，這樣對工程的地質體造成的危害相對來說會減少，它的主要目的就是充分調用工程地質體的自身的穩定性去改善其內部的應力狀態 ，從而達到穩定的效果。

2 特種結構類別及發展概況

隨著公共事業的發展，各種特殊功能的構筑物不斷出現，有些特殊構筑物的使用功能及受力性能常常需要預應力技術才能實現，預應力技術在這些特殊功能構筑物中發揮了重要的作用。

2.1大懸挑結構

體育建筑在各大中城市興起，體育建筑的形式多樣，風格各異，使預應力技術的應用豐富多彩。如南京為承辦第三屆城運會興建的四座體育館，關鍵結構部位都是采用預應力技術；江蘇省的儀征化纖體育場、無錫市體育場、南京師范學院體育場的觀眾席都采用了大懸挑的預應力混凝土雨蓬。隨著鋼結構的發展，許多雨蓬采用鋼結構，可以獲得更大跨度，但是造價和維修費用都比較高，所以在適當跨度內預應力混凝土結構還是有很大的優勢。

2.2儲罐與筒倉

一般地，儲罐與筒倉對抗裂要求比較高，預應力技術廣泛用于這種結構主要利用預應力主動軸力來抵抗混凝土拉應力來提高抗裂性能；尤其是圓筒結構，環壁的混凝土只受環向軸力作用，正是預應力最適合的結構形式。繞絲后張預應力混凝土水池在國內應用了幾十年，主要采用預壓應力來抵消由于水對筒壁產生環向拉應力。這樣用高強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，帶來可觀的經濟效益。

2.3轉換層結構

最近我國高層建筑發展迅速，且多為多功能綜合性建筑，需要大柱網、大空間的公共設施在下部，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置結構轉換層。隨著預應力技術的逐漸成熟，預應力材料及施工費不斷下降，即使用材料等強代換的概念從經濟上來比較預應力混凝土結構與鋼筋混凝土結構，在許多情況下后者并不比前者經濟。因此我國高層建筑轉換層結構中采用預應力技術的情況越來越多，大多數轉換層結構形式有成功地采用預應力技術的例子：如位于8度抗震設防區高64.2m的北京市公安局刑科樓就是做了跨越2~4層高達4800mm的預應力轉換大梁；寧波浙海大廈，地上52層，地下2層，在6層處設置了2000mm的預應力厚板和3500x3200mm的暗梁作為該超高層建筑的轉換層；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48度，上下層錯位，采用厚970mm長約140m寬為40m~70m不等的不規則梯形預應力厚板作為該多塔高層的轉換層。

采用預應力技術帶來許多結構和施工上的優點，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擔等。只要采用預應力度適當，構造處理得當，預應力結構的抗震是可以得到保證的。且由于減小了轉換構件的尺寸，對抗震也是有利的。

3 特種結構預應力技術的應用

體育建筑在各大中城市興起，體育建筑的形式多樣，風格各異，使預應力技術的應用豐富多彩。如南京為承辦第三屆城運會興建的四座體育館，關鍵結構部位都是采用預應力技術；江蘇省的儀征化纖體育場、無錫市體育場、南京師范學院體育場的觀眾席都采用了大懸挑的預應力混凝土雨蓬。隨著鋼結構的發展，許多雨蓬采用鋼結構，可以獲得更大跨度，但是造價和維修費用都比較高，所以在適當跨度內預應力混凝土結構還是有很大的優勢。

一般地，儲罐與筒倉對抗裂要求比較高，預應力技術廣泛用于這種結構主要利用預應力主動軸力來抵抗混凝土拉應力來提高抗裂性能；尤其是圓筒結構，環壁的混凝土只受環向軸力作用，正是預應力最適合的結構形式。繞絲后張預應力混凝土水池在國內應用了幾十年，主要采用預壓應力來抵消由于水對筒壁產生環向拉應力。這樣用高強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，帶來可觀的經濟效益。

各種用途的塔式結構如電視塔、通信塔、燈塔及各種水塔中，預應力技術同樣得到了廣泛應用。例如在我國援建的大型水塔工程有一個水塔叫做阿爾及爾水塔，它是由8座水塔組成的 ，在這 8 座當中有 3 座是 2500m3的預應力混凝土水塔，他們的高度都在 38m 左右 ，在施工時要施加水平的環向預應力。還有預應力技術基礎也不少見，主要形式是預應力條基、箱基和筏基。此外，預應力鋼結構，疊合結構采用預應力的技術也在不斷成熟中，工程實例也越來越多。

4 預應力技術的展望

在新世紀土木工程的各項專業活動中， 預應力技術將進一步發揮作用， 并推動土木工程科技的創新和發展在建筑工程中， 預應力技術是建造大跨度公共建筑、 大型會議展覽中心及大開間住宅的重要技術， 也是高層、 超高層建筑和承受特重荷載 （如轉換層結構、 重型傳力大梁等） 的不可缺少的關鍵技術一句話， 預應力技術在解決大、 高、 重、 新建筑工程的設計和建造難題中將繼續發揮其獨特的優勢 并且它也是調整結構內力和減少、 甚至取消大面積工程伸縮縫， 防止開裂的重要手段 此外， 預應力技術還將推動建筑結構的創新， 如預應力拉桿替代柱的懸掛建筑結構將獲得一定的發展!南京正在設計中的一座高樓已考慮采用懸掛結構方案!

在公路工程中， 預應力技術對解決路面混凝土開裂和減少伸縮縫， 提高使用壽命具有良好的應用前景!在橋梁和隧道工程中， 預應力技術的應用更為廣闊!不論是超大跨的懸索橋 （1000m 以上， 甚至達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） 、 連續梁橋、 剛構橋及小跨度的簡支梁橋、 板橋， 都可有效地應用預應力技術!在我國今后的地鐵車站等地下工程中也將應用預應力技術。

在特種結構工程及海洋工程中， 預應力混凝土抗裂性高、 耐久性好等優越性將得到充分的發揮。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， 都是采用預應力技術建造的， 否則解決不了抗風防裂等難題。預應力混凝土更是建造海洋工程的最好材料。預應力技術在海洋采油平臺、海洋儲罐， 海上運輸船以及海上防波堤、 跨海大橋等海洋工程中將發揮更高的效能。此外， 預應力技術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用。預應力技術在土木工程中的應用極為廣泛， 并且， 還將進一步擴大。