預(yù)應(yīng)力混凝土在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

李莉

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院甘肅，天水）

預(yù)應(yīng)力混凝土在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

李莉

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院甘肅，天水）

預(yù)應(yīng)力混凝土可推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)和開展，能充分發(fā)揮鋼筋和混凝土各自的特性，提高鋼筋混凝土構(gòu)件的剛度、抗裂性和耐久性。本文以先張法施工的軸心受拉預(yù)應(yīng)力混凝土為例，簡要敘述了其結(jié)構(gòu)受力特性及設(shè)計要點。

預(yù)應(yīng)力；裂縫；承載力；設(shè)計要點

一、引言

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重大，抗拉性能較差，使得地基及基礎(chǔ)在處理及設(shè)計過程中受到上部結(jié)構(gòu)荷載影響較大，且混凝土與鋼筋共同作用時，在構(gòu)件受拉區(qū)往往由于混凝土本身抗拉強度低的問題限制了鋼筋性能的充分發(fā)揮。目前雖已有采用輕質(zhì)高強的混凝土和高強鋼筋，但未從根本上解決混凝土容易開裂的問題。預(yù)應(yīng)力混凝土通過對混凝土預(yù)先施加應(yīng)力，使其在工作過程中受拉區(qū)的應(yīng)力大幅度減小甚至消失，能夠充分發(fā)揮鋼筋和混凝土各自的特性，提高鋼筋混凝土構(gòu)件的剛度、抗裂性和耐久性，可有效地利用高強度鋼筋和高強度等級的混凝土，且在同等條件下具有自重輕、構(gòu)件截面小、省材料的特點。因此，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是目前最有前途的結(jié)構(gòu)形式。

二、預(yù)應(yīng)力混凝土的概念

混凝土結(jié)構(gòu)在受力過程中受拉區(qū)早期容易出現(xiàn)裂縫，為了克服其抗拉強度低的缺點，在構(gòu)件使用之前，預(yù)先在混凝土受拉區(qū)施加一個預(yù)壓力，通過張拉鋼筋，澆筑混凝土，待鋼筋與混凝土之間具有足夠粘結(jié)力時放張鋼筋，利用鋼筋回彈力使該部位混凝土預(yù)先受壓。構(gòu)件在未使用的情況下，其內(nèi)部已經(jīng)儲存有預(yù)壓力，當(dāng)構(gòu)件工作過程中受到外荷載作用發(fā)生變形局部受拉時，這部分拉力須先抵消混凝土內(nèi)存在的預(yù)壓力，隨著荷載及形變的增大，構(gòu)件施加預(yù)壓力部分逐漸從受壓狀態(tài)過渡到不受力，再到受拉，大大延緩甚至阻止了混凝土裂縫的出現(xiàn)，從根本上改變了混凝土的受力性能，通過配置高強鋼筋及高強度等級的混凝土，能大幅度提高混凝土構(gòu)件的承載力及抵抗變形的能力，這種形式的混凝土就稱為預(yù)應(yīng)力混凝土。

三、預(yù)應(yīng)力混凝土的結(jié)構(gòu)受力特性

現(xiàn)以先張法施工的軸心受拉預(yù)應(yīng)力混凝土為例，簡要敘述其結(jié)構(gòu)受力特性。

1、先張法施工

張拉預(yù)應(yīng)力筋并固定在臺座上→澆注混凝土構(gòu)件→待混凝土強度達(dá)設(shè)計要求的70%以上時放張預(yù)應(yīng)力筋→預(yù)應(yīng)力筋回縮對混凝土施加預(yù)壓力。

2、預(yù)應(yīng)力損失值

預(yù)應(yīng)力損失值包括錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋回縮損失σl1、管道摩擦損失σl2、溫差應(yīng)力損失σl3、應(yīng)力松弛損失σl4及混凝土收縮徐變損失σl5。先張法構(gòu)件預(yù)應(yīng)力損失的組合：第一批損失σlI=σl1+σl2+σl3+σl4；第二批損失σlII=σl5。預(yù)應(yīng)力總損失的下限值：先張法構(gòu)件：σl≥100N/mm2。

3、先張法構(gòu)件各階段的受力分析

（1）施工階段

（2）加載階段

四、軸心受拉預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的設(shè)計要點

1、使用階段的承載力驗算

2、施工階段的承載力驗算

放松（或張拉并錨固）預(yù)應(yīng)力筋時：

其中， ccσ ——放松（或張拉并錨固）鋼筋時混凝土承受的預(yù)壓應(yīng)力；

3、抗裂度和裂縫寬度驗算

（1）抗裂度驗算。

其中：σck——荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下抗裂驗算邊緣的混凝土法向應(yīng)力；

σpc——扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后在抗裂驗算邊緣混凝土的預(yù)壓應(yīng)力。

（2）裂縫寬度驗算。

對在使用階段允許出現(xiàn)裂縫的預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度的驗算，

五、結(jié)語

隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，各種建筑及結(jié)構(gòu)形式層出不窮，結(jié)構(gòu)受力情況愈發(fā)復(fù)雜，構(gòu)件設(shè)計要求也越來越高，為了適應(yīng)新形勢下土木業(yè)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)也在不斷進(jìn)步與完善，現(xiàn)已擴(kuò)大應(yīng)用到磚，石，木、型鋼等各種結(jié)構(gòu)材料中，且突破了混凝土不能受拉、容易開裂的約束。經(jīng)過研究表明預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在地震區(qū)也是能夠應(yīng)用的，其在地震的水平及豎向荷載作用下會發(fā)生屈服，從而產(chǎn)生塑性鉸，吸收部分地震能量使結(jié)構(gòu)避免損壞，抗震性能優(yōu)于普通混凝土結(jié)構(gòu)。為滿足建筑材料更高標(biāo)準(zhǔn)的要求需不斷提高我國預(yù)應(yīng)力技術(shù)水平，加快新技術(shù)、新工藝的開發(fā)與研究，使預(yù)應(yīng)力混凝土能夠廣泛應(yīng)用到各類建筑工程及橋梁工程中，充分發(fā)揮其優(yōu)越性能。

[1]向欣.混凝土工程中常見裂縫的分析與修補方法.西部探礦工程, 2005.3.

[2]方立權(quán),劉長榮,彭彥濤．預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的計算. 黑龍江水利科技,2006.12.

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1007-6344（2015）08-0116-01