預應力混凝土在建筑結構設計中的應用

李莉

（甘肅工業職業技術學院甘肅，天水）

預應力混凝土在建筑結構設計中的應用

李莉

（甘肅工業職業技術學院甘肅，天水）

預應力混凝土可推遲混凝土裂縫的出現和開展，能充分發揮鋼筋和混凝土各自的特性，提高鋼筋混凝土構件的剛度、抗裂性和耐久性。本文以先張法施工的軸心受拉預應力混凝土為例，簡要敘述了其結構受力特性及設計要點。

預應力；裂縫；承載力；設計要點

一、引言

鋼筋混凝土結構是目前建筑的主要結構形式，普通鋼筋混凝土結構自重大，抗拉性能較差，使得地基及基礎在處理及設計過程中受到上部結構荷載影響較大，且混凝土與鋼筋共同作用時，在構件受拉區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揮。目前雖已有采用輕質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。預應力混凝土通過對混凝土預先施加應力，使其在工作過程中受拉區的應力大幅度減小甚至消失，能夠充分發揮鋼筋和混凝土各自的特性，提高鋼筋混凝土構件的剛度、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、構件截面小、省材料的特點。因此，預應力混凝土結構是目前最有前途的結構形式。

二、預應力混凝土的概念

混凝土結構在受力過程中受拉區早期容易出現裂縫，為了克服其抗拉強度低的缺點，在構件使用之前，預先在混凝土受拉區施加一個預壓力，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力時放張鋼筋，利用鋼筋回彈力使該部位混凝土預先受壓。構件在未使用的情況下，其內部已經儲存有預壓力，當構件工作過程中受到外荷載作用發生變形局部受拉時，這部分拉力須先抵消混凝土內存在的預壓力，隨著荷載及形變的增大，構件施加預壓力部分逐漸從受壓狀態過渡到不受力，再到受拉，大大延緩甚至阻止了混凝土裂縫的出現，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應力混凝土。

三、預應力混凝土的結構受力特性

現以先張法施工的軸心受拉預應力混凝土為例，簡要敘述其結構受力特性。

1、先張法施工

張拉預應力筋并固定在臺座上→澆注混凝土構件→待混凝土強度達設計要求的70%以上時放張預應力筋→預應力筋回縮對混凝土施加預壓力。

2、預應力損失值

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

3、先張法構件各階段的受力分析

（1）施工階段

（2）加載階段

四、軸心受拉預應力混凝土構件的設計要點

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）預應力筋時：

其中， ccσ ——放松（或張拉并錨固）鋼筋時混凝土承受的預壓應力；

3、抗裂度和裂縫寬度驗算

（1）抗裂度驗算。

其中：σck——荷載標準組合下抗裂驗算邊緣的混凝土法向應力；

σpc——扣除全部預應力損失后在抗裂驗算邊緣混凝土的預壓應力。

（2）裂縫寬度驗算。

對在使用階段允許出現裂縫的預應力混凝土軸心受拉構件應進行裂縫寬度的驗算，

五、結語

隨著建筑業的飛速發展，各種建筑及結構形式層出不窮，結構受力情況愈發復雜，構件設計要求也越來越高，為了適應新形勢下土木業的發展，預應力混凝土技術也在不斷進步與完善，現已擴大應用到磚，石，木、型鋼等各種結構材料中，且突破了混凝土不能受拉、容易開裂的約束。經過研究表明預應力結構在地震區也是能夠應用的，其在地震的水平及豎向荷載作用下會發生屈服，從而產生塑性鉸，吸收部分地震能量使結構避免損壞，抗震性能優于普通混凝土結構。為滿足建筑材料更高標準的要求需不斷提高我國預應力技術水平，加快新技術、新工藝的開發與研究，使預應力混凝土能夠廣泛應用到各類建筑工程及橋梁工程中，充分發揮其優越性能。

[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,劉長榮,彭彥濤．預應力混凝土軸心受拉構件的計算. 黑龍江水利科技,2006.12.

TU7

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1007-6344（2015）08-0116-01