论预应力混凝土

摘要：预应力混凝土目前被广泛运用于各种土建类工程中，对其原理，施工方法，以及施工过程中要注意的问题进行了浅要分析。

关键词：预应力　混凝土　施工问题

中图分类号：TU7　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)006-024-01

1872年加利福尼亚工程师杰克逊，通过杆系有单独的砌块建造梁和拱而获得了专利，后来一段时间，由于没有可利用的高强钢材来克服预应力的损失，使此项研究发展缓慢，后来阿兰克苏认识到了混凝土收缩徐变对预应力损失的影响，他提出：对无粘结钢筋进行连续后张，会弥补由于收缩徐变使钢筋缩短而造成的钢筋内部的时变应力的损失，在20年代早期，Hewer发展了环预应力理论：通过使用松紧螺旋钮，使水平钢筋沿混凝土容器的器壁产生紧缩应力，从而防止容器透水，后来，在容器和管道上采用环预应力的方法在美国取得了长足的进步。随后经过Freyssinet和Abeles等人的改进就有了现在的预应力混凝土。

1　基本原理

钢筋混凝土构件虽然已广泛运用于各种工程结构，但他仍存在一些缺点，例如混凝土的极限抗拉应变很小，一般只有0.0001～0.00015左右，而钢筋的弹性模量为：2.06×105N／mm2，因此当钢筋中的应力为20～30Mpa时混凝土就已经开裂。根据规范规定一般混凝土的裂缝宽度不得大于0.2～0.3mm，与此相应的钢筋拉应力约为100～300Mpa。这就是说，在钢筋混凝土结构中钢筋应力最高也不过300Mpa无法再提高，使用更高强度的钢筋是无法发挥作用的，相应的也无法使用高强度混凝土。

由于裂缝的产生，使构件的刚度降低。若要满足裂缝控制的要求，则需要加大构件的截面尺寸或增加钢筋用量，这将导致结构自重或用钢量过大，很难用于大跨度结构。

为解决这一矛盾，人们设想对在荷载作用下的受拉区混凝土预先施加一定的压力，使其能够部分或全部抵消有荷载产生的拉应力，从而使混凝土避免开裂。这实际上是利用混凝土较高的抗压能力来弥补其抗拉能力的不足。

2　制作方法浅析

混凝土抗拉能力仅为抗压能力的8％～14％，由于抗拉强度低，挠曲裂缝会在受荷载早期就会产生，为了减小或防止裂缝的开展，可以沿着结构构件的纵向施加一个轴心或偏心荷载。此荷载可消除或大大减小使用荷载在跨中和支座临界面所产生的拉应力，从而控制了裂缝的开展，也提高了截面的抗弯，抗剪和抗扭能力。这样当所有的荷载都施加于结构上时，截面仍会处于弹性状态，使几乎全截面混凝土上的抗压能力都能得到充分利用。这种沿纵向施加的力称为预应力。

目前制作预应力混凝土的常用方法有两种。先张法：先在台座上张拉预应力筋，并将他临时锚固在台座上，然后假设模板，绑扎普通钢筋骨架，浇筑构件混凝土。待混凝土达到要求的强度后，切断或放松预应力钢筋。此时钢筋试图回缩，但由于钢筋与混凝土之间已经黏结在一起，因此钢筋的回缩力就通过这种黏结力传给混凝土，使其获得预应力。这种方法主要是靠黏结力锚固，不需要专门的锚具。其锚固原理是，当预应力筋受到张拉时，由于泊松效应，截面缩小。当切断或放松预应力筋时，端部应力为零，钢筋恢复其原来截面，在构件端部以内，钢筋的回缩受到周围混凝土的阻拦，造成径向压应力，并在钢筋和混凝土间产生黏结力，通过黏结应力使混凝土受到预压力。但是这种预压力的传递从构件端部向内要经过一段传递长度才能完成。后张法：先浇筑构件混凝土，并在其中预留穿束孔道，待混凝土结硬后，将筋束穿入预留孔道内，安装锚具，将千斤顶支撑于混凝土构件端部，张拉筋束，使构件也同时受到压缩。待张拉达到控制拉力后，即用锚具将筋束锚固于混凝土构件上，是混凝土获得并保持其压应力。最后，在预留孔道内压注水泥浆，以保护筋束不致锈蚀，并使筋束与混凝土黏结成为整体。故称为有黏结预应力混凝土。

3　制作时所遇问题处理及制作要点

(1)张拉时严格按照设计要求和有关规范执行，张拉采用双控，即应力控制和伸长量控制。

(2)施工中如因千斤顶工具式夹片磨损造成夹持不紧，出现滑丝，处理方法为压力机立即回油，更换工具式夹片，检查锚具锥孔与夹片间是否有杂物，清除锚垫板喇叭口内混凝土。再从新张拉，如果仍有滑丝现象，则应对钢绞线，锚具进行从新检测，对千斤项油压表进行从新标定，确保今后万无一失。

(3)制作预应力混凝土时，若条件允许可反复多次张拉并持荷一段时间，这样可以克服摩擦力过大的影响。(如由于漏浆，造成钢绞线与混凝土握裹，引起摩擦力过大等。)

(4)由于孔道摩阻而常常使伸长量缩小，这时应在开始张拉时吧钢绞线拉到5.0Mpa，再回油至油压表读数为零，然后分级张拉，并按规范进行超张拉，这样得出的张拉伸长值就满足设计要求。

(5)张拉过程中随时注意梁的上拱度和梁的侧向变形，避免梁体变形过大而产生裂纹，并及时观测各项数据，以便今后设计施工时作参考。

4　小结

目前预应力混凝土得到充分发展，但其仍然存在一些缺陷如：工艺复杂，对设备要求高，费用较大等，这需要我们不断研究，想出新方法(因地制宜，合理设计，妥善安排等)，来使预应力混凝土更加完美的与各种工程相适应。

参考文献：

[1]李乔，混凝土结构设计原理[M]，北京：中国铁道出版社，2010

[2]管利兵，预应力混凝土连续梁桥施工质量控制要点分析[J]，中国科技博览，2010，32

[3]李亚东，土木工程专业英语[M]，成都：西南交通大学出版社，2005