特种结构预应力技术应用情况及技术展望

摘要 预应力混凝土结构在现代建筑中是比较常用的 ，特种结构是其中的一种特殊形式 ，它的发展和应用是比较有潜力的，在特种结构中也发挥着巨大的作用，在今后的工程中一定会得到更好的应用和推广。

关键词 特种结构预应力 ；技术应用；展望

中图分类号： TU378.1文献标识码： A

采用预应力技术带来许多结构和施工上的优点，如减少截面尺寸、控制裂缝和挠度，控制施工阶段的裂缝及减轻支撑负担等。只要采用预应力度适当，构造处理得当，预应力结构的抗震是可以得到保证的。且由于减小了转换构件的尺寸，对抗震也是有利的。人类在不断的进步 ，社会经济也在不断的发展，随着公共事业的发展，各种特殊功能的构筑物不断出现，有些特殊构筑物的使用功能及受力性能常常需要预应力技术才能实现，预应力技术在这些特殊功能构筑物中发挥了重要的作用。

1特种结构预应力技术概述

特种结构预应力技术具有利用环向的布束抗内压和纵裂、利用竖向布束抗侧弯和横裂及内锚外压以保持岩体稳定等特性。环向预应力钢筋主要是布置在盛储结构或者是压力管道结构中，这样可以使得在其结构中产生预应力，混凝土的预压应力可以抵消由于径向外力产生的拉应力，构件的混凝土始终处在受压应力状态，这样可以使混凝土不开裂，满足抗渗防水的要求，主要在核反应堆、安全壳、水塔以及

筒仓结构中都有应用。利用竖向布束抗侧弯和横裂主要是承受横向的荷载，所以比较容易产生过大的侧弯变形或者是横向裂缝，当沿结构竖向布置预应力钢筋时就可以明显的改变结构的受力，提高结构的抗变形能力，另外，对高耸结构的整体抗弯性有较大影响的还有水平施工缝。在岩土的加固中，预应力的锚索类特种结构的应用时比较广

泛的，它往往是可以通过一端的粘结而固定在地层中，另一端结合在被加固物上，通过这种形式形成一种新的结构复合体，高强预应力钢筋是预应力锚索的主要受力结构，在结构中起着关键才作用 ，预应力锚索主要是通过自身去建立张预应力场来抑制、减低天然力场的，这样对工程的地质体造成的危害相对来说会减少，它的主要目的就是充分调用工程地质体的自身的稳定性去改善其内部的应力状态 ，从而达到稳定的效果。

2 特种结构类别及发展概况

随着公共事业的发展，各种特殊功能的构筑物不断出现，有些特殊构筑物的使用功能及受力性能常常需要预应力技术才能实现，预应力技术在这些特殊功能构筑物中发挥了重要的作用。

2.1大悬挑结构

体育建筑在各大中城市兴起，体育建筑的形式多样，风格各异，使预应力技术的应用丰富多彩。如南京为承办第三届城运会兴建的四座体育馆，关键结构部位都是采用预应力技术；江苏省的仪征化纤体育场、无锡市体育场、南京师范学院体育场的观众席都采用了大悬挑的预应力混凝土雨蓬。随着钢结构的发展，许多雨蓬采用钢结构，可以获得更大跨度，但是造价和维修费用都比较高，所以在适当跨度内预应力混凝土结构还是有很大的优势。

2.2储罐与筒仓

一般地，储罐与筒仓对抗裂要求比较高，预应力技术广泛用于这种结构主要利用预应力主动轴力来抵抗混凝土拉应力来提高抗裂性能；尤其是圆筒结构，环壁的混凝土只受环向轴力作用，正是预应力最适合的结构形式。绕丝后张预应力混凝土水池在国内应用了几十年，主要采用预压应力来抵消由于水对筒壁产生环向拉应力。这样用高强钢材提高了抗裂性能就可以在同等抗裂条件下减小截面尺寸，带来可观的经济效益。

2.3转换层结构

最近我国高层建筑发展迅速，且多为多功能综合性建筑，需要大柱网、大空间的公共设施在下部，从受力的角度讲这是不合理的，解决这种矛盾的最常用方式就是设置结构转换层。随着预应力技术的逐渐成熟，预应力材料及施工费不断下降，即使用材料等强代换的概念从经济上来比较预应力混凝土结构与钢筋混凝土结构，在许多情况下后者并不比前者经济。因此我国高层建筑转换层结构中采用预应力技术的情况越来越多，大多数转换层结构形式有成功地采用预应力技术的例子：如位于8度抗震设防区高64.2m的北京市公安局刑科楼就是做了跨越2~4层高达4800mm的预应力转换大梁；宁波浙海大厦，地上52层，地下2层，在6层处设置了2000mm的预应力厚板和3500x3200mm的暗梁作为该超高层建筑的转换层；上海乾鸿苑大厦由九座塔楼组成，塔楼在60米左右不等，塔楼扭转48度，上下层错位，采用厚970mm长约140m宽为40m~70m不等的不规则梯形预应力厚板作为该多塔高层的转换层。

采用预应力技术带来许多结构和施工上的优点，如减少截面尺寸、控制裂缝和挠度，控制施工阶段的裂缝及减轻支撑负担等。只要采用预应力度适当，构造处理得当，预应力结构的抗震是可以得到保证的。且由于减小了转换构件的尺寸，对抗震也是有利的。

3 特种结构预应力技术的应用

体育建筑在各大中城市兴起，体育建筑的形式多样，风格各异，使预应力技术的应用丰富多彩。如南京为承办第三届城运会兴建的四座体育馆，关键结构部位都是采用预应力技术；江苏省的仪征化纤体育场、无锡市体育场、南京师范学院体育场的观众席都采用了大悬挑的预应力混凝土雨蓬。随着钢结构的发展，许多雨蓬采用钢结构，可以获得更大跨度，但是造价和维修费用都比较高，所以在适当跨度内预应力混凝土结构还是有很大的优势。

一般地，储罐与筒仓对抗裂要求比较高，预应力技术广泛用于这种结构主要利用预应力主动轴力来抵抗混凝土拉应力来提高抗裂性能；尤其是圆筒结构，环壁的混凝土只受环向轴力作用，正是预应力最适合的结构形式。绕丝后张预应力混凝土水池在国内应用了几十年，主要采用预压应力来抵消由于水对筒壁产生环向拉应力。这样用高强钢材提高了抗裂性能就可以在同等抗裂条件下减小截面尺寸，带来可观的经济效益。

各种用途的塔式结构如电视塔、通信塔、灯塔及各种水塔中，预应力技术同样得到了广泛应用。例如在我国援建的大型水塔工程有一个水塔叫做阿尔及尔水塔，它是由8座水塔组成的 ，在这 8 座当中有 3 座是 2500m3的预应力混凝土水塔，他们的高度都在 38m 左右 ，在施工时要施加水平的环向预应力。还有预应力技术基础也不少见，主要形式是预应力条基、箱基和筏基。此外，预应力钢结构，叠合结构采用预应力的技术也在不断成熟中，工程实例也越来越多。

4 预应力技术的展望

在新世纪土木工程的各项专业活动中， 预应力技术将进一步发挥作用， 并推动土木工程科技的创新和发展在建筑工程中， 预应力技术是建造大跨度公共建筑、 大型会议展览中心及大开间住宅的重要技术， 也是高层、 超高层建筑和承受特重荷载 （如转换层结构、 重型传力大梁等） 的不可缺少的关键技术一句话， 预应力技术在解决大、 高、 重、 新建筑工程的设计和建造难题中将继续发挥其独特的优势 并且它也是调整结构内力和减少、 甚至取消大面积工程伸缩缝， 防止开裂的重要手段 此外， 预应力技术还将推动建筑结构的创新， 如预应力拉杆替代柱的悬挂建筑结构将获得一定的发展!南京正在设计中的一座高楼已考虑采用悬挂结构方案!

在公路工程中， 预应力技术对解决路面混凝土开裂和减少伸缩缝， 提高使用寿命具有良好的应用前景!在桥梁和隧道工程中， 预应力技术的应用更为广阔!不论是超大跨的悬索桥 （1000m 以上， 甚至达2000m） 、 特大跨的斜拉桥 （500到1000m） ， 还是大中跨度的系杆拱桥 （小于500m） 、 连续梁桥、 刚构桥及小跨度的简支梁桥、 板桥， 都可有效地应用预应力技术!在我国今后的地铁车站等地下工程中也将应用预应力技术。

在特种结构工程及海洋工程中， 预应力混凝土抗裂性高、 耐久性好等优越性将得到充分的发挥。世界上几座最高的电视塔， 如多伦多塔、 莫斯科塔及上海塔等， 都是采用预应力技术建造的， 否则解决不了抗风防裂等难题。预应力混凝土更是建造海洋工程的最好材料。预应力技术在海洋采油平台、海洋储罐， 海上运输船以及海上防波堤、 跨海大桥等海洋工程中将发挥更高的效能。此外， 预应力技术也将在水利工程或其他工程如旧建筑的加固改造、 加层和拆除中获得更多的应用。预应力技术在土木工程中的应用极为广泛， 并且， 还将进一步扩大。