浅析预应力混凝土的研究与发展

摘 要: 预应力混凝土虽然只有几十年的历史，然而人们对预应力原理的应用却由来已久。也有利于恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力。如中国古代的工匠早就运用预应力的原理来制作木桶。木桶的环向预压应力通过套紧竹箍的方法产生。只要水对桶壁产生的环向拉应力不超过环向预压应力，则桶壁木板之间将始终保持受压的紧密状态，预压应力通过两端锚具传给构件混凝土。木桶就不会开裂和漏水。本文阐述了预应力混凝土发展概况，从其理论以及推广应用方面简要的介绍了预应力混凝土的发展历史。

关键词:预应力混凝土；研究；发展

中图分类号：TU528.571 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

随着人民生活水平的不断提高，要求建筑业提供舒适的、明快的空间和灵活多变的平面组合，以满足生活和工作的多种需要；人们总想在有限制的建筑面积和空间内获得最好的使用功能和最佳的投资回报。普通混凝土框架结构由于跨度小，柱网密，往往无法满足多种功能的需要。预应力混凝土正以其跨度大、自重轻、节约建筑材料、节省建筑层高、改善建筑与结构功能等突出的优点，迎合了近代建筑结构的发展趋势，该技术的快速发展和应用，解决了工程中的许多难题，其综合经济效益和社会效益十分显著。

2 预应力混凝土

预应力混凝土结构：在结构受外荷载之前，先对混凝土预加应力，人为的事先对结构造成一种应力状态，使之可以抵消由于外荷载产生的全部或部分拉应力。

预应力的基本原理是，在结构承受外荷载之前，在其可能开裂的部位，预先认为地施加预应力，以抵消或减少外荷载产生的拉应力，使构件在正常使用下不会开裂，或裂缝开得较晚，开展宽度较小。为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现,充分利用高强度钢筋及高强度混凝土,设法在混凝土结构或构件承受使用荷载前,预先对受拉区的混凝土施加压力后的混凝土就是预应力混凝土。

根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同分类：①全预应力混凝土，在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件，属严格要求不出现裂缝的构件,和严格控制预应力构件的截面尺寸和预应力梁的挠度。②部分预应力混凝土，允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，属允许出现裂缝的构件。③无粘结预应力钢筋，将预应力钢筋的外表面涂以沥清，油脂或其他防锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带,塑料带包裹，以防止施工中碰坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋。

2.1预应力混凝土的优点

2.1.1 抗裂性好，刚度大。由于对构件施加预应力，大大推迟了裂缝的出现，在使用荷载作用下，构件可不出现裂缝，或使裂缝推迟出现，所以提高了构件的刚度，增加了结构的耐久性。

2.1.2 节省材料，减小自重。其结构由于必须采用高强度材料，因此可减少钢筋用量和构件截面尺寸，节省钢材和混凝土，降低结构自重，对大跨度和重荷载结构有着明显的优越性。

2.1.3 提高构件的抗剪能力。试验表明，纵向预应力钢筋起着锚栓的作用，阻碍着构件斜裂缝的出现与开展，又由于预应力混凝土梁的曲线钢筋（束）合力的竖向分力将部分地抵消剪力。

2.1.4 提高受压构件的稳定性。当受压构件长细比较大时，在受到一定的压力后便容易被压弯，以致丧失稳定而破坏。如果对钢筋混凝土柱施加预应力，使纵向受力钢筋张拉得很紧，不但预应力钢筋本身不容易压弯，而且可以帮助周围的混凝土提高抵抗压弯的能力。

2.1.5 提高构件的耐疲劳性能。因为具有强大预应力的钢筋，在使用阶段因加荷或卸荷所引起的应力变化幅度相对较小，故此可提高抗疲劳强度，这对承受动荷载的结构来说是很有利的。

2.2预应力混凝土的缺点

2.2.1 工艺较复杂，对质量要求高，因而需要配备一支技术较熟练的专业队伍。

2.2.2 需要有一定的专门设备，如张拉机具、灌浆设备等。

2.2.3 预应力混凝土结构的开工费用较大，对构件数量少的工程成本较高。

2.3预应力混凝土构件的制作方法有先张法和后张法。

2.3.1 先张法。在混凝土灌注之前,先将由钢丝钢绞线或钢筋组成的预应力筋张拉到某一规定应力,并用锚具锚于台座两端支墩上,接着安装模板、构造钢筋和零件,然后灌注混凝土并进行养护。当混凝土达到规定强度后,放松两端支墩的预应力筋,通过粘结力将预应力筋中的张拉力传给混凝土而产生预压应力。先张法以采用长的台座较为有利,最长有用到一百多米的,因此有时也称作长线法。

2.3.2 后张法。先灌注构件,然后在构件上直接施加预应力的方法。一般做法多是先安置后张预应力筋成孔的套管、构造钢筋和零件,然后安装模板和灌注混凝土。预应力筋可先穿入套管也可以后穿。等混凝土达到强度后,用千斤顶将预应力筋张拉到要求的应力并锚于梁的两端,预压应力通过两端锚具传给构件混凝土。为了保护预应力筋不受腐蚀和恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力,预应力筋与套管之间的空隙必须用水泥浆灌实。水泥浆除起防腐作用外,也有利于恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力。为了方便施工,有时也可采用在预应力筋表面涂刷防锈蚀材料并用塑料套管或油纸包裹的无粘结后张预应力筋。

3 预应力混凝土的研究与发展

预应力混凝土是采用强度比普通钢材高五、六倍的新材料，它在设计、生产和施工上，确有其特殊性和复杂性，非一般建筑设计施工单位所能胜任。北美的PC是从学习西欧起步的，时间大约晚5一10年。1950年Walnut Lane桥的建成、是美国起步的突破口，它引起了美、加两国工程界极大重视和兴趣1 1949年美国Pottstown市的Baskin预制厂首先开发成功7股钢绞线，并用于长线台座生产，1952年Colorado预制厂研制成功先张混凝土双T板并取得专利。上述工艺与产品，为预制工业化和大批量生产提供了可行性。于是北美各大城市，新创立的预制厂，如雨后春笋，十年之内就设厂200多家，使北美成为1950年代全球PC发展最快的地区。不仅奠定了产品工业化生产的基础，还为日后的持续发展创造了条件，使北美的发展长期处于世界领先地位！

过去的50年，美国的预应力混凝土工业取得巨大的成就，从无到有，迄今已成为年营业额数十亿美元的工业。在全美各地，到处都可以看到从低层到高层的PC结构，能见到你想象得到的和想象不到的各式各样的应用。现在，建筑装饰用的外墙板、政府投资新的桥梁70％都是Pc的，多层停车楼极大部分都是PC的，这些结构都在良好的耐久性。近年来预制混凝土的质量又有很大的提高，建筑师与工程师们都认识到这是一咱可以选用的优良材料。这许多成功的应用都应归功于PCI协会的期刊、知识库、各种技术帮助和支援，以及工厂资质证书管理制度等工作。由于预应力混凝土应用的广泛性和灵活性，它的前途一片光明！

4 结语

随着我国经济的发展,预应力混凝土结构的应用范围将更加广阔,因此我们应加强提高预应力技术水平的科研工作。和发达国家相比,我们预应力混凝土工程的研究相对落后。设计和施工的分离也是影响我国预应力混凝土结构迅速发展的因素之一。因此有必要成立大型强而有力的预应力混凝土工程公司,承担重大预应力混凝土工程,担负新技术开发研究,并做好与设计和施工之间的联系,以提高我国的预应力技术水平。

参考文献：

[1] 杨南方等．混凝土结构施工实用手册．中国建筑工业出版社．2001

[2] 万钧.关于建筑施工技术管理探讨.城市建设理论研究(电子版),2011.

[3] 预应力混凝土结构；程东辉, 薛志成编著；中国计量出版社, 2010 [5]

[4] 国外预应力混凝土的发展和应用；杜拱辰编著；中国建筑工业出版社, 1982

[5] 预应力混凝土的发展 ； (英) 索柯编；邹鸿仁等译；中国铁道出版社, 1981