[摘要]本文介绍了预应力和预应力混凝土的概念,着重阐述了预应力混凝土的张拉方式,分析了我国预应力的发展现状并提出了加大对预应力混凝土的科研力度的殷切希望。
[关键词]预应力 混凝土 先张法 后张法
第二次世界大战后,由于钢材的紧缺,预应力混凝土结构大量代替钢结构以修复战争破坏的结构,于是预应力混凝土技术得到了蓬勃发展。1950年成立的国际预应力混凝土协会(FIP)更是极力促进预应力混凝土技术的发展。近30年来,预应力混凝土技术在土建结构的各个领域扮演着重要的角色。
我国的预应力混凝土结构是在20世纪50年代发展起来的。最初试用于预应力钢弦混凝土轨枕,之后预应力混凝土在全国范围内开始推广。预应力混凝土技术在桥梁工程中发展最快,尤其在20世纪70年代后期,我国修建的各类大桥几乎全是预应力混凝土结构。近年来,预应力混凝土技术在桥梁以外的土建结构中也得到了迅速发展,一个发生在我国土建结构领域内的变革已经到来。
一、预应力
在工程结构构件承受外荷载之前,对受拉模块中的钢筋,施加预拉应力,提高构件的刚度,推迟裂缝出现的时间,增加构件的耐久性。对于机械结构来看,其含义为预先使其产生应力,其好处是可以提高构造本身刚性,减少振动和弹性变形这样做可以明显改善受拉模块的强度,使原本的抗性更强。
在结构承受外荷载之前,预先对去在外荷载作用下的受拉区施加压应力,以改善结构使用的性能的结构型式称之为预应力结构。
如木桶,在还没装水之前采用铁箍或竹箍套紧桶壁,边对木桶壁产生一个环向的压应力,若施加的压应力超过水压力引起的拉应力,木桶就不会开裂漏水。在圆形水池上作用预应力就像木桶加箍一样。同样,在受弯构件的荷载加上去之前给构件施加预应力就会产生一个和与荷载作用产生的变形相反的变形,荷载要构件沿他作用方向发生变形之前必须最先把这个与荷载相反的变形抵消,才能继续使构件沿荷载方向发生变形。这样,预应力就像给构件多施加了一道防护一样。
二、预应力的应用—预应力混凝土
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。
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。
无粘结预应力钢筋。将预应力钢筋的外表面涂以沥清,油脂或其他润滑防锈材料,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。
三、预应力混凝土施加预应力的方法
预应力混凝土构件的制作方法有先张法和后张法。
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.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。
四、结语
我国推广预应力混凝土已有五十多年的历史,但普及程度不高,熟悉业务的专业人才不多,据相关部门调查了解,即使是一些甲级设计院,迄今仍只有少数几个专业工程人员,与60年代相比,进展不大。为什么难普及?原因很多,但最主要的是预应力混凝土学科比较复杂,涉及领域有高强材料、生产工艺、机械设备、设计与施工等专业,而且这些技术交织在一起很难分开,要掌握完整的学科知识,难度的确较大。在实际生产实践中,国外多采用专业分工与合作的方式进行。例如预制预应力混凝土房屋的设计应与预制工厂合作;现浇后张预应力混凝土房屋的设计应与后张技术专业公司合作进行设计。
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。