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浅谈预应力混凝土工程技术发展现状及未来

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2018-10-12
简介
本文主要阐述了预应力混凝土工程技术发展现状及未来,并介绍了预应力混凝土概念,预应力的概念用于混凝土结构的发展史等,并分析了我国预应力混凝土技术未来发展趋势,解析出预应力混凝土必将迎来更加美好的应用前景。

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浅析预应力混凝土工程技术发展及前景摘要:预应力混凝土结构的截面小、刚度大、抗裂性和耐久性好,在的土木工程领域,尤其在大跨度钢筋混凝土结构,如桥梁、大空间建筑等工程中得到广泛应用。随着高强度钢材、高强度等级混凝土以及新预应力技术的出现,扩大了预应力结构的使用范围,在普通民用建筑中,也有较多的使用。本文简要介绍了预应力混凝土工程技术发展现状及发展趋势。目前,我国混凝土的年用量约为40亿立方米,用于房屋建筑和土木工程的水利、交通、市政等所有行业,从结构材料类型方面来讲,混凝土及预应力混凝土结构约占全部工程结构的90%以上,混凝土及预应力混凝土将是现阶段乃至未来二十年内我国主导的工程结构材料。关键词:预应力混凝土;工程技术;发展现状;未来趋势1预应力混凝土概念1.1预应力混凝土定义预应力混凝土,为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象,在构件使用(加载)以前,预先给混凝土一个预压力,即在混凝土的受拉区内,用人工加力的方法,将钢筋进行张拉,利用钢筋的回缩力,使混凝土受拉区预先受压力。这种储存下来的预加压力,当构件承受由外荷载产生拉力时,首先抵消受拉区混凝土中的预压力,然后随荷载增加,才使混凝土受拉,这就限制了混凝土的伸长,延缓或不使裂缝出现,这就叫做预应力混凝土。1.2预应力混凝土基本原理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。建筑工地用砖钳装卸砖块,被钳住得一叠水平砖不会提落。旋紧自行车轮的钢丝,使车轮受压力后而钢丝不折。混凝土的抗压强度虽高,而抗拉强度却很低,预应力筋可先穿入套管也可以后穿。通过对预期受拉的部位施加预压应力的方法,就能克服混凝土抗拉强度低的弱点,达到利用预压应力建成不开裂的结构。1.3预应力混凝土特点与钢筋混凝土相比,预应力混凝土的优点:由于采用了高强度钢材和高强度混凝土,预应力混凝土构件具有抗裂能力强、抗渗性能好、刚度大、强度高、抗剪能力和抗疲劳性能好的特点,对节约钢材(可节约钢材40%~50%、混凝土20%~40%)、减小结构截面尺寸、降低结构自重、防止开裂和减少挠度都十分有效,可以使结构设计得更为经济、轻巧与美观。预应力混凝土缺点:预应力混凝土构件的生产工艺比钢筋混凝土构件复杂,技术要求高,需要有专门的张拉设备、灌浆机械和生产台座等以及专业的技术操作人员;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。1.4预应力混凝土分类预应力混凝土的分类:1.预应力混凝土按预应力度大小分:全预应力混凝土和部分预应力混凝土。2.预应力混凝土按施工方式分:预制预应力混凝土、现浇预应力混凝土和叠合预应力混凝土等。3.按预加应力的方法分:先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土。先张法是为了提高钢筋混凝土构件的抗裂性能以及避免钢筋混凝土构件过早出现裂缝,而在混凝土构件预制过程中对其预先施加应力以提高构件性能的一种方法。通常在浇灌混凝土之前张拉钢筋的制作方法也称为先张法,它在工程建设中起着重要作用。台座在先张法构件生产中是主要的承力构件,它必须具有足够的承载能力、刚度和稳定性,以免因台座的变形、倾覆和滑移而引起预应力的损失,以确保先张法生产构件的质量。后张法指的是先浇筑混凝土,待达到设计强度的75%以上后再张拉预应力钢材以形成预应力混凝土构件的施工方法。后张法具有良好的充盈性能、具有很高的早期强度和后期强度等特点。2发展史将预应力的概念用于混凝土结构是美国工程师P.H.杰克孙于1886年首先提出的,1928年法国工程师E.弗雷西内提出必须采用高强钢材和高强混凝土以减少混凝土收缩与徐变(蠕变)所造成的预应力损失,使混凝土构件长期保持预压应力之后,预应力混凝土才开始进入实用阶段。1939年奥地利的V.恩佩格提出对普通钢筋混凝土附加少量预应力高强钢丝以改善裂缝和挠度性状的部分预应力新概念。1940年,英国的埃伯利斯进一步提出预应力混凝土结构的预应力与非预应力配筋都可以采用高强钢丝的建议。预应力混凝土的大量采用是在1945年第二次世界大战结束之后,当时西欧面临大量战后恢复工作。由于钢材奇缺,一些传统上采用钢结构的工程以预应力混凝土代替。开始用于公路桥梁和工业厂房,逐步扩大到公共建筑和其他工程领域。在50年代中国和苏联对采用冷处理钢筋的预应力混凝土,作出了容许开裂的规定。直到1970年,第六届国际预应力混凝土会议上肯定了部分预应力混凝土的合理性和经济意义。认识到预应力混凝土与钢筋混凝土并不是截然不同的两种结构材料,而是同属于一个统一的加筋混凝土系列。在以全预应力混凝土与钢筋混凝土为两个边界之间的范围,则为容许混凝土出现拉应力或开裂的部分预应力混凝土范围。设计人员可以根据对结构功能的要求和所处的环境条件,合理选用预应力的大小,以寻求使用性能好、造价低的最优结构设计方案,是预应力混凝土结构设计思想上的重大发展。中国于1956年开始推广预应力混凝土。20世纪50年代,主要采用冷拉钢筋作为预应力筋,生产预制预应力混凝土屋架、吊车梁等工业村厂房构件。70年代,在民用建筑中开始推广冷拔低碳钢丝配筋得预应力混凝土中小型构件。20世纪80年代以来,预应力混凝土大量应用于大型公共建筑、高层及超高层建筑、大跨度桥梁和多层工业厂房等现代工程。经过50多年的努力探索,中国在预应力混凝土的设计理论、计算方法、构件系列、结构体系、张拉锚固体系、预应力工艺、预应力筋和混凝土材料等方面,已经形成一套独特的体系;在预应力混凝土的施工技术与施工管理方面,已经积累了丰富得经验。谈谈预应力的发展(从材料,结构,施工,设计四个方面回答)预应力技术的应用从三十年代开始,出现了预应力混凝土。预应力混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力,大大高于钢筋混凝土结构,因而用途更为广阔。土木工程进入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史时期。混凝土的出现给建筑物带来了新的经济、美观的工程结构形式,使土木工程产生了新的施工技术和工程结构设计理论。这是土木工程的又一次飞跃发展。近年来由于结构材料强度在提高,预应力混凝土结构中常用混凝土强度等级为C40-C80,甚至更高,施工工艺水平也不断提高,设计上采用现代设计方法,这项技术也可称为高效预应力技术,目前在世界上土木结构工程中使用极为广泛的技术,几乎所有高大精尖的土木结构都采用了高效预应力技术,如大型公共建筑、大跨重载工业建筑、高层建筑、大中跨度桥梁建筑、大型特种结构、高耸电视塔、核电站安全壳、海洋平台等,1.1现代预应力技术在混凝土中的应用近年来,预应力混凝土在高层建筑结构中的应用有很大的发展,并且取得了较好的经济效益,主要主要体现在:无粘结预应力混凝土平板和预应力扁梁用于高层建筑的楼盖中,具有降低层高,节约钢材,简化模板,加快施工等显著的效果;预制预应力构件和现浇相结合的装配整体式高层建筑结构越来越多;随着预应力施工技术及耐久性技术的完善,一些更适合应用预应力混凝土的新结构体将得到极大的发展。1.2现代预应力技术在钢结构中的应用:预应力网壳结构:在网壳的局部或周边施加适当预应力而形成的预应力网壳结构,具有较好受力性能和良好经济技术指标。将预应力引入空间网壳结构,明显改善整个结构受力状态,降低结构造价,扩大应用范围,使之在很多方面具有其它大跨屋盖所不具备的优点。预应力悬索膜结构:自上世纪七十年代以来,膜结构得到了极大发展和广泛应用,已逐渐应用于覆盖整个体育场或周边看台的屋顶系统、机场大厅、机库、火车站台、商场、展览中心,露天大剧场、交通服务设施、音乐广场及建筑小品等不同跨度的建筑中。预应力技术的发展趋势2.1现代预应力技术在多层大跨结构中的发展方向建筑业是我国国民经济重要支柱产业之一,旺盛的建筑需求,日新月异的生产工艺变革以及人们对物质文化生活需求的迅速提高,使建筑结构正面临新的挑战。现代建筑结构正在向大柱网、大开间、大跨度、多功能方向发展,人们总想在有限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。预应力技术正以其跨度大、自重轻、节约材料、节省层高、改善功能等突出优点,迎合了现代建筑结构的发展趋势。2.2高层建筑结构中预应力技术发展方向近年来,现代预应力技术在高层建筑中的应用有很大发展,尤其是无粘结预应力混凝土平板和预应力砼扁梁用于高层建筑的楼盖,它具有降低层高,简化模板,提高施工速度等明显效果受到建设单位、设计和施工单位的普遍欢迎。预应力混凝土除用于楼盖外,有时还用来解决大跨度、大空间部位柱网转换时的转换梁、转换桁架,以及复杂柱网情况下的转换板。此外8~l8m跨度的预应力混凝土空心板和外墙用的装饰保温复合预应力混凝土墙板在高层建筑中的应用前景也很广阔。目前,高层建筑的外墙材料大都是红砖、小型砌块、实心混凝土或玻璃幕墙等墙体材料的改革势在必行。2.3预制现浇相结合的装配整体式结构将加速发展先张法预制预应力混凝土构件具有工厂化规模生产的各种优点,如质量控制水平高,构件耐久性好,模板周转率高,损耗小,它与现场浇注的后张法预应力混凝土相比,省去了留管灌浆工序或无粘结束的注油挤塑工序,省去了管道费用、涂包费用和锚具费用。在道路及运输吊装条件较好,运距不太大(200公里以内)的情况下,预制构件常常有良好的技术经济指标。随着大柱网、大开间多层建筑和高层建筑迅猛发展,长跨预应力砼空心板、T形板、大型预应力砼墙板等必将逐步兴起,预制梁板现浇柱或预制梁、板、柱与现浇节点相结合的各种装配整体式建筑结构体系预期会迅速发展,这种结构体系可以把预制与现浇二者的优点结合起来,避免纯装配式建筑对产品尺寸的高精度要求,结构整体性差和节点耗钢量大等缺点,又避免了现浇结构现场湿作业工程量大,受制于现场施工及气候条件,耗用大量模板、支撑等缺点。3.我国预应力混凝土技术未来发展趋势3.1新材料技术开发应用预应力混凝土材料技术的发展从来都是预应力混凝土技术革命的先驱。预应力混凝土钢筋除了目前使用的高强度钢材外,未来新型预应力混凝土钢筋都是强度高、自重轻、弹性模量大的聚碳纤维,玻璃纤维和聚醋纤维类非金属预应力混凝土钢筋。3.2多层大跨结构中预应力混凝土技术发展方向建筑业是我国国民经济重要支柱产业之一,旺盛的建筑需求,日新月异的生产工艺变革以及人们对物质文化生活需求的迅速提高,使建筑结构正面临新的挑战。近推荐建筑结构正在向大柱网、大开间、大跨度、多功能方向发展。人们总是想在有限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。预应力混凝土正以其跨度大、自重轻、节约材料、节省层高、改善功能等突出优点。迎合了近代建筑结构的发展趋向。3.3高层建筑结构中预应力混凝土技术发展方向近年来,预应力混凝土在高层建筑中的应用于有很大发展,尤其是无粘结预应力混凝土平板和预应力混凝土扁梁用于高层建筑的楼闰,具有降低层高,简化模板,加快施工等明显效果。受到建设单位、设计和施工单位的普遍欢迎。预应力混凝土除用于楼盖外,有时还用来解决大跨度,大空间部位柱网转换时的转换梁,转换桁架,以及复杂柱网情况下的转换板。此外8-18m跨度的预应力混凝土空心板,外墙用的装饰保温复合预应力混凝土墙板在高层建筑中的应用前景很广阔。3.4预制现浇相结合的装配整体式结构将加速发展随着大柱网、大开间多层建筑和高层建筑迅猛发展,长跨预应力混凝土空心板、T形板、大型预应力混凝土墙板等必将逐步兴起,预制梁板现浇柱,或预制梁、板、柱现浇节点相结合的各种装配整体式建筑结构体系预期会迅速发展,这种结构体系可以把预制与现浇二者的优点结合起来,避免纯装配式建筑对产品尺寸的高精度要求,结构整体性差和节点耗钢量大等缺点,叉避免了现浇结构现场湿作业工程量大,受制于现场施工及气候条件,耗用大量模板、支撑等缺点。3.5预应力技术在桥梁结构领域的发展趋势在桥梁结构领域中,预应力技术既是一种结构手段,又是与施工方法结合形成一整套以节段式施工为主体的预应力施工方法或专利,主要有预应力悬臂分段施工技术,分段顶推施工技术,移动模架逐孔施工技术,块体节段拼装技术,大节段预制吊装技术等。这些施工技术与预应力技术是紧密相关的,现有桥梁的改造、加固技术亦是研究开发方向。总之,预应力技术是比较成熟的一项工程技术,在今后的发展中,还将日臻完善。实践证明,预应力技术以种种优势,在建设领域有着强大的生命力和竞争力,甚至在其还未完全占领的领域仍然具有强大的发展力。我们有理由相信,随着我国建筑业的飞速发展,施工技术及施工队伍素质的不断提高,预应力混凝土必将迎来更加美好的应用前景。
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