浅谈预应力混凝土的工程应用

浅谈预应力混凝土的工程应用

摘要：通过对预应力混凝土结构的设计研究分析，文章分析了预应力混凝土的工程应用，认为应结合经济发展的实际情况，进一步探讨既能为工程界所接受，又能满足耐久性要求的裂缝控制标准，以推动高效预应力混凝土结构的发展。

关键词：:预应力混凝土；；设计方法；工程应用

在普通钢筋混凝土受拉构件和受弯构件中，一般都存在混凝土的受拉区，而混凝土本身的抗拉强度及极限拉应变却很小(混凝土抗拉强度约为抗压强度1/10，抗拉极限应变约为极限压应变的1/12)，其极限拉应变约为(0.1一0.15)xl0-3，因此，对使用中不允许出现裂缝的构件，受拉钢筋的应力仅为20-30N/mn2;对于允许开裂的构件，当裂缝宽度限制在0.2~0.3mm时，受拉钢筋的应力也只能在250 N/mn2左右。所以，如果采用高强度的钢筋，在使用阶段钢筋达到屈服时其拉应变很大，约在2x10-3以上，与混凝土极限拉应变相差悬殊，裂缝宽度将很大，无法满足使用要求。因而在普通钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能充分发挥作用的。由于无法充分利用高强度钢材和高强度等级混凝土，使普通钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。另外，对于处于高湿度或侵蚀性环境中的构件，为了满足变形和裂缝控制的要求，则须增加构件的截面尺寸和用钢量，将导致自重过大，也不很经济，甚至无法建造。由此可见，在普通钢筋混凝土构件中，高强混凝土和高强钢筋是不能充分发挥作用的。

为了充分利用高强混凝土及钢筋，可以在混凝土构件的受拉区预先施加压应力，造成人为的压应力状态。当构件在荷载作用下产生拉应力时，首先要抵消混凝土的预压应力，然后随着荷载的增加，混凝土才受拉并随着荷载继续增加而出现裂缝，因而可推迟裂缝的出现，减小裂缝的宽度，满足使用要求。这种在构件受荷前预先对混凝土受拉区施加压应力的结构称为“预应力混凝土结构”。将预应力原理用于混凝土的实践始于十九世纪八十年代，但由于当时对混凝土和钢筋在应力状态下的性能缺少认识，施加的预应力太小，效果不是很明显，所以都没能得到推广应用。预应力混凝土进入实用阶段与法国工程师弗雷西奈(Freyssinet)的贡献是分不开的。他在对混凝土和钢材性能进行大量研究和总结前人经验的基础上，考虑到混凝土收缩和徐变产生的损失，于1928年指出了预应力混凝土必须采用高强钢材和高强混凝土。弗氏这一论断是预应力混凝土在理论上的关键性突破，从此，对预应力混凝土的认识开始进入新的阶段。预应力混凝土的大量推广，开始于第二次世界大战结束后的1945年。当时西欧由于战争对工业、交通、城市建设造成的大量破坏，急待恢复或重建，而钢材供应异常紧张，一些原来用钢结构的工程纷纷采用改用预应力混凝土结构代替，几年之内西欧和东欧各国都取得了蓬勃地发展。其应用的范围，开始是桥梁和工业厂房，后来扩大到土木建筑工程的各个领域。70年代后预应力混凝土更是在土建结构的各个领域扮演着重要的角色。混凝土是一种抗压强度高而抗拉强度低的脆性结构材料，它的抗拉强度比抗压强度要低很多。因此，素混凝土只适用于抗压而不适用于抗拉、抗弯