预应力混凝土结构及其构件特点

敬 晨，杜学胜

(1.黑龙江省水利工程建设局，哈尔滨 150081;2.黑龙江省水利第二工程处，哈尔滨 150300)

预应力混凝土结构及其构件特点

敬 晨1，杜学胜2

(1.黑龙江省水利工程建设局，哈尔滨 150081;2.黑龙江省水利第二工程处，哈尔滨 150300)

阐述了预应力混凝土结构的基本概念及其施工工艺，重点介绍了预应力混凝土构件的特点。最后概谈了预应力损失与全预应力混凝土的概念与用途。

预应力混凝土;先张法;后张法;抗拉;防裂缝;提高截面刚度

1 预应力混凝土结构的基本概念

预应力混凝土结构是在荷载作用之前对构件施加压力，是在荷载作用时的截面受拉区预先存在的压应力的混凝土结构。由于截面预加了压应力，可以完全或部分地抵消因荷载而产生的拉应力，混凝土就能不再出现裂缝或至少推迟裂缝的出现。因此，预应力混凝土结构可显著地提高构件的抗裂性和截面刚度。同时，也使得高强度钢筋及高强度混凝土得以应用，极大地提高了构件的承载能力。

普通钢筋混凝土构件的抗拉极限应变值只有0.1～0.15 mm，如果要使混凝土不开裂，则受拉钢筋的应力只达到20～30 N/mm2。允许出现裂缝的构件，由于受裂缝宽度的限制，钢筋应力也只能达到150～250 N/mm2。因此，虽然高强钢材不断发展，但在普通钢筋混凝土构件中去不能充分发挥其作用。预应力混凝土是解决这一矛盾的有效方法。即在构件受拉区预先施加压力产生预压应力，当构件在荷载作用

下产生拉应力时，首先要抵消预应力，然后随着荷载的不断增加，受拉区混凝土才受拉开裂，从而推迟了裂缝的出现和制裂缝的开展，提高了构件的抗裂度和刚度。因此预应力混凝土在建筑工程中得到了广泛的应用，其使用的范围和数量是衡量一个国家建筑技术水平的重要标志之一。近年来，随着高强钢材进一步推广应用，预应力施工工艺的简化和完善，更推动着预应力混凝土发展。

2 预应力混凝土的施工工艺

预应力混凝土的施工工艺有:先张法、后张法(包括无黏结后张法)、电热法等。先张法和后张法采用机械张拉，是最常用的两种施加预应力的方法。电热法是利用钢筋热胀冷缩原理来张拉预应力筋，主要用于曲线预应力筋的张拉。

预应力混凝土结构的钢筋有非预应力钢筋和预应力钢筋之分。非预应力筋可采用I级、II级、III级热轧钢筋和乙级冷拔低碳钢丝;预应力钢筋有:甲级冷拔低碳钢丝、冷拉II～Ⅳ级钢筋、炭素钢丝、钢绞线、热处理钢筋及精轧螺纹钢筋等。

预应力混凝土结构的混凝土强度等级≥C30，当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级≥C40。

在构件上施加预应力的办法多种多样，最常用的是用机械张拉预应力钢筋，并将此钢筋锚定在混凝土构件上，当被张拉伸长的钢筋弹性回缩时，就通过锚具(或黏结力)使混凝土产生预压应力。按张拉的工艺不同，可分为先张法与后张法两大类。

3 预应力混凝土构件的特点

预应力混凝土真有比较突出的优点，预应力混凝土大量用于制造大型屋面板、多孔楼板、屋架、吊车梁、大跨度楼层主梁、桥梁、水塔、贮液罐、压力管道、冷却塔、轨枕、飞机跑道、桩、电杆等结构。也可用来建筑挡水坝、隧洞衬砌、码头、闸墩、渡槽和涵管等水工建筑物。

在预应力混凝土中，一般采用高强度钢筋或钢丝。常用的有冷拉的热轧钢筋、冷拔低碳钢丝、高强碳素钢等。在后张法构件中，常采用由高强钢丝平行组成的钢丝束或绞扭成的钢绞线。在应力力构件中，混凝土的强度等级一般≥30 N/mm2;当采用高强钢丝和热处理钢筋时，应≥40 N/mm2。某些工程中，混凝土强度已达到 80～100 N/mm2。张拉预应力钢筋时，需采用专用的锚具与夹具，它们的类型众多，应根据具体条件选用。

4 预应力损失与全预应力混凝土

张拉钢筋建立起的预应力，会随着锚具变形、混凝土徐变、收缩、钢丝松弛等原因而逐步降低，称为预应力损失。设法减少损失是预应力混凝土研究中的重要课题。

在预应力混凝土发展的初期，其设计准则是:在全部最不利荷载作用下，混凝土永远处于受压状态而不允许出现拉应力，称为全预应力混凝土。全预应力混凝土抗裂性极好，但高强钢筋需用量较多;当预压区混凝土建立的预压应力大于永久荷载所产生的拉应力时，所引起的反拱(构件反向变形)，将因混凝土的徐变而持续发展，影响正常使用。实践表明，全预应力在许多场合并无必要，这就提出了部分预应力混凝土的概念。部分预应力混凝土允许在荷载最不利组合下，面出现拉应力(或允许出现微细裂缝)。但要求在经常出现的永久荷载作用下，不出现拉应力(或裂缝能闭合)。由于部分预应力构件可用一部分中强度的非预应力钢筋代替高强钢筋，经济指标较好，又可减少过大的反拱，加上延性较好，有利于抗震，因而工程应用日益增多。

［1］ 卢循.建筑施工技术(上册)［M］.北京:中国建筑工业出版社，1991.

［2］ 崔宗培，徐乾清，吴以鳌，等.中国水利百科全书［M］.北京:水利电力出版社，1990.

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1007－7596(2011)05－0041－01

2011－06－18

敬晨(1983－)，男，黑龙江哈尔滨人，助理工程师;杜学胜(1974－)，男，黑龙江阿城人，助理工程师。