预应力混凝土在建筑结构设计中的应用

李莉

（甘肃工业职业技术学院甘肃，天水）

预应力混凝土在建筑结构设计中的应用

李莉

（甘肃工业职业技术学院甘肃，天水）

预应力混凝土可推迟混凝土裂缝的出现和开展，能充分发挥钢筋和混凝土各自的特性，提高钢筋混凝土构件的刚度、抗裂性和耐久性。本文以先张法施工的轴心受拉预应力混凝土为例，简要叙述了其结构受力特性及设计要点。

预应力；裂缝；承载力；设计要点

一、引言

钢筋混凝土结构是目前建筑的主要结构形式，普通钢筋混凝土结构自重大，抗拉性能较差，使得地基及基础在处理及设计过程中受到上部结构荷载影响较大，且混凝土与钢筋共同作用时，在构件受拉区往往由于混凝土本身抗拉强度低的问题限制了钢筋性能的充分发挥。目前虽已有采用轻质高强的混凝土和高强钢筋，但未从根本上解决混凝土容易开裂的问题。预应力混凝土通过对混凝土预先施加应力，使其在工作过程中受拉区的应力大幅度减小甚至消失，能够充分发挥钢筋和混凝土各自的特性，提高钢筋混凝土构件的刚度、抗裂性和耐久性，可有效地利用高强度钢筋和高强度等级的混凝土，且在同等条件下具有自重轻、构件截面小、省材料的特点。因此，预应力混凝土结构是目前最有前途的结构形式。

二、预应力混凝土的概念

混凝土结构在受力过程中受拉区早期容易出现裂缝，为了克服其抗拉强度低的缺点，在构件使用之前，预先在混凝土受拉区施加一个预压力，通过张拉钢筋，浇筑混凝土，待钢筋与混凝土之间具有足够粘结力时放张钢筋，利用钢筋回弹力使该部位混凝土预先受压。构件在未使用的情况下，其内部已经储存有预压力，当构件工作过程中受到外荷载作用发生变形局部受拉时，这部分拉力须先抵消混凝土内存在的预压力，随着荷载及形变的增大，构件施加预压力部分逐渐从受压状态过渡到不受力，再到受拉，大大延缓甚至阻止了混凝土裂缝的出现，从根本上改变了混凝土的受力性能，通过配置高强钢筋及高强度等级的混凝土，能大幅度提高混凝土构件的承载力及抵抗变形的能力，这种形式的混凝土就称为预应力混凝土。

三、预应力混凝土的结构受力特性

现以先张法施工的轴心受拉预应力混凝土为例，简要叙述其结构受力特性。

1、先张法施工

张拉预应力筋并固定在台座上→浇注混凝土构件→待混凝土强度达设计要求的70%以上时放张预应力筋→预应力筋回缩对混凝土施加预压力。

2、预应力损失值

预应力损失值包括锚具变形和预应力筋回缩损失σl1、管道摩擦损失σl2、温差应力损失σl3、应力松弛损失σl4及混凝土收缩徐变损失σl5。先张法构件预应力损失的组合：第一批损失σlI=σl1+σl2+σl3+σl4；第二批损失σlII=σl5。预应力总损失的下限值：先张法构件：σl≥100N/mm2。

3、先张法构件各阶段的受力分析

（1）施工阶段

（2）加载阶段

四、轴心受拉预应力混凝土构件的设计要点

1、使用阶段的承载力验算

2、施工阶段的承载力验算

放松（或张拉并锚固）预应力筋时：

其中， ccσ ——放松（或张拉并锚固）钢筋时混凝土承受的预压应力；

3、抗裂度和裂缝宽度验算

（1）抗裂度验算。

其中：σck——荷载标准组合下抗裂验算边缘的混凝土法向应力；

σpc——扣除全部预应力损失后在抗裂验算边缘混凝土的预压应力。

（2）裂缝宽度验算。

对在使用阶段允许出现裂缝的预应力混凝土轴心受拉构件应进行裂缝宽度的验算，

五、结语

随着建筑业的飞速发展，各种建筑及结构形式层出不穷，结构受力情况愈发复杂，构件设计要求也越来越高，为了适应新形势下土木业的发展，预应力混凝土技术也在不断进步与完善，现已扩大应用到砖，石，木、型钢等各种结构材料中，且突破了混凝土不能受拉、容易开裂的约束。经过研究表明预应力结构在地震区也是能够应用的，其在地震的水平及竖向荷载作用下会发生屈服，从而产生塑性铰，吸收部分地震能量使结构避免损坏，抗震性能优于普通混凝土结构。为满足建筑材料更高标准的要求需不断提高我国预应力技术水平，加快新技术、新工艺的开发与研究，使预应力混凝土能够广泛应用到各类建筑工程及桥梁工程中，充分发挥其优越性能。

[1]向欣.混凝土工程中常见裂缝的分析与修补方法.西部探矿工程, 2005.3.

[2]方立权,刘长荣,彭彦涛．预应力混凝土轴心受拉构件的计算. 黑龙江水利科技,2006.12.

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1007-6344（2015）08-0116-01