1、 土木工程研究方法论论文-预应力技术在工程中的应用学 院 ：土木建筑工程学院土木工程研究方法论- 1 -预应力技术在工程中的应用【内容摘要】本文章首先会介绍预应力预应力技术的相关知识。之后会重点论述预应力技术在如今工程的应用。本文会从桥梁，房建，隧道三个方面对预应力技术的应用进行探讨。【关键词】预应力，技术应用，预应力混凝土。【引言】预应力是在 加 预 应 力 过 程 中 所 引 入 的 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 压 应 力 ,提 高 构 件 的 刚 度 ,推 迟 裂 缝 出现 的 时 间 ,增 加
2、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 弹 性 强 度 ， 使 原 本 的 抗 性 更 强 。 本 论 文 就 对 预 应 力 技术 在 工 程 的 应 用 做 一 个 论 述 。【 正 文 】一 、 预 应 力 结 构首 先 我 们 先 来 了 解 一 下 预 应 力 结 构 。 在 结 构 承 受 外 荷 载 之 前 ， 预 先 对 其在 外 荷 载 作 用 下 的 受
3、 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 。 最 早 接 触 预 应 力 结 构 是 在 结 构 设 计 联 赛 趣 味 组 的 比 赛 中 。比 赛 内 容 为 ， 用 一 定 数 量 纸 张 及 其 他 工 具 制 作 桥 梁 ， 承 重 最 多 的 获 胜 。结 构 联 赛 趣 味 组 桥 梁 预 应 力 设 计 示 意 图我 们 在 把 桥 体 做 完 后 ， 为 了 增 加 强 度 ， 我 用 绳 子 给 桥 的 两 端 添 加 了 一 个 斜 向土木工程研究方法论- 2 -下 的 拉 力 （ 形 式
4、与 下 图 相 似 ） ， 此 拉 力 使 整 个 桥 面 成 拱 形 ， 给 桥 面 的 下 面 施加 了 一 个 压 应 力 ， 从 而 很 大 程 度 的 增 加 桥 面 的 钢 度 。 当 时 还 不 了 解 预 应 力 ，但 是 近 期 通 过 对 资 料 的 查 阅 ， 我 们 了 解 到 预 应 力 技 术 是 一 项 在 目 前 应 用 比 较广 泛 的 技 术 。二 、 预 应 力 混 凝 土 了 解 了 预 应 力 结 构 ， 我 们 再 继 续 了 解 一 下 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
5、 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 ， 通过 施 加 外 力 ， 使 得 构 件 受 到 的 拉 应 力 减 小 ，甚 至 处 于 压 应 力 状 态 下 的 混 凝 土 构 件 。 预 压应 力 用 来 减 小 或 抵 消 荷 载 所 引 起 的 混 凝 土 拉应 力 ， 从 而 将 结 构 构 件 的 拉 应 力 控 制 在 较 小范 围 ， 甚 至 处 于 受 压 状 态 ,以 推 迟 混 凝 土 裂 缝的 出 现 和 开 展 ， 从 而 提 高 构 件 的 抗 裂 性 能 和刚 度 。根 据 预
6、 加 应 力 值 大 小 对 构 件 截 面 裂 缝 控 制 预 应 力 混 凝 土 （ 图 ）程 度 的 不 同 分 类 ： 1.全 预 应 力 混 凝 土 2.部 份 预 应 力 混 凝 土 3.无 粘 结 预 应力 钢 筋 。三、预应力的应用了解预应力的相关知识，我们来了解一下预应力在现实工程中的应用。1、道路桥梁中的应用（1）预应力技术在受弯构件中的应用 在具体施工中，由于碳纤维所拥有的高强度、施工简单等特征，我们大多采用粘贴碳纤维片材对钢筋混凝土受弯构件进行加固。从工程力学的角度看，在采用碳纤维片加固之前，结构就已经聚集了初始内力，混凝土已经有了初始压应变和拉应变，其应变增量决定了碳
7、纤维片材的最终应力。当混凝 首座预应力（图）土木工程研究方法论- 3 -土压应变达到其极限压应变时，构件由达到极限承载力。如果初始应变过大，构件破坏时碳纤维片材的应力就较小，使碳纤维片材强度高的特点得不到充分发挥，因此，我们在粘贴碳纤维片材之前，采用预应力技术，先对碳纤维片材施加预应力，从而提高受弯构件破坏时碳纤维片材的应力，充分发挥碳纤维片材的作用。（2）一般预应力技术在加固施工中的应用 随着我国经济的高速发展，公路桥梁交通运输量迅速增长，除了交通量的增长之外还有轴载的加重。道路桥梁造价昂贵，我们在建造的时候都会千方百计保证工程质量，但是由于长期受自然环境和使用环境的影响，桥梁难免会产生损坏
8、现象，为了保证交通的安全和促使道路桥梁发挥应有的作用， 恢复或提高现有道路桥梁的承载能力，延长其使用年限，道路桥梁加固和维修成为一个十分突出的问题。道路桥梁加固主要是补强构件和改善结构性能，通常采用的方法有桥面补强层加固法、增大截面与配筋加固法、体外预应力加固法、粘贴钢板加固法、改变结构受力体系加固法、增加横向联系加固法、粘贴碳纤维加固法等。实际上是通过施加预应力改变结构的内力，从而提高构件的承载能力，使加固钢筋的作用得到充分发挥。（3）预应力技术在混凝土多跨连续梁的应用多跨连续梁有正弯矩区域和负弯矩区域，一般情况下，跨中为正弯矩，支座处为负弯矩。当桥梁的抗弯承载力和抗剪承载力达不到要求时，就
9、需要进行加固处理，当跨中正弯矩区抗弯承载力不足时，可以采用施工比较容易的粘贴碳纤维的方法加固。2、 房 屋 建 筑 中 的 应 用（1） 、多高层建筑中的预应力砼技术采用部位：楼面结构。基本形式：预应力平板（无梁楼盖）：在地下室广泛使用。预应力平板（板柱剪力墙） ，住宅别墅较多使用，预应力扁梁大板，商场、写字楼、教学楼广泛使用。预应力密肋板：车站，体育馆使用较多。经济跨度：当采用平板时为 712m； 当采用扁梁平板时为 915m ； 当采用密肋板时为1115m。平板跨度约为 9.0m 的住宅，其基本材料指标是：预应力筋土木工程研究方法论- 4 -45kg/m2，普通钢筋 1620kg/m2，混
10、凝土厚度约 180200mm。主要作用及效果: 降低结构层高度,在跨度相同的条件下，预应力方案的结构层高度比普通结构低 300500mm。在保证室内净空的同时可降低结构层高度，并使建筑物总高度降低，进而节约相应高度上的各种建筑及设备材；在建筑物总高度相同的条件下，可建更多层数的高层建筑（一般每十层可多建一层） ，对地下室结构，可降低基坑开挖，减少空调费用，提高投资效率。（2） 、大跨度建筑中的预应力砼技术采用部位：大跨度梁 基本形式：预应力框架主梁：大跨度方向为预应力框架主梁，小开间方向为普通钢筋砼次梁，普通钢筋砼板。预应力次梁：小开间方向为主梁（普通钢筋砼或预应力） ，大跨度方向为预应力次梁
11、，普通钢筋砼板。经济跨度：预应力框架主梁：1235m，梁跨高比 1520。预应力次梁：1235m，梁跨高比 2025。预应力井字梁：2040m，梁跨高比 2025。低于上述经济跨度适合用普通钢筋砼；大于上述经济跨度适合用钢结构。主要作用及效果：扩大柱网，形成大空间：一般柱网可为6121235m，工厂的生产线布置更灵活；停车库可多停车；商场的布置更灵活，具现代气息，等等，提高建筑物的使用功能，是发展方向。（3） 、悬臂结构中的预应力砼技术采用部位：悬臂梁、悬挑板经济跨度：517m，梁跨高比 610 主要作用及效果：扩大悬臂长度，增加使用面积，形成独特的建筑效果：商场等公共建筑中可突出个性，甚至可
12、在悬臂梁端设自动扶梯；体育建筑能形成独特的建筑效果；多高层住宅、办公楼适当采用悬臂梁板，可增加使用面积。 （4） 、超长不设置缝及地下室底板的预应力砼技术近年来我国出现了一批平面尺寸超长、超大的建筑物，其不设缝长度远远超过规范的限制，通常称为大面积混凝土梁板式结构。这类结构方案的关键是解决超大面积混凝土板内的温度、收缩应力，减少乃至防止混凝土的温土木工程研究方法论- 5 -度、收缩裂缝。在处理措施上，对于超长不设缝结构， 混凝土结构设计规范GB50010-2002 提供的措施为“1、混凝土浇筑采用后浇带分段施工；2、采用专门的预加应力措施；3、采用能够减少混凝土温度或收缩的措施” 。目前多数工
13、程采用了预应力措施。工程实践中最长 252m 不设缝。地下室底板的预应力技术运用，主要体现在其抗裂性能。3、 隧 道 工 程 中 的 应 用 （ 预应力注浆锚杆）随着铁路客运专线隧道施工越来越多的重视起隧道承载的主体围岩，充分认识理解支护只起到加固围岩的作用，开挖方法和支护形式对围岩的稳定起到了决定性作用。在这种情况下，随着预应力锚固技术的发展，预应力注浆锚杆应运而生，预应力注浆锚杆凭早期承载、支护强度高、应力持久、价格低廉、可调控支护参数和支护组合等优点，在大断面客专隧道初期支护结构施工中开始大面积应用。把预应力锚杆埋入隧道围岩内部，再进行预加应力的施工技术，是传递系统支护结构的支护应力，至
14、深部稳定岩层的主动支护锚固体系。锚杆的一端与初支结构（钢支撑、钢筋网、喷射混凝土等）相连，另一端锚固在隧道深层岩体内，并对其施加预应力，用以维护围岩或系统支护结构的稳定。锚杆的作用功效有 3 种：第一、叠合作用。通过对杆体穿过的岩层施加预应力，使岩层各个层面和层理之间的摩擦力增大，增强围岩的整体性，阻止岩层间的分离、位移，提高岩层的抗弯强度。第二、锚固作用。沿隧道开挖轮廓径向分部锚杆，在预应力作用下，通过初支结构对围岩产生挤压，可使处于应力重分布区的松散围岩，在弹性压缩下形成“自承拱” 。同时通过对杆体实施的高压注浆，浆液在泵压的作用下，渗透充填周边的围岩裂隙，另外经挤压可以使一些充填不到的裂
15、隙闭合，从而使松散围岩由二向应力状态转变为三向应力状态，降低岩体的孔隙率，提高围岩的力学性能，增大岩体的抗压强度、弹性模量、c 和 值，阻止岩块的相对滑动，有效控制围岩的有害变形发展，增大围岩的稳定程度。第三、悬吊作用。悬吊作用就是锚杆把不稳定岩块吊挂在稳定岩体上，限土木工程研究方法论- 6 -制不稳定岩块的位移，既防止其掉落，更避免因新的应力集中而引发次生灾害。四 、 当 今 建 筑 中 的 预 应 力 技 术淮北体育场预应力施工（图）土木工程研究方法论- 7 -亚运会乒乓球比赛馆“中国脊”伸展两翼【参考文献】：1、侯君凯 时代报告（学术版） 2012（5）2、邓良超 溪洛渡水电站右岸泄洪洞预应力锚杆施工J 人民长江 2008(07)3、http:/ 预应力混凝土）4、预应力技术在房屋建筑的应用（推广篇）
