预应力技术在工程中的应用

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

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

向下的拉力（形式与下图相似），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纤维片材的最终应力。当混凝首座预应力（图）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7～12m；当采用扁梁平板时为9～15m；当采用密肋板时为11～15m。平板跨度约为9.0m的住宅，其基本材料指标是：预应力筋4～5kg/m2，普通钢筋16～20kg/m2，混凝土厚度约180～200mm。

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300～500mm。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，普通钢筋砼板。

经济跨度：预应力框架主梁：12～35m，梁跨高比15～20。

预应力次梁：12～35m，梁跨高比20～25。

预应力井字梁：20～40m，梁跨高比20～25。

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6～12×12～35m，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：5～17m，梁跨高比6～10

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度、收缩裂缝。