土木工程预应力技术应用及发展

土木工程预应力技术应用及发展

发表时间：2017-09-19T13:42:11.860Z 来源：《防护工程》2017年第11期作者：王维1 苏奉茂2 覃胸3

[导读] 随着现代控制理论、大系统理论、智能化控制的出现，这一理论不仅仅局限于高尖端的技术领域的应用。

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摘要：随着科技技术力量的不断创新，预应力技术被运用在土木工程的建设行列，这一举动无疑会带动其他技术的全面发展，例如预应力混凝土材料及其技术的发展则是其最好的证明。现如今，预应力混凝土凭借着结构使用性能好、刚度大、不开裂、耐久性好以及经济等优点一跃成为土木工程中的主要结构材料之一。

关键词：土木工程；预应力技术；发展

1、土木工程施工技术的现状

工程控制理论最早应用于军事工程和航天工程。近几十年来，随着现代控制理论、大系统理论、智能化控制的出现，这一理论不仅仅局限于高尖端的技术领域的应用，其已逐步应用到社会、经济、规划、管理等社会生活的各个领域。日本是较早将工程控制理论应用到土木工程的国家，特别是应用在地下工程中隧道、盾构以及大跨度桥梁的施工上。利用工程控制理论，主要是对工程中关键位结构的应力、挠度等参数进行测试，通过对测试结果的分析，最后返回现场指导施工。

国外土木工程施工控制技术的研究和应用主要存在以下问题：

（1）理论研究还不能适应工程建设的需要，由于施工控制涉及多个学科领域，特别是非线性分析、反馈分析、最优控制、系统识别、材性分析等。目前既有一般性基础理论的研究，又有应用性理论的研究，但缺乏系统的集成和有价值的应用。

（2）缺少验收标准与规范。一些领域对施工控制缺乏概念和思维方式，更无标准可言。也有一些领域有一般性的标准，但对大多的创造第一的工程仍缺少足够的科研准备。对于施工控制的标准如何提出，不仅涉及到长期发展问题，也涉及到一个可操作性的问题。但有一点就是要对没有经验借鉴的工程必须全面贯彻施工控制，避免出现重大决策的错误。

（3）管理体制问题。主要存在的问题是多头管理，管理责任不能落实，缺乏对施工控制的高度重视，对特大型工程前期研究不够，对工程的解剖不够细致。要想解决这类问题，唯一的办法就是实现设计、施工总承包的管理思想，使管理责任明确并得到落实。强调施工单位应采取主动控制，使责、权、利能够达到系统的统一。

2、预应力混凝土结构的设计内容

（1）承载力极限状态设计

对于承载能力极限状态的设计，应严格按照荷载效应的基本组合和偶然组合进行规划处理，并考虑到结构在意外破坏的同时还仍具有一定的延展性，只有这样的完美设计才能确保在意外发生时，不会因为结构的严重破坏给事态造成更严重的局面。

（2）正常使用极限状态设计

对于正常使用极限状态，应严格按照荷载效应的标准组合频遇组合和准永久组合进行规划设计，确保房屋结构构件变形和裂缝的程度不会超出事前计算所预定的值。

（3）施工阶段的验算

对于施工阶段的验算，就是现有的施工水平的支撑下，保证工程的安全指数，一切数据尽在预料之中。另外，还必须要求结构的材料应力不能大于所能承受的值。一般而言，施工阶段最需要考虑到的是预应力筋的拉应力和截面混凝土的最大拉应力和压应力，这有确保这些数据都是科学合理，才能确保工程的质量，使得安全系数大大提升。

3、预应力混凝土结构的设计步骤

（1）进行结构布置，选取恰当的力学模型。

（2）根据工程的具体情况，选择合适的高跨比，初步选定构件的截面尺寸，并进行内力与组合效应的计算。

（3）主要根据杆件的弯矩分布图形确定预应力筋的索形，并按经验用预应力度法或平衡荷载法初步估算出所需要的预应力筋根数。

（4）进行预应力损失和次应力的计算，验算预应力和挠度控制限值以及正常使用阶段的结构性能。

（5）按计算的各项控制结果，选择需要变动的参数进行修改，再重新计算。

（6）根据选定的预应力筋方案计算预应力筋的极限应力，按承载能力要求补充普通钢筋用量，按预应力筋的实际方案及普通钢筋的实际配筋直径与根数，计算允许开裂的控制截面的裂缝宽度及构件的挠度。

4、新时期预应力技术的应用

随着经济的发展及国际化进程的加快，各省、市、自治区的国际展览中心等大跨度现代建筑将会大力兴建。因此，满足透明等现代要求的第三代玻璃幕墙结构将有较大的发展和应用。住宅建设将朝大开间结构及节能、节材、改善生态环境的绿色建筑的方向发展。运用电子信息科技，加快建筑智能化。同时，既有建筑物的加固、改造任务将不断增加。采用碳纤维作结构加同材料的技术将被大力推广应用。上述建筑工程中有多种结构将应用预应力技术。改革开放以来，公路建设尽管有了迅速的发展，但与发达国家相比，还有很大差距，尤其人均公路里程是最落后的，比巴西、印度都少。这意昧着今后我国公路建设的任务还相当繁重。

5、预应力技术的发展展望

预应力技术将进一步发挥作用，并推动土木工程科技的创新和发展在建筑工程中，预应力技术是建造大跨度公共建筑、大型会议展览中心及大开间住宅的重要技术，也是高层、超高层建筑和承受特重荷载的不可缺少的关键技术。一句话，预应力技术在解决大、高、重、新建筑工程的设计和建造难题中将继续发挥其独特的优势。并且它也是调整结构内力和减少、甚至取消大面积工程伸缩缝，防止开裂的重要手段。此外，预应力技术还将推动建筑结构的创新。在公路工程中，预应力技术对解决路面混凝土开裂和减少伸缩缝，提高使用寿命具

有良好的应用在桥梁和隧道工程中，预应力技术的应用更为广阔。预应力技术在海洋采油平台、海洋储罐，海上运输船以及海上防波堤、跨海大桥等海洋工程中将发挥更高的效能。此外，预应力技术也将在水利工程或其他工程如旧建筑的加固改造、加层和拆除中获得更多的应用。总之，预应力技术在土木工程中的应用极为广泛，并且还将进一步扩大。预应力混凝土材料及技术本身也将有所创新和进一步的发展土木工程建设的发展，必将推动新材料、新技术、新理论及新设计方法不断涌现。预应力混凝土仍是土木工程中最为重要的结构材料。混凝土将继续朝高强、高性能方向发展。各国都在开展这方面研究。

预应力钢材，也将有多方面的新发展。如高吨位索的需要将促使大直径、大截面钢绞线的研制、生产；超过级的高强钢绞线也可能推出；镀锌、环氧涂层钢绞线将被采用；不锈钢绞线的应用将有大的增长。耐久、轻质、更高强的高性能纤维加强塑料筋将较多地获得应用。近年来，我国开始使用碳纤维加劲塑料玻璃纤维加劲塑料、芳纶纤维加劲塑料。这时，就不再单指钢筋混凝土，它可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维加劲塑料混凝土。预制预应力昆凝土和无粘结预应力筋将分别获得发展和广泛的采用。新型无粘结预应力筋将得到开发和应用。

在我国房屋建筑和桥梁中体外预应力配筋将获得较多应用。上面讲的建筑工程中的大跨度建筑、大面积结构工程、巨型结构、转换层结构、悬挂建筑、大开间住宅和预制预应力建筑以及各型铁道和公路、桥梁、水利工程、铁道工程、特种结构工程等等，还有结构加固、改造与拆除，都有赖于预应力技术的进步和设备的发展。因此，期望预应力材料技术与设备有更大的创新和发展。6结束语

总之，土木工程施工技术在近十年虽然有了飞速发展，但是土木工程施工至今仍以手工操作、半机械作业为主，劳动效率远低于其它产业部门，还属于劳动力密集型产业，现代土木工程施工技术的发展方向，除了要有满足当前土木工程建设需要而与之配套的施工技术，还要向高效率，高质量的方向发展。

参考文献

[1]张耀庭，李宏健.全预应力砼梁动力性能试验研究[J].工程力学，2011（10）.

[2]李瑞鸽，杨国立，张耀庭.预应力混凝土梁动力性能数值分析[J].土木建筑与环境工程，2009（11）.