浅谈预应力混凝土工程技术发展现状及未来

浅析预应力混凝土工程技术发展及前景

摘要：预应力混凝土结构的截面小、刚度大、抗裂性和耐久性好，在的土木工程领域，尤其在大跨度钢筋混凝土结构，如桥梁、大空间建筑等工程中得到广泛应用。随着高强度钢材、高强度等级混凝土以及新预应力技术的出现，扩大了预应力结构的使用范围，在普通民用建筑中，也有较多的使用。

本文简要介绍了预应力混凝土工程技术发展现状及发展趋势。目前，我国混凝土的年用量约为40亿立方米，用于房屋建筑和土木工程的水利、交通、市政等所有行业，从结构材料类型方面来讲，混凝土及预应力混凝土结构约占全部工程结构的90％以上，混凝土及预应力混凝土将是现阶段乃至未来二十年内我国主导的工程结构材料。

关键词：预应力混凝土；工程技术；发展现状；未来趋势

1 预应力混凝土概念

1.1预应力混凝土定义

预应力混凝土，为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在构件使用（加载）以前，预先给混凝土一个预压力，即在混凝土的受拉区内，用人工加力的方法，将钢筋进行张拉，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先受压力。这种储存下来的预加压力，当构件承受由外荷载产生拉力时，首先抵消受拉区混凝土中的预压力，然后随荷载增加，才使混凝土受拉，这就限制了混凝土的伸长，延缓或不使裂缝出现，这就叫做预应力混凝土。

1.2预应力混凝土基本原理

预应力混凝土虽然只有几十年的历史，然而人们对预应力原理的应用却由来已久。也有利于恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力。如中国古代的工匠早就运用预应力的原理来制作木桶。木桶的环向预压应力通过套紧竹箍的方法产生。只要水对桶壁产生的环向拉应力不超过环向预压应力，则桶壁木板之间将始终保持受压的紧密状态，预压应力通过两端锚具传给构件混凝土。木桶就不会开裂和漏水。建筑工地用砖钳装卸砖块，被钳住得一叠水平砖不会提落。旋紧自行车轮的钢丝，使车轮受压力后而钢丝不折。

混凝土的抗压强度虽高，而抗拉强度却很低，预应力筋可先穿入套管也可以后穿。通过对预期受拉的部位施加预压应力的方法，就能克服混凝土抗拉强度低的弱点，达到利用预压应力建成不开裂的结构。

1.3预应力混凝土特点

与钢筋混凝土相比，预应力混凝土的优点：由于采用了高强度钢材和高强度混凝土，预应力混凝土构件具有抗裂能力强、抗渗性能好、刚度大、强度高、抗剪能力和抗疲劳性能好的特点，对节约钢材(可节约钢材40%～50%、混凝土20%～40%)、减小结构截面尺寸、降低结构自重、防止开裂和减少挠度都十分有效，可以使结构

设计得更为经济、轻巧与美观。

预应力混凝土缺点：预应力混凝土构件的生产工艺比钢筋混凝土构件复杂，技术要求高，需要有专门的张拉设备、灌浆机械和生产台座等以及专业的技术操作人员；预应力混凝土结构的开工费用较大，对构件数量少的工程成本较高。

1.4预应力混凝土分类

预应力混凝土的分类：1.预应力混凝土按预应力度大小分：全预应力混凝土和部分预应力混凝土。2.预应力混凝土按施工方式分：预制预应力混凝土、现浇预应力混凝土和叠合预应力混凝土等。3.按预加应力的方法分：先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土。

先张法是为了提高钢筋混凝土构件的抗裂性能以及避免钢筋混凝土构件过早出现裂缝，而在混凝土构件预制过程中对其预先施加应力以提高构件性能的一种方法。通常在浇灌混凝土之前张拉钢筋的制作方法也称为先张法，它在工程建设中起着重要作用。台座在先张法构件生产中是主要的承力构件，它必须具有足够的承载能力、刚度和稳定性，以免因台座的变形、倾覆和滑移而引起预应力的损失，以确保先张

法生产构件的质量。

后张法指的是先浇筑混凝土，待达到设计强度的75%以上后再张拉预应力钢材以形成预应力混凝土构件的施工方法。后张法具有良好的充盈性能、具有很高的早期强度和后期强度等特点。

2 发展史

将预应力的概念用于混凝土结构是美国工程师P.H.杰克孙于1886年首先提出的，1928年法国工程师E.弗雷西内提出必须采用高强钢材和高强混凝土以减少混凝土收缩与徐变（蠕变）所造成的预应力损失，使混凝土构件长期保持预压应力之后，预应力混凝土才开始进入实用阶段。1939年奥地利的V.恩佩格提出对普通钢筋混凝土附加少量预应力高强钢丝以改善裂缝和挠度性状的部分预应力新概念。1940年，英国的埃伯利斯进一步提出预应力混凝土结构的预应力与非预应力配筋都可以采用高强钢丝的建议。

预应力混凝土的大量采用是在1945年第二次世界大战结束之后，当时西欧面临大量

战后恢复工作。由于钢材奇缺，一些传统上采用钢结构的工程以预应力混凝土代替。开始用于公路桥梁和工业厂房，逐步扩大到公共建筑和其他工程领域。在50年代中国和苏联对采用冷处理钢筋的预应力混凝土，作出了容许开裂的规定。直到1970年，第六届国际预应力混凝土会议上肯定了部分预应力混凝土的合理性和经济意义。认识到预应力混凝土与钢筋混凝土并不是截然不同的两种结构材料，而是同属于一个统一的加筋混凝土系列。在以全预应力混凝土与钢筋混凝土为两个边界之间的范围，则为容许混凝土出现拉应力或开裂的部分预应力混凝土范围。设计人员可以根据对结构功能的要求和所处的环境条件，合理选用预应力的大小，以寻求使用性能好、造价低的最优结构设计方案，是预应力混凝土结构设计思想上的重大发展。

中国于1956年开始推广预应力混凝土。20世纪50年代，主要采用冷拉钢筋作为预应力筋，生产预制预应力混凝土屋架、吊车梁等工业村厂房构件。70年代，在

民用建筑中开始推广冷拔低碳钢丝配筋得预应力混凝土中小型构件。20世纪80年代

以来，预应力混凝土大量应用于大型公共建筑、高层及超高层建筑、大跨度桥梁和多

层工业厂房等现代工程。经过50多年的努力探索，中国在预应力混凝土的设计理论、

计算方法、构件系列、结构体系、张拉锚固体系、预应力工艺、预应力筋和混凝土材

料等方面，已经形成一套独特的体系；在预应力混凝土的施工技术与施工管理方面，

已经积累了丰富得经验。

谈谈预应力的发展(从材料，结构，施工，设计四个方面回答)

预应力技术的应用从三十年代开始，出现了预应力混凝土。预应力混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力，大大高于钢筋混凝土结构，因而用途更为广阔。土木工程进入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史时期。混凝土的出现给建筑物带来了新的经济、美观的工程结构形式，使土木工程产生了新的施工技术和工程结构设计理论。这是土木工程的又一次飞跃发展。近年来由于结构材料强度在提高，预应力混凝土结构中常用混凝土强度等级为C40-C80，甚至更高，施工工艺水