马志杰
林州市晋源建筑工程有限公司 河南安阳 456550
摘要：预应力技术是通过在混凝土构件的受拉区预先施加压应力的方法,来抵消混凝土构件在工作状态承受的拉应力,从而充分利用钢材的抗拉强度,预应力技术具有提高混凝土的抗裂度、刚度和耐久性,节约钢材、构件自重等优点。为此，本文主要从建筑结构中预应力技术的特性、施工流程等方面进行了分析探究。
关键词：预加应力;建筑结构;混凝土
1 预加应力在建筑结构中的作用
1.1有利于减少高层地下室的深度
对一些高层建筑来说，地下一层都会建成地下停车库或地下商场，此时将顶板和底板作为预应力平板，并在局部配备发电机房、电房等高层深度挖掘所需要的设备，可以有效降低地下室举架高度，从而降低水压力，减少地基挖掘深度，达到降低成本投资的目的。
1.2有利于减少建筑物的楼层层高
普通楼房单间跨度一般为6～9m，多采用普通钢筋混凝土楼板结构。每层楼板之间要占据间距距离为700～1 000mm。若采用预加应力混凝土结构，可以使每层楼层间距缩短500mm。
1.3有利于改善结构的使用功能
预加应力在建筑工程中可以满足业主对楼体屋内布局的多种要求，随意变化设计结构，可在任意位置设置隔墙，使设计方案更加灵活。由于预加应力结构具有变换容易的特点，因此不仅能够满足业主空间结构变更的要求，还能提升房屋设计档次。另外，预加应力应用过程中取消了室内明梁，避免了管线铺设和通风管道设置占据楼房空间的问题，使楼房显得更加宽敞明亮，给人一种不拥挤的感觉，在视觉上扩大了室内面积。
1.4可以提升混凝土施工效率
预加应力在建筑工程中减少了混凝土钢筋用量，节省了相当一部分开支。同时，预加应力还可以提高混凝土韧性与抗裂性，使钢筋使用效率大大增加。另外，在建筑结构中应用预加应力后，楼板模板就可进行拆除，不仅提高了施工速度，还加强了施工效率，加快了施工进度。大量施工实例证明，预加应力平板的施工速度要快于一般梁板体系，有效缩短了工程工期。
2结构应力分析
2.1混凝土收缩应力
影响混凝土收缩应力的因素有水泥品种、骨料级配、水灰比、养护条件等。混凝土的收缩量及速率随时间变化,结硬初期发展较快,混凝土浇筑后10～30d内可完成全部收缩量的15%～25%,3个月一般完成60%～80%,以后增长缓慢,在1年后可完成最终收缩量的95%左右。混凝土的收缩是相当分散的,其最终收缩Es约为（2～5）×10-4,工程取4×10-4。工程设置了多条后浇带,各后浇带之间相隔最长约65m,框架结构柱距7～9m,约束混凝土收缩变形的作用较小,后浇带浇筑之前,竖向构件对超长混凝土收缩的约束作用很大一部分属于自由收缩,不产生拉应力,结构可视为一种接近于自由变形的构件。后浇带在两侧混凝土浇筑完成3个月后浇筑,这时可以认为混凝土收缩已经完成了60%的最终收缩量,即E1等于60%Es等于2。4×10-4,而剩下的E2等于40%Es等于1。6×10-4才会在结构中产生拉应力。混凝土的徐变特性有利于结构的内力重分布,使混凝土应力产生松弛,从而减小混凝土收缩变形产生的拉应力。徐变最终应变值约为初始瞬时应变的1～4倍。这种变形相当于混凝土弹性变形模量的折减,从而引起混凝土内应力下降。设混凝土的弹性应变为Ee,取混凝土收缩徐变Esh等于2。5Ee,由于徐变而引起的应力折减系数为：W等于1/（1+2。5）等于0。2857。
弹性模量Ec等于3。25×104N/mm2（C40混凝土）,混凝土中由应变E2产生的拉应力：Rt1等于WE2Ec等于1。486N/mm2。
2.2温度下降引起的混凝土温度应力
后浇带浇筑之前,温度下降会使混凝土向结构中心区域收缩。后浇带间结构单元中心两侧混凝土框架最多为3跨,竖向构件对楼板约束较小,可以近似认为是自由变形。混凝土中温度拉应力大小取决于温差。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
混凝土是热的不良导体,在传热过程中具有滞后性,取后浇带浇筑时的月平均气温作为施工要求,能满足工程计算精度。则混凝土中产生的拉应力但是6。5N/mm2,混凝土具有徐变的特性,应力要松驰。当作用时间为1,3,10d时,应力松弛系数分别为0。611,0。570,0。462。气温变化是一个缓慢的过程,温差要达到20e时,需要的时间一般远大于10d,取温度应力松弛系数为0。5。则温度下降引起的混凝土的拉应力：Rt2等于6。5×0。5等于3。25N/mm2
考虑混凝土收缩产生的拉应力,混凝土中的拉应力为：Rck等于Rt1+Rt2等于1。486+3。25等于4。736N/mm2
C40混凝土ftk等于2。39N/mm2,由混凝土规范,当控制裂缝等级为二级时,Rck-Rpc≤ftk,Rpc即为需在混凝土中施加的预压应力：Rpc≥Rck-ftk等于4。736-2。39等于2。346N/mm2
3预加应力在建筑结构中的应用
3.1在施工框架结构中的应用
框架结构是施工中的受力和受弯部分，当梁跨度增加时，受到的弯力也会增大，此时普通钢筋难以满足建筑受力要求，需要提升配筋率。如果将预加应力应用到框架结构中，可以有效降低主要结构拉应力，从而改善构件受力程度。例如，某公司倉库梁的跨度为30m，框架顶层边柱为大偏心受压构件，可以采用预加应力解决该问题。目前，预加应力在国内框架梁结构中的应用范围越来越广，在室内结构中，现浇预应力框架结构伸缩缝最大间距已经达到了175m。相信随着相关技术的发展，一定会现多跨连续超长结构。
3.2在高层建筑转换层结构中的应用
在高层建筑结构中，预加应力有着很大的发展空间，尤其是当无粘结预应力混凝土平板和预应力混凝土扁梁用于高层建筑楼盖中时，通过预加应力可以有效降低楼层层高，简化模板并减短施工工期。预加应力不仅可以应用在楼盖施工上，还可以应用于大跨度以及大空间部位柱网转换时的桥梁结构之中。在高层建筑中，用于保温作用的复合预加应力混凝土墙板具有较为广阔的发展前景，在目前高层建筑外墙墙体建造上，大多数材料都是红砖、小型砌块，实心混凝土或玻璃幕墙，预加应力复合混凝土使用频率并不高，所以我国建筑工程墙体外墙材料改革势在必行。
3.3在圆筒形建筑结构中的应用
在圆筒形建筑结构中，水平壁内会产生较大的环向拉伸力，壁内竖向弯矩越往下力越大，这使得圆筒形建筑在使用中容易出现渗漏问题。预加应力在圆筒结构中主要有环向无粘连和竖向有粘连两种模式。一般来说，圆筒结构建筑对混凝土抗裂性能要求较高，在这种结构中应用预加应力主要是利用预加应力主动轴力来抵抗混凝土拉伸力，从而提高混凝土抗裂性能。
3.4在高耸建筑结构中的应用
高耸结构是指类似于电视塔、通信塔以及灯塔等结构的建筑，这种建筑构造特点是具有超高的高度，预加应力技术在此类建筑中发挥了绝对的优势。例如，北京中央电视塔，高度为405m，它的塔基、塔座以及塔楼都应用环向预加应力技术;再如，天津电视塔，高度为415。2m，南京的电视塔，高度也达到了302m，这些建筑都是在粘结预加应力筋基础上施加了预应力。所以，预加应力技术有相当坚实的技术基础，相信在建筑工程中的具体实例也会越来越多。
3.5在桥梁建筑结构中的应用
桥梁框架结构是一种受动荷载为主的结构模式。预加应力技术在我国桥梁建筑工程中的应用范围主要是箱型桥梁与T型桥梁，预加应力能够有效增大桥梁跨度，实现自移模架、顶推施工以及悬臂施工等操作。利用预加應力技术进行桥梁施工时，不必在桥下设置支架，同时不影响桥下河流流通，对桥下交通行驶以及施工精度也不会造成任何影响。例如，在立交桥设计时，为了减小引桥长度，可采用钢梁处于无应力预供状态，减少向下的压力，将梁向上拱起;再如，哈尔滨的中心立交桥，采用的就是预加应力施工技术。
3.6预加应力在调整结构内力中的应用
预加应力对调整结构内力也具有显著作用。现代预加应力技术主要特征是将楼体由原来简单的结构类型变成复杂的预加应力结构，从而解决原有建筑施工中结构设计不足的问题，起到优化结构的作用。另外，预加应力的刚结构以及叠合结构中采用预应力技术也逐渐趋于成熟，工程上实例也会越来越多。
结语
目前，预加应力技术越来越完善，预加应力凭借优良的结构性能已经成为当今最有发展前景的建筑结构之一。希望通过本文研究，能够引起相关技术人员的注意，加大预加应力技术研究力度，使其在建筑工程领域中发挥更好的作用。
参考文献
[1]庞尔宏.建筑工程中预应力管桩地基的施工技术[J].山西建筑，2018（32）：84-85.
[2]李娜.浅析建筑工程中预应力技术的应用[J].中外企业家，2018（14）：71.
论文作者:马志杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年13期
论文发表时间:2019/10/9
标签：应力论文; 混凝土论文; 结构论文; 预应力论文; 建筑结构论文; 技术论文; 构件论文; 《建筑学研究前沿》2019年13期论文;