关键词：土木工程；预应力技术；问题；前景
1 新时期土木工程活动概况
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。运用电子科技，加快建筑智能化也成为大势所趋。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固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。这意味着今后我国公路建设的任务还相当繁重。各个国家都在发展速度快、耗能少、安全好、污染小及占地少的公路技术，这既是中国未来公路建设发展的方向，也是现代高新技术产业的发展方向。
2我国预应力的发展
我国预应力混凝土的研究开始于50年代初第一个五年计划的实施。当时,大量工业厂房和民用建筑需要新建,而结构材料特别是木材和型钢奇缺,难以解决钢屋架和钢吊车梁的型钢用量,迫切要求改用预应力混凝土来代替。建筑工程部建筑工程研究所接受任务开始研究预应力混凝土结构,开创了使用冷拉钢筋和冷拔低碳钢筋为配筋的中国式预应力发展道路。我国预应力技术发展大致经历了两个阶段:早期阶段从1956年到1978年改革开放,预应力钢筋以中、低强度钢筋为主;近期阶段从鼓革开放之后,预应力钢筋以高强钢丝、钢绞线为主。与此相应,预应力混凝土结构设计与制作、结构构件形式和结构应用也有较大差异。早期阶段,房屋结构以装配式为主,在此阶段,开发研制了一整套预制预应力技术,开发了屋面梁、屋架、吊车梁、大型屋面板、空心楼板等结构构件。80年代初到90年代末,高强钢丝、钢绞线的应用,部分预应力设计思想和现浇后张无粘结预应力施工技术的推广,各种预应力张锚体系的研制成功使房屋建筑中现浇混凝土结构的比重越来越大,结构向大跨、高层发展,出现了IMS板柱建筑体系、现浇后张预应力楼(屋)盖结构、后张预应力混凝土框架结构等。
3预应力技术的发展前景
随着科学技术的发展,预应力材料、预应力施工工艺、预应力设计理论都将会创新发展,预应力技术的应用范围将越来越广。
3.1 预应力技术进一步发挥作用
在新世纪土木工程的各项专业活动中,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。
(1)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(如转换层结构、重型传力大梁等)的不可缺少的关键技术。总之,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,如采用预应力拉杆替代柱的 悬挂建筑结构将获得一定的发展。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前景。
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(3)在桥梁和隧道工程中,预应力技术的应用更为广阔。不论是超大跨的悬索桥(1000m以上,甚至达2000m)、特大跨的斜拉桥(500~1000m),还是大中跨度的系杆拱桥(<500m)、连续梁 桥、刚构桥及小跨度的简支梁桥、板桥,都可以有效地应用预应力技术。
(4)在特种结构工程及海洋工程中,预应力混凝土抗裂性高、耐久性好等优越性将得到充分发挥。世界上几座最高的电视塔,如多伦多塔、莫斯科塔及上海塔等,都是采用预应力技术建造的,否则将无法解决抗风防裂等难题。预应力混凝土更是建造海洋工程的最好材料。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。
(5)预应力技术还将在水利工程或其他工程如旧建筑物的加固改造、加层和拆除中获得更多的应用。总之预应力在土木工程中的应用极为广泛,并且还将进一步扩大。
3.2 预应力混凝土材料及技术本身将有所创新并进一步发展
土木工程建设的发展,必将推动新材料、新技术及新理论、新设计方法的不断涌现。
(1)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。C120的混凝土在国外工地上使用已不是新纪录,被称为高强活性粉末混凝土的抗压强度可达200-800 MPa,但在工程中实用只能期望150 MPa或稍高些。免振混凝土、密筋混凝土可能在结构中试用。
(2)预应力钢材也将有多方面的新发展。例如,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2 000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。
(3)耐久、轻质(重量仅为钢材的20%)、更高强(>2 000MPa)的高性能纤维加强塑料筋将较多地获得应用,我国也将试用。近年来,人们开始使用碳纤维加劲塑料(CFRP)、玻璃纤维加劲塑料(GFRP)、芳纶纤维加劲塑料(AFRP)。到那时RC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。
(4)预制预应力混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CFRP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。同时,新结构的研究和开发面将拓宽,房屋结构与桥梁各种结构之间的交叉、借鉴也将有所发展。理论和试验研究,包括预应力混凝土结构的耐久性、抗火、抗震、抗爆等性能研究及它们的设计方法都将有新的发展;预应力工艺与施工管理水平也将有普遍的提高。由于计算机的发展,结构体系将更多地考虑空间作用和非线性。建筑废弃物也将在一定程度上得到处理及利用。
3.3 应用范围越来越广,应用数量越来越多
随着结构体系的不断发展,预应力技术被应用得越来越广。早期,预应力主要用于桥梁、压力管道、水塔等混凝土结构,现在,预应力技术已被广泛用于高层建筑、钢结构、大跨结构等不同结构中,随着预应力技术本身的发展及结构整体的发展变化,预应力将会得到更为广泛的应用。
4 结语
目前，我国土木工程活动中采用预应力技术虽然还不是很成熟，仍旧会遇到很多问题，但是总体的趋向还是很乐观的，预应力技术具有多、快、好、省的优点，所以应大力推广预应力技术在土木工程建设中的应用。实践证明,预应力结构是安全、高效、经济且施工便利的结构形式,将逐渐成为21世纪土木工程建设中很有发展前途的重要结构形式,因此对它们进行全面、深入的研究很有必要。
参考文献：
[1]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，2015（10）.
[2]金学鹏.浅议土木工程与可持续发展的关系[J].科技信息，2016（2）.
[3]张晓东.土木工程可持续发展研究[J].科技资讯，2016（9）.
论文作者:杨兵
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/4
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