預應力鋼筋混凝土結構計算理論研究

　【摘要】預應力混凝土的大量被應用是在世界大戰(zhàn)之后，由西歐迅速發(fā)展起來的，當時的西歐要極力恢復戰(zhàn)后的損失，因為鋼筋的資源奇缺，所以用預應力混凝土來代替。預應力概念隨著逐步的被完善，發(fā)展也是越來越快，突破了混凝土的一些物理性能，并且大大的擴大了它的應用范圍�，F在無論是在國內還是國外，預應力混凝土已經成為土建工程當中必不可少的一種結構材料，而預應力技術也開始擴展到其他材料的應用當中。我國預應力混凝土的起步比其他先進國家晚了十年左右，盡管其后在國內建筑工程當中也得到了大規(guī)模的使用，但是預應力的概念還是停留在60年代，所以新預應力鋼筋混凝土的推廣和普及還處于停滯不前的尷尬狀態(tài)。

　　【關鍵字】預應力鋼筋混凝土；理論計算；問題和對策

　　1 預應力鋼筋混凝土的概述

　　1.1 預應力鋼筋混凝土的結構

　　預應力混凝土結構是在混凝土沒有受壓之前，人為的先對他它增加壓力的一種結構。預應力是利用高強度的鋼筋或者鋼絲的韌性，用張拉的方法產生的。張拉的方法可以分為先張法和后張法，這兩種方法只不過是張拉的先后不同，最終達到的目的是一樣的。其中前張法是先對鋼筋張拉，再把混凝土澆灌其中，當它達到了所需的強度，就可以把張拉的鋼筋放松了。另一種后張法是先澆灌混凝土，當它達到了所需的強度，再對混凝土里面事先預留孔道的鋼筋進行張拉，使其在兩端錨住固定。預應力不僅能使混凝土的可用時間相對的增加，還能增強其負荷的抗壓能力，而且還可以節(jié)省材料。

　　在長期的生產當中，鋼筋混凝土結構總會過早的出現一些裂縫，影響其質量。預應力混凝土結構是在人們長期生產過程當中摸索出來的，可以增加混凝土的耐受性，在其受力之前就對它施壓，因此產生的預應力狀態(tài)可以很好的使混凝土荷載所引起的拉應力盡可能的減小甚至抵消，就是用混凝土外來所施加的壓力與其張拉的力進行中和，到達強度的平衡狀態(tài)，減小混凝土因受拉而產生的開裂。因為預應力混凝土這種結構，是用對鋼筋的張拉來達到最終目的——預壓應力，所以也被叫做預應力鋼筋混凝土結構。

　　1.2 預應力鋼筋混凝土的基本原理

　　雖然預應力混凝土的歷史并不久遠，僅幾十年而已，但是預應力的原理在很久以前就已經被應用了。在我國古代，木桶就是運用預應力的原理制成的，工匠會在桶的外面緊緊的套一圈竹箍，這樣木桶就產生了環(huán)向的預應壓力，如果水對桶壁產生的環(huán)向拉應力小于竹箍對桶的環(huán)向預壓應力，木板與木板之間的縫隙就變的小了，桶壁的木板之間就會因為受壓而變得更加緊湊，這樣木桶就更加的結實，不會開裂，木板之間的緊密程度也足以防止漏水的情況。而對于鋼筋混凝土來說，預應壓力的原理是通過在外固定的錨具所產生的力傳遞給構建混凝土。

　　混凝土雖然有很高的抗壓強度，但是它的抗拉強度卻不高，對于預應力筋穿入套管的先后順序并沒有嚴格要求，所以無先后之分。通過對其即將受拉力的部位施加預期預應壓力的這種方法，就能使混凝土的抗拉強度增高，很好的克服其所在的這個弱點，利用預應壓力達到預期的比較看好的狀態(tài)，使混凝土的結構變得緊密，不開裂。而預應力鋼筋混凝土則在預應力鋼筋混凝土的基礎之上進行了改進，使之優(yōu)點更優(yōu)，又克服了一系列缺點，使之經濟價值更高。

　　1.3 預應力鋼筋混凝土的發(fā)展史

　　1886年，有一個叫杰克遜的美國人，提出了混凝土結構中運用預應力的概念。法國工程師弗雷西內在1928年提出了材料上的加強，他認為使用高強度的鋼材和高強度的混凝土是必須的，因為這樣才可以有效的減少因混凝土的形變所造成的預應力的損失，當混凝土構件的這種預應壓力能一直持續(xù)保持，進而成為了它的特性，才可以投入市場進行實用。到了1983年，又有奧地利的恩佩格提出了新的概念，他建議在普通鋼筋混凝土的基礎上增加一點高強度鋼絲，以此來增加它的韌性，進而改善容易裂縫和損傷的部位的預應力。之后一年，一個叫埃伯利斯的英國人又對預應力的概念進一步的完善，他建議預應力混凝土結構的預應力可以采用高強鋼絲的，同時非預應力配筋也可以采取這樣的方式。

　　在二戰(zhàn)結束，也就是1945年之后，西歐算是彈盡糧絕，損失慘重，所以之后一直為恢復經濟實力而做準備工作。但是當時的鋼材資源真是少之又少，為了戰(zhàn)后的經濟復蘇，只能采用其他材料來替代，在一般情況下所有采用鋼結構的工程，全部替換成預應力混凝土，這時候的預應力混凝土才被大批量的使用，并且逐步走入公路、橋梁還有工業(yè)廠房，從開始小的范圍慢慢的走向大的領域，成為公共建筑的必要材料，而且也很好的在其他工程領域占據必不可少的位置。在經過了一段時間的大量生產和應用之后，在五十年代的中國和蘇聯對混凝土的生產和應用有了新的思想，并作出規(guī)定，對于生產的冷處理的鋼筋預應力混凝土，降低了它生產質量的標準，容許鋼筋混凝土有開裂。因為長期的使用發(fā)現，有些地方并不需要拉應力太高的鋼筋混凝土，只要拉應力符合工程的需要，就可以選擇適當標準的預應力混凝土。到了1970年，國家召開的第6屆預應力混凝土會議，對這種新的概念給予了肯定，贊許了這種概念的合理性和它所帶來的經濟意義，并且欣喜的發(fā)現，鋼筋混凝土和預應力混凝土有相似之處，并不是兩種結構不同的材料，而是屬于一個系列的，都是加筋混凝土。所以這兩種材料可以融合在一起使用，在鋼筋混凝土某些地方可以出現拉應力和開裂，但是這部分出現的拉應力和開裂是有限制的，這個限制在于全部為預應力混凝土和全部為鋼筋混凝土之間容許出現的缺漏。所以設計人員可以因地制宜，對具體情況的需求以及當時的環(huán)境條件合理的去選擇最符合的預應力混凝土，這樣就可以極大限度的利用物美價廉的優(yōu)勢。這種思想，在預應力混凝土結構的設計上，走出了很重要的一步，它為預應力混凝土發(fā)展的走向鋪就了一個堅固的基石。

　　1.4 預應力鋼筋混凝土的特點

　　預應力鋼筋混凝土對比鋼筋混凝土，有優(yōu)點也有缺點。相比之下，預應力混凝土的優(yōu)點在于它采用的材料都是高強度的，所以預應力混凝土構件有以下幾種特點：1）有很強的抗裂能力，不容易開裂。2）結構緊密，所以抗水性比較好3）有一定的拉應力，能承受一定的壓力4）有很好的剛度，對于施加在材料上的壓力，可以長期保持不變形5）有很強的抗剪能力，不容易被破壞6）耐用，持久，可以長期的保持它的這些特征。正因為它的這些特點，才帶來了一些經濟和生產的方便。可以很好的節(jié)約制作鋼材的材料，而且結構截面的尺寸在相比之下也不用太大，使結構材料的重量更輕，對于開裂的狀況也有很好的控制，同時減少鋼材因為受壓而產生的位移。預應力混凝土的缺點在于，其生產方式相對于鋼筋混凝土的生產方式更為復雜，它需要很多的生產設備還有很多專業(yè)的技術人員，所以對于預應力混凝土的生產，開工費是一個不小的數目，如果所生產的構建越少，工程的成本就相對的更高，有可能會出現虧損的現象，而預應力鋼筋混凝土則在這些方面抱有更明顯的優(yōu)勢正因為如此，預應力鋼筋混凝土的生產量越大才越有經濟價值。