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预应力技术在混凝土结构中的应用

【摘要】现代混凝土结构工程发展的总趋势是通过不断改进设

计、施工方法及采用高强、高性能的轻质材料来建造更为经济合理

的结构。高强、高性能轻质材料的发展，对加筋混凝土结构来说尤

为重要。混凝土是一种抗压强度高、抗拉强度低的结构材料，它不

仅抗拉强度很低，而且很不可靠，它的抗拉变形能力也很小，其脆

性破坏没有明显预兆。钢筋混凝土结构利用钢筋来承受混凝土的抗

应力，但仍存在两个问题：一是在带裂缝工作状态下裂缝的存在不

仅造成受拉区混凝土材料不能充分利用、结构刚度下降和自重比例

上升，而且限制了它的使用范围；二是从保证结构耐久性的要求出

发，必须限制混凝土裂缝开展的宽度，这就使高强度钢筋无法在钢

筋混凝土结构中充分发挥其作用，相应地也不可能使高强度混凝土

的作用发挥出来。为了使钢筋混凝土结构得到进一步发展，就必须

解决混凝土抗拉性能弱这一缺陷。

为克服钢筋混凝土结构的缺点，经人们长期实践而创造出一种具

有广泛发展潜力、性能优良的结构—预应力混凝土结构。本文将围

绕预应力混凝土结构技术，主要从发展史、应用领域及其应用前景

等方面进行阐述，了解预应力混凝土结构的重要性和发展前景。

【关键词】混凝土结构钢筋混凝土预应力混凝土

预应力是预加应力的简称。预加应力能使混凝土在使用状态下成

为弹性材料；预加应力能使高强钢材和混凝土共同工作并发挥两者

的潜力；预加应力实现了荷载平衡。

预应力混凝土结构，通常是以预拉的高强钢筋的弹性回缩力对混

凝土结构施加一个预设的应力，使混凝土在荷载作用下以最适合的

应力状态工作，从而克服混凝土结构性能的弱点，充分发挥材料强

度，达到结构轻型、大跨、高强、耐久的目的。

为此本文从以下三方面进行简单的阐述：一是预应力混凝土结构

技术发展史；二是预应力混凝土结构技术的应用领域；三是预应力

混凝土结构技术的应用前景。

一预应力混凝土结构技术发展史

19世纪20年代，波特兰水泥制成后混凝土问世了。混凝土骨料

可以就地取材，混凝土构件易于成型，但混凝土的抗拉强度很小，

用途受到限制。19世纪中叶以后，钢铁产量激增，随之出现了钢筋

混凝土这种新型的复合建筑材料，其中钢筋承担拉力，混凝土承担

压力，发挥了各自的优点。20世纪初以来，钢筋混凝土广泛应用于

土木工程的各个领域。从20世纪30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。

从19世纪中叶开始，冶金业冶炼并轧制出抗拉和抗压强度都很

高且延性好、质量均匀的建筑钢材，随后又生产出高强度的钢丝、

钢索。于是适应发展需要的钢结构得到蓬勃发展。除应用原有的梁、

拱结构外，新兴的桁架、框架、网架结构、悬索结构逐渐推广，出

现了结构形式百花争艳的局面。

钢筋混凝土结构利用钢筋来承受混凝土的抗应力，但仍存在两个

问题：一是在带裂缝工作状态下，裂缝的存在不仅造成受拉区混凝

土材料不能充分利用、结构刚度下降和自重比例上升，而且限制了

它的使用范围；二是从保证结构耐久性的要求出发，必须限制混凝

土裂缝开展的宽度，这就使高强度钢筋无法在钢筋混凝土结构中充

分发挥其作用，相应地也不可能使高强度混凝土的作用发挥出来。

为了使钢筋混凝土结构能得到进一步发展，就必须解决混凝土抗拉

性能弱这一缺陷。预应力混凝土结构就是为克服钢筋混凝土结构的

缺点，经人们长期实践而创造出来的一种具有广泛发展潜力、性能

优良的结构。

在预应力原理和技术运用最广泛的预应力混凝土结构中，通常是

以预拉的高强钢筋的弹性回缩力对混凝土结构施加一个预设的应

力，使混凝土在荷载作用下以最适合的应力状态工作，从而克服混

凝土结构性能的弱点，充分发挥材料强度，达到结构轻型、大跨、

高强、耐久的目的。

预应力结构的形式也是多样丰富的，常用的形式有：无梁平板结

构、有梁大板框架（或剪力墙）结构、转换层结构、门架结构和吊

车梁，以及特殊结构如水池、筒仓、大悬挑结构等。

二预应力混凝土结构技术的应用领域

1.预应力无梁平板结构

传统的普通钢筋混凝土梁板结构体系需要在柱间及隔墙下设置

框架梁和次梁，这必然导致室内明梁纵横交错，降低了楼层的有效

高度，影响了室