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1、预应力碌技术的发展与展望摘要：预应力混凝土经过近半个世纪的发展，目前在我 国已成为土建工程中十分重要的结构材料，应用范围日益扩 大，由以往的单层及多层房屋、公路、铁路桥梁、轨枕、电 杆、压力水管、储罐、水塔等，扩大到高层建筑、地下建筑、 高耸结构、水工建筑、海洋结构、机场跑道、核电站压力容 器、大吨位船舶等方面。关键词：预应力结构设计一、我国预应力校技术发展历 史回顾（一）房屋建筑中的预应力校技术发展历史五十年代 初，大量工业厂房和民用建筑需要兴建，而结构材料，特别 是型钢和木材奇缺，由于难以解决厂房钢结构屋盖与钢吊车 梁的型钢用料，迫切需要改用预应力混凝土来代替。按照预 应力经典理论，生产预
2、应力混凝土必须要用高强钢材（钢丝和 钢筋）和高强混凝土，要用专门的张拉千斤顶、锚夹具及其配 套的专用机械与零部件，而在我国当年除书本知识外，真是 一穷二白，一无所有。要从国外进口，既缺外汇，又受帝国 主义封锁，而苏联当时也刚刚起步，在人力物力上无力对我 援助。在这一艰难时刻，原建筑工程部建筑科学技术研究所 （中国建筑科学研究院前身）接受了国家计委的任务，沿着自 力更生、土法上马、走不同于国外的具有中国特色的低强钢 材预应力的发展道路，开始了预应力混凝土的研究。从五十 年代初至七十年代末，我国房屋结构中开发研制了一整套预 制预应力於构件技术，如屋面梁、屋架、吊车梁、大型屋面 板、空心楼板等，其中
3、预应力空心板年产量达一千万立方米 以上。这一时期的预应力技术特点是采用中、低强预应力钢 材，采用中国特色的预应力校张拉锚固工艺技术。从八十年 代初至九十年代末，房屋建筑中预应力睡技术得到巨大发展, 其显著特点是采用高强预应力睡钢材及相应工艺技术，对整 体结构施加预应力，技术水平接近发达国家先进水平。二十 年间建设了一大批预应力於工程，其中有代表性的工程有63 层预应力球楼面的广东国际大厦；214米高的青岛中银大厦; 单体预应力役面积最大的首都国际机场新航站楼等。（二）桥 梁结构中的预应力校发展历史1955年，铁路部门研制成功我 国第一片跨度12米的预应力混凝土铁路桥梁，1956年建成 28孔2
4、4米跨的新沂河大桥，从而开始了预应力混凝土技术在 我国铁路上应用的篇章。四十多年来，经过铁路系统工程技 术人员的辛勤努力，预应力给技术不断扩大，技术水平不断 提高，制造架设跨度32米以下桥梁三万多孔，桥梁跨度不断 突破，大跨径桥梁不断涌现，其中有代表性的工程有主跨为 168米的攀枝花金沙江铁路连续钢构桥，顶推法施工的跨度 80米连续箱梁桥杭州钱塘江二桥，此外在南昆铁路线上新建 了一大批各种类型的铁路桥梁。1957年，公路部门在北京周 口店建造第一座预应力混凝土公路试验桥，为单跨20米简支 T梁桥。1959年在兰州建成七里河黄河桥，为7孔主跨37. 5 米悬臂梁桥。后又建成新城黄河桥，桥型为5孔
5、33米T型简 支梁和孔66米系杆拱桥，奠定了我国建造预应力混凝土桥的 基础。随着我国交通运输的蓬勃发展，四十多年来，公路上 建造了大量预应力混凝土桥，尤以大跨径桥梁居多数。如我 国已建成主跨400以上斜拉桥七座，连续钢构桥继黄石大桥 250米主跨后，虎门大桥达270米，主跨为世界之冠，这些桥 型和其它桥型无论在跨度还是在施工方法上都已接近发达国 家的先进水平。城市立交桥中的预应力於技术主要是七十年 代开始起步的，目前仅北京修建的立交桥就已达200座，其 中最早的立交桥是1974年建成的复兴门桥，采用先简支后连 续方法施工；层次最多最高的是天宁寺立交桥；规模最大的 是首都机场高速路上的四元桥。（
6、三）特种工程中的预应力徒 技术发展现状预应力校技术在我国各种工程结构领域中均得 到广泛应用，其中主要有水利工程中的边坡加固，建筑物基 坑开挖的支护等所采用的土层、岩层预应力锚杆技术，代表 工程为云南漫湾水电站左岸岩质高边坡加固和北京京城大厦 深基坑支护；有竖向超长预应力於技术的应用，代表性工程 有中央、天津、南京、上海等电视塔的预应力役技术；有环 形预应力徒技术的应用，代表性工程有阿尔及利亚球形水塔, 秦山、大亚湾核电站安全壳，柴里煤矿煤仓，各种圆形及蛋 形污水处理池，各种输、排水管道；有超重、超高物体提升 预应力给技术，代表性工程有北京西客站主站房大跨钢梁提 升、上海歌剧院钢屋盖提升、虎门大
7、桥钢箱梁节段提升等。 二、我国预应力役发展过程中的主要成就（一）预应力材料 技术的突破1、冷拉钢筋技术五十年代中期，我国研制成功有 中国特色的冷拉钢筋预应力栓成套技术，主要有钢筋冷拉工 艺、设备、锚固技术及冷拉钢筋物理力学性能的研究，冷拉 钢筋制作预应力校构件的生产工艺，冷拉钢筋预应力於构件 性能研究及设计方法。2、冷拔钢丝技术六十年代前后，我国 研制成功冷拔低碳钢丝预应力成套技术，生产预制预应力空 心楼板，由于冷拔丝费用低廉、工艺简单，预应力空心楼板 在全国得到广泛应用。3、中强预应力筋技术七十年代初期至 八十年代中期，我国相继开发出热轧低合金预应力钢筋、热 处理预应力钢筋和精轧螺纹预应力钢
8、筋，进一步促进了我国 预应力技术的发展。4、高强预应力钢丝、钢绞线技术八十年 代以后，我国相继从国外引进了十多条低松弛、高强度预应 力钢丝、钢绞线生产线，生产能力目前己达到年产量三十万 吨，这一技术的引进极大地促进了我国预应力工程技术的发 展。（二）预应力睡工艺技术的突破1、预应力役张拉锚固技 术的发展六、七十年代，我国研究开发了多种中低强度预应 力徒筋张拉锚固技术，主要有螺丝端杆锚固技术、高强钢丝 敏头锚体系、JM锚体系、弗氏锚体系等。七十年代中期，编 制出版了常用预应力玲锚夹具定型图册。八十年代中后期， 我国技术人员跟踪国际先进水平，成功地开发了预应力校钢 绞线群锚张拉锚固体系，较好地解决
9、了预应力彼施工中的关 键技术，特别是大吨位(200lOOOOkN级)预应力玲锚具及 配套张拉设备，达到了国际先进水平，1988年该成果被科 技日报评选为1987年度全国十大科技成就之一。2、无粘 结预应力徒成套技术八十年代中期，我国开发研制成功的无 粘结预应力於筋涂包设备、单根钢绞线张拉锚固设备、无粘 结预应力於结构设计技术规程等配套技术，促进了我国建筑 工程中现浇预应力於结构的发展。近二十年来，无粘结预应 力於结构累计推广使用面积达到一千万平方米以上，出现了 一大批有代表性的、达到国际先进水平的工程项目。3、斜拉 索产品成套技术八十年代中期，我国开始兴建大跨度预应力 徐斜拉桥，为解决工程需要
10、，上海浦江缆索厂与多家科研设 计单位配合，建成了我国最大的斜拉桥缆索成品生产线，使 我国的斜拉桥技术达到世界领先水平。(三)设计理论及标准 规范的发展早期的预应力混凝土结构设计理论是按全预应力 方法设计，八十年代初期以后，发展了部分预应力彼设计理 论，目前预应力役工程相应的规程规范已基本配套。主要有 材料方面的预应力混凝土用钢丝、钢绞线标准；无粘结预应 力徒筋标准；专用油脂标准；预应力玲筋用锚具、夹具、连 接器产品标准及应用技术规程；各种预应力役设备及产品标 准；各种结构设计及施工规范。（四）工程应用取得重大突破 房屋结构方面，63层的广东国际大厦采用了无粘结预应力徒 楼盖技术；珠海机场候机楼
11、和首都国际机场新航站楼采用了 大面积无粘结预应力役技术；首都国际机场停车楼采用了双 向大柱网、大面积超长度有粘结预应力於技术。桥梁结构方 面，上海杨浦大桥（跨度602米）等七座跨度400米以上的斜 拉桥，代表我国斜拉桥技术已进入世界领先水平；连续钢构 桥继黄石大桥250米主跨后，虎门大桥达270米主跨，为世 界之冠；主跨168米的攀枝花金沙江桥和钱塘江二桥等铁路 桥表明我国的铁路桥预应力於技术已达到世界先进水平。特 种工程结构方面，秦山、大亚湾核电站安全壳，上海、北京 电视塔，阿尔及利亚预应力混凝土球形水塔等一批高难度、 高水平的特种结构预应力校技术，表明我国预应力混凝土技 术应用范围极为广泛
12、、技术水平十分先进。三、我国预应力 建技术发展展望（一）新材料技术开发应用预应力建材料技 术的发展从来都是预应力役技术革命的先驱，预应力役筋除 了目前使用的高强度钢材外，未来新型预应力彼筋应是强度 高、自重轻、弹性模量大的聚碳纤维、玻璃纤维和聚醋纤维 类非金属预应力校筋。（二）预应力徒技术在我国房屋建筑中 将扮演重要角色1、预应力混凝土在多层大跨结构中的发展方 向建筑业是我国国民经济重要支柱产业之一，旺盛的建筑需 求，日新月异的生产工艺变革以及人们对物质文化生活需求 的迅速提高，使建筑结构正面临新的挑战。近代建筑结构正 在向大柱网、大开间、大跨度、多功能方向发展，人们总想 在有限的建筑面积和空
13、间内获得最好的使用功能和最佳的投 资回报。预应力混凝土正以其跨度大、自重轻、节约材料、 节省层高、改善功能等突出优点，迎合了近代建筑结构的发 展趋向。经验证明，818m柱网（或跨度）的房屋正处于预应 力混凝土建筑结构经济跨度范围内，对于大多数多层工业厂 房，各类公共建筑如文化娱乐建筑、体育建筑、医疗建筑、 商业建筑、办公建筑、航站建筑等，预应力混凝土结构常常 是最佳的选择，它不仅有良好的技术和经济指标，而且能明 显加快施工速度。建设部、科技部均将其列入“九五”及2010 年发展纲要中的新技术推广项目。2、高层建筑结构中预应力 混凝土技术发展方向近年来，预应力混凝土在高层建筑中的 应用有很大发展
14、，尤其是无粘结预应力混凝土平板和预应力 建扁梁用于高层建筑的楼盖，具有降低层高，简化模板，加 快施工等明显效果，受到建设单位、设计和施工单位的普遍 欢迎。预应力混凝土除用于楼盖外，有时还用来解决大跨度、 大空间部位柱网转换时的转换梁、转换桁架，以及复杂柱网 情况下的转换板。此外818m跨度的预应力混凝土空心板， 外墙用的装饰保温复合预应力混凝土墙板在高层建筑中的应 用前景也很广阔。目前，高层建筑的外墙材料大都是红砖、 小型砌块、实心混凝土或玻璃幕墙等，墙体材料的改革势在 必行。3、预制现浇相结合的装配整体式结构将加速发展先张 法预制预应力混凝土构件具有工厂化规模生产的各种优点， 如质量控制水平
15、高，构件耐久性好，模板周转率高，损耗小; 与现场浇注的后张法预应力混凝土相比，省去了留管灌浆工 序或无粘结束的注油挤塑工序，省去了管道费用、涂包费用 和锚具费用。在道路及运输吊装条件较好，运距不太大（200 公里以内）的情况下，预制构件常常有良好的技术经济指标。 先进工业化国家中，预制先张预应力混凝土的比例很高，美 国占70%80%,法国、德国约占60%。现代的预制工业，是一 项极具发展潜力的工业。现代化预制厂的主要生产过程均由 计算机控制，高素质的技术工人和高效率施工机械与管理模 式保证了产品的高质量，现代预制工业已摆脱了构件品种、 规格单一，建筑与结构功能脱节的旧模式。很多工业发达国 家的
16、预制构件已能将建筑装饰的复杂、多样性以及保温、隔 热、水电管线等多方面的功能，与预制混凝土构件结合起来, 满足用户各种要求，又不失工业化规模生产的高效率。我国 目前在这方面的差距很大，国内房屋建筑中最大量的预制构 件仍是6m跨以下的空心楼板，工业建筑中的屋架、吊车梁、 屋面板等。随着大柱网、大开间多层建筑和高层建筑迅猛发 展，长跨预应力役空心板、T形板、大型预应力役墙板等必将 逐步兴起，预制梁板现浇柱，或预制梁、板、柱与现浇节点 相结合的各种装配整体式建筑结构体系预期会迅速发展，这 种结构体系可以把预制与现浇二者的优点结合起来，避免纯 装配式建筑对产品尺寸的高精度要求，结构整体性差和节点 耗钢量大等缺点，又避免了现浇结构现场湿作业工程量大， 受制于现场施工及气候条件，耗用大量模板、支撑等缺点。 在材料消耗上，预制也有显著优点，以8-12m跨度的预应力 长跨空心板为例，与无粘结预应力彼现浇平板相比，一般可 节约混凝土 30%一40%,节约钢材50%60%,免去涂包和锚具费 用，减轻楼面结构自重10%15%,节省模板、支撑等，经济效 益十分显著。（三）其他结构
