预应力应用实例

1、预应力结构基本形式现代预应力结构是利用高性能材料、现代设计理论和先进施工工艺进行设计、建造的高效结构。与非预应力结构相比，现代预应力结构不仅具有跨越能力大、受力性能好、使用性能优越、耐久性高、轻巧美观等优点，而且与其他结构相比具有比较经济，节材、节能的效果。现代预应力结构具有广泛的发展前景，目前，现代预应力结构已渗透到土木工程的各个领域，是建造高层建筑、高耸结构；大跨度、大空间结构；重载结构；特种结构及特殊用途工程中不可缺少的、最为重要的结构形式之一。现浇整体预应力结构可以分为房屋建筑、桥梁工程、特种结构、路面结构、加固改造结构等类型，在这里，我收集整理了房屋建筑和桥梁结构中较为典型的结构形式

2、。一、 房屋建筑1. 预应力混凝土框架结构预应力混凝土框架结构是预应力结构中应用最广的结构形式。如该项目，位于海南海口，是海南省体育中心的综合训练馆，采用了有粘结预应力框架梁、柱结构，梁跨度为36m，柱距为8m，混凝土强度等级采用C40，共3层。其结构平面如图一所示。其梁、柱均为预应力构件，主梁尺寸为b×h=600mm×2400mm，预应力配筋为4束915.2，预应力柱截面尺寸为b×h=1300mm×1300mm，一层柱预应力配筋为2束915.2，二层柱预应力配筋为4束1215.2，预应力钢筋采用1860MPa级高强度低松弛钢绞线。图1 预应力混凝土框架

3、结构简图（一）（a）工程图片该工程由于跨度较大，在梁、柱中均采用了预应力技术。考虑到预应力柱的张拉力较大，在张拉过程中可能产生过大的压缩变形，为了避免在施工过程中对梁底支撑产生过大的不利影响，在张拉柱的预应力筋时，未采用一次张拉到位的方式，而采用了柱、梁交叉张拉顺序。图2 预应力混凝土框架结构简图（二）（b）结构平面示意图2.预应力混凝土平板结构由于预应力混凝土平板结构中预应力筋为无粘结预应力筋，因此又常被称为无粘结预应力平板结构。如该项目位于四川成都，是医院综合住院楼及门（急）诊楼二期工程，本工程地下2层、地上4层，总高度为21.6m，结构的基本柱网尺寸为9m×9m，如图3所示。图

4、3 预应力混凝土平板结构简图（一）（a）工程图片由于医院排污管道须以一定的坡度排向已有的城市管网，根据现有的条件，本工程第1层楼的结构层高度受到极大的限制，楼盖结构层高度大部分区域不能大于350m。为了控制结构层高度，第1层楼盖采用了现浇预应力空心无梁楼盖的结构体系，板厚为300m，柱上板带的支座区域采用实心截面，以保证楼板的抗冲切能力和抗弯能力；两个方向的柱上板带均沿顺跨度方向布置金属螺旋管，跨中板带的交叉区域沿单向布置金属螺旋管。预应力钢筋采用无粘结预应力筋，预应力钢筋仅在柱上板带布置。3.预应力混凝土门架结构预应力混凝土门架结构具有梁柱合一、结构简单、受力合理和施工方便等优点，适用于大跨

5、度、大柱网的工业厂房与公共建筑。由于预应力混凝土有着改善结构使用性能、满足建筑空间要求、提高经济效益的优点,所以预应力混凝土结构得到广泛的应用。预应力结构中又以大跨度工业厂房预应力框架结构最为典型,比如我国最早的预应力结构厂房上海针织四厂六层双跨框架,跨度20m,梁高164m。图4 预应力混凝土门架结构简图（一）（a）工程图片4预应力混凝土转换层预应力混凝土转换层结构的主要形式有预应力混凝土梁式转换层、预应力混凝土板式转换层、预应力混凝土桁架式转换层和预应力混凝土巨型框架转换层等。图5 预应力混凝土转换层结构简图（一）5.预应力钢桁架结构将预应力技术应用于钢结构，可以改善结构的内力分布，减小变

6、形。北京西站占地面积51万平方米，建筑面积为17万平方米。站房摩天楼高90米，呈“品”字形；车站内设10个站台。北京西站站房主楼为框剪力墙结构。北京西站综合楼天桥钢结构承载天桥钢梁加楼顶亭结构。该结构由四榀主桁架组成。 图6 北京西客站6.预应力空间钢结构典型的预应力空间钢结构在深圳，深圳坪山体育中心体育馆是2011年世界大学生运动会篮球比赛用场馆，体育馆总面积1.6万平方米，总座位数4600个，体育馆屋面钢结构采用预应力弦支穹顶结构体系，整个屋盖曲面面积为4753平方米。该弦支穹顶结构体系由上部单层网壳和下部弦支索杆体系构成，上部网壳杆件采用圆钢管，下部索杆体系为肋环形，下部索杆体系由环向索

7、和径向拉杆组成，共设2环，其中环向索为平行钢丝索，径向钢拉杆为高强合金钢棒，各环向索均为单索，撑杆采用圆钢管。钢屋盖所采用的弦支穹顶跨度为72m，矢高为7.2m，矢跨比为0.1，整个屋盖结构支撑于圆周边24根混凝土柱上，结构简图如图7所示。图7 预应力空间钢结构简图（一）（a） 深圳坪山体育馆图8 预应力空间钢结构简图（二）（b）结构整体示意图图9 预应力空间钢结构简图（三）（c）径向预应力钢拉杆示意图在本工程中，预应力技术为弦支穹顶结构提供了刚度，调整了结构内力分布，降低了结构内力峰值，并保证了整体结构的稳定。在施加预应力大小的设计时，预应力过小起不到改善结构受力性能的作用，预应力过大则会造

8、成上部网壳结构的负担和对周边构件产生较大的反向径向约束，从而起到不利作用。7.预应力钢-混凝土组合结构预应力钢-混凝土组合结构兼有组合结构和预应力结构的优点，如图10，该项目位于深圳蛇口，是在港口建造的一座120m×60m的大型仓库，仓库采用跨度为60m的预应力屋架，屋架间距为15m，屋架矢高6.4m，总重64t；屋面采用跨度为15m的预应力檩条及混凝土密肋小板。屋架下弦截面为300mm×600mm，下图10 预应力组合结构简图（一）（a）屋架简图弦配筋为8束（每束275钢丝），混凝土强度等级采用C50.考虑到构件的运输问题，屋架采用分块预制现场组装整浇成型。屋架共分为15

9、个预制块体，分块编号见图7（b）；由于屋架跨度大、质量重，难以直接起吊，因此采用了在地面按照三榀一组进行组装，然后采用千斤顶整体顶升到位的施工方法。屋架简图如图11所示。图11 预应力组合结构简图（二）（b）深圳蛇口仓库8.预应力砌体结构预应力可以增加砌体结构的抗弯和抗剪承载力，提高砌体结构的变形能力与延性，从而改善砌体结构的抗震性能。图12 预应力砌体结构简图二、桥梁工程预应力混凝土桥指的是以预应力混凝土作为上部结构主要建筑材料的桥梁。出现在20世纪30年代，50年代以来不断取得巨大发展，主跨90米，在中、小跨度范围内现已占绝对优势，在大跨度范围内它正在同钢桥展开激烈竞争。它是主要承重结构采

10、用预应力钢筋混凝土结构的桥梁。1.预应力梁桥预应力梁桥包括简支梁桥和连续梁桥两种。沙洋汉江大桥位于湖北省荆门市沙洋县，是国首建跨度超过百米的公路预应力混凝土连续梁桥，于1985年建成。桥全长1818.5m，分跨为62.4+6×111+62.4(m)，桥宽12m，主桥长792.7米，上部为为预应力连续箱梁，最大跨径111米;下部为深水沉井基础，全桥共浇筑混凝土四万余方，投资3259万元。大桥由交通和湖北省交通厅合资修建，交通部公路规划设计院设计，交通部第二工程局第一工和处施工。1981年7月1日全面开工，1985年7月1日建成通车。上部结构为变截面单箱单室梁，采用纵向、竖向双向预应力配

11、筋，悬臂浇筑施工。主桥为8跨一联连续梁，联长792.7m，两端钢梳形板伸缩缝的伸缩量为400mm。主墩为钢筋混凝土空心墩，沉井基础，深达32m。因地质复杂，施工中采取了钢壳沉井浮运、气幕助沉等工艺。引桥为34孔30m预应力混凝土简支T型梁，桥面连续长度120m180m;下部结构为双圆柱墩，1.5m钻孔桩基础。图13 预应力梁桥简图（一）（a）沙洋汉江大桥2.预应力钢沟桥与其他桥梁相比，刚构桥有着自身无与伦比的特点，由于桥跨主梁与墩台刚性连接，减小了刚构桥的跨中弯矩，从而降低了刚构桥的主梁高度。黄石长江大桥，也称为黄石长江公路大桥，位于湖北省黄石市黄石港区迎宾大道和浠水县散花镇，是国家公路干线上

12、海至成都318国道上的特大型桥梁，是一座预应力混凝土连续刚构桥。该桥全长2580.08米，主桥长1060米，分跨为162.5+3x245+162.5(米)，系一5跨预应力混凝土连续-刚构桥，跨度与联孔长度均很大。桥宽20m，其中机动车道宽15米，非机动车道各宽2.5米设于两侧。黄石岸引桥长840.7米，由连续箱梁桥和桥面连续简支T型梁桥组成;浠水岸引桥长679.21米，由桥面连续简支T型梁桥组成。主桥墩采用28m直径双壁钢围堰加16根3米钻孔灌注桩基础，具有较高的防 船舶撞击能力。通航净空200x24米，可容5000吨单体轮船或32000吨大型船队上下通航。图14 预应力桥梁简图（二）（b）黄

13、石长江公路大桥3.预应力拱桥目前，预应力拱桥在大跨度桥梁中应用广泛，因为光滑曲线的拱桥可以充分发挥混凝土的抗压性能。新城黄河桥位于甘肃省兰州市兰新公路上，跨越黄河。该桥全长246.27m，主跨采用62.4m拼装预应力混凝土系杆拱。系杆拱梁高1.8m，矢度1/4.5，拱肋与主梁的刚度比为1/78，属刚性梁柔性拱组合体系。该桥结构轻盈，受力明确，造型美观，是中国最早使用弗式预应力锚具体系的桥梁。拼装接点构造简单，连接性能可靠，特别是吊杆下端夹在主梁节段之间，借主梁预应力挤压产生的摩阻力承受吊杆的拉力，设计颇具匠心。于1959年建成。图15 预应力拱桥简图（一）（a）新城黄河桥4预应力斜拉桥斜拉桥具

14、有受力合理、跨越能力大、节省材料和造型美观等优点，近年来这种桥型如异军突起，发展迅速。世界著名大跨度(主跨440米)公路预应力混凝土斜张桥-卢纳巴里奥斯桥，位于西班牙西北部，跨越卢纳湖。1983年建成。该桥由107.7+440.0+106.9米3跨组成，边跨和桥台固结，主跨无索区设一个剪力铰。为了避开50米水深和不良地质条件，采用了很大的中跨；又因主梁采用悬臂浇筑法(见混凝土桥架设)施工，采用了长36.23米，重2.5万吨起平衡作用的重力式桥台，其上也锚固部分缆索，并配置了预应力钢筋，形成三向预应力混凝土结构。主梁高度仅2.5米，跨高比为176；桥宽22.5米，宽高比为9；主梁采用流线形的单箱

15、三室封闭式截面，但在中跨的中部因轴向压力较小，为减轻自重，采用了半封闭式的箱形截面。塔墩在基础顶面以上高达102.5米,立面上呈柱型,横桥向采用斜腿门型塔柱，有两道横撑,具有较好的抗风稳定性。80%高度的塔墩采用提升式模板施工。缆索布置采用折中型，由根数不同的直径15.2毫米钢绞线组成，钢绞线则由7根钢丝组成。缆索外套聚乙烯管,内注水泥砂浆防锈。缆索索距为8.16米，采用BL(Barrios de Luna)型锚具，具有耐疲劳、可以现场制造的优点。为了加大中跨的刚度，位于边跨桥台平衡重部分的斜缆索，按45°倾斜角布置。该桥为预应力混凝土斜张桥,比钢斜张桥经济。主梁采用悬臂浇筑法施工，平均每周可浇筑两个节段，合8.16米。图16 预应力斜拉桥简图（一）（a）卢纳巴里奥斯桥5.预应力悬索桥与斜拉桥相比，悬索桥具有更大的跨越能力。浙江省九龙山通天桥是一种空间预应力索桥。该桥位于浙江省平湖市九龙山旅游渡假区，跨越小龟山与外蒲山间海峡，见图16，桥址处海面宽约290m，主槽偏南，距离北岸约35m处有一座小岛，岛周围约50m范围内为海滩，退潮时露出水面。利用这种有利地形，为减少跨度，节省造价，在北面海滩上设小跨引桥，长约80m。由于桥址位于海峡风口，风力大，海底深达30多米，故宜选用跨度较大，抗风性能好的桥型，而预应力悬索桥正具