預應力砼技術管理的論文
預應力砼技術管理的論文
摘要：預應力混凝土經過近半個世紀的發展，目前在我國已成為土建工程中十分重要的結構材料，應用範圍日益擴大，由以往的單層及多層房屋、公路、鐵路橋樑、軌枕、電杆、壓力水管、儲罐、水塔等，擴大到高層建築、地下建築、高聳結構、水工建築、海洋結構、機場跑道、核電站壓力容器、大噸位船舶等方面。
關鍵詞：預應力結構設計
一、我國預應力砼技術發展歷史回顧
（一）房屋建築中的預應力砼技術發展歷史
五十年代初，大量工業廠房和民用建築需要興建，而結構材料，特別是型鋼和木材奇缺，由於難以解決廠房鋼結構屋蓋與鋼吊車梁的型鋼用料，迫切需要改用預應力混凝土來代替。按照預應力經典理論，生產預應力混凝土必須要用高強鋼材(鋼絲和鋼筋)和高強混凝土，要用專門的張拉千斤頂、錨夾具及其配套的專用機械與零部件，而在我國當年除書本知識外，真是一窮二白，一無所有。要從國外進口，既缺外匯，又受帝國主義封鎖，而蘇聯當時也剛剛起步，在人力物力上無力對我援助。在這一艱難時刻，原建築工程部建築科學技術研究所(中國建築科學研究院前身)接受了國家計委的任務，沿著自力更生、土法上馬、走不同於國外的具有中國特色的低強鋼材預應力的發展道路，開始了預應力混凝土的研究。
從五十年代初至七十年代末，我國房屋結構中開發研製了一整套預製預應力砼構件技術，如屋面梁、屋架、吊車梁、大型屋面板、空心樓板等，其中預應力空心板年產量達一千萬立方米以上。這一時期的預應力技術特點是採用中、低強預應力鋼材，採用中國特色的預應力砼張拉錨固工藝技術。
從八十年代初至九十年代末，房屋建築中預應力砼技術得到巨大發展，其顯著特點是採用高強預應力砼鋼材及相應工藝技術，對整體結構施加預應力，技術水平接近發達國家先進水平。二十年間建設了一大批預應力砼工程，其中有代表性的工程有63層預應力砼樓面的廣東國際大廈；214米高的青島中銀大廈；單體預應力砼面積最大的首都國際機場新航站樓等。
（二）橋樑結構中的預應力砼發展歷史
1955年，鐵路部門研製成功我國第一片跨度12米的預應力混凝土鐵路橋樑，1956年建成28孔24米跨的新沂河大橋，從而開始了預應力混凝土技術在我國鐵路上應用的篇章。四十多年來，經過鐵路系統工程技術人員的辛勤努力，預應力砼技術不斷擴大，技術水平不斷提高，製造架設跨度32米以下橋樑三萬多孔，橋樑跨度不斷突破，大跨徑橋樑不斷湧現，其中有代表性的工程有主跨為168米的攀枝花金沙江鐵路連續鋼構橋，頂推法施工的跨度80米連續箱梁橋杭州錢塘江二橋，此外在南昆鐵路線上新建了一大批各種型別的鐵路橋樑。
1957年，公路部門在北京周口店建造第一座預應力混凝土公路試驗橋，為單跨20米簡支T梁橋。1959年在蘭州建成七里河黃河橋，為7孔主跨37.5米懸臂樑橋。後又建成新城黃河橋，橋型為5孔33米T型簡支梁和孔66米系杆拱橋，奠定了我國建造預應力混凝土橋的基礎。
隨著我國交通運輸的蓬勃發展，四十多年來，公路上建造了大量預應力混凝土橋，尤以大跨徑橋樑居多數。如我國已建成主跨400以上斜拉橋七座，連續鋼構橋繼黃石大橋250米主跨後，虎門大橋達270米，主跨為世界之冠，這些橋型和其它橋型無論在跨度還是在施工方法上都已接近發達國家的先進水平。
城市立交橋中的預應力砼技術主要是七十年代開始起步的，目前僅北京修建的立交橋就已達200座，其中最早的立交橋是1974年建成的復興門橋，採用先簡支後連續方法施工；層次最多最高的是天寧寺立交橋；規模最大的是首都機場高速路上的四元橋。
（三）特種工程中的預應力砼技術發展現狀
預應力砼技術在我國各種工程結構領域中均得到廣泛應用，其中主要有水利工程中的邊坡加固，建築物基坑開挖的支護等所採用的土層、岩層預應力錨杆技術，代表工程為雲南漫灣水電站左岸巖質高邊坡加固和北京京城大廈深基坑支護；有豎向超長預應力砼技術的應用，代表性工程有中央、天津、南京、上海等電視塔的預應力砼技術；有環形預應力砼技術的應用，代表性工程有阿爾及利亞球形水塔，秦山、大亞灣核電站安全殼，柴裡煤礦煤倉，各種圓形及蛋形汙水處理池，各種輸、排水管道；有超重、超高物體提升預應力砼技術，代表性工程有北京西客站主站房大跨鋼樑提升、上海歌劇院鋼屋蓋提升、虎門大橋鋼箱梁節段提升等。
二、我國預應力砼發展過程中的主要成就
（一）預應力材料技術的突破
1、冷拉鋼筋技術
五十年代中期，我國研製成功有中國特色的冷拉鋼筋預應力砼成套技術，主要有鋼筋冷拉工藝、裝置、錨固技術及冷拉鋼筋物理力學效能的研究，冷拉鋼筋製作預應力砼構件的生產工藝，冷拉鋼筋預應力砼構件效能研究及設計方法。
2、冷拔鋼絲技術
六十年代前後，我國研製成功冷拔低碳鋼絲預應力成套技術，生產預製預應力空心樓板，由於冷拔絲費用低廉、工藝簡單，預應力空心樓板在全國得到廣泛應用。
3、中強預應力筋技術
七十年代初期至八十年代中期，我國相繼開發出熱軋低合金預應力鋼筋、熱處理預應力鋼筋和精軋螺紋預應力鋼筋，進一步促進了我國預應力技術的發展。
4、高強預應力鋼絲、鋼絞線技術
八十年代以後，我國相繼從國外引進了十多條低鬆弛、高強度預應力鋼絲、鋼絞線生產線，生產能力目前己達到年產量三十萬噸，這一技術的引進極大地促進了我國預應力工程技術的發展。
（二）預應力砼工藝技術的突破
1、預應力砼張拉錨固技術的發展
六、七十年代，我國研究開發了多種中低強度預應力砼筋張拉錨固技術，主要有螺絲端杆錨固技術、高強鋼絲敏頭錨體系、JM錨體系、弗氏錨體系等。七十年代中期，編制出版了常用預應力砼錨夾具定型圖冊。
八十年代中後期，我國技術人員跟蹤國際先進水平，成功地開發了預應力砼鋼絞線群錨張拉錨固體系，較好地解決了預應力砼施工中的關鍵技術，特別是大噸位(200——10000kN級)預應力砼錨具及配套張拉裝置，達到了國際先進水平，1988年該成果被《科技日報》評選為1987年度全國十大科技成就之一。
2、無粘結預應力砼成套技術
八十年代中期，我國開發研製成功的無粘結預應力砼筋塗包裝置、單根鋼絞線張拉錨固裝置、無粘結預應力砼結構設計技術規程等配套技術，促進了我國建築工程中現澆預應力砼結構的發展。近二十年來，無粘結預應力砼結構累計推廣使用面積達到一千萬平方米以上，出現了一大批有代表性的、達到國際先進水平的工程專案。
3、斜拉索產品成套技術
八十年代中期，我國開始興建大跨度預應力砼斜拉橋，為解決工程需要，上海浦江纜索廠與多家科研設計單位配合，建成了我國最大的斜拉橋纜索成品生產線，使我國的斜拉橋技術達到世界領先水平。
(三)設計理論及標準規範的發展
早期的預應力混凝土結構設計理論是按全預應力方法設計，八十年代初期以後，發展了部分預應力砼設計理論，目前預應力砼工程相應的規程規範已基本配套。主要有材料方面的`預應力混凝土用鋼絲、鋼絞線標準；無粘結預應力砼筋標準；專用油脂標準；預應力砼筋用錨具、夾具、聯結器產品標準及應用技術規程；各種預應力砼裝置及產品標準；各種結構設計及施工規範。
（四）工程應用取得重大突破
房屋結構方面，63層的廣東國際大廈採用了無粘結預應力砼樓蓋技術；珠海機場候機樓和首都國際機場新航站樓採用了大面積無粘結預應力砼技術；首都國際機場停車樓採用了雙向大柱網、大面積超長度有粘結預應力砼技術。
橋樑結構方面，上海楊浦大橋(跨度602米)等七座跨度400米以上的斜拉橋，代表我國斜拉橋技術已進入世界領先水平；連續鋼構橋繼黃石大橋250米主跨後，虎門大橋達270米主跨，為世界之冠；主跨168米的攀枝花金沙江橋和錢塘江二橋等鐵路橋表明我國的鐵路橋預應力砼技術已達到世界先進水平。
特種工程結構方面，秦山、大亞灣核電站安全殼，上海、北京電視塔，阿爾及利亞預應力混凝土球形水塔等一批高難度、高水平的特種結構預應力砼技術，表明我國預應力混凝土技術應用範圍極為廣泛、技術水平十分先進。
三、我國預應力砼技術發展展望
（一）新材料技術開發應用
預應力砼材料技術的發展從來都是預應力砼技術革命的先驅，預應力砼筋除了目前使用的高強度鋼材外，未來新型預應力砼筋應是強度高、自重輕、彈性模量大的聚碳纖維、玻璃纖維和聚醋纖維類非金屬預應力砼筋。
（二）預應力砼技術在我國房屋建築中將扮演重要角色
1、預應力混凝土在多層大跨結構中的發展方向
建築業是我國國民經濟重要支柱產業之一，旺盛的建築需求，日新月異的生產工藝變革以及人們對物質文化生活需求的迅速提高，使建築結構正面臨新的挑戰。近代建築結構正在向大柱網、大開間、大跨度、多功能方向發展，人們總想在有限的建築面積和空間內獲得最好的使用功能和最佳的投資回報。預應力混凝土正以其跨度大、自重輕、節約材料、節省層高、改善功能等突出優點，迎合了近代建築結構的發展趨向。經驗證明，8～18m柱網(或跨度)的房屋正處於預應力混凝土建築結構經濟跨度範圍內，對於大多數多層工業廠房，各類公共建築如文化娛樂建築、體育建築、醫療建築、商業建築、辦公建築、航站建築等，預應力混凝土結構常常是最佳的選擇，它不僅有良好的技術和經濟指標，而且能明顯加快施工速度。建設部、科技部均將其列入“九五”及2010年發展綱要中的新技術推廣專案。
2、高層建築結構中預應力混凝土技術發展方向
近年來，預應力混凝土在高層建築中的應用有很大發展，尤其是無粘結預應力混凝土平板和預應力砼扁梁用於高層建築的樓蓋，具有降低層高，簡化模板，加快施工等明顯效果，受到建設單位、設計和施工單位的普遍歡迎。預應力混凝土除用於樓蓋外，有時還用來解決大跨度、大空間部位柱網轉換時的轉換梁、轉換桁架，以及複雜柱網情況下的轉換板。此外8~l8m跨度的預應力混凝土空心板，外牆用的裝飾保溫複合預應力混凝土牆板在高層建築中的應用前景也很廣闊。目前，高層建築的外牆材料大都是紅磚、小型砌塊、實心混凝土或玻璃幕牆等，牆體材料的改革勢在必行。
3、預製現澆相結合的裝配整體式結構將加速發展
先張法預製預應力混凝土構件具有工廠化規模生產的各種優點，如質量控制水平高，構件耐久性好，模板週轉率高，損耗小；與現場澆注的後張法預應力混凝土相比，省去了留管灌漿工序或無粘結束的注油擠塑工序，省去了管道費用、塗包費用和錨具費用。在道路及運輸吊裝條件較好，運距不太大(200公里以內)的情況下，預製構件常常有良好的技術經濟指標。先進工業化國家中，預製先張預應力混凝土的比例很高，美國佔70%~80%，法國、德國約佔60%。現代的預製工業，是一項極具發展潛力的工業。現代化預製廠的主要生產過程均由計算機控制，高素質的技術工人和高效率施工機械與管理模式保證了產品的高質量，現代預製工業已擺脫了構件品種、規格單一，建築與結構功能脫節的舊模式。很多工業發達國家的預製構件已能將建築裝飾的複雜、多樣性以及保溫、隔熱、水電管線等多方面的功能，與預製混凝土構件結合起來，滿足使用者各種要求，又不失工業化規模生產的高效率。我國目前在這方面的差距很大，國內房屋建築中最大量的預製構件仍是6m跨以下的空心樓板，工業建築中的屋架、吊車梁、屋面板等。隨著大柱網、大開間多層建築和高層建築迅猛發展，長跨預應力砼空心板、T形板、大型預應力砼牆板等必將逐步興起，預製梁板現澆柱，或預製梁、板、柱與現澆節點相結合的各種裝配整體式建築結構體系預期會迅速發展，這種結構體系可以把預製與現澆二者的優點結合起來，避免純裝配式建築對產品尺寸的高精度要求，結構整體性差和節點耗鋼量大等缺點，又避免了現澆結構現場溼作業工程量大，受制於現場施工及氣候條件，耗用大量模板、支撐等缺點。在材料消耗上，預製也有顯著優點，以8~12m跨度的預應力長跨空心板為例，與無粘結預應力砼現澆平板相比，一般可節約混凝土30%~40%，節約鋼材50%~60%，免去塗包和錨具費用，減輕樓面結構自重10%~15%，節省模板、支撐等，經濟效益十分顯著。
（三）其他結構領域的發展趨勢
橋樑結構領域中，預應力技術既是一種結構手段，又是與施工方法結合形成一整套以節段式施工為主體的預應力施工工法或專利，主要有預應力懸臂分段施工技術、分段頂推施工技術、移動模架逐孔施工技術、塊體節段拼裝技術、大節段預製吊裝技術等。這些施工技術與預應力技術是緊密相關的。現有橋樑的改造、加固技術亦是研究開發方向。
預應力技術的其它應用也體現了一種施工方法或專利技術，如預應力錨杆技術、重物提升技術、滑模頂推技術等，預應力技術的合理應用可創造一種新型施工方法或專利技術，這亦是它的發展趨勢。
（四）設計理論將有重大進展，預應力混凝土結構的可靠性、耐久性和經濟性更為協調一致
我國當前的預應力混凝土房屋建築設計水平相對還比較低，急待完善與提高，主要表現在：結合預應力混凝土特點對結構的整體佈局，概念設計、方案對比、綜合技術經濟效益的分析研究薄弱，設計理論上過分強調了裂縫對耐久性的危害，對某些預應力砼結構的抗裂要求過嚴，造成用鋼量的顯著增加，而對影響耐久性的其它更重要因素如保護層厚度，以及灌漿質量控制，無粘結的全長密封，尤其是錨具封端的嚴格要求則重視不夠。結構分析方面，則常常把普通鋼筋混凝土結構的設計準則不適當地套用到預應力混凝土高層建築結構，例如剪力牆框架結構中，由預應力平板與柱構成的等代框架，以及由預應力扁梁、柱構成的框架，由於預應力配筋的方向性以及耗能特點，通常不宜考慮承受過大的地震內力，對這類結構的設計準則應有所區別，但目前有關的規範還都未涉及，有待補充與完善。隨著我國預應力混凝土設計隊伍的壯大和設計水平的提高，相信在不久的將來，我們將會在一些重大設計理論問題上取得共識，實現可靠性、耐久性和經濟性的協調一致。
（五）預應力工藝將進—步完善，專用產品質量提高
儘管我國已能大批次生產高強鋼材、錨具和各類預應力混凝土用專用機具，但就其質量的穩定性、耐用性及配套性以及預應力工藝水平而言，與國際先進水平尚有不少差距。預應力混凝土由於其鋼材長期處於高應力狀態和材料對機械操作或腐蝕的高度敏感，更值得引起我們對產品質量和施工工藝問題的關注。英國公路局於1992年9月曾下令暫停在新的橋樑工程中使用後張灌漿預應力混凝土橋，曾引起國際工程界的巨大震動，直到1996年新標準出臺後才予以恢復。國際上對後張灌無粘結預應力混凝土的耐久性以及與保證質量相關的工藝技術均給予高度重視。我國應加強與國際學術界、工程界的交往，廣泛吸取他人的有益經驗。英國新標準預留管道採用不導電、抗腐蝕且耐久的高密度聚乙烯或聚丙烯塑膠波紋管替代金屬波紋管，以便提供預應力束的多道空氣和水的絕緣屏障，並對灌漿更高要求。國外對無粘結筋的防腐蝕要求、全封閉要求和構造細節、質量標準也都很嚴格，這方面我國還有許多工作要做，質量有待提高。錨具的生產許可證制度也勢在必行。
（六）專業預應力砼工程公司將集團化、國際化，施工技術和管理水平大大提高
預應力砼專業化施工已勢在必行。我國目前尚處在初級階段，現有的專業隊伍，絕大多數技術水平仍然不高，僅僅懂得一般的張拉操作。今後我國應該發展大型專業預應力砼工程公司，它不僅有自己的預應力砼專用產品和配套的質量保證體系，有整套的預應力砼專業施工技術和現場服務體系，還應具有研究、產品開發和預應力混凝土結構設計與施工的高水平諮詢能力。發展大型集團公司對促進我國預應力混凝土技術的完善和發展，促進產業化，提高工程質量和降低成本，適應市場的國際化趨勢，增加競爭能力都是十分必要的。再經過十餘年努力，我國應樹立起自己的國際名牌預應力體系，建立起能參與國際投標競爭的高水平預應力砼專業公司。