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热度 1 wenbaolian 2017-9-25 06:23

14 关于规范的理解与应用写正文之前，我要感谢几位师长和朋友。首先是廉慧珍老师和闻德荣老师两位前辈，第一节我提到过廉老师鼓励我把一些想法写出来，闻老先生还把系列文稿推荐杂志转发，这也使我有了不断写下去的勇气，首先感谢两位前辈。我以前在建委下属咨询处的领导颜处对我讲：任何时候不要保守，不要自己限制自己，要勇于与大家分享你得收获，整理你思路的同时对自己也是提高，不要固守一点，要放开胸怀，他说这是他多年做咨询的感受。在我写文稿期间，宋少民老师也专门发微信鼓励说：作为学者要有自己的独立见解和独立思考，每章节写一两个观点，这种形式很好。我是学习者，各位是学问者，都简称学者吧！王栋民老师专门让他的博士生和研究生加我微信交流，以期共同提高！中国建材情报所的孙继承博士电话与我说：闻博士，咱出本书吧，主要以工程案例鉴定分析为主，把你的案例丰富在里面，肯定广受欢迎！还要感谢旅日归国的美女博士王欣教授，王博士曾是我在咨询处的领导，现在在天津城建大学做专职教授，有次我与王博士闲聊，说起我这些年从南忽到北、从东悠到西，一路忽悠、鉴定混凝土质量缺陷的趣事，她建议我整理下写出来：与大家分享是件乐事，你会有成就感和意想不到的收获！这不，意外收获来了！前几天开会，有人要加我微信，说总看我文章，网上看我要发言就专门过来参会，还特意从新加坡带了咖啡和巧克力，会场上见到了新加微友 ——宁建树老总，一见如故，令我尤其感动！还有韶关的黄总、山西宋总等等许许多多新老朋友，不一一列出，会议前总电话问：去吗？你要去我也去见个面，谢谢各位鼓励和支持！闲言不赘，这次还是从一次质量缺陷分析鉴定说起。某施工单位，做预制箱梁，不幸开裂，从箱梁中间开裂，其实这也是比较常见的质量问题。我遇到很多。关键是：当地从未干过大的工程，这几片梁 40米，还没有进行张拉，开裂了谁也不敢拍板用还是不用。他们关心的问题是两个：施工方和搅拌站关心的问题是：裂缝怎么产生的？搅拌站态度很明确，我们问题我们负责，是配比问题还是材料问题？找不出原因就无法避免。业主方和地方质检站以及监理单位关心的问题是：这几片梁还能不能用！我去了现场，因为这种问题必须要去现场，光看图片很容易走偏的。我详细了解了情况，勘察现场，得出初步结论：第一，裂缝不是配比和原材原因，至少不是主因，养护占主要，然后告诉他们注意哪些，就不会再裂第二，裂缝总归是不好的，但这种裂缝对承载没大影响，经过修补密封，赶紧张拉，可以继续使用，不张拉裂缝会不断延长至通透。然后，我自以为完事大吉就走了，这种事我见的太多了！而两周后，施工方给我电话，几片梁被废了，砸了，直接损失近八十万。当时老实说我很震惊，震惊之余还是震惊，八十万呀，就这么没了！败家呀！！！况且这是我出道以来第一次鉴定结论被否，至今也是唯一一次，有点懵圈的感觉用赵本山小品的话来讲，我这资深大忽悠反被忽悠，脸面无光呀！后来，我进一步了解到：业主和当地质监都没接触过大的工程，我走后心里还是不踏实，就又专门组织了专家组讨论，讨论的结果是：混凝土梁是预应力构件，属于 A类，A类结构是不能有裂缝的，既然有裂缝就不能使用。老实说当时我有点气急败坏了，对他们讲：糊涂，这样的结论谁出的？你们也糊涂，竟然也信？为此我有专门给他们又上了一课！普及下相关知识太重要了！！！第一，先普及下，预应力怎么一回事！（注：公式复杂不再详述推导过程，有兴趣同志可在教科书上查阅）在钢筋混凝土结构中，当混凝土承受的拉应力达到其抗拉极限强度 ftk，或混凝土拉应变达到其极限应变ε tu （约为 0.0001~0.00015，即100~150µεme）时，混凝土就要开裂。由于粘着力的作用，钢筋与周围混凝土具有相同的变形。因而，混凝土即将开裂时，钢筋中的应力 ss =ε tu Es = (0.0001~0.00015) × 2.0 × 10 5 = 20-30MPa 事实上，钢筋的设计应力要远远大于此值：对于 R235，fsd=195MPa；对于HRB335，fsd=280MPa。即混凝土开裂时，钢筋只发挥了其设计强度的1/10左右。在设计荷载作用下，钢筋的应力是按其设计强度 fsd取值，这意味着，在使用阶段，钢筋混凝土结构的受拉区总是要出现裂缝的。随着冶金工业的发展，钢材的强度不断提高。目前，国产高强钢丝和钢绞线的抗拉强度标准值已达 1860MPa。如果将这种高强钢材直接配置在混凝土中，按设计荷载作用下钢筋应力达到其抗拉强度标准值的 1/2就是930MPa，这时钢丝周围混凝土的拉应变为 et = 0.0048 这个应变相当于混凝土极限拉应变 (0.0001)的40多倍，这将引起混凝土的严重开裂，结构根本无法正常使用。即使提高混凝土的强度等级，其抗拉强度提高很小，仍解决不了抗裂问题。所以说，在钢筋混凝土结构中，由于混凝土抗拉强度低，容易开裂，高强度钢筋和高标号混凝土根本无法充分发挥作用。解决钢筋混凝土结构裂缝问题的积极措施是，设法预先在混凝土中造成一种预压应力，用以抵消外荷作用下所产生的拉应力，使混凝土的整个截面在外力作用下始终处于受压工作状态，这样也就不会出现拉应力，从而限制裂缝的出现。这种预先加过应力的混凝土称为预应力混凝土。 2 预应力混凝土分类在预应力混凝土结构设计中，通过设置适当的预加力和偏心距提供压应力。预加力的大小和偏心取决于设计期望达到的应力状态。在预加力和外荷载共同作用下（桥规规定为短期效应组合），按照控制截面受拉区边缘出现的拉应力情况（如简支梁跨中截面下缘），分为： 1）全预应力混凝土结构（PC-Prestressed Concrete） 2）部分预应力混凝土结构（PPC-Partial Prestressed Concrete）（ 1）全预应力混凝土（PC）在一切荷载组合情况下（短期效应组合），都必须保持全截面受压，不允许出现拉应力的预应力混凝土称为全预应力混凝土。全预应力混凝土具有抗裂性好，刚度大，可节省普通钢筋等优点，但也发现存在一些严重的缺点： 1）反拱过大，并由于混凝土徐变的影响不断发展； 2）由于预加力过大，易于产生平行于预应力钢筋的纵向裂缝。（ 2）部分预应力混凝土（PPC）针对全预应力混凝土由于预加力过大所引起的问题，从 1960年开始，国际工程界就开始了适当减小预加力、降低预应力混凝土抗裂要求的讨论，逐步形成了部分预应力混凝土的概念。所谓部分预应力混凝土，指在预加力和外荷载作用下（短期效应组合），允许出现拉应力或允许出现裂缝的预应力混凝土。 A类构件：在短期效应下，控制截面受拉边缘允许出现拉应力，但应控制拉应力不得超过允许值，即不允许开裂。 B类构件：在短期效应下，允许出现裂缝，但对最大裂缝宽度加以限制。 3 对于混凝土预制梁的设计要求预应力结构有两类，先张和后张，现在一般都是后张法：后张法得施工步骤如下： (a)浇筑梁身混凝土，并预埋套管，形成孔道； (b)穿进预应力钢筋，待混凝土结硬后，进行张拉； (c)锚固钢筋，传力于混凝土，压注水泥浆，填塞孔道。 4 预应力结构的受力图分析钢束张拉锚固后，梁受到预加力的作用向上挠曲，梁脱离底模变为两端支承，梁的自重随即参加工作。即在预施应力阶段，梁将受到预加力和自重 MGk的共同作用，下面是其受力模式分析图。可以看出，预应力梁张拉完以后，全断面是受压的，受压的混凝土是不可能产生裂缝的，除非压坏了。正常工作阶段，也就是有了荷载以后，受力模式图如下，梁底出现了拉应力，但在允许范围内，不会开裂：随着压力继续增大，超载了，或是量的承载力不足，则出现以下情形：底部开裂这是不允许的。从以上的分析可以看出，所谓 A类构件不允许出现裂缝，指的是梁底在运营阶段不允许，也就是对于成桥而言，不适于还在梁场的构件，因为这意味着承载力不够，就要出现安全事故了。还在应用的《公路桥涵养护规范 J T G - H 1 1 - 2 0 0 4 》规定的桥梁裂缝最大限值。也可以看到，这裂缝要求是对桥梁养护的要求。那么，对于预制场的梁怎么要求呢？首先要明确的是，现场的梁在张拉前肯定不适于预应力规范。发达国家经过几十年的发展，到了 20世纪80年代初，钢筋混凝土结构裂缝宽度限值的确定原则已达成共识：第一个原则是在使用荷载作用下，钢筋混凝土构件裂缝宽度不致引起钢筋的严重锈蚀，降低结构的耐久性；第二个原则是构件表面裂缝的宽度不应损害结构的外观，引起使用者的惊恐和不安。调查研究表明宽度为0.4～0.5mm的混凝土裂缝宽度是一般人可以接受的。我国规范在 2000年以后对普通混凝土不同的规范要求如下：单位mm 规范年平均相对湿度 TB1005-2010 JTG D62-2004 CCES 01-2004 GB/T50476-2008 GB50010-2010 JTJ275-2000 长期干燥小于 60% 0.2 0.2 0.4 0.4 0.2 0.2 中等湿度 60 % ～ 90% 0.2 0.2 0.3 0.3 0.2 0.2 潮湿，极少干燥 90 % 以上，长期与水接触 0.2 0.2 0.3 0.3 0.2 0.2 永久潮湿永久处于水下， 100% 0.2 0.2 0.3 0.3 0.2 0.3 干湿交替与水并非长期接触 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.25 90年代后国外规范要求如下：单位mm 规范年平均相对湿度 ACI318-99 CEB-FIP(1990) BS8110-2:1985 NS3473.E （ 2004 ） EN 1992-1-1 ： 2003(E) EN1992-2:2002 长期干燥小于 60% 0.4 0.3 0.3 0.4 0.4 0.3 中等湿度 60 % ～ 90% 0.4 0.3 0.3 0.4 0.3 0.3 潮湿，极少干燥 90 % 以上，长期与水接触 0.4 0.3 0.3 0.4 0.3 0.3 永久潮湿永久处于水下， 100% 0.4 0.3 0.3 0.4 0.4 0.3 干湿交替与水并非长期接触 0.4 0.3 0.3 0.4 0.3 0.3 美国规范 ACI138规范自1999年版开始取消了以往室内、室外区别对待裂缝宽度允许值的做法，认为在一般的大气环境条件下，裂缝宽度控制并无特别意义，但也做了0.4的要求；欧盟规范EN1992-1.1认为“只要裂缝不削弱结构功能，可以不对其加以任何控制”，“对于干燥或永久潮湿环境，裂缝控制仅保证可接受的外观；若无外观条件，0.4mm的限值可以放宽”。这里再明确下：所谓裂缝的要求，不是要不要废，而是要不要修！！！对于我们前面提到的预应力梁而言，上部的裂缝是允许的，而且前面已经分析，加载预应力后，基本全断面受压，不再有裂缝。更何况，虽然产生裂缝，与受力方向是垂直的，并不影响结构的传力路径！已故陈蔚凡老先生曾做过一个实验：把混凝土试件劈裂后再放一起，做抗压实验，发现对抗压强度基本没明显影响，这也说明，在传力路径不变的情况下，裂缝并不明显降低承载力！上部带裂缝的预应力梁肯定要尽量避免，但从承载角度，可以继续使用！这个工程出现了很诡异的一幕：施工单位不懂规范、业主不懂规范、监理单位不懂规范、质监部门不懂规范、专家乱用规范，造成八十万白白损失！一点感悟就是：病害诊断就像中医出诊，不了解药效药理千万别乱下虎狼药，下了药即便不能起死回生也得人畜无害！必须掌握相关规范要求和来龙去脉，不可望文生义！裂缝应该最大限度采取措施避免，但切勿谈缝色变、见缝就废，分清原因，一废了之是不负责任的，社会资源巨大浪费，可惜呀！！！以后翻看了我文章避免损失的，别忘了请我喝酒哟（待续）

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漫谈预应力坝(七)

zhushiao 2013-1-1 09:36

漫谈预应力坝（七）朱诗鳌 6 .预应力坝典型工程实例 (续) (7)卡塔冈亚坝卡塔冈亚 (Catagunya) 坝位于英国塔斯马尼亚的德温河上，是一座高约 46m的重力坝。设计中经多种方案比较，最后决定将该坝设计成预应力混凝土坝。采用预应力后，其造价比一般重力坝要降低20%左右。由于采用了预应力，坝断面较单薄，便设计了一种独特的悬臂式溢流坝断面，如图1所示。图2是该坝施工时的现场。图3是溢流坝泄流时的情景。图1卡塔冈亚坝断面图(单位:m) (a)溢流坝断面;(b)非溢流坝断面图2卡塔冈亚坝施工中(引自hydro.com.au) 图3卡塔冈亚坝溢流(引自waterpowermagazine.com ) (8)奧特纳列里杰坝图4奧特纳列里杰坝断面图 1-坝顶锚定块;2-预应力钢缆;3-钢丝网;4-连接器;5-锚根图5奧特纳列里杰坝及水库(引自www.scotlandsplaces.gov.uk) 奧特纳列里杰(Allt-na-Lairige)坝是英囯的一座用预应力设计的重力坝，最大坝高 22m，坝长415m。最初设计的是一座典型的重力坝，坝高为19.5m，因其造价太高，便改用预应力坝，1957年建成，张拉钢缆拉力为11760kN，单位坝长1830kN。坝体断面图如图4所示，图5是水库鸟瞰图。 (9)阿格尔坝阿格尔 ( Argal )坝是英国的一座砌石重力坝，坝高12.4m，建于第二次世界大战以前。为了增加水库库容，需要将坝加高3m,这样,毎天的供水能力可提高75%。加高工程于1961年完成。张拉钢缆拉力为2000kN，共47根钢缆。在加高期间，不须过多降低库水位，也无须停止正常供水。坝断面图如图6所示，图7为枢纽鸟瞰图。图6阿格尔坝断面图(单位:m) 1-加高后坝顶高程;2-原坝顶高程;3-锚根图7阿格尔坝枢纽鸟瞰图(引自en.wikipedia.org) (10)孟特拉罗坝孟特拉罗 (MontLarron) 坝是法国的一座连拱坝， 1951 ～ 1953年建造，坝高34m，用于发电。该坝采用预应力法进行了加固。图 8 是其平面布置图，图 9 是下游立视图。图8孟特拉罗坝平面布置图图9孟特拉罗坝下游立视图(引自agefotostock.com) (11)阿旺坝阿旺 ( A v on )坝是英国的一座重力坝，位于英国南部德文(Devon)郡南布伦特(SouthBrent)市以北约6km处，曾用预应力法将坝体高度从29m加高到33m。图10为枢纽鸟瞰图。图10阿旺坝下游鸟瞰图(引自geograph.org.uk) (12) 坦沙坝坦沙 (Tansa)坝是印度的一座古老的砌石重力坝，坝高39m，始建于1892年，最后竣工于1925年，用于城市供水。1951年用预应力法将坝加高2m，张拉钢缆拉力为700kN，单位坝长820kN。图11是枢纽夜景。图11坦沙坝夜景(引自jaimaharashtranews.com) 参考文献 1Wilkins,J.K.andFidler,J.TheCatagunyaPrestressedDam.WaterPower,December1960. 2Banks,J.A.Allt-na-LairigePrestressedConcreteDam.Jour.Inst.C.E.,March1957. 3 Walters,R.C.S.DiscussiononStrengtheningofSteenbrasDam.Jour.Inst.C.E.,Part I ,January1956. 4Marchuk,A.N.StressedAnchoringofConcreteDams.Energiya,Moscow,1976. 5Zienkiewicz,O.C.andGerstner,R.W.StressAnalysisandSpecialProblemofPrestressedDams.Proc.ASCE., Vol.87,n.PO1,1961. 6VI ICOLD,NewYork,1958,Proc.dam 7 MgalobelovYu.B.,LandauYu.A.Non-conventionalConcreteDamsonRock Foundations. A.A.Balkema, Rotter, Brookfield,1997 8 HenryH.Thomas.TheEngineeringofLargeDams.JohnWileySons,1 976

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预应力下结构振动频率的应用实例

yan8008 2012-12-30 10:50

昨天，在小型音乐会上，看到一位音乐爱好者，在利用一块在弯曲的锯条上演奏乐曲。全场欢呼雀跃之余，突然联想到这些天，研究生在计算输电线的固有频率时，遇到的“预应力”，“大变形”等概念。原来锯条弯曲程度不同，其实质就是施加不同的预应力。其他条件不变，预应力不同，振动频率就不同。因此，在音乐爱好者手里，弯曲不同，加上敲击位置的变化，锯条就显得很神！那么问一个不是问题的问题：为什么选择不同位置来敲呢？

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漫谈预应力坝(六)

zhushiao 2012-12-18 10:44

漫谈预应力坝（六）朱诗鳌 6 .预应力坝典型工程实例 (1)乞尔富斯坝乞尔富斯(Cheurfas)坝是世界上第一座预应力坝。此坝为砌石重力坝，原坝高 30m，建于1880 ～ 1882年，是法国在19世纪于阿尔及利亚所建水坝之一。坝体断面图示于图1。当时由于人们在设计理论上对坝断面上的 “中三分点”原理尚未认识，所设计的重力坝的安全系数都较低，有些坝因而失事。乞尔富斯坝的断面也设计得过小，库满时在上游面难免不出现拉应力，图 1中所示施加预压应力前的压力线明图1乞尔富斯坝断面图(单位:m) 1-坝体加高部分;2-施加预压应力后压力线;3-施加预压应力前压力线; 4-混凝土;5-石灰砂岩;6-石灰岩;7-黄砂岩;8-锚缆;9-锚根显在 “中三分点”以外。在 1928年的一次洪水中，坝体曾遭受局部破坏。1934年阿尔及利亚政府决定加固并加高坝体，加高高度为3.05m。经过方案比较，决定采用预应力技术。预应力加固加高工程是在法国著名工程师科因(AndreCoyne，1891 ～ 1960年 )的指导下进行的。科因曾在14个国家设计过70座坝。图2是科因像，图3是乞尔富斯坝施工现场图。乞尔富斯坝锚缆的锚定工作是很成功的。张拉纲缆拉力为 9800kN，单位坝长2480kN。运行 3年之后张拉应力松驰仅4%，9年之后也只有4.5%，不过设计时已考虑了9% ～ 10%的松驰。图2科因像(引自xaintrie-passions.com) 图3乞尔富斯坝施工现场图(引自gemstat.org) (2)波特斯德菲坝图4弗锐辛莱特像 (引自aspirebridge.org) 图5 波特斯德菲坝上游侧视图 (引自chinci.com) 波特斯德菲(Portes De Fer)坝也是阿尔及利亚的一座预应力坝 —— 世界上最早应用预应力原理新设计的坝，建于1936年，如图5所示。本坝的预应力设计由法国结构与土木工程师弗锐辛莱特(EugeneFreyssinet，1879 ～ 1962年 )负责，他是预应力混凝土技术创始人之一。图4是弗锐辛莱特像。 (3)贝尼伯德尔坝图6贝尼伯德尔坝断面图(单位:m) 1-扁千斤顶;2-支座;3-加高前水 ; 4-加高后水位图7贝尼伯德尔坝鸟瞰图 (引自stucky.ch) 贝尼伯德尔 ( BeniBahdal )坝是阿尔及利亚的一座连拱坝，每跨跨度为 20m，坝高57m。当坝体快完工时，阿尔及利亚政府决定将坝加高到 61m，如图6所示。图7是坝的鸟瞰图。由于地基地质条件不够好，原设计的支墩及拱座不能承担加高后附加的水压力，于是决定在支座的下游面岩石上设置一新的基座，在支墩与基座之间用扁千斤顶对支墩施加推力，即用 “推力法”施加预应力。本工程的预应力设计也是由弗锐辛莱特负责完成的。 (4)斯汀布拉斯坝斯汀布拉斯 (Steenbras)坝位于南非的斯汀布拉斯河上，距开普敦约 50km，濒临戈登湾(GordonBay)。斯汀布拉斯坝是一座分期施工的重力坝，始建于 1921年，坝高12.5m，1928年第二期工程采用预应力方法将坝加高12.9m，1954年又加高2m，坝的最终高度为27.4m，如图8所示。图9是坝的下游立视图。 1977年在坝的上游5km处又建了一座斯汀布拉斯坝，是一座高34m的土坝。为便于区分，原来的斯汀布拉斯坝就被命名为斯汀布拉斯下坝 (SteenbrasLowerDam)，后建的则称之为斯汀布拉斯上坝 (SteenbrasUpperDam)。图8 斯汀布拉斯下坝断面图 (单位:m) 1-第一期坝体;2-第二期坝体;3-钢缆;4-锚根图10所示为下坝所形成的水库，库容0.36亿m 3 ，用于城市供水。图的上部为上坝水库。水库坐落在荷顿托斯(Hottentots)-荷兰德(Holland)山谷。图10的左侧为处于山麓的戈登湾。图9 斯汀布拉斯下坝下游立视图 (引自tracks4africa.co.za) 图10斯汀布拉斯下坝与水库 (引自capetown.gov.za) (5)埃尔莱斯丁纳坝埃尔莱斯丁纳 ( Ernestina )坝是巴西的一座预应力坝，1951 ～ 1954年建造，坝高11.5m(溢流坝段)，坝长396m。该坝原来按重力坝设计，采用预应力设计后，坝断面变得很单薄。每个坝段宽14.94m，其上设有宽1.52m的闸墩，如图11所示。图12为溢流时的壮观情景。图11 埃尔莱斯丁纳坝断面图(单位:m) 1-锚定环;2-水平锚缆;3-钢丝束图12 埃尔莱斯丁纳坝溢流情景 (引自commons.wikimedia.org) (6)纳比瀑布坝纳比瀑布 (NambeFalls) 坝位于美国新墨西哥州，由土坝与混凝土拱坝组成， 1976年建成。拱坝是一座预应力坝，其施加预应力的方法独具一格，是在两个坝块之间的横缝中嵌入12个扁千斤顶，用液压使千斤顶膨胀后，就使拱坝坝块之间产生了沿坝轴线方向的压应力，以改善坝体的受力状态，如图13所示。扁千斤顶是由两薄片矩形钢板沿周边焊接在一起制图13 纳比瀑布坝断面图(单位:m) 1-扁千斤顶图14纳比瀑布坝下游立视图(引自www.usbr.gov) 成的，尺寸有1.3m×1.83m与1.45m×1.83m两种;在千斤顶的底部焊接有直径为1.27cm的充气管子。充气试验要求千斤顶能承受2.82MPa的压力而不漏气。施加预应力后，再沿橫缝灌注水泥浆。图14是该坝的下游立视图。

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漫谈预应力坝(五)

热度 1 zhushiao 2012-10-18 11:22

漫谈预应力坝（五）朱诗鳌 5.预应力坝的特点与局限性预应力坝有如下几方面的特点 : (1) 坝体施加预应力之后，可以明显减少坝体拉应力，缩小坝体断面，降低造价。 (2) 在坝工中最早使用预应力的是阿尔及利亚，在上世纪30年代开了这一技术应用于坝工的先河;此后，坝工预应力在法国、比利时、瑞典、瑞士与德国有所发展。 (3) 预应力方法开始只是应用于对老坝的加固与加高，后来发展到新建的坝也用预应力原理进行设计。 (4) 施加预应力的方法，开始只是用张拉钢缆施加预压应力，后来发展到施工分块法等多种方法。 (5) 预应力法开始只是应用于重力坝，后来发展到应用于支墩坝和拱坝等坝型。预应力坝的局限性 : 预应力坝自上世纪 30年代出现之后，受到坝工界的关注，但发展并不迅速，也未出现过大规模的预应力坝工程。其原因大体有以下几方面: (1) 由于坝体混凝土具有收缩与徐变的性能，钢筋又有蠕变现象，预应力锚缆的受力状态可能存在不能持久的问题。 (2) 施工技术要求较高，需要有质量较高的材料(如钢缆)。 (3) 要求有质量良好的岩石地基(当张拉锚缆描固于地基时)。而众所周知，自上世纪50年代以后，世界各国质地良好的岩石坝址已不多了。 (4) 预应力法并不适用于较高的重力坝，因为常规的混凝土重力坝混凝土用量只与坝高的平方成正比，而预应力重力坝的锚缆用量却与坝高的三次方成正比，当坝较高时，锚缆费用增加很快。不过一些在支墩与基座之间用扁千斤顶施加预应力的连拱坝，坝的高度较高，甚至超过了 100m。有些施加了预应力的拱坝也很高。

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漫谈预应力坝(二)

热度 3 zhushiao 2011-12-18 23:35

漫谈预应力坝（二）朱诗鳌 2. 预应力在坝工中也有用武之地上篇谈到了预应力在木桶和木锯中的应用，现在我们把谈论对象转到与木桶木锯不可同日而语、体积庞大得无法与之相比的水坝，似乎不可思议。其实预应力在坝工中也有用武之地，与木桶木锯采用预应力的原理是相通的。在坝工中，多在重力坝中采用预应力，形成“预应力重力坝”。重力坝建成蓄水后，库水对坝体所作用的水推力，会在坝踵处 ( 即坝的上游坝脚处，如图 1 所示 ) 产生拉应力；而重力坝的坝体自重又会在坝踵处产生压应力。当这一压应力足以能抵销上述拉应力时，坝踵处就不存在拉应力了，从而保证了坝的安全。因为重力坝是不允许在坝踵处出现拉应力的，否则坝体就会在坝踵处拉裂，最终导致整个坝体破坏。由上可知，为了保证在坝踵处不出现拉应力，就要求重力坝有足够大的自重，断面就因而要设计得很宽厚，使用的筑坝材料（如混凝土）也就要得很多。可见，重力坝应该说还是一种不经济的坝型，它是凭其巨大的自重在坝踵处产生压应力以维持其稳定的，因此我们特称之为“重力坝”。重力坝可谓是凭“蛮干” 而工作的——“蛮干不如巧干”哦。而“预应力重力坝”可谓巧干，它是用施加预应力的办法，在坝踵处产生压应力，从而取代部分坝体自重的作用，起到节省筑坝材料的效果。图 1 所示是一座常规的重力坝，其断面尺寸较大，在坝踵处没有拉应力。设想将坝断面缩小，水库蓄水不变，那么在坝踵处就会产生拉应力，最终将导致坝体破坏，如图 2 所示。现在将这一断面缩小了的坝体，在蓄水之前，就预先在坝踵处施加压应力，比如通过张拉一根一端锚固在坝基、另一端连接于坝顶的锚缆，就会在坝踵处产生相应的预压应力，如图 3 所示。这一施加了预压应力的坝体，在蓄水后，就可抵销坝踵处的拉应力，也就是说，这时的坝体，在坝踵处就不会出现拉应力了，既保证了坝体的安全，又节省了筑坝材料，如图 4 所示——这就是“预应力重力坝”。

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漫谈预应力坝(一)

热度 2 zhushiao 2011-11-15 15:06

漫谈预应力坝（一）朱诗鳌 1. 什么是预应力预应力坝就是在其建造过程中采用了预应力的水坝。在介绍预应力坝之前，我们先谈谈什么是预应力。对某一要工作的构件、工具或建筑物，如果知道它在工作期间可能会因受的拉应力过大而遭到破坏，那么，在它未工作之前，就预先在受拉应力过大的部位借用某种方法施加足够大的压应力；于是，当其工作时，该预先施加的压应力，就可抵销原本要出现的拉应力，避免其遭受破坏，从而达到安全、改善使用性能与经济的效果。这就是“预应力”的概念。预应力有预压应力和预拉应力之分，上面说的是预压应力。预拉应力的情况恰恰相反，是在可能出现过大压应力的部位预先施加拉应力。由于预应力现在广泛使用于现代建筑工程中，“预应力”一词也就成了现代科技中的一个特定的工程术语，因而似乎“预应力”概念就是现代科技的产物。实际上，预应力是一个古老的概念，只是在过去没有像现在特称之为预应力罢了。为了简明地说明预应力概念，现就以众人皆知的我国民间传统的木桶和木锯为例介绍如下。木桶是施加预压应力的典型例子。木桶的桶壁由若干木块拼成，在桶壁的外周一般套有两道对桶壁箍得很紧的铁箍 ( 或篾箍 ) ，如图 1 所示。为了铁箍将桶壁箍得很紧，制造木桶时是用锤子沿铁箍周边逐点将铁箍由桶的较小端向较大端方向敲动，如图中竖向力所示（实标操作时，是将木桶倒置，向下敲铁箍）。于是铁箍就挤压木块，木块间就产生了压应力，这就是预压应力，如图中水平力所示。在水桶装水后，由于水压力的作用，就会在各木块间产生拉应力。如果上述的预压应力大于由水压力产生的拉应力，各木块就被压紧了，就不会漏水；否则，木块就会被拉开，出现裂缝而漏水。图 1 木桶竖向力—敲打铁箍的力；水平力—由铁箍产生的木板间预压应力木锯是施加预拉应力的典型例子。木锯的构造如图 2 所示。木锯沿着图示箭头方向向下锯木时，木头下方的锯条就受拉，而木头上方的锯条就受压。可是锯条是很单薄的脆性材料，当受压弯曲时就易折断。为了保证锯条工作时不出现压应力，就须预先对锯条施加足够大的拉应力。传统的方法就是在与锯条对称的另一边用短棒将棕绳绞紧，使锯条获得预拉应力，只要这一预拉应力大于锯木时锯条所出现的压应力，锯条就不会折断。整根锯条也就总是处于受拉状态了。图 2 木锯 1— 推锯方向； 2 —推锯时受拉的锯条段； 3 —推锯时受压的锯条段随着科技与工程材料的进步，古老的预应力概念才得以出现新的应用前景。 1888 年，德国人 W. 道伦率先提出在钢筋混凝土结构中用张拉钢筋形成预应力。但限于当时的钢筋强度还不够高，预应力效果不理想。 40 年过去后，直到 1928 年，法国人 E. 费列西涅采用强度为 400N/mm 2 的钢筋后，才使预应力钢筋混凝土结构获得实际上的成功。 1950 年，英国人 K . 比利格还提出了“双预应力”概念，即在同一构件中，在受拉区施加预压应力，而在受压区施加预拉应力，从而获得较小的经济断面。在现代，预应力技术已广泛应用于房屋建筑、桥梁工程、铁道工程、公路工程、隧洞衬砌、管道工程以及水坝工程等，有严格的设计计算方法和施工程序。

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