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“预应力之父“的一生

文章出处:悍马加固材料人气:453发表时间:2017-07-24 15:59:00【

“预应力之父“的一生

当后人建造出越来越多跨度大且身姿轻盈的桥梁时,我们不应忘记,那些具有开拓与创新精神的先辈,为我们留下了丰沛而宝贵的财富。

尤金·弗雷西内(1879~1962),1905年毕业于国立桥路学校后任桥梁道路工程师,从事钢筋混凝土桥的设计和施工,1930年建成当时跨度最大的钢筋混凝土拱桥---普卢加斯泰勒桥( 3跨 、净跨各171.7米 ),他首次在拱顶采用扁千斤顶落架并预加应力,在拱趾处采用混凝土铰。他的最大贡献是对混凝土收缩和蠕变的定量估算,并认识到只有采用高强度钢筋 ,才能在混凝土中获得足够的永存预应力。

预应力思想启蒙

弗雷西内1879年出生于法国波尔多东边的科雷兹高原。这片土地的特点是:“到处是人们无法通过的灌木丛,恶劣的气候和贫瘠的土壤,多年来这片土地是没有被征服的人和造反者的庇护场所。”这也培养了弗雷西内独立的情感,这份情感直到临终都保持着。

1898年综合工科学校没有录取弗雷西内,正如他们半个世纪前没有录取埃菲尔一样。和埃菲尔不同的是,这位年青人第二年再考时被录取了。“名次不太出众,是第161名。”然而,他毕业时的名次是第19名。他被桥梁与道路学校录取,在这里弗雷西内工匠般对建筑的热爱,第一次与他老师的理想吻合了,这些老师自己就是“伟大的工匠,对工作充满热情,他们是雷萨尔、塞如尔内和拉布”。在1903~1904年授课时,查尔斯·拉布把预应力的想法传给弗雷西内,从那以后一直指导着弗雷西内的工作。

建筑领域的新纪元

尽管钢筋混凝土可以被称为石、木和铁等建筑领域中陌生的材料,弗雷西内和另一位对混凝土同样感兴趣的法国发明家埃纳比克,根据金属和混凝土的结合,宣布了建筑领域新纪元的开始,他们两位都找到了具有金属的轻便和石头持久性特性的材料。

埃纳比克发明了混凝土和金属一起制成的轻型梁,它不需要石建筑所要求的相隔很近的支柱。可是埃纳比克的梁实质上需要钢筋。即便这样,在梁的下部由于弯曲产生的拉力,会出现小裂纹,虽然无害,但也说明使用很多混凝土只是保护金属不生锈,而不是承受荷载。

而弗雷西内则展示了如何消除这种裂纹,就像在拱中一样,方法是施加轴向压力。然而,这种压力不是来自桥台的反作用力,以抵抗拱变平缓向外展的趋势,而是以人为的力,用千斤顶直接张拉施力给结构物,或更常见的是使用高强度钢缆。在混凝土梁预制时,中间留一个洞通往两端,其纵断面应是弯曲的,洞中穿入钢缆,在端部张拉固定。在强拉力下,钢缆把固定的两端往一起拉,这样混凝土梁就承受了高压。

除此之外,弯曲的钢缆把梁向上推。设计师可以让向上的推力等于预计的静、活载给的往下的推力。这样预应力可以使不抗拉力的混凝土全部承受压力,可以把结构弯曲到静、活载所引起的相反方向。

这种对拉力和压力的控制,在使用高强度钢材时,比在普通钢筋混凝土中用钢筋强度大4倍。在钢筋混凝土梁中,钢筋和混凝土粘在一起,因此,钢筋的应力越大,也就是钢筋给出的越多,混凝土中的裂纹就会越大。另一方面,预应力可以很大,这样钢缆就给出更大压应力,可以控制混凝土的裂纹发生。

使用高强度钢材,意味着钢用量大幅度减少,还意味着用于防金属腐蚀的混凝土量大大减少。混凝土减少了,梁也就轻了;钢用量少了,成本也就低了。现在这两种材料结合在一起的方法,把它们的应用推向新的高度,高强度钢和高强度混凝土用量都少了。毫无疑问,弗雷西内把埃纳比克的发明推向了“一个新的天地”。

预应力的诞生

预应力的诞生

弗雷西内的早期工程建造在法国南部的荒凉地区,在这里他受到当地条件的限制,不得不寻求简单的形式和经济的手段。最初他在公路局当工程师,和马亚尔一样,建造了一些小桥。

1907年弗雷西内以21万的造价完成了勒弗尔德桥。这在1907年,是世界上跨度最长的钢筋混凝土桥。在1910年建成勒弗尔德桥之后,弗雷西内继续仔细观察桥的性能。1911年初,他发现了由于混凝土的徐变,桥以惊人的速度向下运动,这个重要的观察结果迫使弗雷西内采取行动。

弗雷西内在拱顶或拱中心预留了一个开口,可以往里面放千斤顶,千斤顶把两边下沉的拱顶开,这样就抬高了拱。开口灌注混凝土后就成为拱的很结实的一部分,永远地固定在高处新的位置上。在产生拱中压力并使拱向重力相反的方向移动的人为作用力时,弗雷西内首次成功地完成了主要的预应力混凝土结构。


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