预应力混凝土的概念

2021年8月6日00:00:42
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1 预应力混凝土的基本原理

对大多数构件来说,提高材料强度可以减小截面尺寸,从而节约材料和减轻构件自重,这是降低工程造价的主要途径之一。但是,在普通钢筋混凝土构件中,提高钢筋的强度却收不到预期的效果。在普通钢筋混凝土中,高强度钢筋是不能充分发挥作用的,因而是不经济的。另一方面,提高混凝土强度等级对增加其极限拉应变的作用也是极其有限的。因此,在普通钢筋混凝土受弯和受拉构件中,采用高强度混凝土也是不合理的。

为了充分发挥高强度钢筋的作用,可以在构件承受荷载以前,预先对受拉区的混凝土施加压力,使其产生预压应力。当构件承受使用荷载而产生拉应力时,首先要抵消混凝土的预压应力,然后,随着荷载的不断增加,受拉区混凝土才开始受拉进而出现裂缝。设一简支梁(图1)在荷载q作用下,截面的下边缘产生拉应力σ,若在加载前预先在梁端施加偏心压力N,使截面下边缘产生预压应力σc≥σ,则梁在预压力N和荷载q共同作用下,截面将不产生拉应力,梁不致出现裂缝。

因此,采用这种人为的预压应力方法可控制构件裂缝的出现和开展,以满足使用要求。这种在受荷载以前预先对受拉区混凝土施加预压应力的构件,称为预应力混凝土构件。

预应力混凝土的概念

图1 简支梁
(a)预压力作用下:(b)荷载作用下;(c)预压力与荷载共同作用下

2 预应力混凝土结构的特点

(1)优点。与钢筋混凝土结构相比,预应力混凝土结构的主要优点归纳起来有以下几个方面:1)能够充分利用高强度钢筋、高强度混凝土,减少钢筋用量;构件截面小,减轻了结构自重。

2)预应力能使构件受拉区推迟或避免开裂,提高构件的抗裂性能。由于抗裂性能的提高,在正常使用条件下,预应力混凝土一般不产生裂缝或裂缝极小,从而使构件的抗侵蚀能力和耐久性大大提高。

3)由于预应力混凝土构件在使用阶段不带裂缝工作或裂缝很小,所以构件的截面刚度较大;预应力使构件产生反拱,从而减小了外荷载作用下构件的挠度。

4)由于预应力提高了构件的抗裂性能和刚度,减小了构件的截面尺寸和自重,从而扩大了钢筋混凝土结构的应用范围,使之适用于较大荷载和较大跨度情况。

5)预应力技术的采用,对装配式钢筋混凝土结构的发展起到了重要的作用,通过施加预应力,可提高装配式结构的整体性;某些大型构件可以分段分块制造,然后用预应力的方法加以拼装,使施工制造及运输安装工作更加方便。

(2)缺点。预应力混凝土结构也存在着一些缺点。

3)预应力混凝土结构的开工费用较大,对于构件数量少的工程来说,工程成本较高。

3 预应力混凝土结构的应用

目前,预应力技术已在我国的建筑结构中得到广泛应用,大型屋面板、屋架、托架、吊车架等构件均已有定型标准设计,并已被普遍采用,特别是对于在裂缝控制上要求较高的结构,如水池、油罐等及建造大跨度或承受重型荷载的结构构件。预应力混凝土结构由于具有轻质高强、刚度及抗裂性能好的特点,更易于满足使用要求并取得较好的经济效果。

文章来源:

《混凝土结构及其施工图识读》刘凤翰主编

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