什麼是預應力混凝土 預應力混凝土結構介紹
預應力混凝土 Prestressed Concrete為了避免鋼筋混凝土結構的裂縫過早出現,充分利用高強度鋼筋及高強度混凝土,設法在混凝土結構或構件承受使用荷載前,通過施加外力,使得構件產生的拉應力減小,甚至處於壓應力狀態下的混凝土構件。
預壓應力用來減小或抵消荷載所引起的混凝土拉應力,從而將結構構件的拉應力控制在較小範圍,甚至處於受壓狀態,以推遲混凝土裂縫的出現和開展,從而提高構件的抗裂性能和剛度。
根據預加應力值大小對構件截面裂縫控制程度的不同分類:
1.全預應力混凝土(FPC,fully prestressed concrete)
在使用荷載作用下,不允許截面上混凝土出現拉應力的構件,屬嚴格要求不出現裂縫的構件,和嚴格控制預應力構件的截面尺寸和預應力梁的撓度。
2.部分預應力混凝土(PPC,partially prestressed concrete)
允許出現裂縫,但最大裂縫寬度不超過允許值的構件,屬允許出現裂縫的構件。
3.無粘結預應力鋼筋
將預應力鋼筋的外表面塗以瀝清,油脂或其他潤滑防銹材料,以減小摩擦力並防銹蝕,並用塑膠套管或以紙帶,塑膠帶包裹,以防止施工中碰壞塗層,並使之與周圍混凝土隔離,而在張拉時可沿縱向發生相對滑移的後張預應力鋼筋。
特點:不需要預留孔道,也不必灌漿、施工簡便、快速、造價較低、易於推廣應用。
預應力混凝土優缺點
優點
1、抗裂性好,剛度大。由於對構件施加預應力,大大推遲了裂縫的出現,在使用荷載作用下,構件可不出現裂縫,或使裂縫推遲出現,所以提高了構件的剛度,增加了結構的耐久性。
2、節省材料,減小自重。其結構由於必須採用高強度材料,因此可減少鋼筋用量和構件截面尺寸,節省鋼材和混凝土,降低結構自重,對大跨度和重荷載結構有著明顯的優越性。
3、可以減小混凝土梁的豎向剪力和主拉應力。預應力梁混凝土梁的曲線鋼筋(束)可以使梁中支座附近的豎向剪力減小;又由於混凝土截面上預應力的存在,使荷載作用下的主拉應力也就減小。這利於減小梁的腹板厚度,使預應力混凝土梁的自重可以進一步減小。
4、提高受壓構件的穩定性。當受壓構件長細比較大時,在受到一定的壓力後便容易被壓彎,以致喪失穩定而破壞。如果對鋼筋混凝土柱施加預應力,使縱向受力鋼筋張拉得很緊,不但預應力鋼筋本身不容易壓彎,而且可以幫助周圍的混凝土提高抵抗壓彎的能力。
5、提高構件的耐疲勞性能。因為具有強大預應力的鋼筋,在使用階段因加荷或卸荷所引起的應力變化幅度相對較小,故此可提高抗疲勞強度,這對承受動荷載的結構來說是很有利的。
缺點
1、工藝較複雜,對品質要求高,因而需要配備一支技術較熟練的專業隊伍 。
2、需要有一定的專門設備,如張拉機具、灌漿設備等。先張法需要有張拉台座;後張法還要耗用數量較多、品質可靠的錨具等。
3、預應力混凝土結構的開工費用較大,對構件數量少的工程成本較高。
4、預應力反拱度不易控制。它隨混凝土徐變的增加而增大,造成橋面不平順。
預應力混凝土結構
為了避免鋼筋混凝土結構的裂縫過早出現,充分利用高強材,人們在長期的生產實踐中創造了預應力混凝土結構。所謂預應力混凝土結構,是在結構構件受外力荷載作用前,先人為地對它施加壓力,由此產生的預應力狀態用以減小或抵消外荷載所引起的拉應力,即借助於混凝土較高的抗壓強度來彌補其抗拉強度的不足,達到推遲受拉區混凝土開裂的目的。以預應力混凝土製成的結構,因以張拉鋼筋的方法來達到預壓應力,所以也稱預應力鋼筋混凝土結構。
預應力混凝土雖然只有幾十年的歷史,然而人們對預應力原理的應用卻由來已久。如工匠運用預應力的原理來製作木桶:木桶通過套竹箍緊,水對桶壁產生的環向拉應力不超過環向預壓應力,則桶壁木板之間將始終保持受壓的緊密狀態,木桶就不會開裂和漏水。 建築工地用磚鉗裝卸磚塊,被鉗住得一疊水準磚不會提落。旋緊自行車輪的鋼絲,使車輪受壓力後而鋼絲不折。
預應力筋種類:預應力筋通常由單根或成束的鋼絲、鋼絞線或鋼筋組成。 按性質劃分,預應力筋包括金屬預應力筋和非金屬預應力筋兩類。常用的金屬預應力筋可分為鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋。非金屬預應力筋主要指纖維增強塑膠預應力筋。
常用的預應力筋:鋼絲冷拔低碳鋼絲,直徑:3~5mm;碳素鋼絲,直徑:3~8mm;鋼絞線:由7根碳素鋼絲纏繞而成;熱處理鋼筋:直徑:6~10mm熱軋螺紋鋼筋,直徑:25,32mm。
預應力筋的特性:應力-應變曲線和應力鬆弛。一、應力-應變曲線;二、應力鬆弛。1、概念:鋼筋受到一定的張拉力後,在長度保持不變的條件下,鋼筋的應力隨著時間的增長而降低的現象,起壓力激昂的值就是應力鬆弛損失。2、應力鬆弛的特點:初期發展快。鋼絲和鋼絞線的應力鬆弛率大於熱處理鋼筋和精軋螺紋鋼筋。初應力大,鬆弛損失也大。鬆弛損失率隨溫度的升高急劇增加。
預應力筋的檢驗:
一、鋼絲的檢驗:
1、外觀檢查;
2、力學性能試驗
二、鋼絞線的檢驗:
1、成批驗收
2、屈服強度和鬆弛試驗
3、外觀檢查和力學性能檢驗
三、熱處理鋼筋的檢驗:
1、外觀檢查;
2、拉伸試驗。