預應力混凝土(預應力混凝土)

預應力混凝土是為了彌補混凝土過早出現裂縫的現象，在構件使用（載入）以前，預先給混凝土一個預壓力，即在混凝土的受拉區內，用人工加力的方法，將鋼筋進行張拉，利用鋼筋的回縮力，使混凝土受拉區預先受壓力。這種儲存下來的預加壓力，當構件承受由外荷載產生拉力時，首先抵消受拉區混凝土中的預壓力，然後隨荷載增加，才使混凝土受拉，這就限制了混凝土的伸長，延緩或不使裂縫出現，這就叫做預應力混凝土。

基本介紹

• 中文名：預應力混凝土
• 外文名：Prestressed Concrete
• 學科分類：土木工程
• 套用領域：建築工程，橋樑工程
• 作用：提高構件的抗裂性能和剛度

產生背景

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。

工作原理

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。

分類

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，油脂或其他潤滑防鏽材料，以減小摩擦力並防鏽蝕，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、易於推廣套用。

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。

6、預應力可以作為結構構件連線的手段，促進大跨結構新體系與施工方法的發展

缺點

1、工藝較複雜，對質量要求高，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、質量可靠的錨具等。

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。

5、鋼筋混凝土由於施加預應力會使得高溫下鋼筋強度下降，因此其耐火極限也會下降，因此在消防上存在隱患。

材料要求

對預應力鋼筋的一些要求：

（1）強度要高。預應力鋼筋的張拉應力在構件的整個製作和使用過程中會出現各種應力損失。這些損失的總和有時可達到200N/mm²以上，如果所用的鋼筋強度不高，那么張力時所建立應力甚至會損失殆盡。

（2）與混凝土要有較好的粘結力。特別在先張法中，預應力鋼筋與混凝土之間必須有較高的粘結自錨強度。對一些高強度的光面鋼絲就要經過“刻痕”、“壓波”或“扭結”，使它形成刻痕鋼絲、波形鋼絲及扭結鋼絲，增加粘結力。

（3）要有足夠的塑性和良好的加工性能。鋼材強度越高，其塑性越低。鋼筋塑性太低時，特別當處於低溫和衝擊荷載條件下，就有可能發生脆性斷裂。良好的加工性能是指焊接性能好，以及採用鐓頭錨板時，鋼筋頭部鐓粗後不影響原有的力學性能等。

中國常用的預應力鋼筋有冷拉III級鋼筋、冷拉IV級鋼筋、冷扎帶肋鋼筋、熱處理鋼筋、高強鋼絲等。

對預應力混凝土中混凝土的一些要求：

（1）強度要高，要與高強度鋼筋相適應，保證預應力鋼筋充分發揮作用，並能有效地減小構件截面尺寸和減輕自重。

（2）收縮、徐變要小，以減小預應力的損失。

（3）快硬、早強，使能儘早施加預應力，加快施工進度，提高設備利用率。