預應力混凝土結構的優越性


發布時間:

2021-09-15

預應力混凝土與普通鋼筋混凝土相比,在節約工程材料、增加抗裂與耐久性、提高剛度減少變形、改善結構疲勞等均有優越性,具體分述如下:

(1)節約工程材料

由于預應力混凝土結構構件可采用高強度預應力筋,其強度的發揮不再受混凝土極限伸長值過小的約束,使鋼材耗用量大幅度降低。如采用低合金鋼和冷拔低碳鋼絲或中強鋼絲作預應力主筋,一般可比普通鋼筋混凝土構件節省鋼材20%~50%;若采用高強度預應力主筋,則可節省鋼材60%~70%。同時,由于預應力混凝土構件能減小斷面和做成薄壁構件,因此一般能節省10%~30%的混凝土的耗用量。如果采用預應力疊合板現澆結構,則還能節約大量的木材。

(2)增強結構的抗裂性和抗滲性

由于對結構構件的受拉區可能開裂的部位施加了預應壓力,這就避免了鋼筋混凝土使用情況下出現裂縫。如鋼筋混凝土屋架的下弦和水池、消化池、油罐、壓力管等,當采用預應力后,便可增強結構的抗裂和抗滲的性能。

(3)改善結構的耐久性

由于設計的預應力混凝土構件在使用荷載下不產生裂縫,因此使結構中的應力筋免受外界有害因素的侵蝕,從而大大提高了構件的耐久性。如有侵蝕介質環境的結構化工廠房與冶金廠房、高溫度車間等,均適宜采用預應力混凝土構件。

(4)提高了結構與構件的剛度,減小了變形

結構構件開裂后,剛度很快下降,但預應力混凝土構件在使用荷載下可使設計避免裂縫產生,這就使結構的彈性范圍增大,變形減小,相對地提高了剛度。同時,還可使梁等構件產生一定的反拱(即向上產生的反撓度)。所以,在使用荷載下,預應力混凝土梁的撓度與變形比同樣的普通鋼筋混土要小許多,故特別適用于大跨度結構、大懸臂等有控制變形要求的結構。

(5)減輕結構自重

由于預應力混凝土可以應用高強度混凝土及高強度應力筋等高效材料,因而能減小構件的截面,減輕結構自重,還可做成薄壁構件。以1.5m×6.0m大型屋面板為例,普通鋼筋混凝土屋面板的主肋高為30cm,而預應力混凝土屋面板的主肋僅為18~24cm。薄壁構件的腹板厚度,在普通鋼筋混凝土中一般常在10~12cm,而預應力混凝土中則常在6~8cm因此就大大地減輕了結構的自重。通??蓽p輕自重20%~30%左右。由于自重的減輕,因此大跨、重載、超高層等結構便于應用發展。

(6)提高結構的抗疲勞性能

承受重復動荷載的結構與構件,如吊車梁、橋梁或有懸掛吊車的結構等,因為荷載是經常往復地作用,結構長期處于加荷與卸荷的變化之中。當這種反復變化并超過一定次數時材料就會低于靜力強度而破壞。預應力混凝土吊車梁由于預應力筋經過張拉有了初始應力,在重復荷載作用下,應力筋應力的變化一般小于10%的初始應力,即疲勞應力變化的幅度較小。這種小幅度的應力變化,不會造成鋼材的疲勞。這就提高了構件抗疲勞的性能。

(7)增強結構與構件的抗剪能力

隨著大跨、薄壁構件的應用發展,如薄壁箱型、T型、工字型等截面構件,如采用普通鋼筋混凝土構件,則在使用荷載下,靠近擱置處的薄壁,往往由于剪力或扭力作用而產生斜向裂縫,因而影響了這類構件廣泛采用。若在薄壁結構中配置一些預應力筋,則可提高構件斜截面抗裂性、抗扭性,并可延遲裂縫出現,約束裂縫寬度開展,提高了抗剪能力。對于豎向的結構則提高了抗側力能力。

(8)提高受壓構件的穩定性

為防止大柔度受壓構件在受到一定壓力后會有出平面彎曲,過早發生失穩,可以對混凝土受壓構件施加一定預應力,由于預應力筋已被張拉建立應力,這就提高了混凝土抗裂、抗彎的能力,從而不易發生出平面彎曲,提高了構件的穩定性,增加了大柔度構件抗壓能力。

(9)一種拼裝手段

通過預應力筋還可將預制構件拼裝成整體構件,如后張拼塊梁、預應力板柱或梁柱結構就是這類工程的實例,從而為大型預制整體預應力建筑、橋梁或水池、油罐等建筑物,提供了在工廠預制塊體運往現場現澆整體或拼裝整體的結構應用發展,致使預應力結構工業化與工廠化程度大大提高。

(10)一種加固手段

當鋼筋混凝土結構開裂過大時,可施加預應力以減小或恢復裂縫,也可將小跨度結構抽柱改變為大跨度結構或加層,通過預應力以提高承載力。

(11)增加層高、層數或減少總高度

因預應力可以減小結構厚度,則可使房屋凈空增加,或凈空不變增加了層數,或者層數不變以降低房屋總高度。

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