預(yù)應(yīng)力混凝土是為了彌補(bǔ)混凝土過早出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象,在構(gòu)件使用(加載)以前,預(yù)先給混凝土一個預(yù)壓力,即在混凝土的受拉區(qū)內(nèi),用人工加力的方法,將鋼筋進(jìn)行張拉,利用鋼筋的回縮力,使混凝土受拉區(qū)預(yù)先受壓力。這種儲存下來的預(yù)加壓力,當(dāng)構(gòu)件承受由外荷載產(chǎn)生拉力時,首先抵消受拉區(qū)混凝土中的預(yù)壓力,然后隨荷載增加,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(xiàn),這就叫做預(yù)應(yīng)力混凝土。
分類
根據(jù)預(yù)加應(yīng)力值大小對構(gòu)件截面裂縫控制程度的不同分類:
1.全預(yù)應(yīng)力混凝土(FPC,fullyprestressedconcrete[1] )
在使用荷載作用下,不允許截面上混凝土出現(xiàn)拉應(yīng)力的構(gòu)件,屬嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件,和嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的截面尺寸和預(yù)應(yīng)力梁的撓度。
2.部分預(yù)應(yīng)力混凝土(PPC,partiallyprestressedconcrete)
允許出現(xiàn)裂縫,但最大裂縫寬度不超過允許值的構(gòu)件,屬允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。
3.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋
將預(yù)應(yīng)力鋼筋的外表面涂以瀝清,油脂或其他潤滑防銹材料,以減小摩擦力并防銹蝕,并用塑料套管或以紙帶,塑料帶包裹,以防止施工中碰壞涂層,并使之與周圍混凝土隔離,而在張拉時可沿縱向發(fā)生相對滑移的后張預(yù)應(yīng)力鋼筋。
特點:不需要預(yù)留孔道,也不必灌漿、施工簡便、快速、造價較低、易于推廣應(yīng)用。
優(yōu)點
1、抗裂性好,剛度大。由于對構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力,大大推遲了裂縫的出現(xiàn),在使用荷載作用下,構(gòu)件可不出現(xiàn)裂縫,或使裂縫推遲出現(xiàn),所以提高了構(gòu)件的剛度,增加了結(jié)構(gòu)的耐久性。
2、節(jié)省材料,減小自重。其結(jié)構(gòu)由于必須采用高強(qiáng)度材料,因此可減少鋼筋用量和構(gòu)件截面尺寸,節(jié)省鋼材和混凝土,降低結(jié)構(gòu)自重,對大跨度和重荷載結(jié)構(gòu)有著明顯的優(yōu)越性。
3、可以減小混凝土梁的豎向剪力和主拉應(yīng)力。預(yù)應(yīng)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?。挥钟捎诨炷两孛嫔项A(yù)應(yīng)力的存在,使荷載作用下的主拉應(yīng)力也就減小。這利于減小梁的腹板厚度,使預(yù)應(yīng)力混凝土梁的自重可以進(jìn)一步減小。
4、提高受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性。當(dāng)受壓構(gòu)件長細(xì)比較大時,在受到一定的壓力后便容易被壓彎,以致喪失穩(wěn)定而破壞。如果對鋼筋混凝土柱施加預(yù)應(yīng)力,使縱向受力鋼筋張拉得很緊,不但預(yù)應(yīng)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(gòu)件的耐疲勞性能。因為具有強(qiáng)大預(yù)應(yīng)力的鋼筋,在使用階段因加荷或卸荷所引起的應(yīng)力變化幅度相對較小,故此可提高抗疲勞強(qiáng)度,這對承受動荷載的結(jié)構(gòu)來說是很有利的。
6、預(yù)應(yīng)力可以作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的手段,促進(jìn)大跨結(jié)構(gòu)新體系與施工方法的發(fā)展
缺點
1、工藝較復(fù)雜,對質(zhì)量要求高,因而需要配備一支技術(shù)較熟練的專業(yè)隊伍[2] 。
2、需要有一定的專門設(shè)備,如張拉機(jī)具、灌漿設(shè)備等。先張法需要有張拉臺座;后張法還要耗用數(shù)量較多、質(zhì)量可靠的錨具等。
3、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的開工費(fèi)用較大,對構(gòu)件數(shù)量少的工程成本較高。
4、預(yù)應(yīng)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、鋼筋混凝土由于施加預(yù)應(yīng)力會使得高溫下鋼筋強(qiáng)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(yù)應(yīng)力鋼筋的一些要求:
(1)強(qiáng)度要高。預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉應(yīng)力在構(gòu)件的整個制作和使用過程中會出現(xiàn)各種應(yīng)力損失。這些損失的總和有時可達(dá)到200N/mm²以上,如果所用的鋼筋強(qiáng)度不高,那么張力時所建立應(yīng)力甚至?xí)p失殆盡。
(2)與混凝土要有較好的粘結(jié)力。特別在先張法中,預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土之間必須有較高的粘結(jié)自錨強(qiáng)度。對一些高強(qiáng)度的光面鋼絲就要經(jīng)過“刻痕”、“壓波”或“扭結(jié)”,使它形成刻痕鋼絲、波形鋼絲及扭結(jié)鋼絲,增加粘結(jié)力。
(3)要有足夠的塑性和良好的加工性能。鋼材強(qiáng)度越高,其塑性越低。鋼筋塑性太低時,特別當(dāng)處于低溫和沖擊荷載條件下,就有可能發(fā)生脆性斷裂。良好的加工性能是指焊接性能好,以及采用鐓頭錨板時,鋼筋頭部鐓粗后不影響原有的力學(xué)性能等。
中國常用的預(yù)應(yīng)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(qiáng)鋼絲等。
對預(yù)應(yīng)力混凝土中混凝土的一些要求:
(1)強(qiáng)度要高,要與高強(qiáng)度鋼筋相適應(yīng),保證預(yù)應(yīng)力鋼筋充分發(fā)揮作用,并能有效地減小構(gòu)件截面尺寸和減輕自重。
(2)收縮、徐變要小,以減小預(yù)應(yīng)力的損失。
(3)快硬、早強(qiáng),使能盡早施加預(yù)應(yīng)力,加快施工進(jìn)度,提高設(shè)備利用率。