预应力是指为了改善结构或构件在各种使用条件下的工作性能和提高其强度而在使用前预先施加的永久性内力。预应力混凝土是按照需要预先引入某种量值与分布的内应力,以局部或全部抵消使用荷载应力的一种混凝土。
1.1与普通混凝土相比,预应力钢筋混凝土具有以下优点:
1、提高了混凝土的抗裂度和刚度。因为预应力的作用增加了混凝土的抗拉能力,可以使混凝土不致过早地出现裂纹,同时还可以按照构件的特点,控制它在使用过程中不出现裂缝。同时由于预应力的作用,构件承受荷载后,向下弯的程度减少,所以刚度提高。
2、增加构件的耐久性。预应力钢筋混凝土能避免构件结构出现裂缝,构件内的钢筋就不容易生锈,因而相应地延长了构件的使用年限。
3、节约材料。由于受拉区钢筋要受到很大的拉应力,所以它必须使用高强度钢筋,从而相应地减少了钢筋的横截面积,节约了大量的钢材。
4、减轻构件自重。由于结构刚度好,又采用了高强度钢筋,则同样的构件截面,同样的用钢量,便可以比普通的钢筋混凝土构件承受1~2倍以上的荷载。所以预应力混凝土可以用于大跨度、大吨位的结构中。
5、扩大了高、大、重型结构的预制装配化程度。
因此预应力混凝土在建筑工程中得到了广泛的应用,其使用范围和数量是衡量一个国家建筑技术水平的重要指标之一。我国自1956年开始采用预应力混凝土结构以来,已有40多年的历史。到目前为止,预应力技术除用于单个构件,如平板、空心板、屋架、吊车梁、V形折板和马鞍形壳板等,还发展到应用于预应力结构的阶段,如装配整体预应力板柱结构、无黏结预应力现浇平板结构、预应力薄板叠合板结构、大跨度部分预应力框架结构、无黏结预应力现浇结构、预应力薄板叠合结构、大跨度部分预应力框架结构、竖向预应力剪力墙结构等。
预应力混凝土抗裂性的高低,取决于钢筋的预拉应力值。钢筋的预拉应力越高,混凝土预压应力越大,构件抗裂性能就越好。要建立较高的预应力,就必须要有高强度的钢筋和高强度等级的混凝土。对预应力钢筋混凝土材料有如下要求:
1.2对钢材的要求:
1、高强度:混凝土预应力的大小取决于钢筋(丝)的张拉应力,而构件制作过程中,将出现各种应力损失,钢材强度越高,损失率越小,因此当条件具备时,应尽量采用高强度的钢材作为预应力筋。
2、具有一定的塑性:就是要求钢筋具有一定的延伸率,这样才能使钢筋在张拉时不出现裂纹。
3、与混凝土有较好的粘结力。先张法预应力构件和后张法中有粘结预应力构件的预应力传递是靠预应力筋和混凝土的粘结力来完成的。因此预应力筋和混凝土的粘结力必须足够。
4、有良好的加工能力,如可焊性,或钢筋经过墩粗后,不影响其原来的物理力学性能等。
预应力混凝土结构的钢筋有非预应力钢筋和预应力钢筋之分。非预应力钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋,也可采用HPB235级和RRB400级钢筋。预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝,也可采用热处理钢筋,各种预应力筋的质量应符合现行国家标准的规定,即《预应力混凝土用钢丝》(GB/T5223),《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224),《预应力混凝土用热处理钢筋》(GB/T4463)等。若采用冷拉Ⅳ级钢筋、冷拔低碳钢丝和高强精轧螺纹钢筋作为预应力筋时,其力学性能也应符合专门标准的规定(见附录5-1、附录5-2、附录5-3)。新产品及进口材料的质量应符合相应现行国家标准的规定。
1.3对混凝土的要求
1、高强度:预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C30,当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时,混凝土强度等级不宜低于C40。
2、收缩、徐变小,弹性模量高,有利于减少预应力损失。
3、尽可能作到快硬、早强。只有快硬、早强,才能尽早施加预应力,加快施工进度,提高台座或锚具的使用率。
为了确保预应力钢筋混凝土构件安全使用,在制作构件(包括孔道灌浆)时不能用对钢筋有侵蚀作用的氯盐,如氯化钠,氯化钙等。
尽管预应力混凝土有许多优点,但也带来了另一方面的问题,就是制作构件时增加了张拉工序,增加了张拉机械、灌浆机具以及锚固装置等专用设备,同时制作技术也比钢筋混凝土复杂得多。所以跨度较小得梁和板,不承受拉力的拱与柱子等就不适宜采用预应力结构。因此不是在任何场合都可以用预应力混凝土来代替普通混凝土的,而是两者各有合理的应用范围。
预应力混凝土的施工工艺方法有:先张法、后张法(分为有粘结预应力后张法和无粘结预应力后张法)、电热法等。先张法和后张法采用机械张拉,是最常用的两种施加预应力的方法。电热法是利用钢筋热胀冷缩原理来张拉预应力筋,主要用于曲线预应力筋的张拉。
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