当前课程知识点：建筑结构1（混凝土结构） > 第七章 预应力混凝土构件 > 预应力混凝土的基本概念 > 预应力混凝土的基本原理 、分类与特点
同学们
这节课我们来学习
预应力混凝土的基本原理
分类与特点
首先我们来思考为什么使用预应力混凝土
由于混凝土的抗拉性能很差
使钢筋混凝土存在两个无法解决的问题
一是在使用荷载作用下
钢筋混凝土受拉 受弯等构件
通常是带裂缝工作的
二是从保证结构耐久性出发
必须限制裂缝宽度
为了要满足变形和裂缝控制的要求
则需增大构件的截面尺寸和用钢量
这将导致自重过大
使钢筋混凝土结构
用于大跨度或承受动力荷载的结构
成为不可能或很不经济
理论上讲
提高材料强度可以提高构件的承载力
从而达到节省材料和减轻构件自重的目的
但在普通钢筋混凝土构件中
提高钢筋强度却难以收到预期的效果
这是因为
对配置高强度钢筋的钢筋混凝土构件而言
承载力可能已不是控制条件
起控制作用的因素
可能是裂缝宽度或构件的挠度
如当钢筋应力达到
500到1000牛每平方毫米时
裂缝宽度将很大
无法满足使用要求
因而
钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋
是不能充分发挥其作用的
而提高混凝土强度等级
对提高构件的抗裂性能
和控制裂缝宽度的作用
也极其有限
混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低
其抗拉强度只有抗压强度的
10分之1到18分之1
极限拉应变仅为0.0001到0.00015
即每米只能拉长0.1到0.15毫米
超过后就会出现裂缝
而钢筋达到屈服强度时的应变却要大得多
约为0.0005到0.0015
对使用上不允许开裂的构件
受拉钢筋的应力只能用到
20到30牛每平方毫米
不能充分利用其强度
对于允许开裂的构件
当受拉钢筋应力达到250牛每平方毫米时
裂缝宽度已达0.2到0.3毫米
因此
预应力混凝土的基本原理就是
为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现
充分利用高强度钢筋及高强度混凝土
可以设法在结构构件承受使用荷载前
预先对受拉区的混凝土施加压力
使它产生预压应力
来减小或抵消
荷载所引起的混凝土拉应力
从而将结构构件的拉应力控制在较小范围
甚至处于受压状态
以推迟混凝土裂缝的出现和开展
从而提高构件的抗裂性能和刚度
预应力混凝土的基本原理如下图所示
A图表示预应力作用后简支梁中的应力分布
下部受压上部受拉
b图表示荷载作用下
简支梁下部受拉上部受压
c图表示的是预应力与荷载
共同作用在简支梁时的应力分布
此时在简支梁下部
由荷载作用的拉应力
需要将预应力产生的压应力完全抵消后
才会在梁下部产生拉应力
这样以来
可以将拉应力控制在较小范围
甚至处于受压状态
接下我们再介绍预应力混凝土的类别
我们根据预加应力值的大小
对构件截面裂缝控制程度的不同
将预应力混凝土分为
全预应力混凝土
和部分预应力混凝土两类
在使用荷载作用下
不允许截面上混凝土出现拉应力的构件
称为全预应力混凝土
属严格要求不出现裂缝的构件
允许出现裂缝
但最大裂缝宽度不超过允许值的构件
称为部分预应力混凝土
属允许出现裂缝的构件
此外
还有一种有限预应力混凝土
一般也认为属于部分预应力混凝土
即在使用荷载作用下
根据荷载效应组合情况
不同程度地保证混凝土构件不开裂的构件
也就是说
在混凝土中建立预应力后
在荷载的标准组合作用下
允许出现不超过
混凝土抗拉强度标准值的拉应力
而在准永久荷载组合作用下
不得出现拉应力的构件
可见
部分预应力混凝土介于
全预应力混凝土和钢筋混凝土两者之间
全预应力混凝土由于对其施加的预应力大
因而具有抗裂性能好
刚度大的特点
常用于对抗裂或抗腐蚀性能要求较高的结构
如贮液罐
吊车梁
核电站安全壳等
但由于施加预应力较大
引起结构反拱过高
会使混凝土在施工阶段产生裂缝
同时构件的开裂荷载与极限荷载较为接近
致使构件延性较差
对结构的抗震不利
部分预应力混凝土
可根据结构或构件的不同使用要求
荷载作用情况及环境条件等
对裂缝进行控制
降低了预应力值
克服了全预应力混凝土的弱点
对于抗裂要求不高的结构或构件
部分预应力混凝土将会得到广泛的应用
最后我们再介绍预应力混凝土的特点
与钢筋混凝土相比
预应力混凝土具有以下特点
1.构件的抗裂性能较好
2.构件的刚度较大
由于预应力混凝土能延迟裂缝的出现和开展
并且受弯构件要产生反拱
因而可以减小受弯构件在荷载作用下的挠度
3.构件的耐久性较好
由于预应力混凝土能使构件不出现裂缝
或减小裂缝宽度
因而可以减少大气或侵蚀性介质
对钢筋的侵蚀
从而延长构件的使用期限
4.工序较多
施工较复杂
且需要张拉设备和锚具等设施
这里需要注意
预应力混凝土不能提高构件的承载能力
也就是说
当截面和材料相同时
预应力混凝土与普通钢筋混凝土
受弯构件的承载能力是相同的
与受拉区钢筋是否施加预应力无关
这节课我们学习了
预应力混凝土的基本原理
分类和特点
希望大家下课复习
理解掌握
这节课就讲到这里
下节课再见
谢谢大家
-0.1.1 建筑结构概述
--建筑结构概述作业
-1.1 作用与作用效应
--作用与作用效应作业
-1.2 建筑结构概率极限状态设计法
--极限状态设计法作业
-2.1 混凝土结构材料
--混凝土结构材料作业
-2.2 钢筋与混凝土共同工作
--钢筋与混凝土共同工作作业
-3.1 受弯构件的构造要求
-3.2 受弯构件正截面承载力计算
--3.2.3 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算——基本公式与适用条件
--3.2.4 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算——截面设计
--3.2.5 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 ——承载力复核
--3.2.6 T型截面受弯构件正截面承载力计算 ——基本公式及适用条件
-3.3 受弯构件斜截面承载力计算
-3.4 受弯构件挠度及裂缝宽度验算
-4.1 受压构件构造要求
-4.2 轴心受压构件承载力计算
-4.3 偏心受压构件承载力计算
-钢筋混凝土受拉构件受力特点与构造要求
-钢筋混凝土受扭构件受力特点与构造要求
-预应力混凝土的基本概念
--施加预应力的方法
-预应力损失
-预应力混凝土构件的构造要求
-楼盖类型
--楼盖类型
-单向板肋形楼盖
--单向板肋形楼盖
-双向板肋形楼盖
--双向板肋形楼盖
-无梁楼盖
--无梁楼盖
-装配式混凝土楼盖
--装配式混凝土楼盖
-框架结构形式、结构布置
-框架结构受力特点、构造
-剪力墙结构受力特点、构造
-框架-剪力墙结构受力特点、构造
-筒体结构体系
--筒体结构体系
-单层厂房结构类型与组成
-单层厂房结构的主要承重构件
