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预应力混凝土

建筑材料

预应力混凝土（Prestressed Concrete）是一种混凝土构件，主要应用于建筑工程，桥梁工程中。

产生背景
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，设法在混凝土结构或构件承受使用荷载前，通过施加外力，使得构件产生的拉应力减小，甚至处于压应力状态下的混凝土构件。
工作原理
预压应力用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。
分类
根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同分类：
1.全预应力混凝土（FPC，fully prestressed concrete）
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，属严格要求不出现裂缝的构件,和严格控制预应力构件的截面尺寸和预应力梁的挠度。
2.部分预应力混凝土（PPC，partially prestressed concrete）
允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，属允许出现裂缝的构件。
3.无粘结预应力钢筋
将预应力钢筋的外表面涂以沥清，油脂或其他润滑防锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带,塑料带包裹，以防止施工中碰坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋。
特点：不需要预留孔道，也不必灌浆、施工简便、快速、造价较低、易于推广应用。
优缺点
优点
1、抗裂性好，刚度大。由于对构件施加预应力，大大推迟了裂缝的出现，在使用荷载作用下，构件可不出现裂缝，或使裂缝推迟出现，所以提高了构件的刚度，增加了结构的耐久性。
2、节省材料，减小自重。其结构由于必须采用高强度材料，因此可减少钢筋用量和构件截面尺寸，节省钢材和混凝土，降低结构自重，对大跨度和重荷载结构有着明显的优越性。
3、可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。预应力梁混凝土梁的曲线钢筋（束）可以使梁中支座附近的竖向剪力减小；又由于混凝土截面上预应力的存在，使荷载作用下的主拉应力也就减小。这利于减小梁的腹板厚度，使预应力混凝土梁的自重可以进一步减小。
4、提高受压构件的稳定性。当受压构件长细比较大时，在受到一定的压力后便容易被压弯，以致丧失稳定而破坏。如果对钢筋混凝土柱施加预应力，使纵向受力钢筋张拉得很紧，不但预应力钢筋本身不容易压弯，而且可以帮助周围的混凝土提高抵抗压弯的能力。
5、提高构件的耐疲劳性能。因为具有强大预应力的钢筋，在使用阶段因加荷或卸荷所引起的应力变化幅度相对较小，故此可提高抗疲劳强度，这对承受动荷载的结构来说是很有利的。
6、预应力可以作为结构构件连接的手段，促进大跨结构新体系与施工方法的发展
缺点
1、工艺较复杂，对质量要求高，因而需要配备一支技术较熟练的专业队伍。
2、需要有一定的专门设备，如张拉机具、灌浆设备等。先张法需要有张拉台座；后张法还要耗用数量较多、质量可靠的锚具等。
3、预应力混凝土结构的开工费用较大，对构件数量少的工程成本较高。
4、预应力反拱度不易控制。它随混凝土徐变的增加而增大，造成桥面不平顺。
5、高温条件下，施加预应力后的钢筋混凝土强度会明显下降，导致其耐火极限降低，因此在建筑消防上存在安全隐患。
材料要求
对预应力钢筋的一些要求：
（1）强度要高。预应力钢筋的张拉应力在构件的整个制作和使用过程中会出现各种应力损失。这些损失的总和有时可达到200N/mm2以上，如果所用的钢筋强度不高，那么张力时所建立应力甚至会损失殆尽。
（2）与混凝土要有较好的粘结力。特别在先张法中，预应力钢筋与混凝土之间必须有较高的粘结自锚强度。对一些高强度的光面钢丝就要经过“刻痕”、“压波”或“扭结”，使它形成刻痕钢丝、波形钢丝及扭结钢丝，增加粘结力。
（3）要有足够的塑性和良好的加工性能。钢材强度越高，其塑性越低。钢筋塑性太低时，特别当处于低温和冲击荷载条件下，就有可能发生脆性断裂。良好的加工性能是指焊接性能好，以及采用镦头锚板时，钢筋头部镦粗后不影响原有的力学性能等。
中国常用的预应力钢筋有冷拉III级钢筋、冷拉IV级钢筋、冷扎带肋钢筋、热处理钢筋、高强钢丝等。
对预应力混凝土中混凝土的一些要求：
（1）强度要高，要与高强度钢筋相适应，保证预应力钢筋充分发挥作用，并能有效地减小构件截面尺寸和减轻自重。
（2）收缩、徐变要小，以减小预应力的损失。
（3）快硬、早强，使能尽早施加预应力，加快施工进度，提高设备利用率。
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