與普通鋼筋混凝土相比,預(yù)應(yīng)力混凝土在節(jié)約工程材料、增加抗裂性和耐久性、提高剛度、減少變形、改善結(jié)構(gòu)等方面具有優(yōu)勢(shì)
(1)節(jié)約工程材料
由于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件可采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力筋,其強(qiáng)度不再受混凝土伸長(zhǎng)值過小的限制,大大降低了鋼材的消耗。如果采用低合金鋼和冷拔低碳鋼絲或中強(qiáng)鋼絲作為預(yù)應(yīng)力主筋,一般比普通鋼筋混凝土構(gòu)件節(jié)約鋼材20%~50%;如果采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力主筋,可以節(jié)省60%~70%的鋼材。同時(shí),由于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件可以減少截面,制成薄壁構(gòu)件,一般可以節(jié)省10%~30%的混凝土消耗。如果采用預(yù)應(yīng)力疊合板現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),也可以節(jié)省大量木材。
(2)增加結(jié)構(gòu)的抗裂性和抗?jié)B性
由于對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件拉伸區(qū)可能開裂的部位施加預(yù)應(yīng)壓力,避免了鋼筋混凝土使用中的裂縫。如鋼筋混凝土屋架的下弦和水池、消化池、油罐、壓力管等。,在使用預(yù)應(yīng)力時(shí)可以增加結(jié)構(gòu)的抗裂性和抗?jié)B性。
(3)提高結(jié)構(gòu)的耐久性
由于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在使用荷載下不產(chǎn)生裂縫,結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力筋不受外界有害因素的侵蝕,大大提高了構(gòu)件的耐久性。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件適用于侵蝕介質(zhì)環(huán)境的結(jié)構(gòu)化工廠、冶金廠、高溫車間等。
(4)提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的剛度,減少變形
結(jié)構(gòu)構(gòu)件開裂后,剛度迅速下降,但預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件可使設(shè)計(jì)避免使用荷載下的裂縫,增加了結(jié)構(gòu)的彈性范圍,減少了變形,相對(duì)提高了剛度。同時(shí),梁和其他部件也可以產(chǎn)生一定的反拱(即向上的扭轉(zhuǎn))。因此,在使用荷載下,預(yù)應(yīng)力混凝土梁的撓度和變形遠(yuǎn)小于同一普通鋼筋混凝土,特別適用于大跨度結(jié)構(gòu)、大懸臂等具有控制變形要求的結(jié)構(gòu)。
(5)減少結(jié)構(gòu)自重
由于預(yù)應(yīng)力混凝土可采用高強(qiáng)度混凝土、高強(qiáng)度應(yīng)力筋等高效材料,可減少構(gòu)件截面,減少結(jié)構(gòu)自重,制成薄壁構(gòu)件。1.5m×以6.0m大型屋面板為例,普通鋼筋混凝土屋面板的主肋高度為30cm,而預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板的主肋有18~24cm。普通鋼筋混凝土中薄壁構(gòu)件的腹板厚度一般為10~12cm,預(yù)應(yīng)力混凝土中常為6~8cm,大大降低了結(jié)構(gòu)的自重。通常可以減少20%~30%左右的自重。由于自重減少,大跨度、重載、高層結(jié)構(gòu)便于應(yīng)用和發(fā)展。
(6)提高結(jié)構(gòu)的抗疲憊性能
承受重復(fù)動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件,如起重機(jī)梁、橋梁或懸掛起重機(jī)的結(jié)構(gòu),由于荷載經(jīng)常往復(fù)作用,結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于加載和卸載的變化中。當(dāng)這種來回變化超過一定次數(shù)時(shí),材料會(huì)低于靜態(tài)強(qiáng)度而損壞。預(yù)應(yīng)力混凝土起重機(jī)梁由于預(yù)應(yīng)力筋的張力,具有初始應(yīng)力。在重復(fù)荷載作用下,應(yīng)力筋的應(yīng)力變化一般小于初始應(yīng)力的10%,即疲憊應(yīng)力變化較小。這種小的應(yīng)力變化不會(huì)導(dǎo)致鋼材疲憊。這提高了構(gòu)件的抗疲憊性能。
(7)增加結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的抗剪能力
隨著薄壁箱型、T型等大跨度、薄壁構(gòu)件的應(yīng)用和發(fā)展,工字型等截面構(gòu)件,如普通鋼筋混凝土構(gòu)件,在使用荷載下,靠近擱置的薄壁往往會(huì)因剪力或扭矩而產(chǎn)生斜裂縫,從而影響這些構(gòu)件的廣泛應(yīng)用。如果在薄壁結(jié)構(gòu)中配置一些預(yù)應(yīng)力筋,可以提高構(gòu)件斜截面的抗裂性和抗扭性,減少裂縫的出現(xiàn),限制裂縫的寬度,提高抗剪能力。垂直結(jié)構(gòu)提高了抗側(cè)力能力。
(8)提高受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性
為了制止大柔度壓力構(gòu)件在一定壓力下平面彎曲,過早不穩(wěn)定,可對(duì)混凝土壓力構(gòu)件施加一定的預(yù)應(yīng)力,由于預(yù)應(yīng)力筋張力建立應(yīng)力,提高混凝土抗裂、彎曲能力,不易發(fā)生平面彎曲,提高構(gòu)件穩(wěn)定性,提高大柔度構(gòu)件的抗壓能力。
(9)一種組裝手段
預(yù)制構(gòu)件也可以通過預(yù)應(yīng)力筋組裝成整體構(gòu)件,如塊梁、預(yù)應(yīng)力柱或梁柱結(jié)構(gòu)就是這類工程的例子,為大型預(yù)制整體預(yù)應(yīng)力建筑、橋梁或水池、油罐等建筑提供現(xiàn)澆或組裝的結(jié)構(gòu)應(yīng)用開發(fā),大大提高了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的工業(yè)化和工廠化程度。
(10)一種加固手段
當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂過大時(shí),可施加預(yù)應(yīng)力減少或恢復(fù)裂縫,或?qū)⑿】缍冉Y(jié)構(gòu)柱改為大跨度結(jié)構(gòu)或加層,通過預(yù)應(yīng)力提高承載力。
(11)增加層高、層數(shù)或減少總高度
因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力可以降低結(jié)構(gòu)厚度,可以增加房屋的凈空,或者增加層數(shù),或者層數(shù)不變,從而降低房屋的總高度。
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