與普通鋼筋混凝土相比,預應力混凝土在節約工程材料、增加抗裂性和耐久性、提高剛度、減少變形、改善結構等方面具有優勢
(1)節約工程材料
由于預應力混凝土結構構件可采用高強度預應力筋,其強度不再受混凝土伸長值過小的限制,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鋼絲作為預應力主筋,一般比普通鋼筋混凝土構件節約鋼材20%~50%;如果采用高強度預應力主筋,可以節省60%~70%的鋼材。同時,由于預應力混凝土構件可以減少截面,制成薄壁構件,一般可以節省10%~30%的混凝土消耗。如果采用預應力疊合板現澆結構,也可以節省大量木材。
(2)增加結構的抗裂性和抗滲性
由于對結構構件拉伸區可能開裂的部位施加預應壓力,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。,在使用預應力時可以增加結構的抗裂性和抗滲性。
(3)提高結構的耐久性
由于預應力混凝土構件在使用荷載下不產生裂縫,結構中的應力筋不受外界有害因素的侵蝕,大大提高了構件的耐久性。預應力混凝土構件適用于侵蝕介質環境的結構化工廠、冶金廠、高溫車間等。
(4)提高結構和構件的剛度,減少變形
結構構件開裂后,剛度迅速下降,但預應力混凝土構件可使設計避免使用荷載下的裂縫,增加了結構的彈性范圍,減少了變形,相對提高了剛度。同時,梁和其他部件也可以產生一定的反拱(即向上的扭轉)。因此,在使用荷載下,預應力混凝土梁的撓度和變形遠小于同一普通鋼筋混凝土,特別適用于大跨度結構、大懸臂等具有控制變形要求的結構。
(5)減少結構自重
由于預應力混凝土可采用高強度混凝土、高強度應力筋等高效材料,可減少構件截面,減少結構自重,制成薄壁構件。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,而預應力混凝土屋面板的主肋有18~24cm。普通鋼筋混凝土中薄壁構件的腹板厚度一般為10~12cm,預應力混凝土中常為6~8cm,大大降低了結構的自重。通常可以減少20%~30%左右的自重。由于自重減少,大跨度、重載、高層結構便于應用和發展。
(6)提高結構的抗疲憊性能
承受重復動荷載的結構和構件,如起重機梁、橋梁或懸掛起重機的結構,由于荷載經常往復作用,結構長期處于加載和卸載的變化中。當這種來回變化超過一定次數時,材料會低于靜態強度而損壞。預應力混凝土起重機梁由于預應力筋的張力,具有初始應力。在重復荷載作用下,應力筋的應力變化一般小于初始應力的10%,即疲憊應力變化較小。這種小的應力變化不會導致鋼材疲憊。這提高了構件的抗疲憊性能。
(7)增加結構和構件的抗剪能力
隨著薄壁箱型、T型等大跨度、薄壁構件的應用和發展,工字型等截面構件,如普通鋼筋混凝土構件,在使用荷載下,靠近擱置的薄壁往往會因剪力或扭矩而產生斜裂縫,從而影響這些構件的廣泛應用。如果在薄壁結構中配置一些預應力筋,可以提高構件斜截面的抗裂性和抗扭性,減少裂縫的出現,限制裂縫的寬度,提高抗剪能力。垂直結構提高了抗側力能力。
(8)提高受壓構件的穩定性
為了制止大柔度壓力構件在一定壓力下平面彎曲,過早不穩定,可對混凝土壓力構件施加一定的預應力,由于預應力筋張力建立應力,提高混凝土抗裂、彎曲能力,不易發生平面彎曲,提高構件穩定性,提高大柔度構件的抗壓能力。
(9)一種組裝手段
預制構件也可以通過預應力筋組裝成整體構件,如塊梁、預應力柱或梁柱結構就是這類工程的例子,為大型預制整體預應力建筑、橋梁或水池、油罐等建筑提供現澆或組裝的結構應用開發,大大提高了預應力結構的工業化和工廠化程度。
(10)一種加固手段
當鋼筋混凝土結構開裂過大時,可施加預應力減少或恢復裂縫,或將小跨度結構柱改為大跨度結構或加層,通過預應力提高承載力。
(11)增加層高、層數或減少總高度
因為預應力可以降低結構厚度,可以增加房屋的凈空,或者增加層數,或者層數不變,從而降低房屋的總高度。
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