预应力张拉施工预应力混凝土结构原理与应用

        预应力张拉施工预应力混凝土的概念

        钢筋混凝土受拉与受弯等构件，由于混凝土的抗拉强度和极限拉应变值极低，因此在使用荷载的作用下，通常是带裂缝工作的。对使用上不允许开裂的构件，受拉钢筋不能充分利用其强度。对于允许开裂的构件，若构件的裂缝开裂过大，会降低构件的耐久性，尤其是在高湿度或侵蚀性的环境中。为了要满足变形和裂缝控制的要求，则需要增大构件的截面尺寸和用钢量，这会导致构件的自重过大、经济性差、不能用于大跨度或不能承受动力荷载等等。

        若采用高强钢筋，在使用荷载作用下其应力很高，由于钢材的弹性模量是唯一的，因此高强钢筋在达到屈服强度时需要更大的变形，会导致构件裂缝增大，无法满足使用要求，因此钢筋混凝土结构中的高强钢筋也不能充分发挥其作用的。

        但是，从偏心受压构件的综合分析过程中可以得出：当在纯弯构件的两端施加一定范围的压力时，其承担弯矩的能力随之增加。

        受弯能力提高的原因在于，梁两端的压力促使梁由于受弯产生的裂缝在一定程度或范围内愈合，因此增大了混凝土的受压区高度，增加了混凝土受压区的面积。但是如果施加的压力过大，会促使混凝土破坏，因此如果结构使用高强混凝土，则会有更大的承载力。

        基于这一原理，对于<a  href="javascript:void(0);" onclick="HrefJs(this.id)" id="http://www.sunbosscn.com">预应力张拉</a>施工钢筋混凝土受弯构件，如果在施加轴向压力的同时，施加与外荷载产生弯矩方向相反的弯矩，则更可以提高其承载力，也可以减小其变形与裂缝。

        在实际工程中，人们在预应力张拉施工混凝土结构构件受荷载作用之前，对于结构外荷载作用所产生弯矩的受拉区的钢筋预先施加拉力，使得结构在正常受力时钢筋可以产生更大的拉力，以便形成对于结构的反向弯矩与轴向压力，促使结构的裂缝减小并加大混凝土的受压区域，提高混凝土的利用率。

        由于普通钢筋难以承担较高的应力作用，预应力结构多采用高强钢筋，同时由于在该类结构中混凝土利用率大大提高，因此多数预应力结构使用高强混凝土。

        预应力张拉施工预应力结构中的钢筋受力变形过程对于普通钢筋，钢筋屈服应变ε1；高强钢筋，钢筋屈服应变ε2；对于高强钢筋施加预应力，使构件受拉区受压，并使其在混凝土受拉区应变恢复为0时发生应变为ε3，继续受拉至屈服的应变为ε4  =ε1  。此时使用高强钢筋的构件受拉区与使用普通钢筋的构件受拉区的截面应变一致；既在保证预应力结构的变形与普通混凝土结构相同时，钢筋可以获得更大的应力。

        如果对于高强钢筋施加预应力，使受拉区受压，并使其在混凝土受拉区应变恢复为0时发生应变为ε5  >ε3  ，继续受拉至屈服的应变为ε6<ε1  ；则在高强钢筋屈服时，构件受拉区截面应变小于使用普通钢筋的构件受拉区的截面应变，即会促使裂缝减小，有效控制混凝土受拉区的裂缝。

        从混凝土构件的截面应变过程也可以看出：对于施加预应力的构件，截面混凝土破坏时的应变状况并没有什么变化，但应变过程却大不相同。对于施加预应力的构件，混凝土受拉区会出现压应变，而受压区则会出现拉应变。因此预应力结构在施加预应力时，应特别注意由于预应力而导致的混凝土受压区开裂问题。必要时配置相应的钢筋防止受压区裂缝。