预应力混凝土的基本概念

普通钢筋混凝土构件极限拉应变值约为0.1×10—3～0.15×10—3，即每米只能拉长0.1～0.15mm，此时，受拉钢筋的应力仅为σs＝（0.1～0.15）×10—3×2×105＝（20～30）N/mm2。因此，对于正常工作的混凝土构件，当＝250N/mm2时，裂缝宽度已达0.2～0.3mm，即构件通常是带裂缝工作的。如果采用高强钢筋，当 ＝ （500～1000）N/mm2时，裂缝宽度将更大，无法满足正常使用极限状态的要求，所以在普通钢筋混凝土结构中采用高强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不大。

为什么用木片拼接而成的木盆、木桶会不漏水？为什么我们在整理书籍时，搬书的位置不同会产生不同的效果？ ……这些生活中习以为常的现象其实都是我们不知不觉应用预应力概念的实例。如图8.1 所示。

图8.1　生活中预应力概念的应用(www.xing528.com)

图8.1 （a）所示木桶是用环向竹箍对桶壁预先施加环向压应力，当桶中盛水后，水压引起的拉应力小于预加压应力时，桶就不会漏水。图8.1 （b）所示，当从书架上取下一叠书时，由于受到双手施加的压力，这一叠书就如同横梁，可以承担全部书的重量。

为了避免混凝土构件的裂缝过早出现，充分利用高强度材料，可以在结构构件受力前，在其适当部位施加预应力，从而减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力。如图8.2所示。

在外荷载作用之前，预先在梁的受拉区施加一对大小相等、方向相反的偏心预压力N，使梁截面下边缘混凝土产生预压应力σc，上边缘产生预拉应力σct，使梁产生反拱，如图8.2 （a）所示。在外荷载q （包括梁自重）作用下，梁截面的下边缘将产生拉应力σct，上边缘将产生压应力σc，如图8.2 （b）所示，这样梁截面上的最后应力应是上述两种情况的叠加，其截面下边缘拉应力将减至σct—σc，梁上边缘应力一般为压应力，也可能为拉应力，如图8.2（c）所示。

随着预压力N 的增大，外荷载作用下梁截面下边缘的拉应力会减小，甚至变成压应力。由此可见，预应力混凝土可以延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂度、刚度、耐久性以及抗疲劳性能，并取得节约钢筋，减轻自重的效果，克服了钢筋混凝土的主要缺点；另外预应力可以根据需要进行调整；在使用荷载作用下，预应力混凝土构件基本上处于弹性工作阶段。但施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响，预应力混凝土构件的构造、施工和计算均比钢筋混凝土构件复杂，且延性也差些。