如前面所述,在荷载作用下,预应力混凝土构件受拉区的应力状态与预应力和荷载引起的应力大小有关。应力状态可能有三种情况,根据预应力混凝土构件受拉区混凝土在预应力和荷载引起的应力共同作用下的应力状态,一般可把预应力混凝土结构分为全预应力混凝土结构和部分预应力混凝土结构。
1)全预应力混凝土
全预应力混凝土结构系指在全部荷载(按荷载的标准组合计算,下同)及预应力共同作用下受拉区不出现拉应力的预应力混凝土结构。
全预应力混凝土结构具有抗裂性好、刚度大等优点,但也存在一些缺点,主要有以下几个方面:
(1)在全预应力混凝土构件中,纵向预应力钢筋的用量往往较大,且张拉控制应力值较高。因此,对张拉设备要求较高,对锚具的要求也较高,且用量较大,费用也较大。在张拉或放松预应力钢筋时,锚具下混凝土受到较大的局部压力,需配置较多的钢筋网片或螺旋筋。
(2)在制作、运输、堆放、安装过程中,截面的预拉区往往会开裂,以致需在预拉区设置预应力钢筋。
(3)在张拉或放松预应力钢筋时,构件反拱较大。因此,在使用阶段,对于恒荷载较小而活荷载较大的构件,特别是在活荷载最大值很少出现而长期作用的荷载值较小的情况下,反拱将不断增大,从而影响结构的正常使用和引起非结构构件的损坏。
2)部分预应力混凝土(www.xing528.com)
部分预应力混凝土结构系指在全部使用荷载作用下受拉区已出现拉应力或裂缝的预应力混凝土结构,其中,在全部使用荷载下出现拉应力、但不出现裂缝的预应力混凝土结构,可称为有限预应力混凝土结构。
实现部分预应力混凝土结构的方法有多种。在采用钢绞线或碳素钢丝为预应力钢筋的构件中,采用高强度预应力钢筋与非预应力钢筋(即普通钢筋,如HRB335、HRB400级钢筋)混合配筋,是当前较普遍的方法。由于非预应力钢筋的延性较好,且部分预应力混凝土构件从裂缝出现至破坏的过程较长,裂缝开展较宽,挠度也较大,故部分预应力混凝土结构的延性性能较好。
采用部分预应力混凝土结构可以较好地克服上述全预应力混凝土结构的缺点,取得较好的技术经济效果。与全预应力混凝土结构相比,部分预应力混凝土结构虽然抗裂性能稍差,刚度稍小,但只要能满足使用要求,仍然是允许的。越来越多的研究成果和工程实践表明,采用部分预应力混凝土结构是正确的、合理的。可以认为,部分预应力混凝土结构的出现是预应力混凝土结构设计和应用的一个重要发展。
部分预应力混凝土结构的优点主要有:
(1)部分应力混凝土结构在使用荷载下受拉边缘混凝土允许出现拉应力或产生裂缝,所需预加力较少,因而有利于节约预应力钢筋。
(2)部分预应力混凝土结构由于预应力较小,可避免长期反拱过大的问题。
(3)与钢筋混凝土结构相比,部分预应力混凝土具有适量的预应力,在正常使用状态下,其裂缝经常是闭合的。即使当全部活荷载偶然出现时,构件将出现裂缝,但这些裂缝的宽度均较小,且将随活荷载的移去而闭合或仅有微细裂缝。由此可见,裂缝对部分预应力结构的危害性并不像对钢筋混凝土结构那样严重,因为后者的裂缝始终存在,是不会闭合的。
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