虽然预应力混凝土用钢绞线在20世纪50年代才进入实用阶段,但是,预应力的基本原理不仅应用在了钢绞线上面,在古代就已经有许多方面的应用。铁箍木桶就是一个很好的例子,铁箍给松散的木桶楔块施加一定的压力,使其形成木桶并能够承受足够的侧向水压力这就是早先的预应力原理。
预应力混凝土钢绞线结构的优点
预应力在混凝土构件中的应用主要是克服混凝土受拉强度低的弱点以及充分利用高强钢材。对于钢绞线混凝土受拉与受弯构件,由于混凝土的抗拉强度很低,一般其极限抗拉强度约为其抗压强度的1/10,因此,在正常使用状态时,混凝土构件通常是带裂缝工作的;对于不允许开裂的构件,其受拉钢筋的应力仅达到20~30MPa。而对于允许开裂的构件,通常当受拉钢筋应力达到250MPa时,裂缝宽度已达到0.2~0.3m,此时构件的耐久性已有所降低,同时也不宜用于高湿度或具有腐蚀性的工作环境。
预应力钢绞线的作用是在结构构件受荷载作用前,使构件产生预压应力来减少或抵消荷载所引起的混凝土拉应力,以控制结构构件的拉应力水平,甚至使构件处于受压状态,从而避免钢筋混凝土构件的裂缝过早出现,充分利用高强钢筋及高强混凝土,改善其使用性能和耐久性能。
(1)预应力混凝土钢绞线由于有效利用了高强度的钢绞线和混凝士,所以其可做成比普通钢筋混凝土跨度大而自重小的细长承重结构;
(2)预应力可以改善混凝士结构的使用性能,从而可以防止混凝土开裂,或者至少可以把裂缝宽度限制到无害的程度,这就提高了结构的耐久性;
(3)在使用荷载作用下即使是部分预加应力,也可将结构的变形控制在很小的状态;
(4)预应力混凝土钢绞线结构具有很高的抗疲劳性能,即使采用部分预应力技术,钢筋应力的变化幅度也较小;
(5)预应力混凝土构件中,只要钢筋应变在0.01%以下,超载引起的裂缝在卸除荷载后就可能重新闭合。