混凝土为什么要预加应力

春晓

混凝土是抗压强度高而抗拉强度低的一种结构材料。它的抗拉强度不仅很低，只有抗压强度的1/15-1/10，而且很不可靠.它的抗拉变形能力也很小.如同玻瑞一样是脆性的，破坏前没有明显预兆。因此素棍凝土只能用于柱墩、重力式挡土墙、地坪、路面等以受压为主的场合，而不能用于梁、板等受弯构件和结构。
为弥补混凝土抗拉强度太低的缺点.人们首先想到的是对混凝土预期出现拉应力的部位用钢筋来加强.即用钢筋来代特混凝土承担拉力.这种用混凝土受压、用钢筋受拉的棍凝土用途很广、优点很多，但也存在着一个难以克服的本质上的缺陷—开裂。所有钢筋混凝土受弯、受拉构件，不管配筋少还是配筋多，在使用状态下几乎无不开裂，以致影响它的应用范围与发展前途.开裂带来的问题主要反映在以下三个方面:
(1)不适用于有抗渗漏要求的结构.也不能用于有侵蚀性介质环境的结构。
(2)背离结构材料向高强轻质发展的大方向。由于混凝土裂缝的宽度和钢筋的使用应力(应变)大体上是成正比的，1、2级螺纹钢筋于正常使用状态下的平均缝宽就已达到。0.2mm(应力大约为180MPa ).采用强度更高的钢筋.裂缝将更宽，提高混凝土强度级别也无济于事。因此难以发挥高强钢材与高强混凝土的强度。
(3)结构自重太大，当用于楼盖、屋盖结构时.就显得截面尺寸大，梁板自重荷载太大，往往占总荷载的一大半。因此不适用于大跨结构、高层建筑结构等现代化工程建设。
由于开裂以及随之引起的缺陷，用常规结构技术是无能为力的.显然有效的方法是预加应力，亦即对结构预期将出现拉应力的部位，预先人为地施加压应力，用以抵消或减少混凝土预期承担的拉应力。根据结构使用条件的需要.可调整预压应力的大小来达到使混凝土不受拉、不开裂或约束裂缝宽度的目的。这样就克服了混凝土抗拉强度太低和钢筋混凝土容易开裂的缺陷。预加应力的方法虽多，但一般都是通过张拉高强预应力筋的方法实现的，张拉的意图只是为了使混凝土受压，因此，可以充分利用高强钢材和混凝土的强度，从而达到减小混凝土截面、减轻结构自重以及扩大结构应用范围的目的。由此可见，这种采用高强钢材预加应力的混凝土是加筋混凝土系列的一个新品种.基本上克服了素混凝土与钢筋棍凝土两种结构材料的主要缺点，是钢筋混凝土的优化、进步与发展.