通過(guò)對鋼筋混凝土材料和結構構件的分析,鋼筋混凝土結構與其他材料的結構相比有許多顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn),但由于混凝土存在著(zhù)抗拉能力差和容易開(kāi)裂的缺陷,這就在一定范圍內限制了鋼筋混凝土構件的應用和發(fā)展。
鋼筋混凝土構件中,盡管鋼筋和混凝土分工合作,充分發(fā)揮了兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn), 但在變形方面又出現了矛盾。在正常使用條件下,構件出現裂縫時(shí)鋼筋的拉應變達到混凝土極限拉應變的5~10倍(鋼筋拉應變?yōu)?.0005~0.0015,混凝土極限拉應變?yōu)?.0001-0.00015),兩種材料的變形相差很大。如果要求構件不開(kāi)裂,則鋼筋的應力只有20~30N/mm2,若超過(guò)此值混凝土將會(huì )出現裂縫,亦即構件在使用荷載作用下,鋼筋強度還未被利用之前,混凝土即早已開(kāi)裂。構件開(kāi)裂后,剛度將會(huì )降低,變形也將隨之增大,為滿(mǎn)足變形和裂縫的要求,則需要增大截面尺寸或增加鋼筋用量,構件自重也相應增大。特別是大跨度和承受荷載較大的結構,截面尺寸和自重將更大,使得大部分材料用來(lái)承擔自重荷載,這顯然是不合理的。 在鋼筋混凝土構件中,采用高強鋼筋雖然能提高構件的承載力,但高強鋼筋拉應變大,致使裂縫過(guò)寬,對于允許出現裂縫的構件,必須限制其裂縫寬度。按允許裂縫寬度叫i。=0.2-0.3mm計算時(shí),鋼筋的應力只能達到150~250N/ram。,可見(jiàn)配置高強鋼筋不能充分發(fā)揮作用。如果用提高混凝土強度等級來(lái)增加混凝土的極限拉應變,顯然也不能從根本上解決鋼筋和混凝土拉應變不相適應的矛盾,亦不能解決混凝土的裂縫問(wèn)題。
為了解決鋼筋混凝土結構的上述缺點(diǎn),隨著(zhù)科學(xué)和生產(chǎn)的發(fā)展。出現了預應力混凝土。即在構件承受荷載之前預先對受拉區的混凝土施加壓力,使構件產(chǎn)生壓縮變形和預壓應力,當荷載作用使構件產(chǎn)生拉應力時(shí),首先要抵消混凝土截面的預壓應力,隨著(zhù)荷載的增加逐漸使混凝土受拉并進(jìn)而出現裂縫,這就推遲了裂縫的出現也相應地減小了裂縫寬度。