通過對鋼筋混凝土材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分析,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與其他材料的結(jié)構(gòu)相比有許多顯著的優(yōu)點,但由于混凝土存在著抗拉能力差和容易開裂的缺陷,這就在一定范圍內(nèi)限制了鋼筋混凝土構(gòu)件的應用和發(fā)展。
鋼筋混凝土構(gòu)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, 但在變形方面又出現(xiàn)了矛盾。在正常使用條件下,構(gòu)件出現(xiàn)裂縫時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(gòu)件不開裂,則鋼筋的應力只有20~30N/mm2,若超過此值混凝土將會出現(xiàn)裂縫,亦即構(gòu)件在使用荷載作用下,鋼筋強度還未被利用之前,混凝土即早已開裂。構(gòu)件開裂后,剛度將會降低,變形也將隨之增大,為滿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(gòu)件自重也相應增大。特別是大跨度和承受荷載較大的結(jié)構(gòu),截面尺寸和自重將更大,使得大部分材料用來承擔自重荷載,這顯然是不合理的。 在鋼筋混凝土構(gòu)件中,采用高強鋼筋雖然能提高構(gòu)件的承載力,但高強鋼筋拉應變大,致使裂縫過寬,對于允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)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,鋼筋的應力只能達到150~250N/ram。,可見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題。
為了解決鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的上述缺點,隨著科學和生產(chǎn)的發(fā)展。出現(xiàn)了預應力混凝土。即在構(gòu)件承受荷載之前預先對受拉區(qū)的混凝土施加壓力,使構(gòu)件產(chǎn)生壓縮變形和預壓應力,當荷載作用使構(gòu)件產(chǎn)生拉應力時,首先要抵消混凝土截面的預壓應力,隨著荷載的增加逐漸使混凝土受拉并進而出現(xiàn)裂縫,這就推遲了裂縫的出現(xiàn)也相應地減小了裂縫寬度。