預應力混凝土是什麼原理？【實用工程師Practical】

和任何具體的專業人士交談，他們會告訴你具體的第一條規則是 ， 它幾乎可以保證開裂。但並不是所有的開裂都被認爲是平等的 ， 有一種方法可以加固混凝土，以儘量減少其負面影響。 嘿，我是格雷迪，這是實用工程，今天我們談論的是預應力混凝土。 儘管混凝土作爲結構材料具有優良的品質，但它也有一些弱點。 我們在之前的視頻中討論過的一個問題是，它幾乎沒有抵抗緊張的力量。 混凝土可以承受巨大的壓應力，但是當你試圖把它拉開時，它很容易屈服，混凝土的另一個弱點是它很脆。 它沒有任何彈性或延展性，結合這兩個弱點，你會得到裂縫，混凝土喜歡開裂。如果你正在設計或建造混凝土製成的東西 ， 瞭解結構的成功與失敗之間的區別。要了解工程師如何設計鋼筋混凝土結構 ， 首先，我們必須瞭解設計標準或結構的目標，我們都知道的明顯目標是它不應該倒下。當汽車駛過橋樑並且橋樑不會倒塌時 ， 結構達到了極限強度的設計標準，但是在結構工程中的許多情況下，避免倒塌實際上並不是限制性的設計標準。 另一個重要的目標是避免偏轉，或在負載下移動，大多數結構構件在實際失效之前會偏轉很多，這可能是個壞消息。 第一個原因是感知，人們對彎曲和彎曲的結構感到不安全，我們希望我們的橋樑和建築物感到堅固和不可移動。另一個原因是附着在結構上的東西 ， 像石膏或玻璃一樣，如果偏轉太多，可能會破裂。在混凝土的情況下，偏轉會產生另一種影響，即裂縫。混凝土中的鋼筋通常由鋼製成 ， 而且鋼比混凝土更有彈性，所以爲了調動鋼的強度，首先它必須伸展一點，但與鋼不同，混凝土是脆性的，它不會伸展，它會開裂。 因此，這通常意味着混凝土必須先開裂，然後鋼筋才能承受構件的任何拉應力。 這個演示來自以前的視頻中的一個測試，顯示了一個傳統的鋼筋混凝土梁，如果你還沒有看到它，回去看看那個視頻，注意梁如何抵抗它的負載，即使它在底部破裂。 它符合第一設計標準，它承受着載荷，在這種情況下爲六噸，沒有失敗，但它不符合第二設計標準，即可維護性，它偏轉太多，混凝土開裂。 這些裂縫不僅看起來很糟糕，而且在實際結構中，它們可能會使水和污染物與鋼筋接觸，最終導致鋼筋腐蝕，弱化甚至失效。 對混凝土構件中的這種撓曲問題的一種解決方案是預應力, 或者在結構構件投入使用之前將壓縮應力施加到結構構件中。 This is normally achieved by tensioning the reinforcement within the concrete. This gives a member a compressive stress that will balance the tensive stress imposed in the member once it ’ s put into 服務。傳統的鋼筋混凝土構件一開始沒有任何壓縮 ， 所以它會在沒有足夠強度來承受載荷的危險之前偏轉得太多。所以用傳統的鋼筋 ， 你甚至不能充分利用構件的結構強度。當你在混凝土中預加應力時 ， 你不一定增加強度，但你確實減少了它的撓度。這平衡了每個結構設計標準下允許的最大載荷 ， 允許您充分利用每種材料的強度，有兩種主要方法可以在混凝土中進行預應力加固，當然，我製作了一個演示來展示這是如何工作的。第一個是預張緊 ， 是的，這有點令人困惑。它是預應力的，因爲鋼在構件投入使用之前就受到了壓力 ， 但是預張緊是因爲在混凝土固化之前鋼受到了應力，爲了完成這項工作，我不得不建造一個小框架來繞過我的混凝土梁。 這個框架將在混凝土固化時保持鋼的張力，我通過模具和框架安裝了螺紋杆，然後通過擰緊螺母來張緊這些杆。 我嘗試使用振鈴的音高使它們處於相同的張力附近，您可以看到我的框架在這些鋼棒中的力作用下彎曲了多少。 預應力鋼的另一種方法是後張法，在後張法中，在混凝土固化後，但仍在構件投入使用之前，對鋼施加應力，在該梁中，我在模具中澆鑄了光滑的塑料套筒。 鋼棒可以很容易地在這些套筒內滑動，一旦兩個模具都準備好了，我就把它們裝滿了混凝土，我終於得到了一個建築級混凝土振動器。 這臺機器有助於在新鮮混凝土固化之前將所有氣泡排出，這一過程稱爲固結，在混凝土有一段時間固化後，是時候測試梁了。 在預緊樑上，我可以擰下螺母並取下這個框架，因爲螺栓周圍的混凝土變硬了，所以鋼棒在梁內仍然處於張緊狀態。 我將其放在液壓機下進行測試，結果很容易看到，在常規加固的梁中，將鋼簡單地澆鑄到混凝土中而沒有任何張力 ， 裂縫在 4 噸左右開始形成，在預張力梁中，裂縫直到 8 噸左右的兩倍力纔出現。 已經在鋼中的張力能夠在不需要梁彎曲的情況下承受壓力，對於後張力梁，我在混凝土固化後插入鋼筋。 然後，我擰緊杆上的螺栓以對鋼施加預應力，在液壓機下，結果幾乎相同，鋼中的張力使梁的壓縮時間比傳統的增強構件要長得多。 當然，裂縫最終會出現，但在它們出現之前需要更多的力量。 這是因爲向梁增加力不一定會在底部產生張力 ， 但是僅僅是減少已經通過鋼棒中的張力引入的壓縮，重要的是要指出，我們沒有使這些梁更堅固。 鋼和混凝土在沒有預應力的情況下具有相同的強度，但是我們確實通過減少載荷下的撓度來增加構件的適用性。當然 ， 這些例子都沒有因爲加固而失敗，這不是這個演示的重點，但是測試失敗的一切仍然很有趣。 預應力混凝土用於各種結構，從橋樑到建築物到筒倉和儲罐，這是一種最大限度地減少裂縫並充分利用鋼筋混凝土令人難以置信的強度的好方法。 謝謝你的觀看，讓我知道你的想法 ！