在上课的时候,我通常会举两个例子。
第一个例子,是关于班上的女生的扎辫子(说明我们班还是有女生)。
为什么皮筋能扎住辫子?为什么皮筋能给头发压力?为什么皮筋不会滑下来?
用皮筋扎头发,有这么几个步骤:
(1)拉伸皮筋,在手上绕几圈;
(2) 把头发穿过皮筋,这时候为了扎得更紧,我们会让皮筋围着头发多绕几圈;
(3) 放松皮筋,头发会阻碍皮筋回缩。由于头发的阻碍,皮筋没法恢复到自由长度,预先施加的拉力就部分留存在皮筋中;力的作用是相互的,皮筋上的拉力对于头发来说就是压力;
(4)至此,扎头发结束。此后,只要皮筋不松,头发都要承担这个预先施加的压力。这个压应力就是所谓的预应力。
第二个例子,是教材中的常用例子:扎木桶。预先张拉拧紧环向竹箍,给木桶板施加预先压力,封闭木板桶间缝隙,以防止渗水。
以上两个例子都体现了预应力体系的几个特征:
(1)、“预”:施加预应力是有目的的;施加的时机是该对象被使用前。
(2)、施加预应力需要媒介:例1中的橡皮筋或者例2中的竹箍。
(3)、施加预应力的过程是:先张拉,后释放;释放过程中,变形受到永久阻碍(头发或木桶),实现预应力的施加与留存。如果细心一点,还能注意到这个过程预应力有损失。
回到混凝土体系:
目的:混凝土抗拉能力和抗压能力相差太过悬殊。根据使用过程中的荷载特点,可以预先给使用过程中的受拉区施加压力(与此同时,将来的受压区可能也会受到拉力)。如此,可以调节拉力与压力的平衡,防止混凝土过早开裂。实质上,就是利用混凝土较强的抗压能力弥补抗拉能力的不足。定义:预应力混凝土是根据需要人为地引入某一数值与分布的内应力,用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土(ACI)。
结合上述例子,自然也就明白了教材在预应力方面的叙述逻辑,即
预应力怎么施加(材料,设备,张拉体系,锚固体系等)预应力施加了多少?(预应力筋布置,预应力损失等)预应力效果如何?(截面应力分析,次内力等)
值得注意的是:广义上讲,预应力就是有目的的施加某种数值与分布的内应力,不仅仅预压力是预应力,根据工程需要,也可以预先施加拉力,这也是预应力。