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为什么管桩要施加预应力？

钢筋混凝土构件是建筑中不可或缺的部分，钢筋具有强大的抗拉和抗弯能力，而混凝土则展现出卓越的抗压性能。这两种材料的结合使得构件在许多工程中都能发挥出色。

然而，它们在变形方面的特性却存在一定的矛盾。由于钢筋的弹性模量远高于混凝土，这导致了钢筋混凝土构件在变形上的不协调。

以管桩这一细长型混凝土构件为例，这种不协调的变形会导致在运输和吊装过程中，仅在自重荷载下，混凝土就可能超出其弹性极限，进而产生塑性开裂。此时，钢筋仍处于弹性状态，其强度尚未得到充分利用。

为了避免这种情况，我们通常会增加管桩的截面尺寸或钢筋用量，但这不仅经济上不划算，而且可能导致桩身过粗，增加送桩难度并引发挤土效应。挤土效应可能会使周围的管桩发生倾斜或浅桩上浮。

为了更有效地利用材料，预应力混凝土技术应运而生。在1900年左右，法国人尤金·弗雷西内发明了这项技术。

以先张法预应力混凝土管桩为例，制桩时先张拉钢筋至规定应力值，再浇筑混凝土并离心制成管桩。养护达到规定强度后，放松钢筋，钢筋会立即回缩，产生的回弹力传递给混凝土，使混凝土获得预压应力。

当承受外部荷载时，管桩受拉时，首先会消耗混凝土的预压应力。之后，随着应力的增加，混凝土逐渐进入受拉状态并出现裂缝。由于预应力的作用，混凝土能够得到更好的保护，从而延迟裂缝的出现和扩展。这增强了管桩在起吊、运输过程中的抗拉和抗弯能力。