預應力混凝土結構

預應力混凝土結構, 使混凝土在荷載作用前預先受壓的一種結構。預應力用張拉高強度鋼筋或鋼絲的方法產生。張拉方法有兩種：

(1)先張法。即先張拉鋼筋，后澆灌混凝土，待混凝土達到規定強度時，放鬆鋼筋兩端；

(2)后張法。即先澆灌混凝土，達到規定強度時，再張拉穿過混凝土內預留孔道中的鋼筋，並在兩端錨固。

預應力能提高混凝土承受荷載時的抗拉能力，防止或延遲裂縫的出現，並增加結構的剛度，節省鋼材和水泥。

為了避免鋼筋混凝土結構的裂縫過早出現，充分利用高強材，人們在長期的生產實踐中創造了預應力混凝土結構。

預應力混凝土雖然只有幾十年的歷史，然而人們對預應力原理的應用卻由來已久。也有利於恢復預應力筋與混凝土之間的粘結力。如工匠運用預應力的原理來製作木桶：木桶通過套竹箍緊，水對桶壁產生的環向拉應力不超過環向預壓應力，則桶壁木板之間將始終保持受壓的緊密狀態，木桶就不會開裂和漏水。 建築工地用磚鉗裝卸磚塊，被鉗住得一疊水平磚不會提落。旋緊自行車輪的鋼絲，使車輪受壓力后鋼絲不折。

混凝土的抗壓強度雖高，而抗拉強度卻很低，預應力筋可以先穿入套管也可以後穿。通過對預期受拉的部位施加預壓應力的方法，就能克服混凝土抗拉強度低的弱點，達到利用預壓應力建成不開裂的結構 。

將預應力的概念用於混凝土結構是美國工程師P.H.傑克遜於1886年首先提出的，1928年法國工程師E.弗雷西內提出必須採用高強鋼材和高強混凝土以減少混凝土收縮與徐變（蠕變）所造成的預應力損失，使混凝土構件長期保持預壓應力之後，預應力混凝土才開始進入實用階段。1939年奧地利的V.恩佩格提出對普通鋼筋混凝土附加少量預應力高強鋼絲以改善裂縫和撓度性狀的部分預應力新概念。1940年，英國的埃伯利斯進一步提出預應力混凝土結構的預應力與非預應力配筋都可以採用高強鋼絲的建議。

預應力混凝土的大量採用是在1945年第二次世界大戰結束之後，當時西歐面臨大量戰後恢復工作。由於鋼材奇缺，一些傳統上採用鋼結構的工程以預應力混凝土代替。開始用於公路橋樑和工業廠房，逐步擴大到公共建築和其他工程領域。在50年代中國和蘇聯對採用冷處理鋼筋的預應力混凝土，作出了不允許開裂的規定。直到1970年，第六屆國際預應力混凝土會議上肯定了部分預應力混凝土的合理性和經濟意義。認識到預應力混凝土與鋼筋混凝土並不是截然不同的兩種結構材料，而是同屬於一個統一的加筋混凝土系列。在以全預應力混凝土與鋼筋混凝土為兩個邊界之間的範圍，則為容許混凝土出現拉應力或開裂的部分預應力混凝土範圍。設計人員可以根據對結構功能的要求和所處的環境條件，合理選用預應力的大小，以尋求使用性能好、造價低的最優結構設計方案，是預應力混凝土結構設計思想上的重大發展 。

與鋼筋混凝土相比，預應力混凝土的優點：由於採用了高強度鋼材和高強度混凝土，預應力混凝土構件具有抗裂能力強、抗滲性能好、剛度大、強度高、抗剪能力和抗疲勞性能好的特點，對節約鋼材(可節約鋼材40%～50%、混凝土20%～40%)、減小結構截面尺寸、降低結構自重、防止開裂和減少撓度都十分有效，可以使結構設計得更為經濟、輕巧與美觀。預應力混凝土結構

預應力混凝土缺點：預應力混凝土構件的生產工藝比鋼筋混凝土構件複雜，技術要求高，需要有專門的張拉設備、灌漿機械和生產台座等以及專業的技術操作人員；預應力混凝土結構的開工費用較大，對構件數量少的工程成本較高 。

預應力混凝土的分類：

1.預應力混凝土按預應力度大小分：全預應力混凝土和部分預應力混凝土。

2.預應力混凝土按施工方式分：預製預應力混凝土、現澆預應力混凝土和疊合預應力混凝土等。

3.按預加應力的方法分：先張法預應力混凝土和后張法預應力混凝土 。

中國於1956年開始推廣預應力混凝土。20世紀50年代，主要採用冷拉鋼筋作為預應力筋，生產預製預應力混凝土屋架、吊車梁等工業廠房構件。70年代，在民用建築中開始推廣冷拔低碳鋼絲配筋得預應力混凝土中小型構件。20世紀80年代以來，預應力混凝土被大量應用於大型公共建築、高層及超高層建築、大跨度橋樑和多層工業廠房等現代工程。經過50多年的努力探索，中國在預應力混凝土的設計理論、計算方法、構件系列、結構體系、張拉錨固體系、預應力工藝、預應力筋和混凝土材料等方面，已經形成一套獨特的體系；在預應力混凝土的施工技術與施工管理方面，已經積累了豐富得經驗 。

預應力筋得種類：預應力筋通常由單根或成束的鋼絲、鋼絞線或鋼筋組成。按性質劃分，預應力筋包括金屬預應力筋和非金屬預應力筋兩類。常用的金屬預應力筋可分為鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋。非金屬預應力筋主要指纖維增強塑料預應力筋。

常用的預應力筋：鋼絲冷拔低碳鋼絲，直徑：3～5ｍｍ；碳素鋼絲，直徑：3～8ｍｍ；鋼絞線：由7根碳素鋼絲纏繞而成；熱處理鋼筋：直徑：6～10ｍｍ熱軋螺紋鋼筋，直徑：25，32ｍｍ。

預應力筋的特性：應力－應變曲線和應力鬆弛。一、應力－應變曲線；二、應力鬆弛。1、概念：鋼筋受到一定的張拉力后，在長度保持不變的條件下，鋼筋的應力隨著時間的增長而降低的現象，起壓力激昂的值就是應力鬆弛損失。2、應力鬆弛的特點：初期發展快。鋼絲和鋼絞線的應力鬆弛率大於熱處理鋼筋和精軋螺紋鋼筋。初應力大，鬆弛損失也大。鬆弛損失率隨溫度的升高急劇增加。

預應力筋的檢驗：一、鋼絲的檢驗：1、外觀檢查；2、力學性能試驗。二、鋼絞線的檢驗：1、成批驗收；2、屈服強度和鬆弛試驗；3、外觀檢查和力學性能檢驗。三、熱處理鋼筋的檢驗：1、外觀檢查；2、拉伸試驗。

設計與製作：預應力混凝土結構的設計，除驗算承載能力和使用階段兩個極限狀態外，還要計算預應力筋的各項瞬時和長期預應力損失值（見預應力損失），及驗算施工階段，如構件製作、運輸、堆放和吊裝等工序中構件的強度和抗裂度。

預應力混凝土構件的施工方法：1.先張法。在混凝土灌築之前，先將由鋼絲鋼絞線或鋼筋組成的預應力筋張拉到某一規定應力，並用錨具錨於台座兩端支墩上，接著安裝模板、構造鋼筋和零件，然後灌築混凝土並進行養護。當混凝土達到規定強度后，放鬆兩端支墩的預應力筋，通過粘結力將預應力筋中的張拉力傳給混凝土而產生預壓應力。先張法以採用長的台座較為有利，最長有用到一百多米的，因此有時也稱作長線法。2.后張法。先灌築構件，然後在構件上直接施加預應力的方法。一般做法多是先安置后張預應力筋成孔的套管、構造鋼筋和零件，然後安裝模板和灌築混凝土。預應力筋可先穿入套管也可以後穿。等混凝土達到強度后，用千斤頂將預應力筋張拉到要求的應力並錨於梁的兩端，預壓應力通過兩端錨具傳給構件混凝土。為了保護預應力筋不受腐蝕和恢復預應力筋與混凝土之間的粘結力，預應力筋與套管之間的空隙必須用水泥漿灌實。水泥漿除起防腐作用外，也有利於恢復預應力筋與混凝土之間的粘結力。為了方便施工，有時也可採用在預應力筋表面塗刷防鏽蝕材料並用塑料套管或油紙包裹的無粘結后張預應力。