預應力鋼結構

在結構上施加荷載以前，對鋼結構或構件用特定的方法預加初應力，其應力符號與荷載引起的應力符號相反；當施加荷載時，結構或構件先抵消初應力，然後再按照一般受力情況工作的鋼結構稱為預應力鋼結構。圖1a、b分別為預應力鋼樑和預應力鋼桁架的示意圖。大跨度房屋建築結構、吊車梁、橋跨結構、大直徑貯液庫、壓力管道和壓力容器等都可採用預應力鋼結構。靠張緊鋼絲繩、鋼絲束等柔索維持平衡的鋼塔桅結構(見塔式結構、桅式結構)和懸索結構，實際上也是預應力鋼結構。此外，對已建成的鋼結構工程，也可用預應力鋼結構的原理進行加固。

鋼結構建立預應力的方法主要有三種：①張拉設在鋼結構里或外的柔性桿，對結構或構件的整體或一部分建立初應力，柔性桿通常採用高強度鋼絲束（繩）或圓鋼。這時柔性桿的初應力是受拉；結構或構件的初應力是一部分受壓、一部分受拉。這些初應力彼此相互平衡，當與荷載引起的應力疊加時，柔性拉杆的應力增加，而結構或構件各部分的應力將小於相應非預應力結構或構件的實際應力，從而可減小截面。實質上這是利用抗拉強度很高的鋼材代替一部分普通鋼材，是工程中應用較多的方法。②在超靜定結構安裝時，升高或降低某些支座以建立預應力。如兩跨連續梁，先降低中間支座建立初彎矩，當與荷載引起的彎矩疊加時，可減小起控制作用的支座彎矩，從而節約鋼材。③強制結構部件在有彈性變形狀態下進行組裝，利用恢復變形的能力以建立預應力。如由兩根T形鋼組成的I形鋼樑，先對I形鋼反向施加預頂力后，將兩根T形鋼焊接成整體；整體梁在卸除預頂力后即建立起預應力，該預應力在梁截面的中間部分與荷載引起的應力同號，但上、下翼緣與荷載引起的應力異號；預應力與荷載引起的應力疊加所得梁截面的應力較均勻，上、下翼緣的最大應力較小，從而提高了梁的承載能力，節約了鋼材。

預應力的建立可以一次完成，也可隨結構或構件上荷載的增加而分階段多次完成。前者稱為單次預應力，後者稱為多次預應力。多次預應力鋼結構常比單次預應力鋼結構受力更合理，材料利用更充分；但技術要求較高，施工也複雜。

與非預應力鋼結構相比較，預應力鋼結構還可擴大結構或構件的彈性工作範圍，減小撓度，更有效地利用高強度鋼材，從而改善結構或構件的工作狀況。但是，建立鋼結構預應力常需設置柔性拉杆的支承腳和錨固夾頭等附加零件，致使結構或構件的構造複雜，製造和安裝費工。此外，複雜的結構構造和高應力狀態下高強度鋼的應用，往往使結構或構件的應力集中和加大脆性斷裂的可能性。對柔性拉杆的防腐和防火也需要予以重視。

在設計預應力鋼結構及計算其整體和各部件的強度、穩定和變形時，不但應考慮結構在製造、運輸、安裝和使用過程中各種荷載的作用，而且還應考慮預應力的作用，以保證結構的安全和正常使用。