预应力

预应力

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中文名: 预应力 外文名: prestress 适用领域: 土木工程 应用学科: 力学，结构力学

预应力(prestress)： 预应力是为了改善结构服役表现，在施工期间给结构预先施加的压应力，结构服役期间预加压应力可全部或部分抵消荷载导致的拉应力，避免结构破坏。常用于混凝土结构。预应力混凝土结构，是在结构承受荷载之前，预先对其施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力，用以抵消或减小外荷载产生的拉应力，使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。

目录

结构

在工程结构构件承受外荷载之前，对受拉模块中的钢筋，施加预压应力，提高构件的刚度，推迟裂缝出现的时间，增加构件的耐久性。对于机械结构来看，其含义为预先使其产生应力，其好处是可以提高构造本身刚性，减少振动和弹性变形。这样做可以明显改善受拉模块的弹性强度，使原本的抗性更强。

在结构承受外荷载之前，预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力，以改善结构使用的性能的结构型式称之为预应力结构。

如木桶，在还没装水之前采用铁箍或竹箍套紧桶壁，便对木桶壁产生一个环向的压应力，若施加的压应力超过水压力引起的拉应力，木桶就不会开裂漏水。在圆形水池上作用预应力就像木桶加箍一样。同样，在受弯构件的荷载加上去之前给构件施加预应力就会产生一个和与荷载作用产生的变形相反的变形，荷载要构件沿作用方向发生变形之前必须最先把这个与荷载相反的变形抵消，才能继续使构件沿荷载方向发生变形。这样，预应力就像给构件多施加了一道防护一样。

膜结构

预应力是任何膜结构设计的必要荷载，按长期荷载考虑，同恒载效应分析。膜结构中预应力是一个十分复杂的因素，主要与膜材、建筑形式、安装方法等有关。

膜结构设计时，可采用下列方法合理施加预应力：在边缘直接张紧膜面（如图1中a）；拉紧周围边索（如图1中b）；拉紧稳定索（如图1 中c）；顶升中间支柱（如图1中d）。

计算特点

1、截面计算和预应力损失计算

体外预应力钢筋与混凝土截面变形不协调，在应力计算中不能将体外预应力钢束面积计入换算截面的特征。

由于管道在结构体外，直线段体外预应力钢束的摩阻损失小，几乎可以忽略不计，而曲线段体外预应力钢束的摩擦系数与采用的体外预应力钢束类型有关。

由于截面变形造成的预应力损失需根据体外预应力体系与结构的粘结关系来计算。这部分包括混凝土弹性压缩损失和混凝土徐变、收缩引起的预应力损失。若体外预应力钢束为无粘结形式，则这部分损失计算与锚固点间相对位移差有关。故其计算方法与体内预应力钢束不同。

2、体外预应力钢束在转向结构处的滑移

体外预应力钢束在转向结构处是否产生滑移以及由于滑移引起的应力重分布，需根据体外预应力体系与结构的粘结关系来判断。若钢束在转向点固定，则体外预应力钢束在转向结构处无滑移发生；若在转向处可以滑移，则需要根据转向结构两端的钢束拉力差和钢束在转向处的摩阻来判断是否发生滑移。

3、体外预应力钢束的二次效应

体外预应力钢束仅在锚固和转向位置处，才能与结构的竖向位移相协调，竖向约束点越少，结构变形时体外预应力钢束偏离原位置就越多，这就是体外预应力钢束的二次效应。二次效应是体外预应力结构在弹性阶段区别于体内预应力结构的特征之一。由于二次效应考虑的是体外预应力钢束与结构竖向变形的差异，故这种效应是非线性的，对二次效应的研究必须考虑结构的非线性影响。

体外预应力在有限元计算中的实现

体外预应力的有限元计算主要有两种方法：

1、以等效荷载的形式添加体外预应力；

2、单独建立体外束单元的方式实现。

方法1能近似的计算预应力损失，但无法考虑转向块的作用（粘结滑移），且由于方法1是以荷载形式表达的（没有实际的结构），所以难以考虑钢束的二次效应。

方法2用结构来模拟预应力，因此能较好的考虑钢束的二次效应，但预应力损失的计算与转向块的模拟存在一定的技术门槛，但是这并不 是不能克服的，这一点在WISEPLUS中已经提供了相关技术的实现。

五十年代中期，我国研制成功有中国特色的冷拉钢筋预应力砼成套技术，主要有钢筋冷拉工艺、设备、锚固技术及冷拉钢筋物理力学性能的研究，冷拉钢筋制作预应力砼构件的生产工艺，冷拉钢筋预应力砼构件性能研究及设计方法。

冷拔钢丝

六十年代前后，我国研制成功冷拔低碳钢丝预应力成套技术，生产预制预应力空心楼板，由于冷拔丝费用低廉、工艺简单，预应力空心楼板在全国得到广泛应用。

中强预应力筋

七十年代初期至八十年代中期，我国相继开发出热轧低合金预应力钢筋、热处理预应力钢筋和精轧螺纹预应力钢筋，进一步促进了我国预应力技术的发展。

其他

高强预应力钢丝、钢绞线技术

八十年代以后，我国相继从国外引进了十多条低松弛、高强度预应力钢丝、钢绞线生产线，生产能力己达到年产量三十万吨，这一技术的引进极大地促进了我国预应力工程技术的发展。