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預應力

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中文名: 預應力 外文名: prestress 適用領域: 土木工程 應用學科: 力學，結構力學

預應力(prestress)： 預應力是為了改善結構服役表現，在施工期間給結構預先施加的壓應力，結構服役期間預加壓應力可全部或部分抵消荷載導致的拉應力，避免結構破壞。常用於混凝土結構。預應力混凝土結構，是在結構承受荷載之前，預先對其施加壓力，使其在外荷載作用時的受拉區混凝土內力產生壓應力，用以抵消或減小外荷載產生的拉應力，使結構在正常使用的情況下不產生裂縫或者裂得比較晚。

結構

在工程結構構件承受外荷載之前，對受拉模塊中的鋼筋，施加預壓應力，提高構件的剛度，推遲裂縫出現的時間，增加構件的耐久性。對於機械結構來看，其含義為預先使其產生應力，其好處是可以提高構造本身剛性，減少振動和彈性變形。這樣做可以明顯改善受拉模塊的彈性強度，使原本的抗性更強。

在結構承受外荷載之前，預先對其在外荷載作用下的受拉區施加壓應力，以改善結構使用的性能的結構型式稱之為預應力結構。

如木桶，在還沒裝水之前採用鐵箍或竹箍套緊桶壁，便對木桶壁產生一個環向的壓應力，若施加的壓應力超過水壓力引起的拉應力，木桶就不會開裂漏水。在圓形水池上作用預應力就像木桶加箍一樣。同樣，在受彎構件的荷載加上去之前給構件施加預應力就會產生一個和與荷載作用產生的變形相反的變形，荷載要構件沿作用方向發生變形之前必須最先把這個與荷載相反的變形抵消，才能繼續使構件沿荷載方向發生變形。這樣，預應力就像給構件多施加了一道防護一樣。

膜結構

預應力是任何膜結構設計的必要荷載，按長期荷載考慮，同恆載效應分析。膜結構中預應力是一個十分複雜的因素，主要與膜材、建築形式、安裝方法等有關。

膜結構設計時，可採用下列方法合理施加預應力：在邊緣直接張緊膜面（如圖1中a）；拉緊周圍邊索（如圖1中b）；拉緊穩定索（如圖1 中c）；頂升中間支柱（如圖1中d）。

計算特點

1、截面計算和預應力損失計算

體外預應力鋼筋與混凝土截面變形不協調，在應力計算中不能將體外預應力鋼束面積計入換算截面的特徵。

由於管道在結構體外，直線段體外預應力鋼束的摩阻損失小，幾乎可以忽略不計，而曲線段體外預應力鋼束的摩擦係數與採用的體外預應力鋼束類型有關。

由於截面變形造成的預應力損失需根據體外預應力體系與結構的粘結關係來計算。這部分包括混凝土彈性壓縮損失和混凝土徐變、收縮引起的預應力損失。若體外預應力鋼束為無粘結形式，則這部分損失計算與錨固點間相對位移差有關。故其計算方法與體內預應力鋼束不同。

2、體外預應力鋼束在轉向結構處的滑移

體外預應力鋼束在轉向結構處是否產生滑移以及由於滑移引起的應力重分布，需根據體外預應力體系與結構的粘結關係來判斷。若鋼束在轉向點固定，則體外預應力鋼束在轉向結構處無滑移發生；若在轉向處可以滑移，則需要根據轉向結構兩端的鋼束拉力差和鋼束在轉向處的摩阻來判斷是否發生滑移。

3、體外預應力鋼束的二次效應

體外預應力鋼束僅在錨固和轉向位置處，才能與結構的豎向位移相協調，豎向約束點越少，結構變形時體外預應力鋼束偏離原位置就越多，這就是體外預應力鋼束的二次效應。二次效應是體外預應力結構在彈性階段區別於體內預應力結構的特徵之一。由於二次效應考慮的是體外預應力鋼束與結構豎向變形的差異，故這種效應是非線性的，對二次效應的研究必須考慮結構的非線性影響。

體外預應力在有限元計算中的實現

體外預應力的有限元計算主要有兩種方法：

1、以等效荷載的形式添加體外預應力；

2、單獨建立體外束單元的方式實現。

方法1能近似的計算預應力損失，但無法考慮轉向塊的作用（粘結滑移），且由於方法1是以荷載形式表達的（沒有實際的結構），所以難以考慮鋼束的二次效應。

方法2用結構來模擬預應力，因此能較好的考慮鋼束的二次效應，但預應力損失的計算與轉向塊的模擬存在一定的技術門檻，但是這並不 是不能克服的，這一點在WISEPLUS中已經提供了相關技術的實現。

五十年代中期，我國研製成功有中國特色的冷拉鋼筋預應力砼成套技術，主要有鋼筋冷拉工藝、設備、錨固技術及冷拉鋼筋物理力學性能的研究，冷拉鋼筋製作預應力砼構件的生產工藝，冷拉鋼筋預應力砼構件性能研究及設計方法。

冷拔鋼絲

六十年代前後，我國研製成功冷拔低碳鋼絲預應力成套技術，生產預製預應力空心樓板，由於冷拔絲費用低廉、工藝簡單，預應力空心樓板在全國得到廣泛應用。

中強預應力筋

七十年代初期至八十年代中期，我國相繼開發出熱軋低合金預應力鋼筋、熱處理預應力鋼筋和精軋螺紋預應力鋼筋，進一步促進了我國預應力技術的發展。

其他

高強預應力鋼絲、鋼絞線技術

八十年代以後，我國相繼從國外引進了十多條低鬆弛、高強度預應力鋼絲、鋼絞線生產線，生產能力己達到年產量三十萬噸，這一技術的引進極大地促進了我國預應力工程技術的發展。