摘要：介紹現代預應力技術的廣泛應用和發展情況，闡述現代預應力混凝土的特點，並對預應力混凝土設計方法進行簡單評價。
關鍵字：預應力；混凝土；設計
0引言目前預應力技術已廣泛應用於橋梁、房屋、水工、核能海洋結構等領域，其特有的工藝也用於結構加固、重物提公升與平移、深基坑支護等工程中的特殊部位，以解決各種工程難題
1現代預應力結構的概念
預應力混凝土結構，一般是通過張拉預應力筋的回彈力，使混凝土截面產生預壓應力，以區域性或全部抵消使用荷載產生的拉應力，使結構構件在正常使用情況下不開裂或裂縫寬度較小。因此，預應力是為改善結構構件的裂縫和變形效能，在使用之前施加的永久性內應力。
現代預應力混凝土結構係指採用高強鋼材和高強混凝土，採用先進的設計理論和施工工藝設計和建造的高效預應力混凝土結構。高強鋼材主要是指採用預應力鋼絲、預應力鋼絞線、以及鋼絞線鋼絲束無粘結預應力筋。預應力鋼絲有鋼絞線是由多根平行的鋼絲用絞盤按乙個方向絞成。
鋼絞線、鋼絲束無粘結預應力筋是指施加預應力後沿全長與周圍混凝土不粘結的預應力筋，由鋼絞線或鋼絲、塗料層、包裹層組成。預應力筋的強度分為1 470 n/mm2 1570 n/mm2 1670 n/mm2 1770 n/mm2 1860n/mm2等幾級。預應力筋按鬆弛級別又分為普通鬆弛和低鬆弛兩類。
施加預應力的方法，分為先張法和後張法兩大類。先張法主要用於預製構件中；而後張法雖可用於預製構件中，但更為普遍地用於現澆結構構件。
2、現代預應力混凝土技術的分類
2.1全預應力混凝土
主要是指以施加的預壓應力超過荷載產生的拉應力，混凝土不承受拉力當然也不會開裂，即保持全截面受壓的混凝土。這種混凝土由於採用高強度鋼材與混凝土，可以大大節省材料用量。應不出現拉應力，不開裂，剛度大，抗疲勞效能好，在腐蝕性環境下可保護鋼材免受侵蝕，特別適宜於建造有防滲漏要求的水池等結構。
在恆載小、活載大且長期持續作用值較小的情況下，預壓區混凝土由於長期處於高壓應力狀態會引起大的徐變，當預壓應力過大時，還將在混凝土構件中產生順著鋼筋縱向水平裂縫，有時尚需在預拉區設定預應力筋，結構延性差對抗震不利。
2.2部分預應力混凝土
它主要是指所設計的構件在荷載短期效應組合下，受拉邊緣允許產生相當的託應力或開裂的混凝土。這種預應力混凝土能較好的控制反拱，可提高延性。由於部分預鷹力混凝土結構中配了非預應力鋼筋。
提高了結構的延性和反覆荷載作用下結構的能量消耗能力，對抗震結構尤為有利，可合理的控制裂縫。根據結構使用要求，在長期持續活荷載作用下既可以設計成開裂的，也可以按拉應力為零設計成不開裂的。
2.3預應力筋平衡荷載混凝土
時間不少於14d；可在輔助盤上安置灑水管噴水對混凝土進行養護；養護時水壓不宜過大，避免養護水沖壞混凝土表面，養護時應指定專人負責控制。在模板滑公升過程中適時進行操作管理。
2.4無粘結部分預應力混凝土
無粘結預應力筋是指在鋼筋表面塗以潤滑防腐油脂，外包塑料管，施ｔ時和普通鋼筋一樣，直接放入模板內澆築混凝土。當混凝土達到規定的設計強度後，可進行張拉。
優點：１.不需要預留孔道或埋管、穿柬、灌漿等多道工序，施工簡便。
２．摩擦損失小。
３．由於不受預埋管的約束，故布置鋼筋靈活，對多跨連續結構和樓板、屋蓋結構最為適宜。
2.5高效預應力混凝土
高效預應力混凝土是採用高強預應力鋼材、高強混凝土為特徵的預應力混凝土。這種預應力混凝土節約效果明顯，結構功能及質量優良。
3預應力結構體系的特點
與傳統預應力結構相比，現代預應力結構體系具有以下特點：
3.1採用高強和高效能材料：日前國內預應力混凝土結構中常用的混凝土強度等級從c40-c60，甚至達到c80以上，預應力鋼絞線的極限抗拉強度可達1860ｍｐａ．從長遠來看．高效能混凝土和高效能預應力筋（如纖維塑料筋等）的也用將成為現代預應力結構今後發展的乙個重要方向。
3.2按照現代設計理論沒汁：如抗震設計埋論、延性設計理論等，通過合理確定結構預應力度和截面配筋指數，大大改善了現代預應力結構的抗震效能、正常使用效能等。
3.3先進施工工藝的開發：近年來高噸位、大衝程千斤頂的應用和多種錨固體系的開發等，為現代預應力結構的人規模推廣應用提供了技術基礎，
3.4適用範圍廣：現代預應力結構適用大跨和超大跨度、過載以及使用效能高的結構，其應用範圍已拓展到高層結構、鋼結構、基礎、路面等結構領域。
4計算方法及簡評
預應力結構設計的步驟是：１）估算預應力筋有效預應力；２）確定預應力筋數量，並初步確定普通筋數量；３）計算預應力損失和預應力效應；４）進行正常使用和承載能力極限狀態的驗算；５）修改配筋重複第３）、４）步優化設計
大多數教科書提及設計預應力結構的三種方法，即抗裂度法（名義抗應力法）、預應力度法、荷載平衡法。嚴格意義上說，上述三種方法僅僅是能夠完成第１）、２）兩個設計步驟，因此把這三種方法稱為估算預應力筋的方法更為恰當。無論哪種方法，在配筋確定後都要分析計算預應力效應按規範進行正常使用及承載能力狀態的驗算。
4.1抗裂度法（名義拉應力法）[1]
此法主要的誤差**是預應力損失值及次彎矩是估算的。規範對板繫結構抗裂度一直保持較高的要求，由於抗裂度確定的預應力筋數量比較多，它是板繫結構預應力筋數量的控制要素，如果抗裂度滿足，而撓度不滿足，應修改結構尺寸，而一般不宜增加預應力筋。筆者認為，在目前規範的約束下，抗裂度法是設計板繫結構的最合適的方法。
由於把裂縫寬度與名義拉應力對應起來．設計梁也很實用，而且便於電算程式設計。
4.2以強度表示的預應力度法
由於以強度表示的預應力度與控制要素—抗裂度沒有直接對應關係，預應力度法不適合板繫結構。若按89[4]規範對梁結構的抗裂度要求，預應度法用於梁結構也沒有太大意義，2002新規範[2]放寬要求後用此法設計梁也很適宜。
4.3荷載平衡法[3]
荷載平衡法的提出，是預應力結構設計中的重要創新，它有助於理清解決一些複雜問題的思路，進行較合理的概念設計。荷載平衡法企圖由淨荷載與預應力軸向力直接求出截面應力而避開求解次彎矩，但是要保持較小的誤差至少應滿足以下條件：１）預應力等效荷載與外荷載形態基本相同；２）端部節點等效彎矩為零；３）跨與跨之間無彎矩傳遞；真正能滿足以上三個條件的實際工程微乎其微，平衡荷載也要根據經驗取值，因此對於一般的梁板結構，在目前規範的約束下，筆者不認為此法有太多的實用性。
但有加腋的板，用平衡荷載衡量一下預應力筋的數量有時是必要的，需要用預應力筋「轉移」荷載時，荷載平衡法是最簡單有效的工具。荷載平衡法關注的是預應力筋的曲線效應，而結構的端部條件及線形對結構的影響可能會更大，不能忽視，如圖所示的簡支梁，預應力筋分別採用1、2、3三條不同的線形和端部條件，跨內等效荷載比為0:1:
2，而跨中截面的預應力效應是相同的，跨中反拱比為6:5:4。
個別參考書中在舉例說明荷載平衡法時，不考慮使用條件的做法無意中誤導了讀者，不可取。
參考文獻
[1] 無粘接預應力混凝土結構技術規程（jgj 140-2004）.北京：中國計畫出版社，1993.
[2]林同炎著，路湛沁譯，預應力混凝土結構設計。北京：中國鐵道出版社，1983.
[3]混凝土結構設計規範（gb50010-2002）北京：中國建築工業出版社，2002.
[4]混凝土結構設計規範（gbj10-89）北京：中國建築工業出版社，1989.
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