浅析预应力砼结构基本原理及分类
摘要：随着我国工程建设的快速发展，预应力混凝土结构在工程中得以广泛使用，本文简要介绍了预应力砼结构的工作原理，并对国内外预应力砼结构应用进行归类分析，充分了解国内外后张法预应力混凝土应用技术的现状及发展趋势。
关键词：预应力混凝土 原理 分类 形式
1.引言
普通钢筋混凝土结构的主要弱点是，混凝土与钢筋相比抗拉强度低，受拉极限应变小。构件在正常使用荷载作用下，钢筋的应变大大地超过了混凝土的受拉极限应变值，这使得普通钢筋混凝土构件在使用阶段易出现裂缝。在由高强钢筋和高强混凝土组成的结构中施加预应力是克服普通钢筋混凝土缺点的有效方法，使得构件能很好的控制裂缝出现、提高承载能力、增加整体刚度。
2 预应力砼结构的基本原理
预应力混凝土结构就是构件在使用荷载作用之前，利用高强钢筋预先对混凝土受拉区施加压应力的结构。也就是说，它是预先对混凝土或钢筋混凝土构件施加压应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下不致开裂，或推迟开裂，或者减小裂缝开展的宽度。这种预先给混凝土引入应力的结构，就称为预应力混凝土结构。
3.预应力混凝土结构的分类
3.1 体内预应力和体外预应力混凝土结构
体内预应力混凝土结构就是将预应力筋置于混凝土体内，即常见的预应力混凝土结构。所谓体外预应力混凝土结构是指将预应力筋设置在混凝土体外，只是将预应力筋锚固于专门为之设计的钢筋混凝土锚固块上，全部预应力都是通过两端的锚固块传递给整个结构混凝土（图1、2）。体外预应力有三种类型：①全部体外预应力，各跨预应力钢索连续；②全部体外预应力，各跨预应力钢索不连续；③体外预应力与体内预应力混合体系。
3.1.1体外预应力工艺的主要优点
（1）在设计上预应力索布置简单，避免结构细节的复杂性。混凝土体内不设置预应力筋或少设置预应力筋，使普通钢筋布置容易，因而使施工工艺简化，提高工作效率，工程质量容易控制；
（2）体内不设预应力索管道，同时体外索预应力又能抵抗腹板的剪力，因而腹板厚度可减小，减少工程量，降低造价；
（3）道灌浆的事故减少或不发生问题，即使发生问题，亦容易解决；
（4）梁使用期间，可经常进行技术监测，且易于更换。
3.1.2体外预应力工艺的缺点
（1）结构易受灾祸破坏及火灾等伤害。
（2）体外预应力钢索对抵抗破坏荷载和保证结构稳定性的功效减弱。
（3）预应力钢索需要防护。
（4）体外预应力钢索在动荷载作用下，常发生振动，需要在结构设计上予以考虑。
3.2先张法和后张法预应力混凝土结构
根据张拉钢筋与浇注混凝土次序的先后，可分为先张法和后张法两种。
后张法系指在混凝土结硬后再张拉钢筋的一种预加力方法。在施工时须先在梁内设置能穿入预应力筋的孔道（可用波纹管、铁皮管或橡胶抽拔管），浇注混凝土，待混凝土结硬并达到一定强度后，即可将制作好的预应力钢筋穿入孔道，然后在梁的两端用张拉机具进行张拉并锚固于梁端。这时预应力钢筋与梁体混凝土之间尚无黏结，需要压注水泥浆填塞孔道，使混凝土与预应力钢筋之间黏结成整体。后张法可用于曲线配筋，不需要永久性的张拉台座，张拉设备简单，便于现场施工，是生产大型预应力混凝土构件的主要方法。
先张法系指先张拉预应力钢筋，再浇注混凝土的预加力方法。这种方法，须先设立张拉台座。将制作好的预应力钢筋穿入两端台座，一般在一端用夹具夹牢，在另一端用张拉机具对预应力筋进行张拉并临时锚固于张拉台座上。然后浇注混凝土，待混凝土硬结达到一定强度后再放松锚固设备或切断钢筋。这时，混凝土已能紧紧地握裹住预应力钢筋，预应力钢筋的回弹力通过钢筋与混凝土之间的黏结传递至混凝土，于是构件就受到预压应力。先张法生产工艺简单，工序少，效率高。所以多用于在有永久性或半永久性张拉台座的预制构件厂（场）内，用长线法成批生产的定型的中、小型预应力构件。但由于不能曲线配筋，这就限制了先张法不能用于大型结构。
3.3 外部和内部预应力混凝土结构
就预加力来自结构内部和外部而言，又可分为内部和外部预应力混凝土结构。所谓预加力来自结构内部，通常是指用张拉钢筋建立预应力的方法，又称内部预加应力法；所谓预加力来自结构外部，通常是指用结构外部条件建立预应力的方法，又称外部预加应力法，如对超静定结构的支座进行位移调整，便可使结构受到预应力。
3.4 线预加应力或环预加应力结构
线预加应力结构通常是指一般的预应力混凝土梁或板；而环预加应力结构通常是指预应力混凝土环形结构，如圆形的池罐、储仓、压力管等。
3.5 部分预应力混凝土结构或全预应力混凝土结构
部分预应力混凝土构件，是指其处于以全预应力混凝土和普通钢筋混凝土为两个极端的中间领域的预应力混凝土结构。即这种结构按正常使用状态下，允许截面受拉边缘出现拉应力或裂缝（限制其宽度在允许范围内）。部分预应力混凝土构件，一般采用预应力钢筋和非预应力钢筋混合配筋，因而兼有全预应力混凝土和普通钢筋混凝土两者的优越性。
全预应力混凝土结构是指在使用荷载作用下，构件全截面均保持处于受压的状态，不出现拉应力。全预应力虽然具有抗裂性好、刚度大可节约钢材等优点，但也存在着结构延性差，对抗震不利，反拱过大等缺点。
3.6其他预应力形式
另外还有无黏结预应力混凝土结构，通常是指配置无黏结预应力钢筋的后张法预应力混凝土。其一般做法是将预应力钢筋沿其全长的外表面涂刷有沥青、油脂等润滑防锈材料，然后用纸带或塑料带包裹或套以塑料管。在施工时可以直接放入模板中，然后浇注混凝土，待混凝土达到强度要求后，即可利用混凝土构件本身作为支撑件，张拉钢筋到控制应力之后，用锚具将无黏结预应力钢筋锚固于混凝土构件上形成无黏结预应力混凝土构件。
近年来还出现了拉压预应力结构，即“双预应力”结构。在混凝土梁的受压区对混凝土施加预拉应力，同时在梁的受拉区对混凝土施加预压应力，用这一拉一压的方法来提高承载能力，降低梁的建筑高度。从理论上讲，可使主梁在全部使用荷载作用下控制截面上的应力，达到“零点”应力状态，从而在梁高受到严格限制的情况下，能有效降低建筑高度。对混凝土受压区施加预拉应力也有先拉法和后拉法之分，即，对预应力钢筋施加压力，通过混凝土与钢筋的黏结力传递给混凝土预拉力。
目前国外已建成的多座拉压双作用实桥均是采用后压法。后压法预应力筋要求摩阻力小、稳定并能够灌浆，者三项要求都需要精确制造的局部压扁的套管。后压法预应力筋摩阻应力损失大，千斤顶压缩预压元件需要支撑，施工困难。我国首次将先压法双作用预应力简支梁实际应用于沪杭高速公路（上海段）工程中。采用先压法大柔度预应力筋具有普通细长钢筋的柔性，受横力作用弯曲自如，受预加力作用却变形细微，长度不受失稳限制，随时间增加而降低的预应力损失小。先压法预应力筋的主要工艺是：在浇注混凝土前，用穿入预压钢筋孔道的张拉钢筋对预压钢筋施加压力，然后放入混凝土受压区；待混凝土结硬后，放松张拉钢筋，拆除张拉钢筋的拉拔力就等于对换算截面的预拉力，用来抵消混凝土受压区超过限值的压应力。
4.结语
本文简要介绍了预应力混凝土结构形成的基本原理，并针对国内外工程中所用的预应力砼结构分类和特点中，着重介绍了目前国内外预应力混凝土的分类及其概念、优缺点和适用范围。文末简要展望了目前国内外预应力的发展过程及发展趋势，为预应力混凝土的发展及应用提供参考。
参考文献：
[1] 郭瑞红 .新型预应力梁柱非对称混合连接设计分析[J].建筑工程设计管理期刊，2010.
[2] 徐军.现浇无黏结预应力混凝土楼板施工技术[J].科技情报开发与经济期刊，2009.
