(五)预应力混凝土结构的基本概念
1．预应力结构的特点
普通钢筋混凝土结构或构件，由于混凝土的极限抗拉应变较小(约为0．0001～ 0．00015)，在使用荷载的作用下，构件均带裂缝工作。对于使用上要求不开裂的构件，受拉钢筋的应力为20～30N／mm2，远小于其屈服强度；如果钢筋应力达到250N／mm2时，裂缝宽度已达0．2～0．3mm，不宜在高湿度及侵蚀性环境中使用。总之，普通混凝土构件由于抗裂性能较差，控制裂缝开展的能力较弱，不易充分利用高强材料，而预应力结构则可以解决这些问题。
预应力混凝土结构，是在结构承受外荷载之前，预先施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内产生压应力，以抵消或减小外荷载产生的拉应力。这样，构件在正常使用情况下将不开裂或裂缝宽度较小。采用预应力结构的原因主要有以下几方面：(1)满足裂缝控制要求，以改善普通混凝土构件的抗裂性能；(2)充分利用高强度材料，因钢筋预先受拉混凝土受压，则在使用荷载的作用下，就能充分利用高强度的钢筋；(3)提高构件的刚度，由于提高了构件的抗裂度或减小了裂缝的宽度，使刚度不致因裂缝而降低太多。同时，由于预加压力的偏心作用使构件产生的反拱(反向挠曲)，还可以抵消或减小在使用荷载作用下的变形。
预应力混凝土结构可以分为全预应力混凝土和部分预应力混凝土。当构件是按使用荷载作用下截面上混凝土不出现拉应力的要求进行设计时，一般称为全预应力混凝土；当构件是按在使用荷载作用下允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的要求进行设计时，一般称为部分预应力混凝土。
对于后张法施工的预应力混凝土构件，通常的做法是在构件中预留孔道，待顶应力钢筋张拉至控制应力后，用压力灌浆将孔道填实。这种预应力构件中钢筋与混凝土之间存在粘结力，其钢筋称为有粘结预应力钢筋。如果预应力钢筋与混凝土接触表面之间不存在粘结作用，两者能相对滑移的，则其钢筋称为无粘结预应力钢筋。
无粘结预应力钢筋的一般做法是将预应力钢筋的外表面涂以沥青，油脂等防锈材料，以减小张拉时的摩擦力且防止锈蚀，然后用纸带或塑料带包裹或套以塑料管，将其就位于模板中再浇捣混凝土，待混凝土达到规定强度后即可进行张拉。与有粘结后张预应力混凝土构件相比，采用无黏结预应力钢筋不需要留孔、穿筋和灌浆，可以简化施工工艺。
2．施加预应力的方法及预应力材料
张拉预应力钢筋的方法主要有两种。一种是先张法，一种是后张法。
(1)先张法
在浇灌混凝土之前先张拉钢筋的方法，称为先张法。其主要工序如下(图11-37)：
1)在台座上张拉钢筋，并将它临时锚固在台座上，如图11-37(a)、(b)。
2)支模、绑扎钢筋，并浇灌混凝土，见图11-37(c)。 i
3)待混凝土达到设计强度的75％以上，切断并放松预应力钢筋，钢筋回缩挤压混疑土使混凝土受压，见图11-37(d)。
(2)后张法
在混凝结硬后再张拉预应力钢筋的方法称为后张法。其主要工序为(图11—38)：
1)先浇灌混凝土构件，并在构件中预留孔道[图11-38(a)]
2)待混凝土到达规定的强度后，穿钢筋，并张拉钢筋，同时混凝土受到预压[图]1-38(b)]。
3)当张拉预应力钢筋达到规定值后，在张拉端用锚具锚住，使构件保持预压状态[图11-38(c)]。
4)最后在预留孔道内灌浆，使预应力钢筋与混凝土形成整体(图11-38d)。
(2)后张法
在混凝结硬后再张拉预应力钢筋的方法称为后张法。其主要工序为(图11—38)：
1)先浇灌混凝土构件，并在构件中预留孔道[图11-38(a)]
2)待混凝土到达规定的强度后，穿钢筋，并张拉钢筋，同时混凝土受到预压[图]1-38(b)]。
3)当张拉预应力钢筋达到规定值后，在张拉端用锚具锚住，使构件保持预压状态[图11-38(c)]。
4)最后在预留孔道内灌浆，使预应力钢筋与混凝土形成整体(图11-38d)。
如果求得的预应力总损失值σl小于下列数值时，则按下列数值取用：
先张法：100N／㎜2；
后张法：80N／㎜2。
4．预应力构件和非预应力构件的比较
现对两种构件进行比较。一种是普通钢筋混凝土构件，另一种是截面尺寸，材料及配筋数量均与普通构件相同的预应力混凝土构件。通过两种构件的比较，说明预应力混凝土构件的受力特点如下：
(1)在非预应力构件中，在构件开裂前钢筋的应力值很小，而在预应力构件中预应力钢筋一直处于高拉应力状态，充分利用了钢筋和混凝土两种材料的特性。
(2)预应力构件产生裂缝时的外荷载远比非预应力构件的大。即预应力构件的抗裂度比非预应力构件大为提高，同时也提高了构件的刚度。(3)由于两种构件破坏时都是受拉钢筋达到抗拉强度而受压区混凝土被压碎，故此两种构件的承载能力相等。
