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预应力[prestressing forces]: 预应力是为了改善使用结构期间的表现，在施工期间给结构预先施加的压力，结构在使用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。

基本信息

• 中文名

  预应力

• 外文名

  prestressing force

• 应用学科

  力学，结构力学

• 适用领域范围

  土木工程

折叠编辑本段结构

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。

折叠编辑本段膜结构

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a);拉紧周围边索(如图b);拉紧稳定索(如图c);顶升中间支柱(如图d)。

折叠编辑本段体外预应

体外预应力是后张预应力体系的重要分支之一,体外预应力砼结构有很多优点，预应力筋套管布置简单，调整容易，简化了后张法的操作程序，大大缩短了施工时间;同时由于预应力筋布置于腹板外面，使得浇筑砼方便;由于预应力筋的位置，减少了施工过程中的摩擦损失且更换预应力筋方便易行。但目前国内对这一方面的研究很少，对于体外预应力筋的受力性能研究不多，因此为了使得体外预应力技术得到更大的使用，有必要对这一结构形式进行研究。体外和体内预应力结构在结构构造上的根本区别就是预应力筋位于混凝土结构的外部，仅在锚固及转向块处可能与结构相连，因此，体外索的应力是由结构的整体变形所决定的;而在体内有粘结预应力结构中，力筋位于混凝土结构的内部，与结构完全粘结，在任意截面处都与结构变形协调，因此力筋的应力是与某个混凝土截面息息相关的。传统上来说，体内预应力筋是不被看作一个单独构件的。而体外筋在混凝土体外，自然成为一个相对于组成结构整体的单独构件，其较体内筋要重要许多。所以在承受动力荷载的体外预应力结构设计中，必须考虑到体外筋与结构是独立振动的，应防止二者共振，而且当体外预应力筋在动力荷载(如车辆等)作用下发生共振时，就易发生锚具的疲劳破坏和转向构件处的预应力筋的弯折疲劳破坏。在地震区时设计还必须考虑采取相应措施，提高体外预应力结构的抗震性能。如图为某桥体外预应力的布置形式。

折叠计算特点

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

目前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。

折叠疲劳评价

体外预应力钢束体系疲劳评价是决定钢束在使用阶段应力限值的*主要因素。目前，世界各国对此应力限值的规定有较大的不同:如美国AASHTO规范规定对于后张的低松弛钢绞线，使用极限状态的体外预应力钢束应力不超过0.72fpu;日本规范的体外预应力钢束限定值为0.70fpu，德国规范原规定体外预应力钢束限定值为0.55fpu，后将该值修订成0.70fpu，为预应力钢束的极限抗拉强度;法国规定除合同指定外，体外预应力钢束限定值为0.60 GUTS(Guaranteed Ultimate Tensile Strength 保证极限抗拉强度)。我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)尚没有对体外预应力钢束的应力限值做规定，对于体内预应力钢束规定的预应力限值为0.65，为预应力钢筋抗拉强度标准值。由此可见，结合我国工程实际，确定合理的体外预应力钢束使用阶段应力限值是很有必要的。而体外预应力钢束使用阶段应力限值一旦确定，便也可以使体外预应力钢束张拉控制应力、体外预应力钢束有效应力及极限应力均有了取用基础。 体外预应力钢束疲劳性能的研究分为两个方面:一是通过对体外预应力钢束在活载作用下的应力变化幅度的分析，来研究体外预应力钢束组件(包括锚夹具、连接器)的整体疲劳性能;二是分析在转向处体外预应力钢束的局部应力变化，来研究体外预应力钢束本身的局部疲劳特性。另外，对于由单根无粘结钢束组成的体外预应力体系(如OVM-TJ.E)，尚有另外一种特殊的局部问题，即钢束在转向处由于来回滑动，造成钢绞线会对外包PE在高压应力情况下不断摩擦，可能导致外包PE层磨损甚至损坏，从而失去对钢绞线的保护。这个现象虽然与真正的疲劳无关，但却与活载作用下体外预应力钢束在转向处的局部滑移密切相关，也属于使用性能范畴。