10.1.1 预应力混凝土的概念

普通钢筋混凝土结构的缺点：

混凝土抗拉强度和极限拉应变很低，导致裂缝会过早地出现。混凝土的极限拉应变约为（0.10～0.15）×10-3，对于不同强度级别的钢筋如300、335、400、500MPa钢筋，当屈服时，其应变约为（1.50～2.50）×10-3-。所以，混凝土开裂时，钢筋的强度只发挥了1/10～1/16左右。而如果要充分利用钢筋的高强度，将导致构件变形过大和裂缝过宽，使，，因而普通钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋不能充分发挥其材料性能，而使用高强混凝土也因受拉区提前开裂不能很好发挥其受压区部分的抗压强度。

在很多情况下，普通钢筋混凝土结构在用于大跨度、大开间工程结构时。为满足变形和裂缝控制的要求，将导致结构的截面尺寸和自重过大，以致于无法建造。

什么是预应力混凝土结构？

为了避免混凝土结构中出现裂缝或推迟裂缝的出现，充分利用高强度材料，目前最好的方法是在结构构件受外部荷载作用前，预先对外部荷载产生拉应力的混凝土部位施加压力，造成人为的压应力状态。它所产生的预压应力可以抵消外荷载所引起的大部分或全部拉应力，从而使结构构件在使用时的拉应力不大，甚至处于受压状态，这样，结构构件在外荷载作用下就不致产生裂缝，即使产生裂缝，开展宽度也不致过大。这种在构件受荷前预先对混凝土受拉区施加压应力的结构称为预应力混凝土结构。

10.1.2 预应力混凝土的特点

预应力混凝土与普通混凝土相比，具有以下特点：

（1）构件的抗裂度和刚度提高。由于构件中预应力的作用，在使用阶段，当构件在外荷载作用下产生拉应力时，首先要抵消预压应力。这就推迟了混凝土裂缝的出现并限制了裂缝的发展，从而提高了混凝土构件的抗裂度和刚度。

（2）构件的耐久性增加。预应力混凝土能避免或延缓构件出现裂缝，而且能限制裂缝的扩大，构件内的预应力筋不容易锈蚀，从而延长了使用期限。

（3）自重减轻，节省材料，具有良好的经济性。由于采用高强度材料，构件的截面尺寸相应减小，自重也随之减轻，钢材和混凝土的用量均可减少。对适合采用预应力混凝土结构，可以明显节省造价。

（4）提高抗疲劳强度。预压应力可以有效降低钢筋中的疲劳应力幅值，增加疲劳寿命，尤其对于以承受动力荷载为主的桥梁结构。

（5）预应力混凝土施工需要专门的材料和设备、特殊的工艺。

由此可见，预应力混凝土构件从本质上改善了钢筋混凝土结构的受力性能，因而具有技术革命的意义。

10.1.3 预应力混凝土的分类

根据制作、设计和施工的特点，预应力混凝土可以有不同的分类。

1．先张法与后张法

先张法是制作预应力混凝土构件时，先张拉预应力钢筋后浇灌混凝土的一种方法；而后张法是先浇灌混凝土，待混凝土达到规定强度后再张拉预应力钢筋的一种预加应力方法。

2、全预应力和部分预应力

全预应力是在使用荷载作用下，构件截面混凝土不出现拉应力，即为全截面受压。部分预应力是在使用荷载作用下，构件截面混凝土允许出现拉应力或开裂，即只有部分截面受压。部分预应力又分为两类：一类指在使用荷载作用下，构件预压区混凝土正截面的拉应力不超过规定的容许值；另一类则指在使用荷载作用下，构件预压区混凝土正截面的拉应力允许超过抗拉强度而开裂，但裂缝宽度不超过容许值。可见，全预应力和部分预应力都是按照构件中预加应力大小来划分的。

3、有粘结预应力与无粘结预应力

有粘结预应力，是指沿预应力筋全长其周围均与混凝土粘结、握裹在一起的预应力。先张预应力结构及预留孔道穿筋压浆的后张预应力结构均属此类。

无粘结预应力，是指预应力筋伸缩、滑动自由，不与周围混凝土粘结的预应力。这种结构的预应力筋表面涂有防锈材料，外套防老化的塑料管，以防止与混凝土粘结。无粘结预应力混凝土结构通常与后张预应力工艺相结合。

10.1.4 预应力钢筋的张拉方法

张拉预应力钢筋的方法有两种：

1.先张法

制作先张法预应力构件一般都需要台座、拉伸机、传力架和夹具等设备，其工序如图10-3所示。当构件尺寸不大时，可不用台座，而在钢模上直接进行张拉。先张法预应力混凝土构件，预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的。

图10-3 先张法主要工序示意图

2．后张法

在结硬后的混凝土构件上张拉钢筋的方法称为后张法。其工序如图10-4所示。通过张拉钢筋后，在孔道内灌浆，使预应力钢筋与混凝土形成整体，如图10-4（d）所示；也可不灌浆，完全通过锚具来传递预压力，形成无粘结的预应力构件。后张法预应力构件，预应力是依靠钢筋端部的锚具来传递的。

图10-4 后张法主要工序示意图

10.1.5 夹具与锚具

夹具和锚具是在制作预应力构件时锚固预应力钢筋的工具。一般来说，当预应力构件制成后能够取下重复使用的工具称为夹具，而留在构件上不再取下的工具称为锚具。夹具和锚具主要依靠摩阻、握裹和承压锚固来夹住或锚住预应力钢筋。

建筑工程中，常用的锚具有以下几种：

1．螺丝端杆锚具

2．锥形锚具

3．镦头锚具

4．夹具式锚具