(五)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念
1．預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的特點
普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，由于混凝土的極限抗拉應(yīng)變較小(約為0．0001～ 0．00015)，在使用荷載的作用下，構(gòu)件均帶裂縫工作。對于使用上要求不開裂的構(gòu)件，受拉鋼筋的應(yīng)力為20～30N／mm2，遠小于其屈服強度；如果鋼筋應(yīng)力達到250N／mm2時，裂縫寬度已達0．2～0．3mm，不宜在高濕度及侵蝕性環(huán)境中使用�？傊�，普通混凝土構(gòu)件由于抗裂性能較差，控制裂縫開展的能力較弱，不易充分利用高強材料，而預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)則可以解決這些問題。
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，是在結(jié)構(gòu)承受外荷載之前，預(yù)先施加壓力，使其在外荷載作用時的受拉區(qū)混凝土內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力，以抵消或減小外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力。這樣，構(gòu)件在正常使用情況下將不開裂或裂縫寬度較小。采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的原因主要有以下幾方面：(1)滿足裂縫控制要求，以改善普通混凝土構(gòu)件的抗裂性能；(2)充分利用高強度材料，因鋼筋預(yù)先受拉混凝土受壓，則在使用荷載的作用下，就能充分利用高強度的鋼筋；(3)提高構(gòu)件的剛度，由于提高了構(gòu)件的抗裂度或減小了裂縫的寬度，使剛度不致因裂縫而降低太多。同時，由于預(yù)加壓力的偏心作用使構(gòu)件產(chǎn)生的反拱(反向撓曲)，還可以抵消或減小在使用荷載作用下的變形。
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)可以分為全預(yù)應(yīng)力混凝土和部分預(yù)應(yīng)力混凝土。當(dāng)構(gòu)件是按使用荷載作用下截面上混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力的要求進行設(shè)計時，一般稱為全預(yù)應(yīng)力混凝土；當(dāng)構(gòu)件是按在使用荷載作用下允許出現(xiàn)裂縫，但最大裂縫寬度不超過允許值的要求進行設(shè)計時，一般稱為部分預(yù)應(yīng)力混凝土。
對于后張法施工的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，通常的做法是在構(gòu)件中預(yù)留孔道，待頂應(yīng)力鋼筋張拉至控制應(yīng)力后，用壓力灌漿將孔道填實。這種預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中鋼筋與混凝土之間存在粘結(jié)力，其鋼筋稱為有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋。如果預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土接觸表面之間不存在粘結(jié)作用，兩者能相對滑移的，則其鋼筋稱為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋。
無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的一般做法是將預(yù)應(yīng)力鋼筋的外表面涂以瀝青，油脂等防銹材料，以減小張拉時的摩擦力且防止銹蝕，然后用紙帶或塑料帶包裹或套以塑料管，將其就位于模板中再澆搗混凝土，待混凝土達到規(guī)定強度后即可進行張拉。與有粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件相比，采用無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋不需要留孔、穿筋和灌漿，可以簡化施工工藝。
2．施加預(yù)應(yīng)力的方法及預(yù)應(yīng)力材料
張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋的方法主要有兩種。一種是先張法，一種是后張法。
(1)先張法
在澆灌混凝土之前先張拉鋼筋的方法，稱為先張法。其主要工序如下(圖11-37)：
1)在臺座上張拉鋼筋，并將它臨時錨固在臺座上，如圖11-37(a)、(b)。
2)支模、綁扎鋼筋，并澆灌混凝土，見圖11-37(c)。 i
3)待混凝土達到設(shè)計強度的75％以上，切斷并放松預(yù)應(yīng)力鋼筋，鋼筋回縮擠壓混疑土使混凝土受壓，見圖11-37(d)。
 　(2)后張法
　在混凝結(jié)硬后再張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋的方法稱為后張法。其主要工序為(圖11—38)：
1)先澆灌混凝土構(gòu)件，并在構(gòu)件中預(yù)留孔道[圖11-38(a)]
2)待混凝土到達規(guī)定的強度后，穿鋼筋，并張拉鋼筋，同時混凝土受到預(yù)壓[圖]1-38(b)]。
3)當(dāng)張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋達到規(guī)定值后，在張拉端用錨具錨住，使構(gòu)件保持預(yù)壓狀態(tài)[圖11-38(c)]。
　4)最后在預(yù)留孔道內(nèi)灌漿，使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土形成整體(圖11-38d)。
 
　(2)后張法
在混凝結(jié)硬后再張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋的方法稱為后張法。其主要工序為(圖11—38)：
1)先澆灌混凝土構(gòu)件，并在構(gòu)件中預(yù)留孔道[圖11-38(a)]
2)待混凝土到達規(guī)定的強度后，穿鋼筋，并張拉鋼筋，同時混凝土受到預(yù)壓[圖]1-38(b)]。
3)當(dāng)張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋達到規(guī)定值后，在張拉端用錨具錨住，使構(gòu)件保持預(yù)壓狀態(tài)[圖11-38(c)]。
4)最后在預(yù)留孔道內(nèi)灌漿，使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土形成整體(圖11-38d)。

　如果求得的預(yù)應(yīng)力總損失值σl小于下列數(shù)值時，則按下列數(shù)值取用：
先張法：100N／㎜2；
后張法：80N／㎜2。
4．預(yù)應(yīng)力構(gòu)件和非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的比較
現(xiàn)對兩種構(gòu)件進行比較。一種是普通鋼筋混凝土構(gòu)件，另一種是截面尺寸，材料及配筋數(shù)量均與普通構(gòu)件相同的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。通過兩種構(gòu)件的比較，說明預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的受力特點如下：
(1)在非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中，在構(gòu)件開裂前鋼筋的應(yīng)力值很小，而在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力鋼筋一直處于高拉應(yīng)力狀態(tài)，充分利用了鋼筋和混凝土兩種材料的特性。
(2)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件產(chǎn)生裂縫時的外荷載遠比非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的大。即預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的抗裂度比非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件大為提高，同時也提高了構(gòu)件的剛度。(3)由于兩種構(gòu)件破壞時都是受拉鋼筋達到抗拉強度而受壓區(qū)混凝土被壓碎，故此兩種構(gòu)件的承載能力相等。