摘要：介绍现代预应力技术的广泛应用和发展情况，阐述现代预应力混凝土的特点，并对预应力混凝土设计方法进行简单评价。
关键字：预应力；混凝土；设计
0引言
目前预应力技术已广泛应用于桥梁、房屋、水工、核能海洋结构等领域，其特有的工艺也用于结构加固、重物提升与平移、深基坑支护等工程中的特殊部位，以解决各种工程难题
1现代预应力结构的概念
预应力混凝土结构，一般是通过张拉预应力筋的回弹力，使混凝土截面产生预压应力，以局部或全部抵消使用荷载产生的拉应力，使结构构件在正常使用情况下不开裂或裂缝宽度较小。因此，预应力是为改善结构构件的裂缝和变形性能，在使用之前施加的永久性内应力。
现代预应力混凝土结构系指采用高强钢材和高强混凝土，采用先进的设计理论和施工工艺设计
和建造的高效预应力混凝土结构。高强钢材主要是指采用预应力钢丝、预应力钢绞线、以及钢绞线钢丝束无粘结预应力筋。预应力钢丝有钢绞线是由多根平行的钢丝用绞盘按一个方向绞成。钢绞线、钢丝束无粘结预应力筋是指施加预应力后沿全长与周围混凝土不粘结的预应力筋，由钢绞线或钢丝、涂料层、包裹层组成。预应力筋的强度分为1 470 N/mm2 1570 N/mm2 1670 N/mm2 1770 N/mm2 1860N/mm2等几级。预应力筋按松弛级别又分为普通松弛和低松弛两类。
施加预应力的方法，分为先张法和后张法两大类。先张法主要用于预制构件中；而后张法虽可用于预制构件中，但更为普遍地用于现浇结构构件。
2、现代预应力混凝土技术的分类
2.1全预应力混凝土
主要是指以施加的预压应力超过荷载产生的拉应力，混凝土不承受拉力当然也不会开裂，即保持全截面受压的混凝土。这种混凝土由于采用高强度钢材与混凝土，可以大大节省材料用量。应不出现拉应力，不开裂，刚度大，抗疲劳性能好，在腐蚀性环境下可保护钢材免受侵
蚀，特别适宜于建造有防渗漏要求的水池等结构。在恒载小、活载大且长期持续作用值较小的情况下，预压区混凝土由于长期处于高压应力状态会引起大的徐变，当预压应力过大时，还将在混凝土构件中产生顺着钢筋纵向水平裂缝，有时尚需在预拉区设置预应力筋，结构延性差对抗震不利。
2.2部分预应力混凝土
它主要是指所设计的构件在荷载短期效应组合下，受拉边缘允许产生相当的托应力或开裂的混凝土。这种预应力混凝土能较好的控制反拱，可提高延性。由于部分预鹰力混凝土结构中配了非预应力钢筋。提高了结构的延性和反复荷载作用下结构的能量消耗能力，对抗震结构尤为有利，可合理的控制裂缝。根据结构使用要求，在长期持续活荷载作用下既可以设计成开裂的，也可以按拉应力为零设计成不开裂的。
2.3预应力筋平衡荷载混凝土
时间不少于14d；可在辅助盘上安置洒水管喷水对混凝土进行养护；养护时水压不宜过大，避免养护水冲坏混凝土表面，养护时应指定专人负责控制。在模板滑升过程中适时进行操作管理。
2.4无粘结部分预应力混凝土
无粘结预应力筋是指在钢筋表面涂以润滑防腐油脂，外包塑料管，施Ｔ时和普通钢筋一样，直接放入模板内浇筑混凝土。当混凝土达到规定的设计强度后，可进行张拉。
优点：
１.不需要预留孔道或埋管、穿柬、灌浆等多道工序，施工简便。
２．摩擦损失小。
３．由于不受预埋管的约束，故布置钢筋灵活，对多跨连续结构和楼板、屋盖结构最为适宜。
2.5高效预应力混凝土
高效预应力混凝土是采用高强预应力钢材、高强混凝土为特征的预应力混凝土。这种预应力混凝土节约效果明显，结构功能及质量优良。
3预应力结构体系的特点
与传统预应力结构相比，现代预应力结构体系具有以下特点：
3.1采用高强和高性能材料：日前国内预应力混凝土结构中常用的混凝土强度等级从C40-C60，甚至达到C80以上，预应力钢绞线的极限抗拉强度可达1860ＭＰａ．从长远来看．高性能混凝土和高性能预应力筋（如纤维塑料筋等）的也用将成为现代预应力结构今后发展的一个重要方向。
3.2按照现代设计理论没汁：如抗震设计埋论、延性设计理论等，通过合理确定结构预应力度和截面配筋指数，大大改善了现代预应力结构的抗震性能、正常使用性能等。
3.3先进施工工艺的开发：近年来高吨位、大冲程千斤顶的应用和多种锚固体系的开发等，为现代预应力结构的人规模推广应用提供了技术基础，
3.4适用范围广：现代预应力结构适用大跨和超大跨度、重载以及使用性能高的结构，其应用范围已拓展到高层结构、钢结构、基础、路面等结构领域。
4计算方法及简评
预应力结构设计的步骤是：１）估算预应力筋有效预应力；２）确定预应力筋数量，并初步确定普通筋数量；３）计算预应力损失和预应力效应；４）进行正常使用和承载能力极限状态的验算；５）修改配筋重复第３）、４）步优化设计
大多数教科书提及设计预应力结构的三种方法，即抗裂度法（名义抗应力法）、预应力度法、荷载平衡法。严格意义上说，上述三种方法仅仅是能够完成第１）、２）两个设计步骤，因此把这三种方法称为估算预应力筋的方法更为恰当。无论哪种方法，在配筋确定后都要分析计算预应力效应按规范进行正常使用及承载能力状态的验算。
4.1抗裂度法（名义拉应力法）[1]
此法主要的误差来源是预应力损失值及次弯矩是估算的。规范对板系结构抗裂度一直保持较高的要求，由于抗裂度确定的预应力筋数量比较多，它是板系结构预应力筋数量的控制要素，如果抗裂度满足，而挠度不满足，应修改结构尺寸，而一般不宜增加预应力筋。笔者认为，在目前规范的约束下，抗裂度法是设计板系结构的最合适的方法。由于把裂缝宽度与名义拉应力对应起来．设计梁也很实用，而且便于电算程序设计。
4.2以强度表示的预应力度法
由于以强度表示的预应力度与控制要素—抗裂度没有直接对应关系，预应力度法不适合板系结构。若按89[4]规范对梁结构的抗裂度要求，预应度法用于梁结构也没有太大意义，2002新规范[2]放宽要求后用此法设计梁也很适宜。
4.3荷载平衡法[3]
荷载平衡法的提出，是预应力结构设计中的重要创新，它有助于理清解决一些复杂问题的思路，进行较合理的概念设计。荷载平衡法企图由净荷载与预应力轴向力直接求出截面应力而避开求解次弯矩，但是要保持较小的误差至少应满足以下条件：１）预应力等效荷载与外荷载形态基本相同；２）端部节点等效弯矩为零；３）跨与跨之间无弯矩传递；真正能满足以上三个条件的实际工程微乎其微，平衡荷载也要根据经验取值，因此对于一般的梁板结构，在目前规范的约束下，笔者不认为此法有太多的实用性。但有加腋的板，用平衡荷载衡量一下预应力筋的数量有时是必要的，需要用预应力筋“转移”荷载时，荷载平衡法是最简单有效的工具。荷载平衡法关注的是预应力筋的曲线效应，而结构的端部条件及线形对结构的影响可能会更大，不能忽视，如图所示的简支梁，预应力筋分别采用1、2、3三条不同的线形和端部条件，跨内等效荷载比为0:1:2，而跨中截面的预应力效应是相同的，跨中反拱比为6:5:4。个别参考书中在举例说明荷载平衡法时，不考虑使用条件的做法无意中误导了读者，不可取。
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[1] 无粘接预应力混凝土结构技术规程（JGJ 140-2004）.北京：中国计划出版社，1993.
[2]林同炎著，路湛沁译，预应力混凝土结构设计。北京：中国铁道出版社，1983.
[3]混凝土结构设计规范（GB50010-2002）北京：中国建筑工业出版社，2002.
[4]混凝土结构设计规范（GBJ10-89）北京：中国建筑工业出版社，1989.
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