预应力混凝土基本概念：建筑施工技术解析

预应力是预加应力的简称，它是近几十年发展起来的一门技术。然而人们对预加应力原理的应用却由来已久，在日常生活中稍加注意就会找到一些熟悉的例子。如中国古代的工匠早就运用预应力的原理来制作木桶，木桶的环向预压应力通过套紧竹箍的方法产生。只要水对桶壁产生的环向拉应力不超过环向预压应力，则桶壁木板之间将始终保持受压的紧密状态，预压应力通过两端锚具传给构件混凝土，木桶就不会开裂和漏水。这种木桶的制造原理与现代预应力混凝土圆形水池的原理是完全一样的。这是利用预加应力来抵抗预期出现的拉应力的一个典型例子。

预应力结构可以定义为：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，以改善结构使用性能的结构形式。由于预应力混凝土结构的截面小，刚度大，抗裂性和耐久性好，因此，预应力结构应用相当广泛。近年来，随着高强钢材和高强混凝土的出现，预应力混凝土施工工艺也得到了不断地发展和完善。

本章讨论预应力混凝土结构的有关施工问题。

在荷载作用下，当普通钢筋混凝土构件中受拉钢筋应力为20～30MPa时，相应的拉应变为（1.0～1.5）×10-4，这大致相当于混凝土的极限抗拉应变，此时，受拉混凝土可能会产生裂缝。但在正常使用荷载下，钢筋应力一般为150～200MPa，此时，受拉混凝土不仅早已开裂，而且裂缝已展开较大宽度，另外构件的挠度也会比较大。因此，为限制截面裂缝宽度，减小构件的挠度，往往需要对普通钢筋混凝土构件施加预应力。

对混凝土构件受拉区施加预压应力的方法，是通过预应力钢筋或锚具，将预应力钢筋的弹性收缩力传递到混凝土构件上，并产生预应力。预应力的作用可部分或全部抵消外荷载产生的拉应力，从而提高结构的抗裂性；对于在使用荷载下出现裂缝的构件，预应力也会起到减小裂缝宽度的作用。

预应力混凝土根据其预应力施加工艺的不同，可分为先张法和后张法两种。

先张法是指预应力钢筋的张拉在混凝土浇筑之前进行的一种施工工艺。它采用永久或临时台座在构件混凝土浇筑之前张拉预应力筋，待混凝土达到设计强度和龄期后，将施加在预应力筋上的拉力逐渐释放，在预应力筋回缩的过程中，利用其与混凝土之间的黏结力，对混凝土施加预压应力，如图5.1所示。(www.xing528.com)

图5.1　先张法生产示意图

（a）预应力筋张法；（b）混凝土浇筑和养护；（c）放张预应力筋
1—台座；2—横梁；3—台面；4—预应力筋；5—夹具；6—构件

图5.2　预应力混凝土后张法生产示意图

（a）制作混凝土构件；（b）拉钢筋；（c）锚固和孔道灌浆
1—混凝土构件；2—预留孔道；3—预应力筋；4—千斤顶；5—锚具

后张法是指预应力钢筋的张拉在混凝土浇筑之后进行的一种施工工艺。它分为有黏结后张法和无黏结后张法两种。有黏结后张法施工是在混凝土构件中预设孔道，在混凝土的强度达到设计值后，在孔道内穿入预应力筋，以混凝土构件木身为支承张拉预应力筋，然后用特制锚具将预应力筋锚固形成永久预加力，最后在预应力筋孔道内压注水泥浆，并使预应力筋和混凝土黏结成整体。无黏结后张法不需在混凝土构件中留孔，而是将无黏结预应力钢筋与普通钢筋一起绑扎形成钢筋骨架，然后浇筑混凝土，待混凝土达到预期强度后张拉，形成无黏结预应力结构，如图5.2所示。