運載火箭運動理論

[拼音]：yuyingli hunningtu jiegou

[英文]：prestressed concrete structure

以預應力混凝土製成的結構。用張拉鋼筋的方法實現預壓應力，所以也稱預應力鋼筋混凝土結構。

基本原理

預應力混凝土雖然只有幾十年的歷史，然而人們對預應力原理的應用卻由來已久。如中國古代的工匠早就運用預應力的原理來製作木桶。木桶的環向預壓應力通過套緊竹箍的方法產生。只要水對桶壁產生的環向拉應力不超過環向預壓應力，則桶壁木板之間將始終保持受壓的緊密狀態，木桶就不會開裂和漏水。

混凝土的抗壓強度雖高，而抗拉強度卻很低，通過對預期受拉的部位施加預壓應力的方法，就能克服混凝土抗拉強度低的弱點，達到利用預壓應力建成不開裂的結構。

預應力混凝土樑的預應力筋，一般採用曲線形、折線形或直接形佈置在樑的受拉部位。這種偏心預加力的作用，可以用一個軸心力和一個彎矩來代替，兩者產生的應力及其合力示於圖1，截面混凝土底纖維受壓，頂纖維不出現或出現很小的拉應力。在使用荷載(外力矩M及樑自重)作用下，荷載對樑截面底纖維產生的拉應力為預壓應力所抵消(圖2)，此時樑的全截面混凝土均受壓而不出現拉應力。

優缺點

由於採用了高強度鋼材和高強度混凝土，預應力混凝土構件具有抗裂能力強、抗滲效能好、剛度大、強度高、抗剪能力和抗疲勞效能好的特點，對節約鋼材、減小結構截面尺寸、降低結構自重、防止開裂和減少撓度都十分有效，可以使結構設計得更為經濟、輕巧與美觀。

預應力混凝土構件的生產工藝比鋼筋混凝土構件複雜，技術要求高，需要有專門的張拉裝置、灌漿機械和生產臺座等以及專業的技術操作人員（見預應力工藝）。

應用範圍

預應力混凝土結構的出現擴大了混凝土結構的應用範圍，既適用於建造大、中跨度的橋樑、屋蓋、樓蓋及大尺寸的貯罐、壓力容器(見容器結構)、海洋平臺等有特殊要求的結構，也可以製作屋面板、樓板、檁條、壓力水管、軌枕和電杆等小型構件。

預應力技術還可用作裝配式結構的連線手段，如將預製塊體拼裝成大跨度的樑或桁架；將樑和柱連線成為預應力框架結構或將樓板和柱連線成為預應力板柱結構。預應力技術也常用於調整結構內力和變形的手段，如用扁形千斤頂將鋼筋混凝土拱的拱冠部分頂開以抵消拱圈因收縮徐變引起的內應力。

沿革

將預應力的概念用於混凝土結構是美國工程師P.H.傑克孫於1886年首先提出的，以後又有不少人進行過預應力混凝土的研究，但都由於對預應力損失缺乏認識而未能取得成功。直到1928年法國工程師E.弗雷西內提出必須採用高強鋼材和高強混凝土以減少混凝土收縮與徐變（蠕變）所造成的預應力損失，使混凝土構件長期保持預壓應力之後，預應力混凝土才開始進入實用階段。

預應力混凝土的大量採用是在1945年第二次世界大戰結束之後，當時西歐面臨大量戰後恢復工作。由於鋼材奇缺，一些傳統上採用鋼結構的工程以預應力混凝土代替。開始用於公路橋樑和工業廠房，以後逐步擴大到公共建築和其他工程領域。弗雷西內視預應力混凝土為一種新的彈性材料，其設計準則是對混凝土施加的預壓應力必須等於或超過使用荷載所產生的拉應力，以保證混凝土始終處於受壓狀態而避免開裂。這種不容許混凝土在使用階段出現拉應力的所謂全預應力混凝土的使用效能接近於彈性體，可以運用彈性理論進行構件截面的應力分析。

1939年奧地利的V.恩佩格提出對普通鋼筋混凝土附加少量預應力高強鋼絲以改善裂縫和撓度性狀的部分預應力新概念。1940年，英國的P.W.埃伯利斯進一步提出預應力混凝土結構的預應力與非預應力配筋都可以採用高強鋼絲的建議。在50年代中國和蘇聯對採用冷處理鋼筋的預應力混凝土，作出了容許開裂的規定。直到1970年，第六屆國際預應力混凝土會議上肯定了部分預應力混凝土的合理性和經濟意義。認識到預應力混凝土與鋼筋混凝土並不是截然不同的兩種結構材料，而是同屬於一個統一的加筋混凝土系列。在以全預應力混凝土與鋼筋混凝土為兩個邊界之間的範圍，則為容許混凝土出現拉應力或開裂的部分預應力混凝土範圍。設計人員可以根據對結構功能的要求和所處的環境條件，合理選用預應力的大小，以尋求使用效能好、造價低的最優結構設計方案，是預應力混凝土結構設計思想上的重大發展。

中國的預應力混凝土是隨第一個五年計劃大規模基本建設的需要而發展起來的。於1956年起推廣，開始用於軌枕、廠房屋面大梁、桁架，吊車樑以及鐵路橋樑，以後逐步擴大到公路和城市橋樑，民用建築，海港碼頭，電杆、樁和壓力水管等工程結構和製品。近年來又大量用於農村建築以代替傳統的木構架和檁條。長期實踐表明，預應力混凝土結構使用效能良好，破壞前可以有很大的變形和明顯的預兆（圖3），比較安全可靠。

設計與製作

預應力混凝土結構的設計，除驗算承載能力和使用階段兩個極限狀態外，還要計算預應力筋的各項瞬時和長期預應力損失值（見預應力損失），及驗算施工階段，如構件製作、運輸、堆放和吊裝等工序中構件的強度和抗裂度。

預應力混凝土構件的製作方法有先張法和後張法。

（1）先張法。在混凝土灌築之前，先將由鋼絲鋼絞線或鋼筋組成的預應力筋張拉到某一規定應力，並用錨具錨於臺座兩端支墩上，接著安裝模板、構造鋼筋和零件，然後灌築混凝土並進行養護。當混凝土達到規定強度後，放鬆兩端支墩的預應力筋，通過粘結力將預應力筋中的張拉力傳給混凝土而產生預壓應力。先張法以採用長的臺座較為有利，最長有用到一百多米的，因此有時也稱作長線法。

（2）後張法。先灌築構件，然後在構件上直接施加預應力的方法。一般做法多是先安置後張預應力筋成孔的套管、構造鋼筋和零件，然後安裝模板和灌築混凝土。預應力筋可先穿入套管也可以後穿。等混凝土達到強度後，用千斤頂將預應力筋張拉到要求的應力並錨於樑的兩端，預壓應力通過兩端錨具傳給構件混凝土。為了保護預應力筋不受腐蝕和恢復預應力筋與混凝土之間的粘結力，預應力筋與套管之間的空隙必須用水泥漿灌實。水泥漿除起防腐作用外，也有利於恢復預應力筋與混凝土之間的粘結力。為了方便施工，有時也可採用在預應力筋表面塗刷防鏽蝕材料並用塑料套管或油紙包裹的無粘結後張預應力筋。