预应力钢筋混凝土结构计算理论研究
【摘要】预应力混凝土的大量被应用是在世界大战之后，由西欧迅速发展起来的，当时的西欧要极力恢复战后的损失，因为钢筋的资源奇缺，所以用预应力混凝土来代替。预应力概念随着逐步的被完善，发展也是越来越快，突破了混凝土的一些物理性能，并且大大的扩大了它的应用范围。现在无论是在国内还是国外，预应力混凝土已经成为土建工程当中必不可少的一种结构材料，而预应力技术也开始扩展到其他材料的应用当中。我国预应力混凝土的起步比其他先进国家晚了十年左右，尽管其后在国内建筑工程当中也得到了大规模的使用，但是预应力的概念还是停留在60年代，所以新预应力钢筋混凝土的推广和普及还处于停滞不前的尴尬状态。
【关键字】预应力钢筋混凝土；理论计算；问题和对策
1 预应力钢筋混凝土的概述
1.1 预应力钢筋混凝土的结构
预应力混凝土结构是在混凝土没有受压之前，人为的先对他它增加压力的一种结构。预应力是利用高强度的钢筋或者钢丝的韧性，用张拉的方法产生的。张拉的方法可以分为先张法和后张法，这两种方法只不过是张拉的先后不同，最终达到的目的是一样的。其中前张法是先对钢筋张拉，再把混凝土浇灌其中，当它达到了所需的强度，就可以把张拉的钢筋放松了。另一种后张法是先浇灌混凝土，当它达到了所需的强度，再对混凝土里面事先预留孔道的钢筋进行张拉，使其在两端锚住固定。预应力不仅能使混凝土的可用时间相对的增加，还能增强其负荷的抗压能力，而且还可以节省材料。
在长期的生产当中，钢筋混凝土结构总会过早的出现一些裂缝，影响其质量。预应力混凝土结构是在人们长期生产过程当中摸索出来的，可以增加混凝土的耐受性，在其受力之前就对它施压，因此产生的预应力状态可以很好的使混凝土荷载所引起的拉应力尽可能的减小甚至抵消，就是用混凝土外来所施加的压力与其张拉的力进行中和，到达强度的平衡状态，减小混凝土因受拉而产生的开裂。因为预应力混凝土这种结构，是用对钢筋的张拉来达到最终目的——预压应力，所以也被叫做预应力钢筋混凝土结构。
1.2 预应力钢筋混凝土的基本原理
虽然预应力混凝土的历史并不久远，仅几十年而已，但是预应力的原理在很久以前就已经被应用了。在我国古代，木桶就是运用预应力的原理制成的，工匠会在桶的外面紧紧的套一圈竹箍，这样木桶就产生了环向的预应压力，如果水对桶壁产生的环向拉应力小于竹箍对桶的环向预压应力，木板与木板之间的缝隙就变的小了，桶壁的木板之间就会因为受压而变得更加紧凑，这样木桶就更加的结实，不会开裂，木板之间的紧密程度也足以防止漏水的情况。而对于钢筋混凝土来说，预应压力的原理是通过在外固定的锚具所产生的力传递给构建混凝土。
混凝土虽然有很高的抗压强度，但是它的抗拉强度却不高，对于预应力筋穿入套管的先后顺序并没有严格要求，所以无先后之分。通过对其即将受拉力的部位施加预期预应压力的这种方法，就能使混凝土的抗拉强度增高，很好的克服其所在的这个弱点，利用预应压力达到预期的比较看好的状态，使混凝土的结构变得紧密，不开裂。而预应力钢筋混凝土则在预应力钢筋混凝土的基础之上进行了改进，使之优点更优，又克服了一系列缺点，使之经济价值更高。
1.3 预应力钢筋混凝土的发展史
1886年，有一个叫杰克逊的美国人，提出了混凝土结构中运用预应力的概念。法国工程师弗雷西内在1928年提出了材料上的加强，他认为使用高强度的钢材和高强度的混凝土是必须的，因为这样才可以有效的减少因混凝土的形变所造成的预应力的损失，当混凝土构件的这种预应压力能一直持续保持，进而成为了它的特性，才可以投入市场进行实用。到了1983年，又有奥地利的恩佩格提出了新的概念，他建议在普通钢筋混凝土的基础上增加一点高强度钢丝，以此来增加它的韧性，进而改善容易裂缝和损伤的部位的预应力。之后一年，一个叫埃伯利斯的英国人又对预应力的概念进一步的完善，他建议预应力混凝土结构的预应力可以采用高强钢丝的，同时非预应力配筋也可以采取这样的方式。
在二战结束，也就是1945年之后，西欧算是弹尽粮绝，损失惨重，所以之后一直为恢复经济实力而做准备工作。但是当时的钢材资源真是少之又少，为了战后的经济复苏，只能采用其他材料来替代，在一般情况下所有采用钢结构的工程，全部替换成预应力混凝土，这时候的预应力混凝土才被大批量的使用，并且逐步走入公路、桥梁还有工业厂房，从开始小的范围慢慢的走向大的领域，成为公共建筑的必要材料，而且也很好的在其他工程领域占据必不可少的位置。在经过了一段时间的大量生产和应用之后，在五十年代的中国和苏联对混凝土的生产和应用有了新的思想，并作出规定，对于生产的冷处理的钢筋预应力混凝土，降低了它生产质量的标准，容许钢筋混凝土有开裂。因为长期的使用发现，有些地方并不需要拉应力太高的钢筋混凝土，只要拉应力符合工程的需要，就可以选择适当标准的预应力混凝土。到了1970年，国家召开的第6届预应力混凝土会议，对这种新的概念给予了肯定，赞许了这种概念的合理性和它所带来的经济意义，并且欣喜的发现，钢筋混凝土和预应力混凝土有相似之处，并不是两种结构不同的材料，而是属于一个系列的，都是加筋混凝土。所以这两种材料可以融合在一起使用，在钢筋混凝土某些地方可以出现拉应力和开裂，但是这部分出现的拉应力和开裂是有限制的，这个限制在于全部为预应力混凝土和全部为钢筋混凝土之间容许出现的缺漏。所以设计人员可以因地制宜，对具体情况的需求以及当时的环境条件合理的去选择最符合的预应力混凝土，这样就可以极大限度的利用物美价廉的优势。这种思想，在预应力混凝土结构的设计上，走出了很重要的一步，它为预应力混凝土发展的走向铺就了一个坚固的基石。
1.4 预应力钢筋混凝土的特点
预应力钢筋混凝土对比钢筋混凝土，有优点也有缺点。相比之下，预应力混凝土的优点在于它采用的材料都是高强度的，所以预应力混凝土构件有以下几种特点：1）有很强的抗裂能力，不容易开裂。2）结构紧密，所以抗水性比较好3）有一定的拉应力，能承受一定的压力4）有很好的刚度，对于施加在材料上的压力，可以长期保持不变形5）有很强的抗剪能力，不容易被破坏6）耐用，持久，可以长期的保持它的这些特征。正因为它的这些特点，才带来了一些经济和生产的方便。可以很好的节约制作钢材的材料，而且结构截面的尺寸在相比之下也不用太大，使结构材料的重量更轻，对于开裂的状况也有很好的控制，同时减少钢材因为受压而产生的位移。预应力混凝土的缺点在于，其生产方式相对于钢筋混凝土的生产方式更为复杂，它需要很多的生产设备还有很多专业的技术人员，所以对于预应力混凝土的生产，开工费是一个不小的数目，如果所生产的构建越少，工程的成本就相对的更高，有可能会出现亏损的现象，而预应力钢筋混凝土则在这些方面抱有更明显的优势正因为如此，预应力钢筋混凝土的生产量越大才越有经济价值。
