预应力度法的结构设计应用研究
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摘要:“预应力度法”是设计有粘连或无粘连高效预应力结构技术的重要方法，也是反映预应力混凝土结构性能的一项重要指标。该法自从问世以来的数十年间，通过了国际检定并始终处于世界顶尖水平，对推广应用高效预应力工程起到了促进作用。本文将首先阐述预应力度法的含义和结构特点，并针对预应力度法相应的结构设计指出预应力度法的具体应用领域。
关键字：预应力度；预应力混凝土；结构设计
中图分类号：TB482文献标识码： A
前言：现代预应力混凝土结构根据所处的环境、结构的性能要求和所用材料的特点,设计成有限预应力混凝土或部分预应力混凝土。基于预应力度法在预应力混凝土结构中已知预应力度的大小可以求得不同预应力筋布置形式下结构的等效荷载,从而进行预应力混凝土结构的设计。也可以根据实际工程需要,确定平衡荷载的大小,将构件设计成相应的预应力度。预应力同时也是任何膜结构设计的必要荷载，按长期荷载考虑，同恒载效应分析。
1.预应力度法的含义和优越性
1.1预应力的含义及计算
预应力是为了改善结构服役表现，在施工期间给结构预先施加的压应力，结构服役期间预加压应力可全部或部分抵消载荷导致的拉应力，避免结构破坏。常用于混凝土结构，是在混凝土结构承受荷载之前，预先对其施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力，用以抵消或减小外荷载产生的拉应力，使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。根据阶段、构造、设计与计算、施工和后期管理这些特点，将预应力分为体外预应力与体内预应力两种。总体看来，体外预应力优势更为明显，应用也更为广泛。
1.2预应力度法的计算
预应力度系度量预应力混凝土结构施加预应力的大小程度,目前采用的计算方法有如下四种：预应力度按弯矩比的计算：预应力度定义为退压弯矩与全部使用荷载弯矩之比；预应力度按应力比的计算：预应力度定义为有效预压应力与使用荷载产生的应力之比；预应力度采用部分预应力比或预应力指标的计算当有限、部分预应力混凝土构件采用预应力筋和普通钢筋组合配筋时,以预应力筋的承载力与预应力筋和普通钢筋承载力总和的比值作为预应力度的定义；平衡荷载比：通过预应力筋张拉向上产生的荷载与平衡一部分作用荷载的关系来表达。
在计算过程中必要时应考虑到以下几个方面。首先是截面计算和预应力损失计算，体外预应力钢筋与混凝土截面变形不协调，在应力计算中不能将体外预应力钢束面积计入换算截面的特征。其次应注意体外预应力钢束在转向结构处的滑移，体外预应力钢束在转向结构处是否产生滑移以及由于滑移引起的应力重分布，需根据体外预应力体系与结构的粘结关系来判断。再者为体外预应力钢束的二次效应，体外预应力钢束仅在锚固和转向位置处，才能与结构的竖向位移相协调，竖向约束点越少，结构变形时体外预应力钢束偏离原位置就越多，这就是体外预应力钢束的二次效应。
2.预应力度法的结构设计
在工程结构构件承受外荷载之前,对受拉模块中的钢筋，施加预压应力,提高构件的刚度,推迟裂缝出现的时间,增加构件的耐久性。对于机械结构来看，其含义为预先使其产生应力，其好处是可以提高构造本身刚性，减少振动和弹性变形这样做可以明显改善受拉模块的弹性强度，使原本的抗性更强。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，以改善结构使用的性能的结构型式称之为预应力结构。如木桶，在还没装水之前采用铁箍或竹箍套紧桶壁，便对木桶壁产生一个环向的压应力，若施加的压应力超过水压力引起的拉应力，木桶就不会开裂漏水。在圆形水池上作用预应力就像木桶加箍一样。同样，在受弯构件的荷载加上去之前给构件施加预应力就会产生一个和与荷载作用产生的变形相反的变形，荷载要构件沿作用方向发生变形之前必须最先把这个与荷载相反的变形抵消，才能继续使构件沿荷载方向发生变形。这样，预应力就像给构件多施加了一道防护一样。
由于体外预应力的应用十分广泛，所以本文强调体外预应力的特点。体外预应力是后张预应力体系的重要分支之一,体外预应力砼结构有很多优点，预应力筋套管布置简单，调整容易，简化了后张法的操作程序，大大缩短了施工时间；同时由于预应力筋布置于腹板外面，使得浇注砼方便；由于预应力筋的位置，减少了施工过程中的摩擦损失且更换预应力筋方便易行。但目前国内对这一方面的研究很少，对于体外预应力筋的受力性能研究不多，因此为了使得体外预应力技术得到更大的使用，有必要对这一结构形式进行研究。体外和体内预应力结构在结构构造上的根本区别就是预应力筋位于混凝土结构的外部，仅在锚固及转向块处可能与结构相连，因此，体外索的应力是由结构的整体变形所决定的；而在体内有粘结预应力结构中，力筋位于混凝土结构的内部，与结构完全粘结，在任意截面处都与结构变形协调，因此力筋的应力是与某个混凝土截面息息相关的。传统上来说，体内预应力筋是不被看作一个单独构件的。而体外筋在混凝土体外，自然成为一个相对于组成结构整体的单独构件，其较体内筋要重要许多。所以在承受动力荷载的体外预应力结构设计中，必须考虑到体外筋与结构是独立振动的，应防止二者共振，而且当体外预应力筋在动力荷载（如车辆等）作用下发生共振时，就易发生锚具的疲劳破坏和转向构件处的预应力筋的弯折疲劳破坏。在地震区时设计还必须考虑采取相应措施，提高体外预应力结构的抗震性能。
3.预应力度法的具体应用领域
3.1基于”预应力度法“的体外预应力加固桥梁配筋设计
预应力构件所具有得结构体系简单、轻便灵活，节省钢材、降低层高、施工速度快等优点,使其在日常的工农业生产生活中得到广泛应用。
体外预应力桥梁结构不仅相对于体内布筋预应力桥梁结构来说有很多优点，更是是体外索配筋计算比较方便的方法之一。体外预应力桥梁结构有很多优点，自重轻、截面尺寸小。体外预应力桥梁结构可以节约大量混凝土的用量，降低施工成本。由于体外预应力的逐跨施工方式对当地环境影响较小。分段跨径施工，可以缩小施工场地的影响范围，对当地的道路交通影响小，这在城建中有着重要的意义。在后期管理中，体外预应力配筋方便检查和替换，有利于桥梁维护。根据布筋方式的不同体外力筋预应力混凝土桥梁结构可以分为单纯型和混合型两大类。在荷载状态下使用，可采用弹性分析方法设计。虽然当前体外预应力混凝土桥梁结构技术研究已经比较成熟，并且没有大范围地推广应用，但是根据上面的分析可知其应用前景十分广泛。
3.2基于“预应力度法”的预应力混凝土结构的设计
预应力度是反映预应力混凝土结构性能的一项重要指标，通过预应力度的概念可以将混凝土结构的分类、预应力混凝土构件的抗裂性能、延性、变形等性能和预应力度的选择有机地联系起来。基于预应力度的设计方法概念清晰、计算方便、易于掌握,并且可以主动考虑预应力混凝土构件的抗裂性要求和使用性能,适用于预应力混凝土结构的设计,也可以推广到结构的预应力加固应用之中。
结语：在现代土木工程中,预应力度法技术凭借其鲜明的优势，已应用于现代建设中的能源、交通、水利、航空、通讯等领域;在民用建筑中的应用更是普遍,不仅应用于一般的教学、办公、住宅等，还应用于大型的商场、停车场、娱乐场所等。随着科学技术的发展，预应力度法将取得更大的改进与创新，将在社会经济的建设中发挥越来越重要的作用。
参考文献：
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