預應力鋼結構

　　預應力鋼結構（prestressed steel structure）：在結構上施加荷載以前，對鋼結構或構件用特定的方法預加初應力，其應力符號與荷載引起的應力符號相反；當施加荷載時，以保證結構的安全和正常使用。結構或構件先抵消初應力，而且還應考慮預應力的作用，然后再按照一般受力情況工作的鋼結構稱為預應力鋼結構。
　　結構
　　預應力技術古已有之，乃先人藉此改善生活用具性能，加固補強勞作工具的一種工藝。如撐起布傘（引入預應力）可以防雨擋風，木桶套箍（引入預應力）可以耐久防漏等。但在現代鋼結構中引入預應力卻是近50年的國情。人們在鋼結構承重體系中有意識地引入認為應力以抵消荷載應力，調整內力峰值，增強結構剛度及穩定性，改善結構其它屬性以及利用預應力技術創建新體系的都可稱之為預應力鋼結構。
　　優點
　　預應力鋼結構的主要特點在于：
　　①充分、反復地利用鋼材彈性強度幅值，從而提高結構承載力。
　　非預應力結構承載從零應力開始達到材料設計強度f而終止受力，其承載力為N1；而預應力結構承載始自于效應力f01,其承載為N2及N3，顯然N3>N2>N1;
　　②改善結構受力狀態，節省鋼材。例如受彎構件中的部分彎矩可以施加預應力轉換為軸拉力，將彎矩峰值Mmax降低為M’max%26shy;，從而構件截面可以縮小，降低用鋼量。
　　③提高結構剛度及穩定性，改善結構的各種屬性。
　　預應力結構產生的結構變形常與荷載下的變形反向，因而結構剛度得以提高。由于布索而改變結構邊界條件，所以提高結構穩定性。預應力可以調整結構循環應力特征而提高疲勞強度。由于降低結構自重而減小地震荷載，提高其抗震性能等。
　　類型
　　從早期預應力吊車梁，撐桿梁的簡單形式發展到目前張弦桁架、索穹頂、索膜結構、玻璃幕墻等現代結構，預應力鋼結構種類繁多，大致歸納為四類：
　　①傳統結構型：
　　在傳統的鋼結構體系上，布置索系施加預應力以改善贏利狀態、降低自重及成本。例如預應力桁架、網架、網殼等。例如天津寧河體育館，攀枝花市體育館的網架、網殼屋蓋等。目前候機樓、會展中心廣泛采用的張弦桁架亦歸入此類。另一種是工程中應用已久的懸索結構，如北京工人體育館，浙江人民體育館。其結構由承重索與穩定索兩組索系組成，施加預應力的目的不是降低與調整內力，而是提高與保證剛度。
　　②吊掛結構型：
　　結構由豎向支撐物（立柱、門架、拱腳架），吊索及屋蓋三部分組成。支撐物高出屋面，于其頂部下垂鋼索吊掛屋蓋。對吊索施加預應力以調整屋蓋內力，減小撓度并形成屋蓋結構的彈性支點。由于支撐物及吊索暴露于大氣之中直指藍天，所以又稱暴露結構。例如江西體育館、北京朝陽體育館、杭州黃龍體育場等。
　　③整體張拉型：
　　屬創新結構體系，跨度結構中擯棄了傳統受彎構件，全部由受張索系及膜面和受壓撐桿組成。屋面結構極輕，設計構思新穎，是先進結構體系中的佼佼者。例如漢城奧運主賽館、慕尼黑奧運體育建筑群等。由于此體系屬國外專利，國內尚無工程實例。
　　④張力金屬膜型：
　　金屬膜片固定于邊緣構件之上，既作為維護結構，又作為承重結構參與整體承受荷載。或在張力態下，將膜片固定于骨架結構之上，形成空間塊體結構，覆蓋跨度。兩者都是在結構成型理論指導下誕生的預應力新型體系，應用于莫斯科奧運會的幾個主賽場館中，國內不掌握此項技術。
　　方法
　　主要施加預應力的方法有四類：
　　①鋼索張拉法
　　在結構體系中布置索系，通過千斤頂張拉索端而在結構中產生卸載應力而受益。這是國內外應用廣泛技術成熟的一種工藝。但索端須有錨頭固定增大材耗。且需張力設備等加大施工成本。
　　②支座位移法
　　在連續梁和超靜定結構中，人為地強迫支座位移（垂直或水平移位），改變支座設計位置可調整內力，降低彎矩峰值，減小結構截面面積。這種方法可節省鋼索，錨頭等附加材耗及張拉工藝，適用于地基基礎較好的工程。
　　③彈性變形法
　　鋼材在彈性變形條件下，將組成結構的桿件和板件連成整體。卸除強制外力后，結構內出現恢復力產生的有益預應力。這一方法多用于工廠制造生產過程中，可生產預應力構件產品供應市場。
　　④手工簡易法
　　用于中、小跨，施加張力不大情況下，例如藉擰緊螺母張拉拉桿，用正反扣螺栓橫向椎拉拉索產生張力等手工操作法，簡易可行，便于推廣，適用于廣大地區。
　　適用范圍
　　凡是鋼結構適用的地方都可以用預應力鋼結構取代以改善結構性能降低鋼耗。尤其在跨度大，荷載重的情況下經濟效益更為顯著。目前對預應力鋼結構應用廣泛的領域是房屋建筑結構，如體育場館、會展中心、劇院、商場、飛機庫、候機樓等大型公共建筑中。在高層建筑中也有采用預應力鋼結構的實例，如南非約翰內斯堡市的發展銀行大樓、北京新保利大廈等處。另一個應用較多的領域是橋梁結構，國內外許多懸索橋，斜拉橋都是技術成熟的工程實踐。高聳構筑物是利用預應力增強結構剛度的一種類型，由于拉索作用大大提高塔桅結構的水平剛度，如悉尼電視塔、巴塞羅那電訊塔、北京華北電力調度塔以及許多高壓輸電線路塔架等。把預應力技術用于服役鋼結構的加固補強上更是內容豐富、種類繁多。預應力技術用于輕鋼結構、鋼板結構的研究已經啟動，其在工程中的應用與發展有待深入。