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预应力混凝土（英文名称：Prestressed Concrete），通过配置预应力筋等方法建立预加压应力的混凝土[1]。为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在构件使用（加载）以前，通过张拉钢筋，预先给混凝土一个预压力，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先受压力。当构件承受由外荷载产生拉力时，预加压力首先抵消受拉区混凝土中的拉力，然后随荷载增加才使混凝土受拉，从而限制了混凝土的伸长，延缓或不使裂缝出现。采用预应力钢筋混凝土，可防止和推迟混凝土裂缝的出现，大幅度提高制品与构件的抗拉能力，提高其抗裂性和耐久性。[1]
1886年，美国工程师P.H.杰克逊最早提出对混凝土施加预压应力的设想，预应力混凝土大量采用是在第二次世界大战之后。中国的预应力混凝土发展始于20世纪50年代[2]。20世纪90年代，从国外引进高强度钢丝和钢绞线生产线后，高强度钢丝和钢绞线也被大量应用到预应力混凝土结构中。[2]
根据预应力施加工艺的不同，预应力混凝土可分为先张法和后张法两种。[3]复杂受力的现代预应力混凝土结构在交通枢纽、体育场馆、会展建筑、工业设施等一批大型公共建筑和工业建筑建设中得到广泛应用。[2] 预应力混凝土可充分利用钢材的抗拉强度，提高混凝土的抗裂能力，节约材料，提高结构的耐久性和防灾性能，是一项具有广阔推广前景的绿色施工技术。[2]
起源
1886年，美国工程师P.H.杰克逊最早提出对混凝土施加预压应力的设想。1928年法国工程师E.弗莱西奈特研究指出，预应力混凝土必须采用高强度钢材和高强度混凝土，这一关键理论的突破使人们对预应力混凝土的认识开始逐步深入，但对预应力混凝土的施工工艺仍未解决。之后十多年时间里，欧洲一些工程师研究了靠高强度钢丝和混凝土的黏结力传递应力的先张法生产工艺以及后张法工艺使用的张拉锚具、千斤顶等设备，为推广预应力混凝土提供了切实可行的施工工艺。预应力混凝土大量采用是在第二次世界大战之后，当时由于钢材紧缺，采用预应力混凝土结构可以更高效、经济地修复和重建被战争破坏的结构。[2]
中国发展
中国的预应力混凝土发展始于20世纪50年代，当时主要采用冷拉钢筋作预应力筋，制作生产预制预应力屋面大梁、屋架、吊车梁等构件以及铁路桥梁，之后逐步扩展到民用建筑、工业建筑和其他几乎所有的土木工程领域。20世纪80年代后，预应力结构已由简单（往往是简支）受力构件发展到复杂（往往是超静定且时空效应显著）受力结构。20世纪90年代，从国外引进高强度钢丝和钢绞线生产线后，高强度钢丝和钢绞线也被大量应用到预应力混凝土结构中。复杂受力的现代预应力混凝土结构在交通枢纽、体育场馆、会展建筑、工业设施等一批大型公共建筑和工业建筑建设中得到广泛应用。[2]
工作原理
为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在构件使用（加载）以前，通过张拉钢筋，预先给混凝土一个预压力，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先受压力。当构件承受由外荷载产生拉力时，预加压力首先抵消受拉区混凝土中的拉力，然后随荷载增加才使混凝土受拉，从而限制了混凝土的伸长，延缓或不使裂缝出现。采用预应力钢筋混凝土，可防止和推迟混凝土裂缝的出现，大幅度提高制品与构件的抗拉能力，提高其抗裂性和耐久性。[1]
按结构构件的裂缝控制等级分
1）全预应力混凝土。对应于一级裂缝控制要求，在全部荷载最不利组合下，混凝土不出现拉应力。
2）有限预应力混凝土。对应于二级裂缝控制要求，在全部荷载最不利组合下，混凝土截面的拉应力不超过其规定的限值。
3）部分预应力混凝土。对应于三级裂缝控制要求，在使用荷载作用下，混凝土截面拉应力没有限制，允许开裂，但最大裂缝宽度不超过规定的限值。当按照预加应力的大小来考虑时，可把有限预应力混凝土归纳到部分预应力混凝土。[4]
按预应力钢筋和混凝土的粘结方式分
1）有粘结预应力混凝土。预应力钢筋在全长上与混凝土结合在一起，产生粘结力。
2）无粘结预应力混凝土。在预应力钢筋表面涂以沥青等防滑、防锈材料，并套上塑料管等材料使之与混凝土隔离，预应力钢筋可自由滑动，不与周围混凝土产生粘结力，常用于后张法。
抗裂性与刚度强
普通钢筋混凝土结构或构件在服役过程中，由于混凝土的抗拉强度和极限拉应变(为0.10x10-3~0.15x10-)都很低，而钢筋达到屈服时的应变大得多(为0.5x10-~1.5x10)，因此在外荷载作用下钢筋混凝土受拉受弯等构件通常是带裂缝工作的，裂缝的存在使构件刚度大为降低。为避免钢筋混凝土结构过早开裂，同时充分利用高强度钢筋，对混凝土施加预压力，由此减小或抵消外荷载作用引起的混凝土拉应力，使混凝土的开裂荷载增大，抗裂性增强,裂缝的减少提高了钢筋混凝土构件的刚度。[5]
高耐久性
在桥梁的整个施工过程中,预应力技术的应用可以有效降低桥梁结构的承载重力，提高桥梁的抗压性能,避免或减少桥梁表面裂缝，从而有效提高结构的耐久性稳定性和可靠性。此外，在道路和桥梁工程中使用预应力技术，可以防止出现不同结构的间接接缝，并显著改善整个项目的美观性、平坦性和安全性。[5]
抗渗性和抗震性
预应力混凝土结构在实际使用中不具有高收缩性能，从而可能在使用阶段出现质量问题。比较预应力混凝土结构与常规混凝土结构，数据显示前者可以避免受到恶劣天气的不利影响，不会出现雨水渗漏问题。同时，预应力混凝土结构具有很强的稳定性和抗渗性，这种特性也为建筑项目提供了很好的质量保证。[5]
波纹管堵塞
在混凝土浇筑施工完成之后，可能会出现波纹管堵塞的现象，这极易导致预应力钢绞线无法穿过，或在张拉预应力时钢绞线的实际伸长值与设计值差距过大，进而影响施工的正常进行。波纹管堵塞通常是由于波纹管在安装时没有按照规范操作，波纹管的定位不准确,导致波纹管弯折或扭曲。另外，在对混凝土进行振捣时，如果振捣操作失误,也有可能导致波纹管破裂，使混凝土渗透到波纹管中导致堵寒。[6]
孔道压浆不饱满
在预应力孔道压浆时，容易出现孔道压浆不饱满的问题，使浆体不能与混凝土结构紧密连接。预应力钢绞线也不能全部被水泥浆包裹，进而会出现锈蚀现象，使桥梁整体结构的稳定性降低。[6]
孔道灌浆不密实
在曲线孔道的上曲部位灌浆后，容易出现较大的空隙。这种现象在大曲率的曲线孔道中比较常见，因为孔道在灌浆之后，其中的水泥浆在重力的作用下，水泥向下沉积，水向上浮，使泌水在曲线孔道的上曲部位积存，当水分蒸发或者被吸收后，就会在曲线孔道上曲部出现空隙。[6]
钢绞线滑丝或断丝
钢绞线滑丝和断丝现象在预应力混凝土施工中也较常见。滑丝是指在预应力张拉后，夹具夹不住钢绞丝或钢丝，使钢绞丝或钢丝滑动；断丝是指张拉钢绞丝或钢丝时，钢绞丝或钢丝被夹片咬断。滑丝、断丝问题出现的原因，可能是夹片的硬度不符合设计要求，也可能是钢绞丝或钢丝的直径不符合要求，导致材料质量不稳定。[6]
曲线孔道坚向位置偏差
在预应力桥梁施工过程中，经常会出现跨中处坐标偏高而支座处坐标偏低的问题，这种问题尤其容易出现在多跨连续预应力桥梁中。[6]
施工工艺
根据预应力施加工艺的不同，预应力混凝土可分为先张法和后张法两种。[3]
先张法
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后，将施加在预应力筋上的拉力逐渐释放，利用预应力筋与混凝土之间的黏结力对混凝土施加预压应力。[3]
后张法
在构件混凝土强度达到设计值后，利用预设在混凝土构件内的孔道穿入预应力筋，以混凝土构件本身为支撑张拉预应力筋，然后用特质锚具将预应力筋锚固形成永久预应力，最后在预应力筋孔道内压注水泥砂浆使预应力筋和混凝土黏结形成整体。[3]
应用领域
复杂受力的现代预应力混凝土结构在交通枢纽、体育场馆、会展建筑、工业设施等一批大型公共建筑和工业建筑建设中得到广泛应用。[2] 2004年，上海铁路南站主站房外径270米的圆环形框架平台，采用交错布筋、分段张拉施工路径，成功实现了848米超长圆环形双向预应力平台的无缝化施工。2010年，上海东方体育中心训练馆41米跨度预应力型钢混凝土框架，考虑施工路径和空间效应影响，采用设置后浇带施工工艺，解决了水平和竖向约束大、有效预应力建立难度大的难题。2013年，单体面积147万米2的上海国家会展中心探索应用了基于物联网测控一体的预应力张拉工艺，提高了预应力施工的工效和张拉精度。[2]
发展趋势
预应力混凝土可充分利用钢材的抗拉强度，提高混凝土的抗裂能力，节约材料，提高结构的耐久性和防灾性能，是一项具有广阔推广前景的绿色施工技术。随着中国产业政策的发展，高性能混凝土、高性能预应力筋、预灌浆、数控张拉等预应力材料和施工技术必将会得到快速发展和广泛应用。[2]