漫谈预应力坝（一）

             朱诗鳌

1. 什么是预应力

预应力坝就是在其建造过程中采用了预应力的水坝。在介绍预应力坝之前，我们先谈谈什么是预应力。

对某一要工作的构件、工具或建筑物，如果知道它在工作期间可能会因受的拉应力过大而遭到破坏，那么，在它未工作之前，就预先在受拉应力过大的部位借用某种方法施加足够大的压应力；于是，当其工作时，该预先施加的压应力，就可抵销原本要出现的拉应力，避免其遭受破坏，从而达到安全、改善使用性能与经济的效果。这就是“预应力”的概念。

预应力有预压应力和预拉应力之分，上面说的是预压应力。预拉应力的情况恰恰相反，是在可能出现过大压应力的部位预先施加拉应力。

由于预应力现在广泛使用于现代建筑工程中，“预应力”一词也就成了现代科技中的一个特定的工程术语，因而似乎“预应力”概念就是现代科技的产物。实际上，预应力是一个古老的概念，只是在过去没有像现在特称之为预应力罢了。为了简明地说明预应力概念，现就以众人皆知的我国民间传统的木桶和木锯为例介绍如下。

木桶是施加预压应力的典型例子。

木桶的桶壁由若干木块拼成，在桶壁的外周一般套有两道对桶壁箍得很紧的铁箍(或篾箍)，如图1所示。为了铁箍将桶壁箍得很紧，制造木桶时是用锤子沿铁箍周边逐点将铁箍由桶的较小端向较大端方向敲动，如图中竖向力所示（实标操作时，是将木桶倒置，向下敲铁箍）。于是铁箍就挤压木块，木块间就产生了压应力，这就是预压应力，如图中水平力所示。在水桶装水后，由于水压力的作用，就会在各木块间产生拉应力。如果上述的预压应力大于由水压力产生的拉应力，各木块就被压紧了，就不会漏水；否则，木块就会被拉开，出现裂缝而漏水。

         图1  木桶

               竖向力—敲打铁箍的力；  水平力—由铁箍产生的木板间预压应力

木锯是施加预拉应力的典型例子。

    木锯的构造如图2所示。木锯沿着图示箭头方向向下锯木时，木头下方的锯条就受拉，而木头上方的锯条就受压。可是锯条是很单薄的脆性材料，当受压弯曲时就易折断。为了保证锯条工作时不出现压应力，就须预先对锯条施加足够大的拉应力。传统的方法就是在与锯条对称的另一边用短棒将棕绳绞紧，使锯条获得预拉应力，只要这一预拉应力大于锯木时锯条所出现的压应力，锯条就不会折断。整根锯条也就总是处于受拉状态了。

            图2  木锯

                1—   推锯方向； 2—推锯时受拉的锯条段； 3—推锯时受压的锯条段

随着科技与工程材料的进步，古老的预应力概念才得以出现新的应用前景。1888年，德国人W.道伦率先提出在钢筋混凝土结构中用张拉钢筋形成预应力。但限于当时的钢筋强度还不够高，预应力效果不理想。40年过去后，直到1928年，法国人E.费列西涅采用强度为400N/mm²的钢筋后，才使预应力钢筋混凝土结构获得实际上的成功。1950年，英国人K .比利格还提出了“双预应力”概念，即在同一构件中，在受拉区施加预压应力，而在受压区施加预拉应力，从而获得较小的经济断面。

在现代，预应力技术已广泛应用于房屋建筑、桥梁工程、铁道工程、公路工程、隧洞衬砌、管道工程以及水坝工程等，有严格的设计计算方法和施工程序。