Предварительное напряжение предполагает создание в растянутой области конструкции моментов противоположного знака тем моментам, которые появляются при действии эксплуатационной нагрузки. При этом конструкция стремится получить отрицательный прогиб, называемый выгибом.
Рассмотрим способы создания предварительного напряжения конструкций.
Начнем с железобетонных конструкций. Предварительное напряжение в таких конструкциях создается с помощью арматуры, изготовленной из высокопрочной стали. Такая сталь имеет условный предел текучести. Для того, чтобы создать предварительное напряжение, арматуру, расположенную в растянутой части конструкции, натягивают на упоры. Процесс натяжения тщательно контролируется с целью недопущения образования пластических деформаций в арматуре. Далее конструкция бетонируется, после чего, по истечении некоторого количества времени, арматура отпускается с упоров. При отпуске арматуры с упоров ее относительное удлинение полностью исчезает, так как процесс натяжения арматуры относится к упругим деформациям. Когда арматура укорачивается, ее диаметр несколько увеличивается на достаточно малую величину. Но даже этого становится достаточно для обжатия арматурой бетона и включения в работу предварительно напряженной арматуры.
Использование предварительно напряженной арматуры в железобетонных конструкциях позволяет применять сечения с меньшими геометрическими размерами при действии одних и тех же нагрузок. Кроме того, значительно снижается прогиб конструкций, а также повышается трещиностойкость.
Совершенно по-другому создается предварительное напряжение в конструкциях металлических. Упоры привариваются к нижнему поясу напрягаемой конструкции. В упорах проделываются отверстия для размещения металлической затяжки, выполняемой из высокопрочной арматурной стали. На одном из концов затяжки нарезается резьба для навинчивания гайки, а на другом конце затяжка неподвижно фиксируется. По мере завинчивания гайки в нижнем поясе конструкции создается напряжение обратного знака. При этом несущая способность складывается из несущих способностей самой конструкции, а также затяжки.
Создавать предварительное напряжение в металлических конструкциях можно в несколько этапов. На первом этапе можно создать напряжение, равное несущей способности конструкции, а затем нагрузить саму конструкцию. При этом предварительное напряжение будет полностью погашено. На втором этапе можно снова создать напряжение, меняя положение гайки около затяжки. Это напряжение можно также довести до несущей способности материала конструкции. После этого можно снова приложить нагрузку. Таким образом, несущая способность конструкции может быть очень значительно повышена. Однако следует заметить, что возникнут трудности при снятии нагрузки. Это выражается в том, что снимать нагрузку нужно также поэтапно, то есть сначала снимать нагрузку, приложенную на втором этапе загружения, и лишь затем снимать нагрузку от первого этапа загружения. После снятия нагрузки на втором этапе загружения, необходимо убрать предварительное напряжение. В противном случае конструкция попросту разрушится, так как предварительное напряжение, созданное на двух этапах при мгновенном снятии всей нагрузки, превысит несущую способность самой конструкции.
