Предварительно-напряженными конструкциями называют такие металлические конструкции, в которых в процессе изготовления или монтажа (а также при усилении в процессе эксплуатации) создаются усилия, преимущественно противоположные по знаку усилиям от действующих нагрузок, или перераспределяются усилия для повышения несущей способности или жесткости конструкций. Известны различные способы создания предварительного напряжения и регулирования усилий в конструкции, однако наиболее распространенными являются: применение высокопрочных элементов (затяжек) и смещение опор (в статически неопределимых системах).
Предварительное напряжение применяется для снижения массы и стоимости конструкции. При этом неизбежным является некоторое повышение трудоемкости изготовления, связанное с операциями предварительного напряжения и введением в конструкцию более дорогого элемента (затяжки), что выдвигает задачу оптимизации таких конструкций. Данный метод применяется не только в строительстве жилых строений, но и для возведения бань. Более подробно об этом рассказывает Форум о бане, на котором можно почерпнуть много полезной информации.
Вопросам расчета, изучению действительной работы, оптимизации посвящены труды В. М. Вахуркина, Е. И Бе-лени, Ю. А. Гайдарова, Б. А. Сперанского, В. В. Бирюлева и др. Технико-экономическим исследованиям конструкций уделялось меньше внимания. Из работ этого направления следует отметить исследования В. Г. Колесниченко, Н. Б. Шуриной и автора.
В общем случае любая стержневая предварительно-напряженная система является статически неопределимой, при этом она может быть оптимальной только при заданных начальных условиях. Оптимальное состояние конструкции можно охарактеризовать следующими условиями: а) в стадии создания предварительного напряжения наиболее напряженные элементы должны находиться в предельном состоянии (возникающие при этом напряжения противоположны по знаку напряжениям от внешней нагрузки); б) в стадии загружения внешними нагрузками наиболее напряженные элементы (в том числе напрягающий элемент) достигают предельного состояния.
