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(补充)预应力混凝土习题及答案

第10章 预应力混凝土构件

一、填空题

1.予加应力的方法主要有两种: 先张法 和 后张法 。两法均利用张拉钢筋的回缩、施压于砼,其预应力的传递前者靠 粘结力 ,后者靠 锚具 来实现。

2.目前国内常用的锚具有下几种 螺丝端杆锚具 、 JM-12锚具 、 锥形锚具 、 镦头锚具 、

后张自锚锚具 、 QM 型锚具 等。

3.预应力钢筋性能需满足下列要求 高强度 、 具有一定的塑性 、 良好的加工性能 、 与砼有较好的粘结强度 。

4.预应力钢筋可分为 钢筋 、 钢丝 、 钢绞线 三大类。

5.预应力砼构件对砼的性能要求是 强度高 、 收缩徐变小 、 快硬早强 。

6.预应力损失有以下几种: (1)1

l σ

锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 (2)2l σ 预应力钢筋与孔道之间摩擦引起的损失 (3)

3l σ 温差损失 (4)4l σ 钢筋应力松驰引起的损失 (5)5l σ 砼收缩、徐变引起的损失

7.预应力砼构件的裂缝控制等级分为 三 级

二、选择题

1.预应力构件中的摩擦损失值,采用两端张拉比一端张拉时 b

a.大;

b.小;

c.相等; 2.预应力总损失l σ对先张法应不小于 c

a.50N/mm 2

; b.80N/mm 2

; c.100N/mm 2

; d.120N/mm 2

。 3.预应力总损失对后张法应不小于 b

a.50N/mm 2

; b.80N/mm 2

; c.100N/mm 2

; d.120N/mm 2

4.对于砼徐变、收缩引起的预应力损失15σ,先张法比后张 a (在相同条件下)

a.高;

b.低;

c.相等;

d.不一定

三、判断题

1.先张法适用于大型构件 ( × )

2.预应力砼提高了构件的抗裂能力 ( √ )

3.预应力砼构件若按规范抗裂验算,满足不开裂要求,则不需进行承载能力验算

( × )

4.裂缝控制等级为二级构件为严格要求不出现裂缝 ( × )

5.预应力砼和钢筋砼相比,不但提高了正截面的抗裂度,而且也提高了正截面承载力

( × )

四、问答题

1.预应力混凝土构件其正截面裂缝控制等级分为几级?各级的要求是什么? 答:预应力砼构件的裂缝控制等级分为三级。

(1)一级——严格要求不出现裂缝的构件,要求在荷载效应的标准组合下不得出现拉应力,即

0≤-pc

ck σ

σ。

(2)二级——一般要求不出现裂缝的构件,要求在荷载效应的标准组合下可以出现拉应力,但不得超过砼的抗拉强度标准值tk f ,在荷载的淮永久组合下,不得出现拉应力,即tk pc

ck f ≤-σ

σ,≤-pc

cq σ

σ 。

(3)三级——使用阶段允许出现裂缝的构件,应验算裂缝宽度,按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的构件最大裂缝宽度不超过裂缝宽度限值,即lim max w w ≤。

2.既然钢筋与砼的温度线膨胀系数相等(近)为什么还会产生温差损失13σ,计算13σ时t ?具体指的是什么温差?

答:为了缩短先张法构件的生产周期,砼常采用节蒸汽养护来加速其硬化。升温时,新浇砼尚未结更,钢筋受热自由膨胀,但两端的台座是固定不动的,距离保持不变,因此产生预应力损失3l σ,降温时,砼已结硬。并与钢筋结成整体一起回缩,加之两者具有相同的温度膨胀系数,故两者回缩相同,所损失的3l σ无法恢复。

计算3l σ时,△t 指当砼加热养护时,预应力钢筋与承受拉力的台座之间的温差(0

C )。 3.减小锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失11σ的措施有哪些?

答:减少锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失1

l σ

的措施有:(1)选择锚具变形小或使预应力钢筋内缩

小的锚、夹具,尽量少用垫板,因为每增加一块垫板,张拉端锚具变形和钢筋内缩值a 就增加1mm ;(2)增加

台座长度,因为1l σ与台座长度l 成反比(s l E l

a

.1=σ)

4.减小摩擦损失12σ的措施有哪些?

答:减少摩擦损失2l σ的措施有:

(1)对较长的构件可在两端进行张拉,则计算孔道长度可减少一半,但将引起1

l σ

的增加。

(2)采用超张拉,张拉程序为:0→1.1con σ???→?分钟

停20.85con con σσ???→?分钟

停2,它比一次张拉的应

力分布均匀,预应力损失小。

5.减小砼收缩,徐变引起的预应力损失15σ有哪些?

答:减少砼收缩,徐变引起的预应力损失5l σ的措施有:

(1)采用高标号水泥,减少水泥用量,减少水灰比、采用干硬性砼。 (2)采用级配好的骨料,加强振捣,提高砼的密实性。 (3)加强养护,以减少砼收缩。 五、概念题(答案见后面) (一)填空题

1.先张法构件的预应力总损失至少应取 ,后强法构件的预应力总损失至少应取 。

2.预应力混凝土中,混凝土的强度等级一般不宜低于 ,当采用高强钢丝、钢绞线时,强度等级一般不宜低于 。

3.已知各项预应力损失:锚肯损失11σ;管道摩擦损失12σ;温差损失13σ;钢筋松驰损失14σ;混凝土收缩和徐变损失15σ;螺旋式钢筋对混凝土的挤压损失16σ。先张法混凝土预压前(第一批)损失为 ;混凝土预压后(第二批)损失为 ;预应力总损失为 。后张法混凝土预压前(第一批)损失为 ;混凝土预压后(第二批)损失为 ;预应力总损失为 。

4.施回预应力时混凝土立方体强度应经计算确定,但不低于设计强度的 。

5.影响混凝土局压强度的主要因素是 ; ; 。

6.先张法预应力混凝土轴心受拉构件,当加荷至混凝土即将出现裂缝时,预应力钢筋的应力是 。

7.预应力混凝土轴心受拉构件(对一般要求不出现裂缝的构件)进行抗裂验算时,对荷载效应的超标准组合下应符合 ,在荷载效应的准永久组合下,宜符合 。

8.预应力混凝土轴心受拉构件(对于严格要求不出现裂缝的构件)进行抗裂验算时,对荷载效应的标准组合下应符合 。

9.为了保证在张拉(或放松)预应力钢筋时,混凝土不被压碎,混凝土的预压应力cc σ应符合 。其中先张法的cc σ应为 ,后张法的cc σ应为 。

10.轴心受拉构件施工阶段的验算包括 、 两个方面的验算。

11.在进行预应力混凝土受弯构件斜截面抗裂给算时,对严格要求不出现裂缝的构件奕符合 、 。对一般要求不出现裂缝的构件应符合 、 。 12.施加预应力的方法有 、 。

13.全预应力是指 。部分预应力是指 。 14.有粘结预应力是指 。无粘结预应力是指 。 15.张拉控制应力是指 。

16.先张法轴心受拉构件完成第一批损失时,混凝土的预压应力为 ,完成第二批损失时,混凝土的预压应力为 。

17.后张法轴心受拉构件完成第一批损失时,混凝土的预压应力为 ,完成第二批损失时,混凝土的预压应力为 。

18.先张法轴心受拉构件在使用阶段,当加荷到预压应力被抵消时,构件承担外荷载产生的轴向拉力为 ;继续加荷至混凝土即将开裂,相应的轴向拉力为 ;当加荷至构件破坏时,相应的轴向拉力为 。

19.后张法轴心受拉构件在使用阶段,当加荷到预压应力被抵消时,构件承担外荷载产生的轴向拉力为 ;继续加荷至混凝土即将开裂,相应的轴向拉力为 ;当加荷至构件破坏时,相应的轴向拉力为 。

20.预应力混凝土轴心受拉构件使用阶段正载面承载能力的计算公式为 ;其荷载效应及材料强度均采用 。

21.预应力混凝土轴心受拉构件,对严格要求不出现裂缝的构件,应满足 ;对一般要求不出现裂缝的构件,应满足 和 ;对允许出现裂缝的构件,应满足 。

22.先张法预应力混凝土受弯构件,第一批损失完成后,受拉区预应力的钢筋应力为 ;第二批损失完成后,当分别加荷至受拉区和受压区预应力钢筋各自合力点处混凝土法向应力等于零时,受拉区预应力钢筋的应力为 ,受压区预应力钢筋的应力为 。

23.后张法预应力混凝土受弯构件,第一批损失完成后,受拉区预应力的钢筋应力为 ;第二批损失完成后,当分别加荷至受拉区和受压区预应力钢筋各自合力点处混凝土法向应力等于零时,受拉区预应力钢筋的应力为 ,受压区预应力钢筋的应力为 。

24.预应力混凝土受弯构件由预加力产生的混凝土法向应力,先张法构件pc

σ为 ;后张法构件pc

σ

为 。

25.先张法构件是依靠 传递预应力的,后张法构件是依靠 传递预应力的。

(二)选择题(答案见后面)

1、其他条件相同时,预应力混凝土构件的延性通常比普通混凝土构件的延性( )

a.相同;

b.大些;

c.小些;

d.大很多。 2、预应力混凝土与普通混凝土相比,提高了( )

a.正截面承载能力;

b.抗裂性能;

c.延性。 3、全预应力混凝土在使用荷载作用下,构件截面混凝土( )

a.不出现拉应力;

b.允许出现拉应力;

c.小些;

d.大很多。 4、部分预应力混凝土在使用荷载作用下,构件截面混凝土( )

a.不出现拉应力;

b.允许两面拉应力;

c.不出现压应力;

d.允许出现压应力。 5、预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于( )

a.C25;

b.C30;

c.C40;

d.C45。

6、预应力混凝土构件,当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋做预应力钢筋时,混凝土强度等级不宜低于( )

a.C25;

b.C30;

c.C40;

d.C45。

7、《规范》规定预应力钢筋的张拉控制应力值不宜超过规定的张拉控制应力限值,且不应小于( )

a.0.3ptk f ;

b.0.4ptk f ;

c.0.5ptk f ;

d.0.6ptk f 。 8、先张法预应力混凝土构件,在混凝土预压前(第一批)的损失为( )

a.141311σσσ++;

b.131211σσσ++;

c.1211σσ+;

d.14131211σσσω+++。 9、后张法预应力混凝土构件,在混凝土预压前(第一批)的损失为( )

a. 14131211σσσω+++;

b.131211σσσ++;

c.1211σσ+;

d. 141311σσσ++。 10、先张法预应力混凝土构件,在混凝土预压后(第二批)的损失为( )

a.161514σσσ++;

b.151413σσσ++;

c.15σ;

d.1514?σ+。 11、后张法预应力混凝土构件,在混凝土预压后(第二批)的损失为( )

a.161514σσσ++;

b.151413σσσ++;

c.15σ;

d.1514?σ+。 12、先张法预应力混凝土构件求得的预应力总损失值不应小于( )

a.80N/mm 2;

b. 100N/mm 2;

c. 90N/mm 2;

d. 110N/mm 2。 13、后张法预应力混凝土构件求得的预应力总损失值不应小于( )

a.80N/mm 2;

b. 100N/mm 2;

c. 90N/mm 2;

d. 110N/mm 2。 14、先张法预应力混凝土构件完成第一批损失时,预应力钢筋的应力值pc

σ

为( )

a.I pc

I con σ

ασσE --1; b.I con 1σσ-; c. I pc

I con σασσE --1; d. I con 1σσ-。

15、后张法预应力混凝土构件完成第一批损失时,预应力钢筋的应力值pc

σ

为( )

a.I pc

I con σ

ασσE --1; b.I con 1σσ-; c. I pc

I con σ

ασσE --1; d. I con 1σσ-。

16、先张法预应力混凝土构件完成第二批损失时,预应力钢筋的应力值pc

σ为( )

a.1σσ-con ;

b.II con 1σσ-;

c.pcII

con σασσE --1; d.12σσ-con 。

17、后张法预应力混凝土构件完成第二批损失时,预应力钢筋的应力值pc

σ

为( )

a.1σσ-con ;

b.II con 1σσ-;

c.pcII

con σ

ασσE --1; d.12σσ-con 。

18、先张法预应力混凝土构件完成第一批损失时,混凝土的预压应力值I pc

σ

为( )

a.011/)(A A P con σσ-;

b.n p con A A --)(11σσ;

c. 011/)(A A P con σσ-;

d. n p con A A --)(11σσ。

19、后先张法预应力混凝土构件完成第一批损失时,混凝土的预压应力值I pc

σ

为( )

a.011/)(A A P con σσ-;

b.n p con A A --)(11σσ;

c. 011/)(A A P con σσ-;

d. n p con A A --)(11σσ。

20、先张法预应力混凝土构件完成第二批损失时,混凝土的预压应力值II co σ为( )

a.0

151)(A A A s

p con

σσσ

--; b.

n p

con

A A )(1σσ

-;

c.

1)(A A II p con σσ-; d.

1)(A A p con

σσ

-。

21、后张法预应力混凝土构件完成第二批损失时,混凝土的预压应力值II co σ为( )

a. 0

1)(A A p

con

σσ

-; b.

n

p

con A A II )(1σσ-;

c.

n

s

p con

A A A 151)(σσσ

--; d.

n

p con

A A )(1σσ

-。

22、预应力混凝土轴心受拉构件,加荷至混凝土预压应力被抵消时,此时外荷载产生的轴向拉力N 0为( )

a.0A pcII

σ

; b.0A pcI

σ

; c.n pcII

A σ

; d.n pcI

A σ

23、预应力混凝土轴心受拉构件,加荷至混凝土即将开裂,此时外荷载产生的轴向拉力N cr 为( )

a.n tk pcII

A f )(+σ

; b.0)(A f tk pcII

; c.n tk pcI

A f )(+σ

; d. 0)(A f tk pcII

24、预应力混凝土受弯构件斜截面的承载能力与变通混凝土受弯构件相比是( )

a.提高了;

b.相同;

c.降低了。 (三)判断题(答案见后面)

1、预应力混凝土与同条件普通混凝土相比,不但提高了构件的抗裂度,而且提高了正截面的强度。 ( )

2、先张法是在浇灌混凝土之前张拉预应力钢筋。 ( )

3、后张法是在浇灌混凝土并结硬后张拉预应力钢筋。 ( )

4、部分预应力是在使用荷载作用下截面混凝土不允许出现拉应力。 ( )

5、全预应力是在使用荷载作用下允许两面拉应力和开裂,其分为两类:一关指在使用荷载作用下,构件预压混凝土正截面的拉应力不超过规定的允许值;另一类指在使用荷载作用下,构件预压混凝土

正截面的拉应力不超过规定的限值;但当裂缝出现时其宽度不超过允许值。 ( )

6、无粘结预应力是指预应力钢筋伸缩、滑动自由,不与周围混凝土沾结的预应力。 ( )

7、对锚肯的要求是安全可靠、使用有效、节约钢材及制作简单。 ( ) 8、低强度的钢筋也可以用于预应力混凝土中。 ( )

9、规范规定预应力结构中的混凝土强度等级不应低于C40。 ( ) 10、张拉控制应力con σ越高越好。 ( ) 11、张拉控制应力con σ只与张拉方法有关系。 ( ) 12、采用两端张拉、超张拉可以减少预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失。

( )

13、钢筋应力松弛是指钢筋受力后在长度不变的条件下,钢筋应力随时间的增长而降低的现象。 ( )

14、先张法构件计算的预应力总损失不小于80N/mm 2,后张法构件计算的预应力总损失不小于100N/mm 2。 ( )

15、无粘结预应力混凝土结构一般是指采用无粘结预应力钢筋按后张法制作的预应力混凝土结构。 ( )

16、完成第一批损失时,先张法预应力钢筋的应力为pcI

I con σασσE --1,后张法预应力钢筋的应力

为I con 1σσ-。 ( ) 17、完成第一批损失时,先张法混凝土的预压应力为

n

p

I con A A )(1σσ-,后张法混凝土的预压应力为

1)(A A p

I con σσ-。 ( )

18、施加预应力可以提高轴心受拉构件的承载力。 ( )

19、为了保证预应力混凝土轴心受拉构件的可靠性,除要进行构件使用阶段的承载力计算和裂缝控制

验算外,还应进行施工阶段的承载力验算,以及后张法构件端部混凝土的局压验算。 ( )

20、为了保证预应力混凝土轴心受拉构件在施工阶段混凝土示被压坏,混凝土的法向压应力

/

8.0ck cc f ≤σ ( )

21、后张法构件端部发生局部破坏时混凝土的强度值大于单轴受压时的混凝土强度值,增大的幅度与局压面积周围混凝土面积的大小有关。 ( )

22、预应力受弯构件的正截面承载力计算公式的适用条件与普通钢筋混凝土受弯构件是一样的。 ( )

23、预应力受弯构件的斜截面承载力与同条件普通混凝土受弯构件的斜截面承载力一样。 ( )

24、预应力受弯构件的斜截面承载力比同条件普通混凝土受弯构件的斜截面承载力提高了0.05N P0。 ( )

25、预应力受弯构件裂缝控制验算只需进行正截面裂缝控制验算。 ( )

26、与普通混凝土受弯构件不同,预应力混凝土受弯构件的挠度由两部分组成:第一部分是外荷载产

生的向下挠度;另一部分是预应力产生的向上变形(反)。 ( )

27、预应力受弯构件在进行施工验算时,不仅必须控制外边缘混凝土的压应力,而且还必须控制预拉区外边缘混凝土的拉应力。 ( )

28、/

2s a ≥X 是为了保证破坏时预应力受压钢筋达到屈服。 ( )

(四)问答题(答案见后面)

1、什么是预应力混凝土?为什么说普通钢筋混凝土结构中无法利用高强度材料,较难建造起大跨度结构?预应力混凝土结构又怎样?

2、预应力混凝土结构的主要优缺点是什么?

3、“预应力混凝土结构是一种预先检验过的结构”这种说法对吗?

4、对混凝土构件施加预应力的方法有哪些?

5、什么是先张法和后张法预应力混凝土?它们的主要区别是什么?

6、预应力混凝土中的钢材和混凝土的性能分别有哪些要求?为什么?

7、预应力混凝土与普通混凝土之间的主要异同点是什么?

8、为什么预应力混凝土结构中要用较高强度等级的混凝土?

9、什么是张拉控制应力?为什么要规定张拉控制应力的上限值?它与哪些因素有关?张拉控制应力是否有下限值?

10、为什么先张法的张拉控制应力的允许值比后张法规定的高些?

11、预应力混凝土结构中的预应力损失包括哪些项目?如何分批?每一秕损失在计算中是如何应用的?

12、影响收缩和徐变预应力损失的主要因素有哪些?计算这项损失时的混凝土预应力是指哪一位置处的值?

13、什么是钢材的应力松驰?松弛损失与哪些因素有关?为什么超张拉(短时间的)可减小松驰损失?

14、换算截面A0和净截面A0的意义是什么?为什么计算施工阶段的混凝土应力时,先张法构件用A0,后张法构件用净截面A n?而计算外荷载引起的截面应力时,为什么先张法和后张法构件都用A0?15、如果先张法和后张法两种构件的张拉控制应力和预应力损失一样,当加荷至预压应力0

σ时,

=

pc

先张法和后张法两种构件的预应力钢筋的预应力钢筋应力

σ是否相同?为什么?

p

16、施加预应力对轴心受拉构件的承载力有何影响?为什么?

17、在受弯构件截面受压区配置预预应力筋对正截面抗弯强度有何影响?

18、预应力混凝土受弯构件斜截面抗剪强度计算是否与普通钢筋混凝土受弯构件相同?

19、轴向力和预应力对构件的斜截面抗剪强度的什么影响到?

20、预应力曲线(弯起)钢筋的作用是什么?

21、计算使用阶段预应力混凝土受弯构件由预应力引起的反拱和因外载产生的挠度时,是否采用同样的截面刚度?

22、预应力混凝土构件在抗裂计算中,为什么要考虑非预应力钢筋的影响?

23、为什么要对预应力混凝土构件进行施工阶段的抗裂度和强度验算?怎样对预应力混凝土受弯构件作施工阶段验算?

24、什么是部分预应力混凝土?它的优越性是什么?

25、预应力混凝土结构中,非预应力钢筋对预应力损失及抗裂性是有利还是不利?

26、什么是预应力钢筋的预应力传递长度?传递长度内的抗裂能力与其他部位有何不同?何时考虑其影响?

27、不同的裂缝控制等级,其预应力混凝土受弯构件的正截面、斜截面抗裂缝验算应满足什么要求?

二、计算题

后张法18m 预应力混凝土屋架下弦杆。

设计条件:

(1)混凝土截面为250mm ×160mm ,孔道2φ55如图1-9-1所示; (2)材料选用

混凝土:C40(2422/1025.3,/39.2,/1.19mm N mm N f mm N f c tk c ?=E ==); 预应力钢筋:采用1×7标准型,φS 15.2的钢绞线

(2522/1095.1,/1320,/1860mm N mm N f mm N f s py ptk ?=E ==);

非预应力钢筋:采用HRB335的钢筋

(2522/100.2,/300,/335mm N mm N f mm N f s y yk ?=E ==);并按构造配置了4Φ12(A S =452mm 2);

(3)杆件内力

永久荷载标准值产生的轴向拉力N GK =320kN ,可变荷载标准值产生的轴向拉力N QK =95 kN ,可变荷载的组合值系数7.0=ψc 可变荷载的准永久值系数5.0=ψq 。

(4)张拉时混凝土强度 f /cu =40N/mm 2,f /ck =26.8N/mm 2。 (5)张拉控制应力。 2

/1395186075.075.0mm N f

ptk

con =?==σ。

(6)张拉工艺

后张法一端张拉,采用OVM 锚具(直径120mm ),孔道为预埋金属波纹管成型,则K=0.0015m -1,

25.0=μ。

(7)抗裂要求

为一般要求不出现裂缝的构件。

设计要求:正截面受拉承载力确定预应力钢筋的数量,并进行裂缝控制验算、施工阶段混凝土压应力验算以及端部锚具下混凝土局压承载力验算。

答案

一、概念题 (一)填空题 1、100N/mm 2;80 N/mm 2 2、C30;C40

3、141311σσσ++;15σ;1211σσ+;161514σσσ++

4、75%

5混凝土强度等级;局压面积A 1;局部受压的计算底面积A 0 6、tk con

pcr

f E +-=ασσ

σ

1

7、tk pcII ck f ≤-σσ;0≤-pcII

cq

σ

σ

8、0≤-pcII

ck σ

σ

9、ck

cc f /

8.0≤σ;)(1I con cc σσσ-=0/A A p ;n p con cc A A /σσ?=

10、张拉(或放松)预应力钢筋时,构件承载能力验算;构件病部锚固区局部受压承载能力的

验算

11、ck cp tk tp ck cp tk tp f f f f 6.0;95.0;6.0;85.0≤≤≤≤σσσσ 12、先张法;后张法

13、在使用荷载作用下,构件截面混凝土不出现拉应力,即为全截面受压。在使用荷载作用下,构件截面混凝土允许两面拉应力或开裂,即为截面只有部分受压。

14、预应力筋全长其周围均与混凝土粘结,即为截面只有部分受压。

15、张位预应力钢筋时,张拉设备上测力仪表所示的必须达到的总张拉力除以预应力钢筋混凝土截面面积得出的拉应力值,用con

σ

表示。

16、01)(A A p I con pcI σσσ-=;0151)(A A A s p con pcII σσσσ--= 17、n

p

I con

pcI

A A )(1σσσ

-=

;n

s

p con

pcII

A A A 151)(σσσσ

--=

18、00

A N pcII σ=;0)(A f N tk pcII cr +=σ

;s y p py u

A f A f N +=

19、00A N pcII

σ=;0)(A f N tk pcII

cr +=σ;s y p py u A f A f N +=

20、s y p py u A f A f N N +=≤

21、0≤-pc ck σσ;tk pc ck f ≤-σσ;0≤-pc

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1

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ασσσE +-=

24、o o po po o po pc

y I e N A N ±=σ

;n n

n n pn p n p pc y I M y I e N A N 2±±=σ 25、预应力钢筋与混凝土之间的粘结力;其两端锚具锚住预应力钢筋 (二)选择题

1、[c]

2、[b]

3、[a]

4、[b]

5、[b]

6、[c]

7、[b]

8、[a]

9、[c] 10、[c] 11、[a] 12、[b] 13、[a] 14、[a] 15、[b] 16、[c] 17、[a] 18、[a] 19、[b] 20、[a] 21、[c] 22、[a] 23、[b] 24、[a] (三)判断题

1、[×]

2、[√]

3、[√]

4、[×]

5、[×]

6、[√]

7、[√]

8、[×]

9、[×] 10、[×] 11、[×] 12、[√] 13、[√] 14、[×] 15、[√] 16、[√] 17、[×] 18、[×] 19、[√] 20、[√] 21、[√] 22、[√] 23、[×] 24、[√] 25、[×] 26、[√] 27、[√] 28、[×]

(四)问答题

1、答:预应力混凝土是在在混凝土结构构件承受外荷载作用之前,预先对由外力产生拉应力部分的混凝土施加压力,造成一种预先的应力状态,使所产生的预压应力以抵消外荷载所引起的大部分或全部拉应力,从而使结构构件在使用时的拉应力不大,甚至仍为压应力。这样,结构构件在外荷载作用下,裂缝不致发生,即使发生,裂缝开展宽度也不致过大。这就是预应力混凝土结构。

普通钢筋混凝土结构不可能性充分利用高强度材料,其原因在于:一方面,提高混凝土强度等级对于提

高其极限拉应变的作用很小;另一方面,在使用荷载下钢筋应力大致是其设计强度的60%左右,相应拉应变已大大超过混凝土的极限拉应变。譬如,即使是强度不高的I、II级钢筋,使用阶段的应力约50~200N/mm2时,混凝土就已产生宽度为0.1~0.3mm的裂缝。因此,如果采用高强度钢筋,使用阶段的应力可达500~1000N/mm2,裂缝开展宽度将很大,根本不能符合使用要求。所以在普通钢筋混凝土结构中无法利用高强度材料。另外,由于裂缝的出现和开展,大大降低了构件的截面刚度,增大了结构、构件的变形,因此,用普通钢筋混凝土建造大跨度、大开间结构时,为了满足变形要求,必将导致结构的截面尺寸过大,因而自得过大,所以不经济,甚至无法建造。

当采用预应力混凝土时,可以采用高强度钢筋及混凝土不存在裂缝过大的问题,而且一般来说预应力钢筋强度越高,则预应力效果越好。关于构件刚度问题,一方面,由于不出现裂缝或者裂缝宽度较小,所以它比相应的普通钢筋混凝土的截面刚度要大,变形要小;另一方面,预应力使构件或结构产生的变形与外荷载产生的变形是相反的(习称“反拱”),因而,前者可以抵消后者一部分变形,使之容易满足结构对变形的要求。所以,预应力混凝土适宜于建造大跨度结构。

2、答:(1)预应力混凝土结构具有下列优点:

1)不会过早地出现裂缝,抗裂性高,甚至可保证使用荷载下不出现裂缝,从根本上解决了裂缝问题。

2)合理有效地利用高强度钢材和混凝土,从而大大节约钢材、减松结构自重。它比钢筋混凝土结构一般可节约钢材30%~50%,减轻结构自重达30%左右,特别在大跨度承重结构中更为经济。

3)由于混凝土不开裂或较迟开裂,故结构的刚度大,在预中应力时又产生反拱,因而结构的总变形较小。

4)扩大了钢筋混凝土结构的应用范围。由于强度高、截面小、自重轻,能建造大跨度承重结构或桥梁;由于抗裂性高,可建造水工结构、储水结构和其他不渗漏结构,如压力容器及原子能电站的安全壳等;此外,抗裂性高对于处在侵蚀性环境中的结构也是一大优点。

5)由于使用荷载下不裂或裂缝处于闭合状态,提高了结构的耐久性。

6)疲劳性能好。因为结构构预先存在应力状态,减小了重复荷载下钢筋应力的变化幅度,所以可提高结构承受重复荷载的能力。

7)预加应力还可作为结构的一种拼装手段和加固措施。

由于预应力混凝土结构具有上述一系列优点,所以它的应用范围极广,已成为土建结构工程中应用很广的一种结构材料。

(2)预应力混凝土结构的主要缺点:

1)设计计算较复杂。

2)施工工艺较复杂,所要求的材料、设备和技术水平等都比较高。

3)预应力混凝土结构的单方面造价也比较高。

与普通钢筋混凝土结构相比,预应力混凝土结构的延性一般要差一些。

3、答:这种说法对于用张拉钢筋的办法来施加预应力的预应力混凝土结构是对的。因为在预加应力期间,钢筋和混凝土都承受了很高的应力,而在使用阶段的应力往往不会再高多少。所以如果该结构能在预加应力阶段表现出良好性能的话,那么有把握认为它在使用荷载阶段也将具有良好的结构性能。从这个意义上讲,可称预应力混凝土结构是一种事先经过检验的结构。

4、答:对混凝土结构构件施加预应力的方法有两大类:一类是用张拉钢筋的方法;另一类是不用张拉钢

采用张拉钢筋的方法对混凝土施加预应力是建筑构件最常用的方法。根据浇灌混凝土和张拉钢筋的先后不同,又分为先张法和后张法。先张法是在浇灌土之前张拉预应力钢筋,可采用台座长线张拉或钢模短线张拉。后张法是在浇灌混凝土并结硬之后以混凝土构件作为台座张拉预应力钢筋。后张法又可做成有粘结的和无粘结的预应力构件。张拉钢筋的方法有机械张拉和电热张拉。

不用张拉钢筋的方法是直接利用千斤顶或扁顶对混凝土结构构件施加预应力的。这种施力过程可以使混凝土受到预压力,而无需任何钢筋之类的材料。

5、答:顾名思义,先张法是浇捣混凝土之前在台座上张拉预应力钢筋,而后张法是要获得足够强度的混凝土结构构件上张拉预应力钢筋。可见,两者不仅在张拉钢筋的先后程序上不同,而且张拉的台座也不一样,后者是把构件本身作为台座的。

在先张法中,首先将预应力钢筋张拉到需要的程度,并临时锚固于台座上,然后浇灌混凝土,待混凝土达到一定的强度之后(约为混凝土设计强度的70%~100%),放松预应力钢筋。这时形成的钢筋和混凝土之间的粘结约束着钢筋的回缩,因而,混凝土得到了预应力。所以先张法预应力混凝土构件中混凝土的预应力是靠钢筋与混凝土与混凝土之间的粘结力的传递而获得的。

通常,制作先张法预应力混凝土构件都需要台座、千斤顶、传力横梁和夹具等设备。台座大多是固定的,有时也可临时组装起来使用。大型屋面板等构件,为加快生产速度,常采用蒸汽养护等措施,采用钢模施工,它是在钢模上直接张拉锚固,因而它不用台座。

在后张法中,首先浇捣混凝土构件,同时在构件中预留孔道,在混凝土到达规定的设计强度之后,通过孔道穿入要张拉的预应力钢筋,然后利用构件本身作台座张拉钢筋。在张拉的同时,混凝土受到压缩。张拉完毕后,构件两端都用锚具锚固住预应力筋,最后向孔道内压力灌浆。所以,在后张法中主要是靠锚具来保持预应力的。

后张法不需要台座,但需要有可靠的锚具、千斤顶和张拉油泵等设备。

先张法构件中钢筋与混凝土之间都是有粘结的,而后张法可分为有粘结和无粘结两种情况。

先张法和后张法的主要区别在于施工工艺不同。在先张法和后张法中,预应力损失也不一样,如果采用同等的张拉控制应,则后张法建立的预压应力要高一些。另外,后张法用于超静定结构中,会因为张拉预应力钢筋产生结构中的次应力。

6、答:

(1)对预应力钢材的性能要求:

1)高强度、低松驰。因为结构中预应力的大小取决于钢筋的张拉应力,同时,结构构件制作及使用过程中将出现各种预应力损失(有时损失总值可达200N/mm2以上),因此,必须采用高强度的钢材。顺便于工作提及,预应力的一些先驱者,起初由于采用强度不高的软钢,加上没有充分认识到因混凝土收缩、徐变和钢材松驰等而发生的预应力损失,以致加于结构构件上的初始预应力的的很大部分被随后发生的损失所抵消了。结果,想建立起一项恒定的预压应力的努力,都失败了。

2)具有一定的塑性。即要求拉断时有一定的延伸率。尤其在低温和受冲击条件及抗震的结构,更应注意钢材的塑隆要求,否则,可能产生脆性破坏。

3)有良好的可焊接和可镦性。因为结构中的钢筋常常需要对焊接长使用也常需要经过镦粗(冷镦或热镦)

4)先张法预应力混凝土结构构件要求钢筋(或钢丝)与混凝土之间有良好的粘结性能。因为它们是靠钢筋的混凝土之宰的握裹力来传递预应力的。因此,高强度光面钢丝常常需要事先作“刻痕”或“压波”处理。

(2)对混凝土的性能要求是:

1)高强度。高强度混凝土能减小结构构件截面和自重。

2)较高的弹性模量和较小和徐变、收缩变形,以减少预应力损失。累而,要求混凝土是低水灰比的。

3)快硬、早强。快硬、早强的混凝土可尽早施加预应力,加快施工速度。

4)轻质。轻质混凝土能减轻结构自重。

因此,预应力混凝土结构中的混凝土强度等级不应低于C30;当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时,混凝土强度等级不低于C40。

选择预应力混凝土的混凝土强度等级时,应综合考虑构件跨度、使用条件、施工方法及钢筋类型等因素。

7、答:

(1)因为预应力钢筋传给混凝土较高的预压应力,所以用于预应力混凝土结构中的混凝土强度等级必须比钢筋混凝土结构中的高;同时,为了克服预期的预应力损失,产生较高的预应力效果,钢筋的预加应力需要到达相当高的程度,因此,用于钢筋混凝土中的软钢或中等强度的钢筋将不适合于预加应力,用于预应力混凝土中的钢筋最好是高强钢筋、高强钢丝和钢绞线。

(2)预应力程度较高的预应力混凝土结构,在使用荷载作用下通常是不开裂的结构即使在偶然超载时有裂缝出现,但是只要卸去一部分荷载,裂缝就会闭合。因而,它的性能接近匀质弹性材料。而钢筋混凝土结构在使用荷载下的性能基本上是非线性的。

(3)预应力混凝土结构由于裂缝出现很迟或较迟,因而它的刚度较大;同时,预加应力会使结构产生反拱,因而它的挠度较小。而钢筋混凝土结构中的裂缝出现早,刚度降低多,所以,挠度较大。

(4)在预应力混凝土和钢筋混凝土结构的使用阶段,在如何抵抗外荷载方面也有重要的差别。在出现裂缝的钢筋混凝土梁中,随着外荷载的增加,钢筋应力增长,而内力臂的变化较小,即抵抗弯矩的增大主要靠钢筋应力的增长。在预应力混凝土梁中则不同,随外载的增加,受拉的预应力混凝土与受压的混凝土之间的内力臂明显增大,而预应力钢筋的应力增长速度却相对较小,因为外载作用前已有较高的预拉应力。因而,预应力混凝土梁在使用荷载下即使出现裂缝,其裂缝开展宽度也较小。

(5)一旦预应力被克服之后,预应力混凝土和钢筋混凝土之间没有本质的不同。因而,无论是拉杆的强度,或是梁的抗弯能力,预应力混凝土与同条件钢筋混凝土两者是相同的。不过,梁的抗剪强度两者则不同,预应力混凝土梁的高。因而,预应力混凝土梁的腹板可做得较薄,这样大减轻了自重。

8、答:预应力混凝土比普通钢筋混凝土要求更高强度等级的混凝土,主要理由是:

(1)为了尽量降低造价、减轻自重。因为预应力钢筋的锚具是按较高强度等级的混凝土来设计的。如果混凝土强度较低,那么,对局部承压、对端部锚固区内锚具附近的混凝土的抗裂性、对保证钢筋与混凝土之间的可靠粘结等都是不利的。从而就会告成锚具和构件尺寸的加大及经济性差等情况。

(2)为了保证强度的均匀性,预应力混凝土构件比钢筋混凝土构件有更多的部位要承受高应力。以一简支染为例,除了跨中截面顶面附近要承受较高压应力以外,靠近梁端支座附近的梁底纤维也处于高压应力之下。可见,从梁的端部直至染的中部,有许多部位要承受高应力。因此,在预应力混凝土构件中,保证强度的均匀

性是比较重要的,机时高强度等级的混凝土在受压、受拉、受剪以及粘结和局部承压等方面都有比较高的抗力。

(3)相同水灰的比条件下,较高强度等级的混凝土不太容易发生收缩裂缝,而低强度等及的混凝土在施加预应力之前就会发生收缩裂缝。

(4)高强度等级的混凝土可减少占总预应力损失中很大部分的徐变损失。

9、答:张拉控制应力是指张拉钢筋时,张拉设备(千斤顶和油泵)上的压力表所需要达到而加以控制的总张拉力除以预应力钢筋截面面积得出的应力值,以con σ表示。

设计预应力混凝土构件时,为了充分发挥预应力的优点,张拉控制应力应尽可能地定的高一些,使混凝土获得较高的预压应力,以提高构件的抗裂性。但是,张拉控制应力也不能定得过高。定得过高,会有以下缺点:第一,如果con σ过高,则构件出现裂缝时的承载能力与破坏时的承载能力有时可能会很拉近,即意味着构件在裂缝出现后不久就会失去承载能力,使构件在破坏前无明显的预兆,构件的延性较差,这是不希望发生的;第二,如果con σ过高,还可能发生危险。因为为了减少一部分预应力损失,张拉操作时往往要实行超张拉。由于预应力钢筋混凝土的实际强度并非每根相同,如果把控制应力定得过高,很可能在超张拉过程中会有个别钢筋达到或超过它的实际屈服强度(对有明显屈服点的钢筋),甚至发生断裂事故(对高强度硬钢)或产生较大的塑性变形。第三,如果con σ过高,在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力(称为预拉力)甚至开裂,对后张法构件可能造成局压破坏。因此,张拉控制应力con σ应定得适当,以留有余地。

应该指出,张拉控制应力值的大小与预应力钢筋的钢种和张拉方法在关。预应力钢丝、钢绞线:先张法和后张法均为:ptk f 75.0。热处理钢筋:先张法为ptk f 70.0,后张法ptk f 65.0。

从经济方面考虑,张拉控制应力应有下限值。否则,若张拉控制应力过低,则张拉的预应力被各项预应力损失所抵消了,达不到预期的抗裂效果。因此,《规范》规定:预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋的张拉控制应力值不应小于ptk f 4.0。

10、答:《规范》规定预应力钢筋的张拉控制应力允许值应按表2-9-1采用。 表2-9-1

(补充)预应力混凝土习题及答案

《规范》规定的张拉控制应力允许值先张法比后张法略高的原因是:先张拉构件施加预应力(放松预应力钢筋)时,由于混凝土的弹性压缩,钢筋的预拉应力随之降底pcI

σ

αE ,即:

pcI

I con

pI

σ

ασσ

σ

E --=1

而后张法构件施加预应力(张拉预应力钢筋)时,混凝土的弹性太缩可以由千斤顶及时补偿。因此,钢筋初始预拉应力(张拉控制应力)不会因混凝土的弹性压缩而降低。即预应力钢筋的应力为:

I con

pI

1σσ

σ

-=

比较上两个式可知,在张拉控制应力和第一批预应力损失相同的条件下,预应力钢筋中的应力,先张法的总比后张法的低。同样,当构件受荷后混凝土预压应力被抵消时,轴心受拉构件预应力钢筋中的应力,对先张法构件:

1σσσ

-=con po

而后张法构件:

pcI

con

po

σ

ασσ

σ

E +-=1

比较这两个式可知,当混凝土预压应力被抵消时,预应力钢筋的应力钢筋的应力先张法的仍比后张法的低。为使先张法和后张法构件预应力钢筋中的应力值及其抗裂能力具有大致相同的水平,因此,适当提高了先张法构件的张拉控制应力允许值。

11、答:预应力损失包括以下项目: (1)张拉端锚具变形及钢筋回缩损失11σ。

(2)预应力钢筋的摩擦损失12σ(包括两种情况:预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦;预应力钢筋在转向装置处的摩擦)。

(3)混凝土加热养护时受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间的温度损失13σ。 (4)钢筋的松驰损失14σ。 (5)混凝土的收缩和徐变损失15

σ

(6)用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件,由于混凝土的局部挤压引起的损失16σ。

实际小,因为预应力损失是分批发生的,且因张拉工艺(先张或后张)的不同而有所差别。预应力混凝土构件在各阶段的预应力损失值的组合如表2-9-2。

表2-9-2

(补充)预应力混凝土习题及答案

第一批预应力损失,在计算中应根据具体情况予以考虑。例如,在验算结构构件的使用性能(如抗裂性等)时,应按全部损失完成后的损失来计算,即应用第二阶段的预应力损失的组合。当进行制作、运输、吊装等施工阶段的验算时,应根据构件的实际情况考虑预应力损失值的组合,一般考虑第一批损失并可考虑时间对混凝土收缩和徐变损失的影响。先张法构件由于钢筋应力松驰引起的损失14σ在第一批和第二批损失中的比例,如需分开,可根据实际情况确定;后张法构件当采用折线形预应力钢筋时,由于转向装置的摩擦,故在混凝土预压前(第一批)的损失中计入12σ,其值按实际情况确定。

12、答:在一般湿度条件下,混凝土在结硬过程中体积发生收缩,而在预压应力作用下混凝土发发生沿压应力方向的徐变。混凝土收缩和徐变都使构件的长度缩短,预应力钢筋也随之回缩,造成预应力损失。

影响收缩和徐变的主要因素有:张接钢筋时混凝土中的预压应力与此时的混凝土立方强度之比以及混凝土质量(水灰比、水泥用量等)和构件所处环境的温湿条件。此外,不同的张拉方法也有一定的影响,后张法构件比先张法构件的收缩和徐变损失相对地小一些。

计算混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失时,混凝土预压应力是指预应力钢筋A p 和A /

p 在各自合力点处的混凝土法向应力值。计算时仅考虑混凝土预压前(第一批)的损失。

13、答:钢筋在高应力下具有随时间而增长的塑性变形性能。一方面当钢筋应力保持不变时,应变会随时间增长而逐渐增大;另一方面当钢筋长度保持不变时,应力会随时间的增长而逐渐降低。前者被称为钢筋徐变,后者被为钢筋的松驰。钢筋的徐变和松驰都会引起预应力混凝土中的应力损失。在预应力混凝土构件中,钢筋的松驰和徐变是并存的,但是一般来说松弛是主要的,因为构件长度在张拉锚固后,几乎是保持不变的。

因而,由钢筋的松弛和徐变引起的损失统称为钢筋应力松驰损失。

松驰损失主要与以下因素有关:

(1)应力松弛与时间有关,开始阶段以展较快,第1小时松弛损失可达到全部松弛损失的50%左右,24小时后可达80%左右,以后以展缓慢。

(2)应力松弛损失与钢材品种有关。热处理钢筋的应力松弛值比钢丝、钢绞线的小。 (3)张拉控制应力值高,应力松弛大,反之,则小。

超张拉可以减少松弛引起的预应力损失是因为在高应力下短时间所产生的松驰损失可达到在低应力下需较长的时间才能完成的松驰数值,所以,经过超张拉部分松驰损失也已完成。

14、答:换算截面是按整体工作应变协调的原则将纵向非预应力钢筋和纵向预应力钢筋截面面积换算成混凝土面积再加上混凝土的净面积三者的总和,即

P E s E c A A A A αα++=0

在计算施工阶段的混凝土应力时,对后张法构件,由预应力钢筋与混凝土之间还没有粘结,预应力合力相当于外力作用在钢筋混凝土净截面上,张拉力是与钢筋混凝土净截面)(s E c n n A A A A α+=上的内力平衡的。因此,用净截面A n 。而先张法构件的预应力钢筋和混凝土是有粘结的,两者共同变形,因此用换算截面A 0。

当计算外载引起的截面应力时,因先张法构件和后张法构件中的预应力钢筋和混凝土之间都已是粘结的,因此,都采用A 0。

15、答:如果先张法和后张法两种构件的张拉控制应力和预应力损失一样,当加荷至预压应力0=pc

σ时,

先张法和后张法两种构件的预应力钢筋的应力p

σ

是不相同的。

先张法 1σσσ-=con p 后张法

pc E con p

σ

σσσ

α+-=1

先张法构件施加预应力(放松预应力钢筋)时,由于混凝土的弹性压缩,钢筋的预拉应力随之降低I

pc E σ

α,

而后张法构件施加预应力(张拉预应力钢筋)时,混凝土的弹性压缩可以由千斤顶及时补偿,因此,钢筋初始预拉应力(张拉控制应力)不会因混凝土的弹性压缩而降低。因此在张拉控制应力和预应力损失相同的条件下,当构件受荷后混凝土预压应力被抵消时,预应力钢筋中的应力先张法的总比后张法的低。

16、答:施加预应力对混凝土轴心受拉构件的承载力没有影响。

预应力混凝土轴心受拉构件和同条件普通混凝土轴心受拉构件在破坏时,都是钢筋达到屈服强度而破坏,它们的极限承载力公式是一样。即施加预应力不能提高轴心受拉构件的承载力。

17、答:受弯构件截面受压区内的预应力筋,在施工张拉阶段的预拉应力很高,在外载作用下拉应力逐渐减小,当构件破坏时,多数情况下仍为拉应力。因此,这将降低受弯构件的极限抗弯强度,但降低的幅度是不大的。同时,考虑到在受压区设置预应力筋还会降低正截面抗裂度,因此,只有在单面配置预应力钢筋可能引起预拉力(即受压区)出现过大裂缝的构件中,才对受压区(预拉区)配置预应力筋。

19、答:两者是不相同的。因为施加预应力将阻止斜裂缝的出现和开展,增加混凝土剪压区高度和斜截面骨料间的咬合力。从而,提高了混凝土所随的那部分剪力。所以预应力混凝土受弯构件的斜截面抗剪能力比普通混凝土的高,比普通混凝土受弯构件提高了0.05N p0。N p0是计算截面上混凝土法向应力为零时的预应力钢筋及非预应力钢筋的合力。

20、答:试验表明,受有轴向压力的受弯构件(偏压构件),由于轴向压力阻止了斜裂缝的发生和发展,增

加了混凝土剪压区高度,同时轴向压力的存在也使得斜裂缝两边的咬合力增大。因此,轴向压力能提高钢筋混凝土构件斜截面的抗剪强度。但轴向拉力的作用则相反,它会使构件的斜截面抗剪强度降低。

对直线配筋的预应力混凝土梁,预应力的存在对斜截面抗剪强度的影响与轴向压力的影响相似,所以,预应力能在一定程度上提高汾的斜截面抗剪强度。当梁配有预应力弯筋时,则能较大提高斜截面抗剪强度。因为这时不仅预应力弯起钢筋的竖向分力能直接抗剪,而且它的水平分力如同轴压力一样,也提高了梁斜截面抗剪强度。

21、答:对于简支梁来说,通常在支座截面附近的剪力是很大的,而弯起预应力筋的竖向分量将大大有助于提高梁的斜截面抗裂性和抗剪强度,也可减小反拱值。另一方面在支座附近弯矩很小,因此,没有必要都把预应力筋配置在梁的底下边缘。弯起后,还有利于解决局部承压问题,也有利于梁端锚具的布置。所以预应力弯起钢筋的作用是多方面的。对于连续梁或框架梁来说,除了在外支座截面附近的预应力弯起钢筋的作用与简支梁的相同以外,弯起钢筋在中间内支座还可充分利用来抵抗负弯矩,对提高正截面的抗裂性和抗弯强度的作用也是十分大的。

22、答:两者采用不同的刚度,因为两种情况下受力状态是不同的。在计算预应力引起的反拱时,按下列规定取值。

由于在使用阶段预应力的长期作用,预压区混凝土的徐变变形影响使梁的反拱值增大,故使用阶段的反拱值的构件截面刚度取B = 0.5E c I 0。

而在计算荷载作用下产生的挠度时,其刚度取值如下:

按荷载将就的标准组合下的短期刚度,对使用要求不出现裂缝的构件

B s = 0.85E c I 0,对于使用阶段允许出现裂缝的构件ω

)1(85.00

cr cr c s K K I E B -+=。

23、答:为满足承载力、构造和施工需要,往往在预应力混凝土构件中配置部分非预应力钢筋。由于它对混凝土预压变形起约束作用,从而使混凝土收缩徐变减少,相应地也减少了预应力钢筋因收缩、徐变引起的损失,这样对增加混凝土预压应力,提高其抗裂性有利。但是当混凝土发生收缩、徐变时,非预应力钢筋阻止它发生(非预应力钢筋受压),对混凝土产生附加的拉应力,使混凝土的预压应力减小,这是对构件抗裂影响不利的。不利影响较有利影响显著。因而,在设计计算中,《规范》要求考虑非预应力钢筋对抗裂的不利影响。 值得说明的是,在构件受拉区的外缘,设置适量的非预应力钢筋网片,对控制裂缝宽度是一种较为有效的构造措施。

24、答:因为预应力混凝土构件施工阶段的受力状态和使用阶段的不同。满足了使用阶段的抗裂度和强度不等于施工阶段的抗裂度和强度也满足。因此,为了防止施工阶段构件的预拉区和预压区分别产生过大的拉应力和压应力,《规范》规定必须验算构件施工阶段的抗裂度和强度,使它们不致影响使用性能。 验算预应力混凝土受弯构件施工阶段的性能时,主要应控制截面边缘的混凝土法向应力。

对于不允许出现裂缝的构件或预压时全截面受压的构件,在预压应力、自重及施工荷载作用下截面边缘的混凝土法向应力应符合下列条件:

'

0.1tk ct f ≤σ

'

8.0ck cc f ≤σ

对于允许预拉区出现裂缝的构件,当预拉区不配置预应力筋时,截面边缘的混凝土法向应力应符合下列条件:

'

0.2tk ct f ≤σ

ck cc f 8.0≤σ

25、答:部分预应力混凝土是相对于全预应力混凝土而言的,它的定义是:在使用荷载作用下,允许受拉边的混凝土出现裂缝,但最大裂缝宽度不超过允许值的构件,大致相当于《混凝土结构设计规范》中裂缝控制等级为三级,即允许出现裂缝的构件。

部分预应力混凝土克服了全预应力混凝土的缺点,即减少了预应力筋的用量,降低了(有时是很不利的)反拱值,减少了产生纵向裂缝的可能性,发送了结构的延性和抗震性能。以钢筋混凝土和全预应力混凝土为两个界限,部分预应力混凝土处于这两个界限之间的广大领域。它既有两者的优点,又克服了两者的缺点,成为减轻自重,改善裂缝,增加刚度,节约预应力钢材、锚具和具有良好抗震性能的混凝土结构。它与普通钢筋混凝土、全预应力混凝土一起,组成了完事的配筋混凝土系列。

26、答:预应力混凝土结构的发展趋势之一是越来越广泛地采用部分预应力混凝土。其特点是适当减少预应力筋而配置一定数量的非预应力筋。

非预应力钢筋的存在,对混凝土的收缩和徐变起阻碍作用,因而在混凝土中产生拉应力,亦即减少了混凝土的预压应力,所以对混凝土建立的有效预压应力是不利的。另一方面,对预应力钢筋来说,由于非预应力钢筋的存在,减小了收缩和徐变变形,因而减少了预应力钢筋中的预应力损失。然而决定结构抗裂性的是混凝土的有效预压应力,因此非预应力钢筋的存在对预应力混凝土结构的抗裂性是不利的。

总之,由于非预应力钢筋的存在,预应力钢筋中的预应力损失是减少了,但是混凝土中的预压应力则相对地降低更多,且随非预应力钢筋的增加而更加严重。由此可见,非预应力钢筋的存在对预应力损失和抗裂性是不利的,计算预应力混凝土结构构件的预应力损失和抗裂性时不考虑这种不利影响是偏于不安全的。 28、答:局部承压是工程中常遇到的,如柱、匪帮 桥墩等结构直接或通过垫板承受局部集中荷载,或者是预应力混凝土结构中张拉锚具下的局部承压等。

局部荷载作用下的混凝土,一方面由于受周围混凝土的约束作用,从而提高了局部承压面积部分的混凝土强度;另一方面在靠近局部承压荷载下的长度为l 的一段块体范围内产生横向拉应力,这种横向拉应力可使混凝土产生裂缝,长度l 大致等于块体的截面高度h 。

因此,混凝土局部承压包括局部承压下混凝土的开裂和局部承压强度两个问题。也就是说,既要满足强度要求,又要防止开裂。

承压的局部程度通常是用构件截面面积A d 与局部承压荷载面积A c 的比值A d /A c 来表示的。 混凝土局部承压的破坏形态与A d /A c 的大小有关,大致有三种:

(1)混凝土局部压陷破坏(A d /A c >36)——试件破坏前,承压板下混凝土已局部下陷。

(2)混凝土一开裂就破坏(9≤A d /A c ≤36)——试件一开裂就失去承载能力,属于脆性破坏,裂缝从顶面向下发展,承压板外的混凝土被劈成数块。

(3)裂缝发展后劈裂破坏(A d /A c <9)——试件某一侧面先出现裂缝,继续加载,裂缝逐渐发展形成通缝而最后劈裂破坏。

后两种破坏形态是工程中常见的。

如果在局部承压试验中,局部承压垫板与试件接触面间有摩擦阻力,在破坏时垫板下出现倒锥形楔锥体。当A d /A c >36时,破坏是由于这个楔锥体下陷而破坏,但没有使试件劈裂。当9≤A d /A c ≤36 时,构件因楔锥体在

试件中滑移使试件劈裂而破坏。当A d /A c <9时,横向拉应力先使构件表面形成裂缝,然后形成楔锥体,最后试件由锥形劈裂而破坏。

关于混凝土局部承压的工作机理,国内外学者曾提出过许多看法。例如,我国建筑科学研究院蔡绍怀高级工程师于1958年提出了所谓混凝土套箍“强化”理论。这个理论认为,局部挤压区的混凝土可看做同时受有侧压力作用的混凝土。当局部荷载作用增大时,挤压边的混凝土向外膨胀,而周围混凝土起套箍作用阻止其横膨胀,因此,挤压区混凝土抗压能力提高。当周围混凝土环向拉应力达到抗拉极限强度时,即告破坏。

29、答:对于先张法构件,由于它是依靠预应力钢筋和混凝土的之间的粘结力传递预应力的,累瞭在构件端部需经过一段传递长度l tr 才能在构件的中间段建立起不变的有效预应力。l tr 就称为预应力钢筋的预应力传递长度。即指预应力钢筋应力为零的端部到应力为pe

σ

的这一段长度。

与其他部位不同的是在正常使用阶段,对先张法构件端部进行抗裂验算时,应考虑l tr 内实际应力值的变化。 在传递长度l tr 范围内,混凝土预压应力由零开始逐步增大至pc

σ

,由于杆端与其他杆件连接形成节点区,

截面尺寸较大,一般当节点区该构件的最小截面位于l tr 内时,则有必要验算该截面的抗裂能力,相应的混凝土预压应力取值在0与pc

σ

之间线性插入。

30、答:(1)正截面裂缝控制验算。 1)一级:严格要求不出现裂缝的构件。 在荷载效应的标准组合下应符合下列规定:0≤-pc

ck σσ

2)二级:一般要求不出现裂缝的构件。

①在荷载效应的标准组合下应符合下列规定:②在荷载将就的准永久组合下应符合下列规定:

tk pc

ck f ≤-σ

σ 0≤-pc

cq σ

σ

3)三级:允许出现裂缝的构件。

按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度,应符合下列规定:

lim max ωω≤

(2)斜截面抗裂验算。 1)混凝土主拉应力。

①一级:严格要求不出现裂缝的构件,应符合下列规定:

tk tp f 85.0≤σ

②二级:一般要求不出现裂缝的构件,应符合下列规定:

tk tp f 95.0≤σ

2)混凝土主压应力。

对严格要求不出现裂缝和一般要求不出现裂缝的构件,均应符合下列规定:

ck cp f 6.0≤σ

二、计算题

解:(1)使用阶段承载能力计算

构件截面的轴向拉力设计值N 应取可变茶载效应控制的组合与永久荷载效应控制的组合两者取大值。

由可弯荷载效应控制的组合:

N 1=1.2N Gk +1.4N Qk = 1.2×320+1.4×95=517kN 由永久荷载效应控制的组合:

N 1=1.35N Gk +1.4ψc N Qk = 1.35×320+1.4×0.7×95=525.1kN 所以,轴向拉力设计值取N=525.1kN 则预应力钢筋的截面面积为:

1.2951320

452

30010

1.5256

=?-?=

-=

py

s

y p f A f N A mm

2

采用2束1×7标准型低松弛钢绞线,则A p =2×181.3664=363 mm 2 (2)截面几何特征 预应力钢筋:

.610

25.31095.14

5=??=

=

c

s E E E α

非预应力钢筋:

15.610

25.310

24

5=??=

=

c

s s E E E α

s s c n A E A A α+=

=45215.6452554

21602502

?+-??-?π

=37578.55mm 2

p n EA A A α+=0=37578.55+6.0×363=39756.55mm 2

(3)预应力损失计算

后张法一端张拉时,固定端在构件的另一端。由于固定端的抗裂能力最低,因而应对此处截面进行裂缝控制验算。即计算截面应为固定端。

已知k=0.0015mm -1,μ=0.25;OVM 夹片式锚具a=5mm 1)锚具变形损失1l σ。

17.5410

95.118000

55

1=??=

=

s l E l a σN/mm

2

2)摩擦损失2l σ。

16.37)11(1395)11(18

0015.02=-

?=-

=?+e

e

kx con l μθ

σσN/mm 2

3)松弛损失4l σ(低松弛)。 83.481395)575.075.0(2.0)575.0(

2.04=?-?=-=con ptk

con l f

σσσN/mm 2

4)收缩徐变损失5l σ。

当混凝土达到100%的设计强度时开始张拉预应力钢筋,k cu cu f f ,'

==40N/mm 2

配筋率为 0108.055

.3757823634522=?+=

+=n

p s A A A ρ

第一批损失: σ1Ⅰ

=σl1+σl2=54.17+37.16 = 91.33 N/mm 2

则 59.1255

.37578363

)33.911395()(1=?-=

-=

I I

n

p

con pc A A σσσ

N/mm 2