现代预应力复习材料

1、预应力结构的概念与发展预应力混凝土的基本原理、新概念，预应力砼的等级与分类，预应力度，预应力结构应用的发展。重点：预应力混凝土的新概念，预应力砼的等级与分类，预应力度。2、预应力混凝土结构材料与锚固体系混凝土材料的发展，预应力筋(预应力钢筋的种类：冷拔低碳钢丝、碳素钢丝(消除应力钢丝)、碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋。近年来，我国强度高、性能好的预应力钢筋(钢丝、钢绞线)已可充分供应，故提倡用高强的预应力钢绞线、钢丝作为我国预应力混凝土结构的主力钢筋)，锚固张拉体系与锚具。重点：混凝土的强度与变形，各种预应力筋的选用，工程常用锚具。3、施加预应力的基本方法与预应力损失施加预应力的基本方法，预应力损失的分类与各种损失的计算与组合。重点：预应力损失的分类与各种损失的计算与组合。4、预应力混凝土受弯构件的设计计算混凝土结构设计基本原理、预应力混凝土受弯构件的正截面受力分析、预应力混凝土受弯构件斜截面抗剪强度、预应力混凝土构件的局部受压承载力、预应力混凝土受弯构件的设计计算。重点：预应力混凝土受弯构件的正截面受力分析、斜截面抗剪强度、局部受压承载力及设计计算。5、部分预应力混凝土结构概述、部分预应力混凝土受弯构件正截面强度规范与计算机分析方法、正常使用阶段开裂截面的应力分析、裂缝控制与计算、变形计算，综合设计重点：部分预应力混凝土受弯构件正截面强度计算方法，采用名义拉应力设计部分预应力混凝土受弯构件，裂缝控制与计算，综合设计。6、无粘结预应力混凝土结构无粘结预应力混凝土的受力特性，无粘结预应力筋的极限应力的计算，无粘结预应力混凝土梁的极限弯矩、裂缝设计计算。重点：无粘结预应力混凝土的受力特性，无粘结预应力筋的极限应力的计算7、预应力混凝土超静定结构预应力超静定结构的次内力、线性变换与吻合力筋，预应力混凝土连续梁的内力重分布，预应力混凝土连续梁的平衡设计法。重点：预应力超静定结构的次内力，预应力混凝土连续梁的平衡设计法。二、思考题1、为什么对同一预应力混凝土构件可以用三种不同的概念解析？①预加力使混凝土成为弹性材料——弹性设计②对混凝土构件施加预应力是为了使高强钢材与混凝土能协同工作——塑性设计③施加预应力是实现部分荷载平衡——平衡设计三者并没有相互的矛盾，它们仅仅是从不同的角度来解释预应力混凝土的原理。①可看成是全预应力混凝土弹性分析的依据；②可看成是强度理论，它指出预应力混凝土也不能超越其材料自身强度的界限；③则为复杂的预应力混凝土超静定梁的设计与分析提供了简捷的方法。这三种不同的概念恰恰为预应力混凝土结构的弹性设计、塑性设计以及平衡设计提供了理论依据。2、预应力混凝土结构用的混凝土与预应力筋的发展方向是什么？预应力混凝土用的混凝土材料以高强度、高性能为主要发展方向预应力筋发展方向是高强、低松弛，还有较好的塑性和焊接性能，以及与混凝土良好的粘结性能。3、部分预应力混凝土的A类与B类构件的区分是什么？A类：在正常使用极限状态构件的预压受拉区混凝土的正截面拉应力不超过规定的限值。B类：混凝土的正截面拉应力允许超过规定限值，但当裂缝出现时，其裂缝宽度不超过允许的限值。4、《混凝土结构设计规范》2002对混凝土结构的裂缝控制等级是如何划分的？对预应力混凝土结构用公式如何表示？P111一级：严格要求不出现裂缝的构件，按荷载效应的标准组合进行计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力二级：一般要求不出现裂缝的构件，按荷载效应的准永久组合进行计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力，而按荷载效应的标准组合进行计算时，构件受拉边缘混凝土容许产生拉应力，但拉应力不应超过混凝土的抗拉强度标准值ftk三级：允许出现裂缝，最大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最大裂缝宽度值不应超过允许值。5、试从结构性能方面论述钢筋混凝土—预应力混凝土—部分预应力混凝土发展过程的“否定之否定”的辨证关系。P7从钢筋混凝土发展到预应力混凝土是一次否定，它使得高强钢材与高强混凝土得到了协调作用，预应力混凝土提高了结构的刚度，且改善了混凝土结构的刚度与抗裂性能，并很大程度地解决了大跨度结构中应用混凝土构件的问题。部分预应力克服了全预应力混凝土长期处于高压应力状态、受徐变影响大、构件的反拱度大等缺点，同时可适度解决构件端部的锚具过于集中的问题。部分预应力混凝土结构设置一定数量的粘结非预应力钢筋，还可提高构件的延性，更有利于在地震区域的应用。因此，部分预应力混凝土不是简单的替代全预应力混凝土，而是其自身的完善和提高。6、叙述混凝土结构裂缝经典理论的粘结滑移理论与粘结无滑移理论的对立统一关系。我国现行混凝土结构规范中是如何考虑的？P109它们分别描述了钢筋混凝土构件在不同受力情况下的裂缝机理，这两个既对立又统一的理论的结合应用，就能比较全面地描述混凝土的裂缝机理。7、部分预应力混凝土受弯构件混凝土产生微裂缝后的分析方法有几种？其中全截面消压法的思路是什么？P98分析方法：全截面消压法、全截面消压法的基本思路是如何把有预应变的预应力混凝土构件比拟为：在使用荷载下的截面受力分析时，也像钢筋混凝土构件一样，在承受外荷载前使全截面的应变为零，然后应用分析钢筋混凝土偏压构件的方法来分析。8、无粘结预应力混凝土结构与普通粘结预应力混凝土结构主要不同是什么?由此产生的理论计算、设计、施工有什么不同？无粘结预应力混凝土无需留设孔道、无需灌浆，其受力性能与普通预应力混凝土不同无粘结预应力混凝土结构的特点是什么？使用性能好；结构自重减轻；施工简便，速度快；抗腐蚀能力强；防火性能可靠。10、为什么说纯无粘结预应力混凝土构件的极限抗弯能力要比相应的粘结预应力混凝土构件的抗弯能力低？通过什么方法可以提高它的抗弯承载力？由于预应力筋与混凝土不是粘结在一起，预应力筋在梁体内的变形不像粘结预应力混凝土那样，预应力筋与其周围的混凝土有相同的应变；无粘结预应力混凝土结构中无粘结预应力筋的变形是由两个锚固点间的变形累积而成的，如果忽略局部孔道的摩擦力影响，则无粘结筋的应变在两相邻锚固点间是均匀的。在通常设计中的控制截面破坏时，无粘结的应力达不到设计强度。当同时配有粘结非预应力钢筋时，梁的极限抗弯能力就会大有提高。无粘结预应力混凝土构件无粘结预应力筋的极限应力计算有哪些方法？1、《UPC规程》的计算公式；2、ACI的规定；3、CP-100与《ppc建议》的方法；4、英、德等国家的规定；5、K.Kordina方法；6无粘结预应力筋极限应力计算的变形协调系数法；7、无粘结连续梁预应力筋的极限应力。12、无粘结预应力混凝土结构的应用要注意那些问题？尤其在抗震设防区域的应用应注意什么？13、预加力的次内力指的是什么？什么条件下会产生次内力？超静定结构在预加力作用下，由预加力产生的反力不能自身平衡，它要传递到外部支撑（支座），产生支座次反力，由此产生次力矩。线性变换：描述连续梁中预应力筋重心线与预加力产生的压力线之间关系的特性。吻合力筋：预加力在结构中产生的压力线与预应力筋合力重心线相重合的预应力筋。索界：允许预应力筋在一定范围内布置，并使预应力混凝土构件在施加预应力阶段与正常使用阶段，构件的任一截面均不出现拉应力或拉应力在某一限定值之内的界限。16、掌握预应力结构中预加力等效荷载的概念和求解方法。P165预加力等效荷载：用来代替预应力筋对结构的效应的一组集中力、力矩以及均布荷载。19、谈谈预应力结构应用的发展。P7预应力结构应用的发展：（1）部分预应力混凝土概念的应用（2）无粘结预应力筋的应用（3）预应力技术在钢—混凝土组合结构和钢结构中的应用（4）纤维增强塑料（FRP）筋的研制与应用20、预应力结构各阶段受力特点（包括预应力施加阶段、正常使用阶段、承载能力阶段）P5021、后张法预应力混凝土受弯构件计算中，为什么要采用毛截面参数、净截面参数及换算截面参数等三种不同的截面参数？列举各阶段中应考虑的荷载及相应阶段荷载效应计算公式。施加预应力阶段：因管道尚未灌浆，预应力筋与混凝土还未粘结在一起，计算截面应力时应扣除管道影响的净截面几何特征值。正常使用阶段：此时管道已灌浆，预应力筋与混凝土已经粘结在一起共同受力，计算截面时应采用考虑预应力筋作用的换算截面的几何特征值。预应力损失：瞬时损失：预应力筋孔道的摩擦损失锚具变形、预应力筋回缩及接缝压缩引起的损失先张法的温差引起的应力损失预应力混凝土构件由混凝土弹性压缩引起的损失长期损失：预应力钢筋的松弛损失；混凝土的收缩和损失徐变引起的23、部分预应力混凝土受力优点与缺点。P88与全预应力混凝土和钢筋混凝土相比有以下的优缺点：与全预应力砼比较，节省高强预应力钢材。制孔、灌浆、锚固等工作量少，梁端部的锚具也易于布置，总造价相应较低。可避免过大的预应力反拱度。提高了结构延性。可以合理控制裂缝。与全预应力混凝土相比，抗裂性略低，刚度较小，设计计算略为复杂；与钢筋混凝土相比，则所需的预应力工艺复杂。四、计算题：1．计算预应力混凝土抗弯承载能力。2．采用名义拉应力法计算部分预应力混凝土配筋（包括非预应力钢筋）与验算。3．掌握预应力混凝土连续梁的设计计算（等代荷载与弯矩分配法）。知识点1预应力混凝土的基本概念？为什么要对构件施加预应力？所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或者钢筋混凝土中引入内部应力，且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的配筋混凝土。对混凝土或者钢筋混凝土梁的受拉区预先施加压应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下产生的拉应力，因而使混凝土构件在使用荷载作用下不致开裂，或者推迟开裂，或者使裂缝宽度减小。2有粘结预应力和无粘结预应力？有何不同？有粘结：指沿预应力钢筋全长，其周围均与混凝土粘结、握裹在一起的预应力混凝土结构。无粘结：预应力钢筋伸缩滑动自有，不与周围混凝土粘结的预应力混凝土结构。（后张法）3什么是先张法？先张法构件是如如何实现预应力筋的锚固？先张法，即先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。先在张拉台座上，按设计规定的拉力张拉预应力钢筋，并进行临时锚固，再浇筑构件混凝土，待混凝土达到要求强度后，（一般不低于强度设计值的75%），放张（即将临时锚固松开，缓慢放松张拉力），让预应力钢筋的回缩，通过预应力钢筋与混凝土间的粘结作用，传递给混凝土，使混凝土获得预压应力。先张法不专设永久锚具，预应力钢筋借助与混凝土的粘结力，以获得较好的自锚性能。此法施工工序简单，预应力钢筋靠粘结力自锚，临时固定所用的锚具可以重复使用，因此大批量生产先张法构件比较经济，质量也比较稳定。4什么是后张法？后张法构件是如何实现预应力筋的锚固的？后张法是先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张拉预应力钢筋并锚固的方法。先浇筑构件混凝土，并在其中预留孔道（或者设套管），待混凝土达到要求强度后，将预应力钢筋穿入预留的孔道内，将千斤顶支承于混凝土构件端部，张拉预应力钢筋，使构件也同时受到反力压缩。待张拉到控制拉力后，即用特制的锚具将预应力钢筋锚固于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其预压应力。最后，在预留孔道内压注水泥浆，以保护预应力钢筋不致锈蚀，并使预应力钢筋与混凝土粘结成为整体。5先张法和后张法的重要区别在于钢筋是否放张。先张法特点：先张法施工简单,靠粘结力自锚,不必耗费特制锚具,临时锚具可以重复使用(一般称工具式锚具或夹具),大批量生产时经济,质量稳定.适用于中小型构件工厂化生产.后张法特点：后张法不用加力台座，张拉设备简单，便于现场施工，是生成大型预应力构件的主要方法6钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的区别。各有什么优缺点？区别：（1）预应力混凝土结构中，混凝土的强度等级要高，钢筋的强度也要高；普通混凝土结构中采用高强材料不能充分应用。

（2）预应力程度较高的预应力混凝土结构，性能如同均质弹性材料。而普通钢筋混凝土在使用荷载作用下的性能是非线性的。

（3）预应力混凝土结构刚度大，挠度小，裂缝宽度小。

（4）一旦预应力被克服后，预应力混凝土和普通混凝土结构就没有本质上的不同，因而正截面承载力是一样的；预应力混凝土梁的斜截面抗剪强度高于普通混凝土，因而预应力混凝土梁的腹板可做得较薄，大大减轻了自重。钢筋混凝土优点：能合理地利用钢筋和混凝土两种材料的特性；可模性好；整体性好；耐久性，耐火性好；便于就地取材。缺点：自重大，抗裂性差，性质脆预应力砼优点：提高了构件的抗裂度和刚度；节约材料降低造价；结构质量安全可靠；增强结构耐久性；能促进桥梁新体系的发展。缺点：工艺较复杂，对质量要求高；需要有一定的专门设备；预应力反拱不易控制；设计要求高7何为张拉控制应力？为什么要对钢筋的张拉应力进行控制？为什么张拉控制应力取值不能过高也不能过低？张拉控制应力是指预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。目的是改变构件应力分布，使其特性符合长期受力工作需要，不控制张拉应力的话，预应力混凝土构件就无法达到预期性能。张拉控制应力的取值，直接影响预应力混凝土的使用效果，如果张拉控制应力取值过低，则预应力钢筋经过各种损失后，对混凝土产生的预压应力过小，不能有效地提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度。如果张拉控制应力取值过高，则可能引起以下问题：A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端部混凝土局压破坏。B构件出现裂缝时的荷载值很接近,使构件在破坏前无明显的预兆,构件的延性较差。C为了减少预应力损失，有时需进行超张拉，有可能在超张拉过程中使个别钢筋的应力超过它的实际屈服强度，使钢筋产生较大塑性变形或脆断。为何先张法的张拉控制应力略高于后张法？因为先张法是在浇灌混凝土之前在台座上张拉钢筋，预应力钢筋中建立的拉应力就是控制应力。放张预应力钢筋后构件产生回缩而引起预应力损失；而后张法是在混凝土构件上张拉钢筋，张拉时构件被压缩，张拉设备千斤顶所示的张拉控制应力为已扣除混凝土弹性压缩后的钢筋应力，所以先张法的张拉控制应力略高于后张法。8何为预应力损失？哪些因素？如何减少？由于预应力混凝土生产工艺和材料的固有特性等原因，预应力筋的应力值从张拉、锚固直到构件安装使用的整个过程中不断降低。这种降低的应力值，称为预应力损失。损失：①锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失。可通过选择变形小锚具或增加台座长度、少用垫板等措施减小该项预应力损失；②预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失。可通过两端张拉或超张拉减小该项预应力损失③预应力钢筋与承受拉力设备之间的温度差引起的预应力损失。可通过二次升温措施减小该项预应力损失；④预应力钢筋松弛引起的预应力损失。可通过超张拉减小该项预应力损失；⑤混凝土收缩、徐变引起的预应力损失。可通过减小水泥用量、降低水灰比、保证密实性、加强养互等措施减小该项预应力损失；⑥螺旋式预应力钢筋构件，由于混凝土局部受挤压引起的预应力损失。为减小该损失可适当增大构件直径。9．为什么预应力混凝土构件所选用的材料都要求有较高的强度？答：①要求混凝土强度高。因为先张法构件要求提高钢筋与混凝土之间的粘结应力，后张法构件要求具有足够的锚固端的局部受压承载力。②要求钢筋强度高。因为张拉控制应力较高，同时考虑到为减小各构件的预应力损失。10．预应力损失值为什么要分第一批和第二批损失？先张法和后张法各项预应力损失是怎样组合的？答：应为六种预应力损失并非同时存在，有的只发生在先张法构件，有的只发生在后张法构件。此外，有的只发生在混凝土预压前，有的发生在混凝土预压后，所以应将其分为第一批和第二批损失。预应力损失的组合如下表。预应力损失值的组合先张法构件后张法构件混凝土预压前（第一批）损失混凝土预压后（第二批）损失11.什么是预应力钢筋的预应力传递长度？为什么要分析预应力的传递长度?什么叫锚固长度？两者有何区别？①从钢筋应力为零的端面到钢筋应力为的截面之间的可以传递粘结应力的长度，称为传递长度。②因为在先张法构件端部锚固区的正截面和斜截面受弯承载力计算及抗裂度验算时，需要考虑预应力钢筋在其传递长度范围内的实际预应力值的变化。钢筋的锚固长度一般指梁、板、柱等构件的受力钢筋伸入支座或基础中的总长度，可以直线锚固和弯折锚固。弯折锚固长度包括直线段和弯折段。12.局部承压验算中，pv代表什么含义？如何进行计算？配置的间接钢筋配筋率当采用方格配筋网时Pv=(N1*L1*A1+N2*L2*A2)/(Acor*s)当采用螺旋形钢筋时Pv=4Ass1/dcor*s13.什么叫有效预应力值？先张法和后张法构件的有效预应力值是否相同？扣除全部预应力损失后的预应力钢筋应力值。14预应力混凝土构件正截面抗裂度计算是以哪一应力阶段作为依据？预应力混凝土构件的抗裂性为什么比非预应力构件高，试用算式加以分析比较说明。正常使用阶段、预应力混凝土开裂弯矩为Mcr=（σpc+γ*ftk）W0,对于一般矩形截面梁，γ可取1.75非预应力混凝土开裂弯矩为M’cr=ftk*W，截面受拉区边缘抵抗矩W小于换算截面预压受拉区抵抗矩W0，故，M’cr<Mcr15试总结预应力受弯构件设计计算步骤？（1）初步选择构件截面形式与尺寸（一般根据经验规律）（2）计算自重及恒载弯矩Mg和正常使用极限状态下可变荷载产生的弯矩Mp，并求使用荷载作用下设计控制截面的梁底弯拉应力（3）根据构件所处环境条件要求，确定构件类别：A类、B；类（4）计算控制界面预压受拉边缘混凝土所需的有效预压应力。由此可以求得预应力度（5）计算所需的有效预加力（6）估算应力筋的数量（7）根据正截面承载力要求确定非预应力钢筋的截面积As(8)进行各项验算16为什么要对构件端部局部加强？有些什么加强措施？先张法端部加强措施由于先张法是在构件端部钢筋弹性回弹与砼产生相对滑动趋势(产生相对滑动趋势的长度叫传递长度)，通过在端部粘结力的积累阻止其回弹，为了尽快阻止其回弹，其目的是减少传递长度所以端部要采取加强措施。先张法端部加强措施：（1)对单根预应力钢筋，其端部宜设置长度≥150mm且不少于4圈螺旋筋;当有可靠经验时，亦可利用支座垫板上的插筋代替螺旋筋但不少于4根，长度≥120mm.（2)对多根预应力钢筋，其端部10d范围内，应设置3~5片与预应力钢筋垂直的钢筋网（3)对钢丝配筋的薄板，在端部100mm范围内应适当加密横向钢筋。后张法端部加强措施：（1)为了提高锚具下砼的局部砼的抗压强度，防止局部砼压碎，应在端部予埋钢板(厚度≥10mm)，并应在垫板下设置附加横向钢筋网片或螺旋式钢筋图等措施。（2)在局部受压间接钢筋配置区以外，在构件端部长度l不小于3e(e为截面重心线上部或下部预应力钢筋的合力点至邻近边缘的距离)但不大于1.2h(h为构件端部截面高度)、高度为2e的附加配筋区范围内，应均匀配置附加箍筋或网片来加强。17何谓全预应力混凝土？何谓部分预应力混凝土？何谓无粘结预应力混凝土？1.全预应力混凝土：在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件，属严格要求不出现裂缝的构件。2.部份预应力混凝土：允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，属允许出现裂缝的构件。3.无粘结预应力钢筋：将预应力钢筋的外表面涂以沥清，油脂或其他润滑防锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带,塑料带包裹，以防止施工中碰坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋。18为什么在预应力混凝土构件中应设置一定数量的非预应力钢筋？设计一般采用配置预应力钢筋及非预应力普通钢筋的混合配筋计算方法，当通过对一部分纵向钢筋施加预应力已能使构件符合裂缝控制要求时，承载力计算所需的其余纵向钢筋可采用非预应力筋。

预应力筋可以平衡一部分荷载，提高抗裂度，减少挠度；非预应力钢筋则可以改善裂缝的分布，提高极限强度和破坏时的延性。同时非预应力筋还可以配置在结构中难以配置预应力筋的部位。19.何谓等效荷载？何谓荷载平衡法？各育什么作用？等