混凝土结构基本原理第10章

思考题10-1什么是预应力混凝土结构？答：预应力5混凝土是根据需要人为地引入某一分布与数值的内应力，用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土。10-2预应力混凝土结构的优点是什么？为什么预应力混凝土结构中必须使用较高强度等级的混凝土和较高强度的钢筋作为预应力钢筋？答：优点：1、改善结构使用性能；2、减小构件截面高度，减轻自重；3、充分利用高强钢材；4、具有良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能；5、提高抗剪承载力；6、提高抗疲劳强度；7、具有良好的经济性。采用高强混凝土配合采用高强度钢筋可以有效地减小构件的截面尺寸和减轻自重，可以获得较高的理想的有效预压应力，提高构件的抗裂能力。对于先张法构件，随混凝土强度等级的提高可增大混凝土的粘结强度。对后张法构件，采用高强度混凝土，可承受构件端部强大的预压力。10-3什么叫全预应力混凝土结构？什么叫部分预应力混凝土结构？什么叫预应力度？答：全预应力：在全部荷载最不利组合作用下，混凝土不出现拉应力。部分预应力：在全部荷载最不利组合作用下，构件预压区混凝土正截面的拉应力不超过规定的容许值，或允许超过规定的限值，但当裂缝出现时，其宽度不超过容许值。预应力度指消压弯矩与使用荷载标准组合作用下控制截面的弯矩之比。10-4什么叫先张法预应力混凝土结构和后张法混凝土结构？先张法：在台座或钢模上张拉预应力筋至预定值并作临时固定；然后浇灌混凝土，待混凝土达到一定强度后，切断预应力筋，其在回缩时对混凝土施加预应力。预应力的传递主要靠预应力筋与混凝土间的握裹力，有时也补充设置特殊的锚具。后张法：先浇灌构件并在混凝土中预留孔道，待混凝土达到一定的强度后，在孔道内穿筋和安装张拉设备；张拉预应力筋同时挤压混凝土；张拉完毕后将张拉端预应力筋用工作锚具锚紧，然后往孔道内压力灌浆。后张法预应力靠设置在构件两端的锚具装置获得。10-5各种锚具的传力方法是什么？答：螺丝短杆锚具，帮条锚具：张拉端的螺丝端杆连在张拉设备上，张拉后预应力钢筋通过螺帽和钢垫板将预应力传到构件上。夹片式锚具：每个锚板上设有锥形的孔洞，夹持钢绞线的夹片按楔块作用的原理，在钢绞线回缩过程中将其拉紧，从而达到锚固的目的。锥形锚塞锚具：张拉时，需用专门的双作用千斤顶，在张拉钢丝束的同时，将锚塞压入锚环顶紧，使钢丝夹紧在锚环和锚塞之间，依靠摩阻力锚固。钢丝束墩头锚具：这种锚具由被镦粗的钢丝头、锚杯或锚板和螺母组成，借镦粗头将许多单根钢丝锚定在锚杯或锚板上，组合成束。张拉后依靠螺帽把整个预应力束锚固在结构上。10-6对预应力混凝土结构所用材料的要求是什么？答：混凝土：强度高，收缩、徐变小，快硬、早强。预应力筋：高强，有一定的塑形，对先张法构件的预应力筋，要求与混凝土之间有良好的粘结性能。10-7张拉控制允许应力值与哪些因素有关，为什么？答：与构件极限荷载、钢丝塑形、材质有关。10-8预应力混凝土结构中，有哪几种预应力损失，如何计算？如何降低这些损失？答：1.直线预应力筋由于锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损失σl1σ减少此项损失的措施有：选择变形小或使预应力筋内缩小的锚具、夹具，尽量少用垫板；增加台座长度。2.预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失σl2减少此项损失的措施有：σ对于较长的构件可在两端进行张拉，则计算中孔道长度可按构件的一半长度计算；采用超张拉。3.混凝土加热养护时，受张拉的预应力筋与承受拉力的设备之间温差引起的预应力损失σl3σ减少此项损失的措施有：采用两次升温养护；钢模上张拉预应力筋。4.预应力筋应力松弛引起的预应力损失σl4预应力螺纹钢筋：一次张拉:σ超张拉：σ普通松弛预应力钢丝、钢绞线、中强度预应力钢丝：σ一次张拉：ψ=1超张拉：ψ=0.9低松弛预应力钢丝、钢绞线、中强度预应力钢丝：当σ≤0.7fptk时当0.7fptk<减少此项损失的措施有：进行超张拉；防止初应力过大。5.混凝土收缩、徐变引起受拉区和受压区预应力筋的预应力损失σl5先张法：σσ后张法：σσ减少此项损失的措施有：采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比，采用干硬性混凝土；采用级配较好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；加强养护，以减少混凝土的收缩。6.用螺旋式预应力筋作配筋的环形构件，由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失σl6当d≤3m当d>3m时，σ10-9什么叫做预应力传递长度?如何进行后张法预应力混凝土构件端部区的局部受压验算?答：在埋有预应力钢筋的混凝土构件中,预应力钢筋需要经过一定的长度才能建立起稳定的预拉应力,此长度称为预应力传递长度;可以按第九章局部受压承载力的情况进行计算。10-10试画出先张法,后张法预应力混凝土轴拉构件的内力自平衡体系的截面内力图,消压状态,临界开裂状态,抗拉极限状态下的截面应力图.答：先张法：图10.1截面内力平衡图图10.2消压状态下截面应力图图10.3临界开裂状态下截面应力图NcuNcu图10.4临近破坏状态下截面受力示意图后张法：图10.5截面内力平衡图图10.6消压状态下截面应力图图10.7临界开裂状态下截面应力图NcuNcu图10.8临近破坏状态下截面受力示意图10-11一般情况下,在受弯构件中预应力筋应设置在什么部位?用简图画出简支,简支外伸和一两跨连续的预应力混凝土梁的预应力筋设置的部位图.答：在受弯构件中预应力筋应设置在在使用荷载作用下混凝土产生拉应力的区域。（1）简支梁：图10.9简支梁预应力筋设置的部位图（2）简支外伸梁：图10.10简支外伸梁预应力筋设置的部位图（3）两跨连续梁：图10.11两跨连续梁预应力筋设置的部位图10-12试画出先张法,后张法预应力混凝土受弯构件的内力自平衡体系的截面内力图,受拉边缘混凝土应力为零状态,临界开裂状态,抗弯极限状态下的截面应力图.答：先张法：图10.12截面内力平衡图图10.13消压状态下截面应力图图10.14临界开裂状态下截面应力图图10.15临近破坏状态下截面受力示意图后张法：图10.16截面内力平衡图图10.18消压状态下截面应力图图10.19临界开裂状态下截面应力图加载至破坏阶段的情形与先张法预应力混凝土受弯构件相同。10-13预应力混凝土受弯构件的界限相对受压区高度计算公式的推导过程与普通钢筋混凝土受弯构件的界限相对受压区高度计算公式推导过程的不同点是什么?答：相对受压区高度指当受拉钢筋达到屈服时,受压区混凝土同时被破坏.对于普通钢筋混凝土,受拉钢筋经历由0至的过程,而对于预应力钢筋混凝土,受拉钢筋经历由至的过程,所以对于预应力混凝土,.10-14为什么预应力混凝土结构的抗剪能力比普通钢筋混凝土梁的抗剪能力高?答：主要在于预应力的作用阻碍了斜裂缝的出现和发展,增加了混凝土剪压区高度,从而提高了混凝土剪压区所承担的剪力.10-15在预应力混凝土受弯构件中,为什么要进行斜截面抗裂度验算?具体步骤是什么?答：预应力混凝土受拉构件在弯矩和剪力共同作用下,可能由于主拉应力达到混凝土的抗拉强度而形成斜裂缝,所以需要进行验算.具体步骤为先计算受弯构件主应力,然后与混凝土强度作相应对比即可。10-16预应力混凝土结构的构造措施与普通混凝土结构的构造措施的主要异同点是什么?答：由于预应力混凝土的复杂性,对于先张法预应力混凝土,对钢筋间距,厚度,端部构造及放张工艺均有不同于普通混凝土的要求,对于后张法预应力混凝土,对预留孔道尺寸,构件端部形状,配筋及加强端部的措施均有特定的要求.练习题10-1先张法预应力轴心受拉杆件，截面尺寸200mm×200mm，混凝土C40，已配置9ϕH9预应力筋，张拉控制应力σcon=1000N/mm2,fpy=1110N/解：（1）混凝土为C40，钢筋为ϕ故E得α所以A故知σ（2）N（3）查表知fN（4）N10-2已知预应力混凝土轴心受拉构件，用后张法预加预应力，截面尺寸b×h=250mm×200mm，已配非预应力钢筋4𝜙12，构件长为21m，混凝土为C40，预应力钢筋采用ϕT，采用螺丝端杆锚具，当混凝土强度达到设计强度时张拉预应力钢筋，超张拉，一端张拉，孔道直径为𝜙解：（1）A查表得fA选用ϕ（2）αAA施工阶段验算：采用超张拉5%，取σconN截面上混凝土压应力为：σ（3）锚具下局部受压验算设螺丝端杆锚具的直径为100mm，锚具下垫板厚20mm，局部受压面积可按压力从锚具边缘垫板中按45度扩散的面积计算，以一近似矩形面积代替圆面积。AFAF故局部受压不满足，局部会被压坏。10-3有一后张法预应力混凝土梁,采用直线配筋,截面为I形,不考虑非预应力筋的存在,假定上下预应力筋同时张拉,求张拉时该截面不出现拉应力的上部预应力钢筋截面面积的表达式.解：根据题意得,为形心至截面上边缘的距离.其中,为换算截面的截面积和惯性矩.化简,得10-4一先张法预应力混凝土受弯构件,截面尺寸