建筑结构计算能力训练

建筑结构计算能力训练模块六预应力混凝土构件计算能力训练一、学习目标与要求1.学习目标能力目标：掌握先张法预应力筋的控制应力、张拉程序和放张顺序的确定和注意事项；掌握后张法孔道留设、锚具选择、预应力筋的张拉顺序、孔道灌浆等施工方法及注意要点。知识目标：了解预应力混凝土的概念及其在工程应用中的优点；熟悉预应力混凝土的材料品种、规格及要求；熟悉先张法、后张法的施工工艺。态度养成目标：通过本模块的学习，形成对预应力混凝土的初步认识，培养工程素质。二、重点难点分析三、典型示例分析（解题指导）四、技能训练7.预应力的最大优点就在于提高了构件的（）和（）。抗裂能力刚度7、当预应力混凝土构件在使用荷载下不出现拉应力，称为（）。7、aa.部分预应力b.全预应力c.有粘接预应力d.无粘接预应力5、与普通混凝土结构相比，预应力混凝土具有（）的特点。5、abca.推迟裂缝出现b.提高承载能力c.充分利用高强材料d.提高耐久性5、预应力混凝土构件对钢筋的要求有（）5、ABCDa.高强度b.可焊性好c.与混凝土有足够粘结强度d.冲击韧性高3、张拉控制应力是指在张拉预应力钢筋时所应控制的____________。3、最大应力值采用先张法制作预应力混凝土构件时，放松预应力筋，混凝土的强度需达到混凝土设计强度等级值的（）张拉控制应力f为预应力钢筋强度（）值张拉控制应力值不应小于（）ptk先张法预应力筋的张拉力主要是靠（）传递给混凝土，而后张法预应力筋的张拉力主要是靠（）传递给混凝土为何钢筋混凝土构件采用高强度钢筋不合理，而预应力混凝土构件必须采用高强度材料？6.3施加预应力的方法有哪几种？各有何优、缺点？6.4什么是张拉控制应力？其取值原则是什么？6.5什么是预应力损失？预应力损失分为哪几种？减少措施各有哪些？1、预应力结构构件的混凝土需满足的下列要求中不正确的是何项？A、强度高B、收缩、徐变小C、快硬、早强D、强度等级不宜低于C20正答D预应力混凝土构件对混凝土的要求主要有以下几点：1）高强度，混凝土强度等级不低于C30；2）收缩及徐变要小；3）快硬、早强2、预应力混凝土对钢筋的性能要求如下，其中正确的是何项？I.高强度、低松弛II.具有一定的塑性III.有良好的可焊性IV.常用的预应力筋有钢筋、钢丝和钢绞线三大类正答：C预应力混凝土对钢筋性能的要求主要有以下四个方面：高强度，良好的加工性能（可焊性），与混凝土之间有足够的粘结强度，具有良好的塑性。常用的预应力筋有钢丝、钢绞线和热处理钢筋三大类。3、选择下列哪一种钢筋作为预应力钢筋是不可取的？A、冷拉HRB335，HRB400级钢筋B、钢绞线C、45Si2CrD、CRB550正答：D根据《冷轧带肋钢筋混凝土技术规程》，CRB550钢筋宜用作钢筋混凝土结构构件中的受力钢筋、焊接钢筋网、箍筋、构造钢筋以及预应力混凝土结构中的非预应力钢筋；因此，D是不可取的，而A、B、C中的钢筋都是可以用的。4、为了保证获得必要的预应力效果，避免将张拉控制应力σcon定得过小，《混凝土结构设计规范》规定，对预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋的张拉控制应力σcon的最低限值不应小于何项数值？A、0.3fptkB、0.4fptkC、0.5fptkD、0.6fptk正答：B根据《混凝土结构设计规范》6.1.3条5、关于张拉控制应力限值的下列论述何项正确？σ比热处理钢筋定得高A、消除应力钢丝、钢绞线的conσ比采用同B、采用消除应力钢丝和钢绞线的先张法构件，其con样预应力筋的后张法构件定得高σ比采用热处理钢筋的C、采用热处理钢筋的先张法构件，其con后张法构件定得高σ不宜超过《混凝土结构设计规范》表6.1.3的限值，且D、con不小于0.4fptk6、对预应力混凝土构件中的预应力钢筋，张拉控制应力取值，以下叙述哪一项为正确？A、张拉控制应力取值应尽量趋近钢筋的屈服强度B、张拉控制应力取值过低达不到提高构件承载力的效果，取值过高则会降低构件的延性C、张拉控制应力限值与预应力钢筋的种类无关D、张拉控制应力取值不得超过其强度标准值的50%7、在预应力混凝土结构中，拉区预应力钢筋超张拉的目的是何项？A、提高构件的承载能力B、减少预应力损失C、利用钢筋屈服后的强度提高特性D、节省预应力钢筋正答：B拉区预应力钢筋通过超张拉（一般提高5个百分点）。可减少预应力筋孔道损失和松弛损失等σ应按何项确定？8、设计预应力混凝土构件时，conA、按预应力钢筋强度标准值计算B、能使抗裂度越高越好C、愈高愈好，以减少预应力损失D、按承载力太小计算正答：Aσ，先张法比后张法取值高，其原9、预应力钢筋的张拉控制应力con因是：A、后张法在张拉钢筋的同时混凝土已经完成弹性压缩，预应力损失较小B、先张法用的是临时性锚具C、后张法比先张法由混凝土收缩，徐变引起的预应力损失小D、先张法有混凝土构件加热养护时，由于温差引起的预应力损失正答：A根据《混凝土结构设计规范》6.1.3条规定10、预应力筋张拉或放张时的混凝土立方体抗压强度，不应低于何项数值？A、0.75fptkB、0.8fptkC、0.9fptkD、fptk正答：A根据《混凝土结构设计规范》6.1.4条规定11、预应力钢筋的预应力损失，包括锚具变形损失（1lσ），摩擦损失（2lσ），温差损失（3lσ），钢筋松弛损失（4lσ），混凝土收缩、徐变损失（5lσ），局部挤压损失（6lσ）。设计计算时，预应力损失的组合，在混凝土预压前为第一批，预压后为第二批。对于先张法构件预应力损失的组合式下列何项？A、第一批124lllσσσ++；第二批35llσσ+B、第一批123lllσσσ++；第二批5lσC、第一批1234llllσσσσ+++；第二批5lσD、第一批12llσσ+；第二批45llσσ+正答：C（根据《混凝土结构设计规范》表6.2.7。）12、有一长3.6m的先张法预应力空心楼板，采用C40混凝土和P5Φ钢丝，长线一次张拉，台座长为80m，采用单根钢丝锥形锚具。张拉控制应力为conσ=0.75fptk。A、12.5B、25.0C、15.0D、30.0正答：A由《混凝土结构设计规范》6.2.2条和表6.2.2，取a521521012.5N/mm80000lsaElσ==??=13、预应力混凝土构件，采用热处理钢筋，超张拉，张拉控制应力conσ=735N/mm2，fptk=1470N/mm2，则预应力钢筋的应力松弛4lσ（N/mm2）与下列何项数值最为接近？A、36.75B、25.73C、22.05D、0正答：B根据《混凝土结构设计规范》表6.2.1，热处理钢筋，超张拉，预应力钢筋的应力松弛损失为4lσ=0.035conσ=0.035×735=25.725N/mm214、下列何项不是减少张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失的措施？A、张拉a值较小的锚具B、减少垫板或螺帽数C、超张拉0.05%D、先张法选用较长的台座正答：CA、由《混凝土结构设计规范》6.2.2，1lσ与a呈正比，减少a可降低1lσ，对。B、由《混凝土结构设计规范》表6.2.2，每加一头垫板或螺帽，缝隙使a加1mm，1lσ加大，对。C、超张拉可减少摩擦损失1lσ、应力松弛损失1lσ，不能减少1lσ，不对。D、1lσ与l呈反比，台座越长1lσ愈小，对。15、采用夹片式锚具，孔道成型方式为预埋金属波纹管，张拉控制应力conσ=0.65fptk，则第一批预应力损失1lσ（N/mm2）与何项数值最为接近？A、41.7B、76.12C、80.0D、109.62正答：B由《混凝土结构设计规范》6.2.7条，后张法构件第一批预应力损失为12lIllσσσ=+。（1）计算1lσ由《混凝土结构设计规范》表6.2.2，夹片式锚具变形和钢筋内缩值a=5mm，构件长l=24m，故有51352.0102410lsaElσ==??=?41.7N/mm2（2）计算2lσ张拉控制应力：2con0.650.651470956N/mmptkfσ==?=查《混凝土结构设计规范》表6.2.4，k=0.0015，直线配筋μθ=0故：0.0015240.0360.2kxμθ+=?=<由《混凝土结构设计规范》式（6.2.4-2）有()()22con95600.00152434.42N/mmlkxσσμθ=+=+?=故第一批损失21241.734.4276.12N/mmlIllσσσ=+=+=16、上题中，若1lσ=73.8N/mm2，nA=41199mm2，施加预应力时cuf'=40N/mm2,则第二批预应力损失IIlσ（N/mm2）与何项数值最为接近？A、158.04B、161.91C、195.41D、209.71正答：C。由《混凝土结构设计规范》6.2.7条，后张法构件第二批预应力损失为II45lllσσσ=+（1）计算4lσ采用超张拉工艺，由《混凝土结构设计规范》表6.2.1240.0350.03595633.5/lconNmmσσ==?=（2）计算5lσ张拉终止后混凝土的预压应力PCIσ()()IP2nA95673.878516.8/A41199conlPCINmmσσσ--===PCI16.80.4240cufσ=='，785452.40.0152241199PsnAAAρ++===?由《混凝土结构设计规范》式（6.2.5-3）2535280352800.42124.54/1151150.015PCculfNmmσσρI+'+?===++?当结构处于年平均相对湿度低于40%的环境下，5lσ值应增加30%，即251.3124.54161.91/lNmmσ=?=故第二批损失24533.5161.91195.41/lllNmmσσσ=+=+=Ⅱ17、条件相同的钢筋混凝土轴心受拉构件和预应力混凝土轴心受拉构件相比何项较正确？A、前者的承载力低于后者B、前者的抗裂度比后者差C、前者与后者的承载力和抗裂度均相同D、前者的承载力高于后者正答：B根据《混凝土结构设计规范》8.1.1和8.1.4条规定18、下属何项论述内容是正确的？A、先张法预应力钢筋之间的净间距应根据浇筑混凝土、施加预应力及钢筋锚固等要求确定。预应力钢筋之间的净间距不应小于其公称直径或等效直径的1.5倍，且应符合下列规定：对热处理钢筋及钢丝，不应小于15mm；对三股钢绞线，不应小于20mm；对七股钢绞线，不应小于25mm。B、当先张法预应力钢丝按单根方式配筋困难时，可采用相同直径钢丝并筋的配筋方式，并筋的等效直径，对双并筋应取为单筋直径的1.7倍。C、后张法预应力钢丝束、钢绞线束预留孔道的内径应比预应力钢丝束或钢绞线束外径及需穿过孔道的连接器外径大于10~15mm。σ不大于预应力钢筋强度标准值0.5倍时，D、当章法控制应力con预应力钢筋的应力松弛损失值取为零。正答：A、C、DA参见《混凝土结构设计规范》9.6.2条B根据《混凝土结构设计规范》9.6.1条，并筋的等效直径，对双并筋应取为单筋直径的1.4倍，对三并筋应取为单筋直径的1.7倍。C参见《混凝土结构设计规范》9.6.8第3款。D参加《混凝土结构设计规范》表6.2.1注3。19、下列关于预应力混凝土结构的叙述错误的是何项？σ相同，先张法施工所建立的混凝土有A、假如张拉控制应力con效预压应力比后张法施工低B、由于施加了预应力，提高了抗裂度，故预应力混凝土构件在使用阶段都是不开裂的C、预应力混凝土受弯构件的挠度比普通钢筋混凝土受弯构件的挠度小D、预应力混凝土构件的抗疲劳性能比普通钢筋混凝土构件好正答：B根据《混凝土结构设计规范》3.3.4与8.1.1条，钢筋混凝土和预应力混凝土构件按所处环境类别和结构类别确定的裂缝控制等级分为三级。其中，一级为严格要求不出现裂缝的构件；二级为一般要求不出现裂缝的构件；三级为允许出现裂缝的构件。五、参考答案六、课后习题答案1.填空题1）100MPa80MPa2）钢筋强度标准值和混凝土强度标准值有关3）高强度收缩、徐变小快硬、早强4）承载力计算、抗裂验算、挠度计算；局部受压计算、截面应力验算5）超张拉2简答题1)什么是无粘结预应力混凝土？预应力钢筋沿全长涂刷防锈、防腐润滑油脂等涂层，它与施加预应力的混凝土之间没有黏结力，可以永久的相对滑动，预应力全部由两端的锚具传递。2)3)4)5)6)为了保证混凝土与预应力筋具有一定的黏结力，并使混凝土能够承受预应力钢筋施加的预压力1、什么是无黏结预应力混凝土？2、什么是张拉控制应力？如何取值？答：张拉控制应力是指在张拉预应力筋时所达到的规定应力，应按设计规定采用。控制应力的数值直接影响预应力的效果。预应力钢筋的张拉控制应力值conσ不宜超过规范规定的张拉控制应力值，且不应小于0.4fptk，其中fptk为预应力钢筋强度标准值。3、预应力损失值是如何组合的？答：为了便于分析和计算，设计时可将预应力损失分为两批：（1）混凝土预压完成前出现的损失，称第一批损失lσI，其中后张法构件12lllσσσ=+I，后张法构件1234lIllllσσσσσ=+++；（2）混凝土预压完成后出现的损失，称第二批损失lσII，其中先张法构件5llσσ=II，后张法构件456llllσσσσ=++II。4、预应力筋超张拉时，有哪两种形式？答：减少4lσ损失的措施有进行超张拉，这里所指的超张拉有两种形式：①从应力为零开始直接张拉到1.03conσ；②从应力为零开始拉至1.05conσ，持荷2分钟之后，再卸载至conσ。5、预应力混凝土构件主要的构造措施有哪些？答：1、截面形式和尺寸；2、纵向非预应力钢筋；3、先张法构件的要求；4、后张法构件的要求。6、对于先张法预应力混凝土来说，为什么混凝土需要达到一定强度后才能放松钢筋？模块九多高层钢筋混凝土房屋计算能力训练一、学习目标与要求1.学习目标能力目标：通过本模块的学习，能初步掌握框架结构荷载与内力计算要点，以及柱梁板设计要点和构造要求（抗震和非抗震），了解框架剪力墙结构设计要点，能熟练的进行钢筋混凝土结构施工图的识读。知识目标：学习框架结构平面计算单元的选取、计算模型的确定、荷载的简化和节点的简化处理方法，会使用分层法、反弯点法和D值法计算框架结构内力，以及框架结构侧移计算方法，了解多层框架柱、梁、板设计要点与构造要求，框架剪力墙结构设计要点与构造要求，钢筋混凝土结构施工图的基本内容与识读要点。态度养成目标：培养学生对框架结构设计计算原理的认识，为以后从事设计、施工或管理奠定理论基础。二、重点难点分析三、典型示例分析1.试分别用弯矩分配法和分层法计算框架弯矩，并绘出弯矩图（假设框架边跨横梁上荷载设计值为58kN/m,中跨横梁上作用有14.5kN/m的荷载）。解：弯矩分配法：由于框架结构荷载对称，可利用对称性原理仅计算一半，即将中跨梁的相对线刚度乘以修正系数2即可，分配系数如下：结点B：10.1911.153.2BAμ==++0.2111.153.2BCμ==++3.20.6011.153.2BFμ==++结点C：1.150.211.151.153.2CBμ==++1.150.211.151.153.2CDμ==++3.20.581.151.153.2CGμ==++结点D：1.150.261.153.2DCμ==+3.20.741.153.2DCμ==+结点F：1.00.091.01.153.26.4FEμ==+++1.150.101.01.153.26.4FGμ==+++3.20.271.01.153.26.4FBμ==+++'6.40.541.01.153.26.4FFμ==+++结点G：1.150.101.151.153.26.4GFGHμμ===+++3.20.271.151.153.26.4GCμ==+++'6.40.531.151.153.26.4GGμ==+++结点H：0.111.153.26.4HGμ==++3.20.301.153.26.4HDμ==++'6.40.591.153.26.4HHμ==++固端弯矩计算22115861741212BFFBMMqlkNmkNm=-=-=-??=-同理：'''17443.5CGGCDHHDFFGGHHMMMMkNmMMMkNm=-==-=-===-弯矩分配计算及弯矩图见图：分层法：将框架按楼层分成三个互不关联的框架，如图所示弯矩分配系数计算，根据对称性原理，也只计算其中一半框架，注意此时柱除底层外线刚度乘以0.9，柱弯矩由近端向远端传递系数底层为0.5，其余层为1/3。如结点B：10.1911.150.93.2BAμ==+?+1.150.90.211.150.93.2BCμ?==+?+3.20.6111.150.93.2BFμ==+?+其余各结点不在复述。梁固端弯矩计算同上题，弯矩分配与传递见图各层弯矩叠加后弯矩图如图所示2.用反弯点法求图所示框架的弯矩，并作弯矩图解：计算各柱剪力ijV顶层柱：33339.05iiVFFkN====∑由于顶层各柱的截面尺寸相同，柱高度相等，柱顶侧移相等，则31323334312.34VVVVVkN=====二层柱：3229.0516.0525.1iiVFkNkNkN===+=∑同理21222324216.34VVVVVkN=====底层柱：3119.0516.0513.7538.85iiVFkNkNkNkN===++=∑同样11121314119.74VVVVVkN=====根据假定，框架底层各柱反弯点在距柱底2/3高度处，上层各柱的反弯点位置在层高的中点。根据力学知识，知道了柱反弯点位置及反弯点处的剪力后，柱端弯矩即能很容易的求出，计算各柱弯矩为：底层柱14.59.7kNm14.55kNm3M=??=上24.59.7kNm29.1kNm3M=??=上二层柱1M3.96.3kNm12.3kNm2M==??=下上三层柱1M3.92.3kNm4.5kNm2M==??=下上根据结点平衡及变形协调条件计算梁端弯矩：（如图所示）顶层梁边结点：4.5kNmMM==上中间结点：MMM2.25kNmiii=+=+左下左上左右（），MMM2.25kNmiii=+=+右下右上左右（）其他各层梁端弯矩计算不在复述，框架弯矩如图所示3.试用D值法计算上题框架的弯矩，并绘弯矩图解：计算各层柱抗侧移刚度ijD及ijD∑底层中柱：3.23.26.41bciki+===∑0.50.822ckkα+==+1112122112120.820.494.5cccciiDihα==?=底层边柱：3.23.21bciki===0.50.712ckkα+==+1111122112120.710.424.5cccciiDihα==?=11112(0.490.42)1.82jccDDii==?+=∑二层中柱：(3.23.2)25.5621.152bciki+?===?∑22.780.742222.78ckkα?===++?2222222212120.740.583.9cccciiDihα==?=二层边柱：3.23.22.7821.152bciki+===?∑2.780.58222.78ckkα===++2221222212120.580.463.9cccciiDihα==?=2222(0.460.58)2.08ccDii=?+=同理三层：3230.58cDi=3130.46cDi=3332(0.460.58)2.08ccDii=?+=根据ijijiijDVVD=∑计算各柱剪力得：三层：39.05VkN=3313430.469.0522(0.460.58)cciVVkNkNi==?=?+3323230.589.052.52(0.460.58)cciVVkNkNi==?=?+同理二层：29.0516.0525.11VkNkNkN=+=21245.55VVkN==22237.0VVkN==底层19.0516.0513.7538.86V