混凝土結(jié)構(gòu)基本原理第10章

思考題10-1什么是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)？答：預(yù)應(yīng)力5混凝土是根據(jù)需要人為地引入某一分布與數(shù)值的內(nèi)應(yīng)力，用以全部或部分抵消外荷載應(yīng)力的一種加筋混凝土。10-2預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是什么？為什么預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中必須使用較高強(qiáng)度等級的混凝土和較高強(qiáng)度的鋼筋作為預(yù)應(yīng)力鋼筋？答：優(yōu)點(diǎn)：1、改善結(jié)構(gòu)使用性能；2、減小構(gòu)件截面高度，減輕自重；3、充分利用高強(qiáng)鋼材；4、具有良好的裂縫閉合性能與變形恢復(fù)性能；5、提高抗剪承載力；6、提高抗疲勞強(qiáng)度；7、具有良好的經(jīng)濟(jì)性。采用高強(qiáng)混凝土配合采用高強(qiáng)度鋼筋可以有效地減小構(gòu)件的截面尺寸和減輕自重，可以獲得較高的理想的有效預(yù)壓應(yīng)力，提高構(gòu)件的抗裂能力。對于先張法構(gòu)件，隨混凝土強(qiáng)度等級的提高可增大混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。對后張法構(gòu)件，采用高強(qiáng)度混凝土，可承受構(gòu)件端部強(qiáng)大的預(yù)壓力。10-3什么叫全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)？什么叫部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)？什么叫預(yù)應(yīng)力度？答：全預(yù)應(yīng)力：在全部荷載最不利組合作用下，混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力。部分預(yù)應(yīng)力：在全部荷載最不利組合作用下，構(gòu)件預(yù)壓區(qū)混凝土正截面的拉應(yīng)力不超過規(guī)定的容許值，或允許超過規(guī)定的限值，但當(dāng)裂縫出現(xiàn)時，其寬度不超過容許值。預(yù)應(yīng)力度指消壓彎矩與使用荷載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下控制截面的彎矩之比。10-4什么叫先張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和后張法混凝土結(jié)構(gòu)？先張法：在臺座或鋼模上張拉預(yù)應(yīng)力筋至預(yù)定值并作臨時固定；然后澆灌混凝土，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，切斷預(yù)應(yīng)力筋，其在回縮時對混凝土施加預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力的傳遞主要靠預(yù)應(yīng)力筋與混凝土間的握裹力，有時也補(bǔ)充設(shè)置特殊的錨具。后張法：先澆灌構(gòu)件并在混凝土中預(yù)留孔道，待混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度后，在孔道內(nèi)穿筋和安裝張拉設(shè)備；張拉預(yù)應(yīng)力筋同時擠壓混凝土；張拉完畢后將張拉端預(yù)應(yīng)力筋用工作錨具錨緊，然后往孔道內(nèi)壓力灌漿。后張法預(yù)應(yīng)力靠設(shè)置在構(gòu)件兩端的錨具裝置獲得。10-5各種錨具的傳力方法是什么？答：螺絲短桿錨具，幫條錨具：張拉端的螺絲端桿連在張拉設(shè)備上，張拉后預(yù)應(yīng)力鋼筋通過螺帽和鋼墊板將預(yù)應(yīng)力傳到構(gòu)件上。夾片式錨具：每個錨板上設(shè)有錐形的孔洞，夾持鋼絞線的夾片按楔塊作用的原理，在鋼絞線回縮過程中將其拉緊，從而達(dá)到錨固的目的。錐形錨塞錨具：張拉時，需用專門的雙作用千斤頂，在張拉鋼絲束的同時，將錨塞壓入錨環(huán)頂緊，使鋼絲夾緊在錨環(huán)和錨塞之間，依靠摩阻力錨固。鋼絲束墩頭錨具：這種錨具由被鐓粗的鋼絲頭、錨杯或錨板和螺母組成，借鐓粗頭將許多單根鋼絲錨定在錨杯或錨板上，組合成束。張拉后依靠螺帽把整個預(yù)應(yīng)力束錨固在結(jié)構(gòu)上。10-6對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)所用材料的要求是什么？答：混凝土：強(qiáng)度高，收縮、徐變小，快硬、早強(qiáng)。預(yù)應(yīng)力筋：高強(qiáng)，有一定的塑形，對先張法構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力筋，要求與混凝土之間有良好的粘結(jié)性能。10-7張拉控制允許應(yīng)力值與哪些因素有關(guān)，為什么？答：與構(gòu)件極限荷載、鋼絲塑形、材質(zhì)有關(guān)。10-8預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，有哪幾種預(yù)應(yīng)力損失，如何計(jì)算？如何降低這些損失？答：1.直線預(yù)應(yīng)力筋由于錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失σl1σ減少此項(xiàng)損失的措施有：選擇變形小或使預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮小的錨具、夾具，盡量少用墊板；增加臺座長度。2.預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失σl2減少此項(xiàng)損失的措施有：σ對于較長的構(gòu)件可在兩端進(jìn)行張拉，則計(jì)算中孔道長度可按構(gòu)件的一半長度計(jì)算；采用超張拉。3.混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時，受張拉的預(yù)應(yīng)力筋與承受拉力的設(shè)備之間溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失σl3σ減少此項(xiàng)損失的措施有：采用兩次升溫養(yǎng)護(hù)；鋼模上張拉預(yù)應(yīng)力筋。4.預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失σl4預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋：一次張拉:σ超張拉：σ普通松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲：σ一次張拉：ψ=1超張拉：ψ=0.9低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲：當(dāng)σ≤0.7fptk時當(dāng)0.7fptk<減少此項(xiàng)損失的措施有：進(jìn)行超張拉；防止初應(yīng)力過大。5.混凝土收縮、徐變引起受拉區(qū)和受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失σl5先張法：σσ后張法：σσ減少此項(xiàng)損失的措施有：采用高標(biāo)號水泥，減少水泥用量，降低水灰比，采用干硬性混凝土；采用級配較好的骨料，加強(qiáng)振搗，提高混凝土的密實(shí)性；加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以減少混凝土的收縮。6.用螺旋式預(yù)應(yīng)力筋作配筋的環(huán)形構(gòu)件，由于混凝土的局部擠壓引起的預(yù)應(yīng)力損失σl6當(dāng)d≤3m當(dāng)d>3m時，σ10-9什么叫做預(yù)應(yīng)力傳遞長度?如何進(jìn)行后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件端部區(qū)的局部受壓驗(yàn)算?答：在埋有預(yù)應(yīng)力鋼筋的混凝土構(gòu)件中,預(yù)應(yīng)力鋼筋需要經(jīng)過一定的長度才能建立起穩(wěn)定的預(yù)拉應(yīng)力,此長度稱為預(yù)應(yīng)力傳遞長度;可以按第九章局部受壓承載力的情況進(jìn)行計(jì)算。10-10試畫出先張法,后張法預(yù)應(yīng)力混凝土軸拉構(gòu)件的內(nèi)力自平衡體系的截面內(nèi)力圖,消壓狀態(tài),臨界開裂狀態(tài),抗拉極限狀態(tài)下的截面應(yīng)力圖.答：先張法：圖10.1截面內(nèi)力平衡圖圖10.2消壓狀態(tài)下截面應(yīng)力圖圖10.3臨界開裂狀態(tài)下截面應(yīng)力圖NcuNcu圖10.4臨近破壞狀態(tài)下截面受力示意圖后張法：圖10.5截面內(nèi)力平衡圖圖10.6消壓狀態(tài)下截面應(yīng)力圖圖10.7臨界開裂狀態(tài)下截面應(yīng)力圖NcuNcu圖10.8臨近破壞狀態(tài)下截面受力示意圖10-11一般情況下,在受彎構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)設(shè)置在什么部位?用簡圖畫出簡支,簡支外伸和一兩跨連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土梁的預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置的部位圖.答：在受彎構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)設(shè)置在在使用荷載作用下混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力的區(qū)域。（1）簡支梁：圖10.9簡支梁預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置的部位圖（2）簡支外伸梁：圖10.10簡支外伸梁預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置的部位圖（3）兩跨連續(xù)梁：圖10.11兩跨連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置的部位圖10-12試畫出先張法,后張法預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的內(nèi)力自平衡體系的截面內(nèi)力圖,受拉邊緣混凝土應(yīng)力為零狀態(tài),臨界開裂狀態(tài),抗彎極限狀態(tài)下的截面應(yīng)力圖.答：先張法：圖10.12截面內(nèi)力平衡圖圖10.13消壓狀態(tài)下截面應(yīng)力圖圖10.14臨界開裂狀態(tài)下截面應(yīng)力圖圖10.15臨近破壞狀態(tài)下截面受力示意圖后張法：圖10.16截面內(nèi)力平衡圖圖10.18消壓狀態(tài)下截面應(yīng)力圖圖10.19臨界開裂狀態(tài)下截面應(yīng)力圖加載至破壞階段的情形與先張法預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件相同。10-13預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的界限相對受壓區(qū)高度計(jì)算公式的推導(dǎo)過程與普通鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的界限相對受壓區(qū)高度計(jì)算公式推導(dǎo)過程的不同點(diǎn)是什么?答：相對受壓區(qū)高度指當(dāng)受拉鋼筋達(dá)到屈服時,受壓區(qū)混凝土同時被破壞.對于普通鋼筋混凝土,受拉鋼筋經(jīng)歷由0至的過程,而對于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土,受拉鋼筋經(jīng)歷由至的過程,所以對于預(yù)應(yīng)力混凝土,.10-14為什么預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗剪能力比普通鋼筋混凝土梁的抗剪能力高?答：主要在于預(yù)應(yīng)力的作用阻礙了斜裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展,增加了混凝土剪壓區(qū)高度,從而提高了混凝土剪壓區(qū)所承擔(dān)的剪力.10-15在預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件中,為什么要進(jìn)行斜截面抗裂度驗(yàn)算?具體步驟是什么?答：預(yù)應(yīng)力混凝土受拉構(gòu)件在彎矩和剪力共同作用下,可能由于主拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度而形成斜裂縫,所以需要進(jìn)行驗(yàn)算.具體步驟為先計(jì)算受彎構(gòu)件主應(yīng)力,然后與混凝土強(qiáng)度作相應(yīng)對比即可。10-16預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施與普通混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施的主要異同點(diǎn)是什么?答：由于預(yù)應(yīng)力混凝土的復(fù)雜性,對于先張法預(yù)應(yīng)力混凝土,對鋼筋間距,厚度,端部構(gòu)造及放張工藝均有不同于普通混凝土的要求,對于后張法預(yù)應(yīng)力混凝土,對預(yù)留孔道尺寸,構(gòu)件端部形狀,配筋及加強(qiáng)端部的措施均有特定的要求.練習(xí)題10-1先張法預(yù)應(yīng)力軸心受拉桿件，截面尺寸200mm×200mm，混凝土C40，已配置9?H9預(yù)應(yīng)力筋，張拉控制應(yīng)力σcon=1000N/mm2,fpy=1110N/解：（1）混凝土為C40，鋼筋為?故E得α所以A故知σ（2）N（3）查表知fN（4）N10-2已知預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件，用后張法預(yù)加預(yù)應(yīng)力，截面尺寸b×h=250mm×200mm，已配非預(yù)應(yīng)力鋼筋4??12，構(gòu)件長為21m，混凝土為C40，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用?T，采用螺絲端桿錨具，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，超張拉，一端張拉，孔道直徑為??解：（1）A查表得fA選用?（2）αAA施工階段驗(yàn)算：采用超張拉5%，取σconN截面上混凝土壓應(yīng)力為：σ（3）錨具下局部受壓驗(yàn)算設(shè)螺絲端桿錨具的直徑為100mm，錨具下墊板厚20mm，局部受壓面積可按壓力從錨具邊緣墊板中按45度擴(kuò)散的面積計(jì)算，以一近似矩形面積代替圓面積。AFAF故局部受壓不滿足，局部會被壓壞。10-3有一后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁,采用直線配筋,截面為I形,不考慮非預(yù)應(yīng)力筋的存在,假定上下預(yù)應(yīng)力筋同時張拉,求張拉時該截面不出現(xiàn)拉應(yīng)力的上部預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積的表達(dá)式.解：根據(jù)題意得,為形心至截面上邊緣的距離.其中,為換算截面的截面積和慣性矩.化簡,得10-4一先張法預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件,截面尺寸