預(yù)應(yīng)力部分課后思考題答案

1、.第10章 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件10.1 為了避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫過(guò)早出現(xiàn)，避免因滿(mǎn)足變形和裂縫控制的要求而導(dǎo)致構(gòu)件自重過(guò)大所造成的不經(jīng)濟(jì)和不能應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)，也為了能充分利用高強(qiáng)度鋼筋及高強(qiáng)度混凝土，可以采用對(duì)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力的方法來(lái)解決，即設(shè)法在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受荷載作用前，使它產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力來(lái)減小或抵消荷載所引起的混凝土拉應(yīng)力，從而使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拉應(yīng)力不大，甚至處于受壓狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以延緩混凝土構(gòu)件的開(kāi)裂，提高構(gòu)件的抗裂度和剛度，并取得節(jié)約鋼筋，減輕自重的效果，克服了鋼筋混凝土的主要缺點(diǎn)。其缺點(diǎn)是構(gòu)造、施工和計(jì)算均較鋼筋混凝土構(gòu)件復(fù)雜，且延性也差些。10.2 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件必

2、須采用強(qiáng)度高的混凝土，因?yàn)閺?qiáng)度高的混凝土對(duì)采用先張法的構(gòu)件，可提高鋼筋預(yù)混凝土之間的粘結(jié)力，對(duì)采用后張法的構(gòu)件，可提高錨固端的局部承壓承載力。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的鋼筋（或鋼絲）也要求由較高的強(qiáng)度，因?yàn)榛炷令A(yù)壓應(yīng)力的大小，取決于預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉應(yīng)力的大小，考慮到構(gòu)件在制作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種應(yīng)力損失，因此需要采用較高的張拉應(yīng)力，也就要求預(yù)應(yīng)力鋼筋具有較高的抗拉強(qiáng)度。10.3 張拉控制應(yīng)力是指預(yù)應(yīng)力鋼筋在進(jìn)行張拉時(shí)所控制達(dá)到的最大應(yīng)力值。其值為張拉設(shè)備所指示的總張拉力除以預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積而得的應(yīng)力值，以表示。張拉控制應(yīng)力的取值不能太高也不能太低。如果張拉控制應(yīng)力取值過(guò)低，則預(yù)應(yīng)力鋼筋經(jīng)過(guò)各種損失后，對(duì)

3、混凝土產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力過(guò)小，不能有效地提高預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗裂度和剛度。如果張拉控制應(yīng)力取值過(guò)高，則可能引起以下問(wèn)題：1）在施工階段會(huì)使構(gòu)件的某些部位受到預(yù)拉力甚至開(kāi)裂，對(duì)后張法構(gòu)件可能造成端部混凝土局壓破壞；2）構(gòu)件出現(xiàn)裂縫時(shí)的荷載值與繼續(xù)荷載值很接近，使構(gòu)件在破壞前無(wú)明顯的預(yù)兆，構(gòu)件的延性較差；3）為了減小預(yù)應(yīng)力損失，有時(shí)需進(jìn)行超張拉，有可能在超張拉過(guò)程中使個(gè)別鋼筋的應(yīng)力超過(guò)它的實(shí)際屈服強(qiáng)度，使鋼筋產(chǎn)生較大塑性變形或脆斷。對(duì)于相同的鋼種，先張法的張拉控制應(yīng)力的取值高于后張法，這是由于先張法和后張法建立預(yù)應(yīng)力的方式是不同的。先張法是在澆灌混凝土之前在臺(tái)座上張拉鋼筋，故在預(yù)應(yīng)力鋼筋中建立的拉應(yīng)

4、力就是張拉控制應(yīng)力。后張法是在混凝土構(gòu)件上張拉鋼筋，在張拉的同時(shí)，混凝土被壓縮，張拉設(shè)備千斤頂所指示的張拉控制應(yīng)力已扣除混凝土彈性壓縮后的鋼筋應(yīng)力。為此，后張法構(gòu)件的值應(yīng)適當(dāng)?shù)陀谙葟埛ā?0.4 預(yù)應(yīng)力損失主要有以下六項(xiàng)：1）預(yù)應(yīng)力直線鋼筋由于錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失；2）預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失；3）混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)受張拉的預(yù)應(yīng)力鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失；4）預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失；5）混凝土收縮、徐變的預(yù)應(yīng)力損失、；6）用螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋作配筋的環(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。第一種預(yù)應(yīng)力損失是當(dāng)預(yù)應(yīng)力直線鋼筋張

5、拉到后，錨固在臺(tái)座或構(gòu)件上時(shí)，由于錨具、墊板與構(gòu)件之間的縫隙被擠緊，以及由于鋼筋和鍥塊在錨具內(nèi)的滑移，使得被拉緊的鋼筋內(nèi)縮所引起的。減少損失的措施有：1）選擇錨具變形小或使預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)縮小的錨具、夾具，并盡量少用墊板；3）增加臺(tái)座長(zhǎng)度。第二種預(yù)應(yīng)力損失是采用后張法張拉直線預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋的表面形狀，孔道成型質(zhì)量情況，預(yù)應(yīng)力鋼筋的焊接外形質(zhì)量情況，預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道摩擦程度等原因，使鋼筋在張拉過(guò)程中與孔壁接觸產(chǎn)生摩擦阻力而引起的。減少損失的措施有：1）對(duì)于較長(zhǎng)的構(gòu)件可在兩端進(jìn)行張拉，但這個(gè)措施將引起的增加，應(yīng)用時(shí)需加以注意；2）采用超張拉，如張拉程序?yàn)椋?.1 停2min 0.85 停

6、2min 。第三種預(yù)應(yīng)力損失是在采用先張法澆灌混凝土后由于采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的辦法加速混凝土的硬結(jié)，使得升溫時(shí)鋼筋受熱自由膨脹所引起的。減小損失的措施有：1）采用兩次升溫養(yǎng)護(hù)。先在常溫下養(yǎng)護(hù)，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度等級(jí)，再逐漸升溫至規(guī)定的養(yǎng)護(hù)溫度；2）在鋼模上張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋。第四種預(yù)應(yīng)力損失是由于鋼筋的松弛和徐變所引起的。減小損失的措施有：進(jìn)行超張拉。先控制張拉應(yīng)力達(dá)1.051.1，持荷25min，然后卸載再施加張拉應(yīng)力至。第五種預(yù)應(yīng)力損失、是由于混凝土發(fā)生收縮和徐變，使得構(gòu)件的長(zhǎng)度縮短，造成預(yù)應(yīng)力鋼筋隨之內(nèi)縮而引起的。減小損失的措施有：1）采用高標(biāo)號(hào)水泥，減少水利用量，降低水灰比，采用干硬性混凝土；

7、2）采用級(jí)配較好的骨料，加強(qiáng)振搗，提高混凝土的密實(shí)性；3）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以減少混凝土的收縮。第六種預(yù)應(yīng)力損失是采用螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋作配筋的環(huán)形構(gòu)件時(shí)，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)混凝土的擠壓，使環(huán)形構(gòu)件的直徑有所減小，預(yù)應(yīng)力鋼筋縮短而引起的。10.5 因?yàn)榱?xiàng)預(yù)應(yīng)力損失值有的只發(fā)生在先張法構(gòu)件中，有的只發(fā)生在后張法構(gòu)件中，有的兩種構(gòu)件均有，而且是分批產(chǎn)生的，因此，為了便于分析和計(jì)算，規(guī)范按混凝土預(yù)壓前和混凝土預(yù)壓后將預(yù)應(yīng)力損失值分為第一批損失和第二批損失。先張法構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失值的組合：第一批損失為，第二批損失為；后張法構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失值的組合：第一批損失為，第二批損失為。10.6 （1）先張法預(yù)應(yīng)力軸心受拉

8、構(gòu)件在施工階段：1）張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力張拉至，非預(yù)應(yīng)力鋼筋部承受任何應(yīng)力；2）在混凝土受到預(yù)壓應(yīng)力之前，完成第一批損失，此時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力由降低到，混凝土應(yīng)力0，非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力0；3）放松預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，混凝土獲得的預(yù)壓應(yīng)力為=，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力相應(yīng)減小了，即，同時(shí)，非預(yù)應(yīng)力鋼筋也得到預(yù)壓應(yīng)力；4）混凝土受到預(yù)壓應(yīng)力，完成第二批損失之后，混凝土所受的預(yù)壓應(yīng)力由降低至=，預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力也由降低至，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的壓應(yīng)力降至。在使用階段：1）加載至混凝土應(yīng)力為零時(shí)，混凝土的應(yīng)力值變?yōu)榱?，預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力是在的基礎(chǔ)上又增加，即，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的壓應(yīng)力是在原來(lái)壓應(yīng)力的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)

9、拉應(yīng)力，即；2）加載至裂縫即將出現(xiàn)時(shí)，混凝土的拉應(yīng)力即為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk，預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力是在的基礎(chǔ)上再增加ftk，即ftk，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力，其值為ftk；3）加載至破壞時(shí)，混凝土開(kāi)裂，不再承受應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力鋼筋及非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力分別達(dá)到抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fpy和fy。（2）后張法預(yù)應(yīng)力軸心受拉構(gòu)件在施工階段：1）澆灌混凝土后，養(yǎng)護(hù)至鋼筋張拉前，截面中不產(chǎn)生任何應(yīng)力；2）張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，混凝土所獲得的預(yù)壓應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的壓應(yīng)力為；3）混凝土受到預(yù)壓應(yīng)力之前，完成第一批損失，混凝土的預(yù)壓應(yīng)力變?yōu)?，預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力由降低至，非預(yù)應(yīng)力鋼筋

10、的壓應(yīng)力變?yōu)椋?）混凝土受到預(yù)壓應(yīng)力，完成第二批損失，混凝土所獲得的預(yù)壓應(yīng)力變?yōu)?，預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力由降低至，非預(yù)應(yīng)力鋼筋中的壓應(yīng)力為。在使用階段：1）加載至混凝土應(yīng)力為零時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力是在是在的基礎(chǔ)上增加，即，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力在原來(lái)的壓應(yīng)力的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)拉應(yīng)力，即；2）加載至裂縫即將出現(xiàn)時(shí)，混凝土的拉應(yīng)力達(dá)到ftk，預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力是在的基礎(chǔ)上再增加ftk，即ftk，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力，其值為ftk；3）加載至破壞時(shí)，混凝土不再承受應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力鋼筋及非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力分別達(dá)到fpy和fy。10.7 由于預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉先張法構(gòu)件，產(chǎn)生彈性回縮時(shí)已張拉

11、完畢，混凝土、普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋一同回縮，故計(jì)算時(shí)用A0；而后張法構(gòu)件是在張拉鋼筋的過(guò)程中產(chǎn)生彈性回縮的，此時(shí)只有混凝土和普通鋼筋一同回縮，故計(jì)算時(shí)用An。但在使用階段，由于在軸心拉力作用下，無(wú)論先張法還是后張法，混凝土、普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋都是一同受拉的，故先張法構(gòu)件和后張法構(gòu)件都采用A0計(jì)算軸力。先張法的A0計(jì)算如下：A0Ac，后張法的An計(jì)算如下：AnAc。10.8 對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土軸向受拉構(gòu)件，如采用相同的控制應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力損失值也相同，則當(dāng)加載至混凝土預(yù)壓應(yīng)力0，即截面處于消壓狀態(tài)時(shí)，先張法與后張法兩種構(gòu)件中鋼筋的應(yīng)力不相同，前者，后者，所以后張法構(gòu)件的較大。10.9 在構(gòu)件混凝土構(gòu)

12、件的最大裂縫寬度計(jì)算公式中，是指按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的混凝土構(gòu)件裂縫截面處縱向受拉鋼筋的應(yīng)力，即此時(shí)混凝土不承受任何應(yīng)力，因此，對(duì)鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件：。而對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件，由于施工階段使得混凝土產(chǎn)生了有效預(yù)壓應(yīng)力，因此，必須先消掉混凝土的法向，使混凝土的應(yīng)力等于零，即需給預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件施加一個(gè)消壓軸向拉力N0A0，然后，在此基礎(chǔ)上，在軸向力Nk的作用下，求得的縱向受拉鋼筋（包括預(yù)應(yīng)力縱筋和非預(yù)應(yīng)力縱筋）的應(yīng)力才等效于鋼筋混凝土構(gòu)件最大裂縫寬度計(jì)算公式中的。故在預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的最大裂縫寬度計(jì)算公式中，意為按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼

13、筋的等效應(yīng)力，其值為：10.10 對(duì)于先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，當(dāng)放松鋼筋時(shí)，鋼筋發(fā)生內(nèi)縮或滑移的現(xiàn)象，在構(gòu)件端面以?xún)?nèi)，鋼筋的內(nèi)縮受到周?chē)炷恋淖柚?，使得鋼筋受拉，產(chǎn)生了預(yù)拉應(yīng)力，隨離構(gòu)件端部距離x的增大，由于粘結(jié)力的積累，預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)拉應(yīng)力將隨之增大，當(dāng)x達(dá)到一定長(zhǎng)度ltr時(shí)，在ltr長(zhǎng)度內(nèi)的粘結(jié)力與預(yù)拉力Ap平衡，自ltr長(zhǎng)度以外，預(yù)應(yīng)力鋼筋將建立起穩(wěn)定的預(yù)拉應(yīng)力，此時(shí)，長(zhǎng)度ltr即稱(chēng)為先張法構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度。先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)壓應(yīng)力是靠構(gòu)件兩端一定距離內(nèi)鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力來(lái)傳遞的，其傳遞并不能在構(gòu)件的端部集中一點(diǎn)完成，而必須通過(guò)一定的傳遞長(zhǎng)度進(jìn)行。由于在先張

14、法構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼筋的傳遞長(zhǎng)度ltr范圍內(nèi)的預(yù)應(yīng)力值較小，所以對(duì)先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件端部進(jìn)行斜截面受剪承載力計(jì)算以及正截面、斜截面抗裂驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋在其傳遞長(zhǎng)度ltr范圍內(nèi)實(shí)際應(yīng)力值的變化。因此，我們有必要分析預(yù)應(yīng)力的傳遞長(zhǎng)度ltr。預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度ltr可按下式計(jì)算：式中 放張時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋的有效預(yù)應(yīng)力值；d預(yù)應(yīng)力鋼筋的公稱(chēng)直徑；預(yù)應(yīng)力鋼筋的外形系數(shù)；與張拉時(shí)混凝土立方體抗亞強(qiáng)度相應(yīng)的軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。10.11 后張法構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力是通過(guò)錨具經(jīng)墊板傳遞給混凝土的。由于預(yù)壓力很大時(shí)，而錨具下的墊板與混凝土的張力接觸面積往往很小，錨具下的混凝土將承受較大的局部壓力，在局部壓力的作用下，當(dāng)混凝土強(qiáng)度或變形的能力不足時(shí)，構(gòu)件端部會(huì)產(chǎn)生裂縫，甚至