混凝土結(jié)構(gòu)基本原理第章

1、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(jí)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(duì)于先張法構(gòu)件，

2、隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高可增大混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。對(duì)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(shí)，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(tái)座或鋼模上張拉預(yù)應(yīng)力筋至預(yù)定值并作臨時(shí)固定；然后澆灌混凝土，待混凝土達(dá)到一定

3、強(qiáng)度后，切斷預(yù)應(yīng)力筋，其在回縮時(shí)對(duì)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(shí)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(shí)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(gè)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，

4、從而達(dá)到錨固的目的。錐形錨塞錨具：張拉時(shí)，需用專門的雙作用千斤頂，在張拉鋼絲束的同時(shí)，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(gè)預(yù)應(yīng)力束錨固在結(jié)構(gòu)上。10-6對(duì)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(duì)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

5、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l1(N/mm2)。可按下列公式計(jì)算：l1=alEp減少此項(xiàng)損失的措施有：（1） 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；（2） 增加臺(tái)座長(zhǎng)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l2(N/mm2)?？砂聪率接?jì)算：減少此項(xiàng)損失的措施有：l2=con(1-1ex+)（1） 對(duì)于較長(zhǎng)的構(gòu)件可在兩端進(jìn)行張拉，則計(jì)算中孔道長(zhǎng)度可按構(gòu)件的一半長(zhǎng)度計(jì)算；（2） 采用超張拉。3.混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，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l3(N/mm

6、2)。可按下式計(jì)算：l3=0.00001Ept減少此項(xiàng)損失的措施有：（1） 采用兩次升溫養(yǎng)護(hù)；（2） 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l4(N/mm2)?？砂聪率接?jì)算：預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋：一次張拉:l4=0.04con超張拉：l4=0.03con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：l4=0.4(confptk-0.5)con一次張拉：=1超張拉：=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)0.7fptk時(shí)l4=0.125(confptk-0.5)con當(dāng)0.7fptkcon3m時(shí)，l6=010-9什么叫做預(yù)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度?如何進(jìn)行后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件端部

7、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(zhǎng)度才能建立起穩(wěn)定的預(yù)拉應(yīng)力,此長(zhǎng)度稱為預(yù)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)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Ncu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Ncu圖10.8 臨近破壞狀態(tài)下截面受

8、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(jiǎn)圖畫出簡(jiǎn)支,簡(jiǎn)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(jiǎn)支梁：圖10.9簡(jiǎn)支梁預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置的部位圖（2）簡(jiǎn)支外伸梁：圖10.10簡(jiǎn)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

9、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(duì)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(duì)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(duì)受壓區(qū)高度指當(dāng)受拉鋼筋達(dá)到屈服時(shí),受壓區(qū)混凝土同時(shí)被破壞.對(duì)于普通鋼筋混凝土,受拉鋼筋經(jīng)歷由0至的過程,而對(duì)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(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土,.10-14為什么預(yù)應(yīng)力混

10、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(duì)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(duì)于先張法預(yù)應(yīng)力混凝土,對(duì)鋼筋間距,厚度,端部構(gòu)造及放張工藝均有不

11、同于普通混凝土的要求,對(duì)于后張法預(yù)應(yīng)力混凝土,對(duì)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200mm200mm，混凝土C40，已配置9H9預(yù)應(yīng)力筋，張拉控制應(yīng)力con=1000N/mm2,fpy=1110N/mm2，無非預(yù)應(yīng)力筋，第批預(yù)應(yīng)力損失l=68N/mm2，第批預(yù)應(yīng)力損失l=52N/mm2，試計(jì)算：（1）施工時(shí)混凝土的預(yù)應(yīng)力c；（2）使用荷載加至多少時(shí)使混凝土的法向壓應(yīng)力為零；（3）使用荷載加至多少時(shí)構(gòu)件即將出現(xiàn)裂縫；（4）構(gòu)件的極限承載能力是多少？解：（1）混凝土為C40，鋼筋為H9故Ep=2.05105N/mm2,

12、 Ec=3.25104N/mm2得E=EpEc=6.308所以A0=A+E-1Ap=43039.1mm2故知c=pc=(con-l-l)ApA0=11.71N/mm2（2）Nt0=con-l-lAp=503.85kN（3）查表知ft=1.71N/mm2Ntcr=con-l-l+EpftAp+ftA-Ap=577.44kN（4）Ntu=fpyAp=635.54kN10-2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bh=250mm200mm，已配非預(yù)應(yīng)力鋼筋412，構(gòu)件長(zhǎng)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(shí)張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，超張拉，

13、一端張拉，孔道直徑為50，充壓橡皮管抽芯成型，承受軸向拉力N=700kN。求：（1）預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量；（2）校核施工階段混凝土抗壓能力；（3）驗(yàn)算施工階段錨固區(qū)局部承壓能力。解：（1）Ap=Nt-fyAsfpy,As=452mm2查表得fpy=770N/mm2,fy=270N/mm2Ap=751mm2選用T32（Ap=804mm2）（2）E=EsEc=6.46,Ep=EpEc=6.15An=Ac+EAs=50505mm2A0=An+EpAp=55450mm2施工階段驗(yàn)算：采用超張拉5%，取con=700N/mm2，故最大張拉應(yīng)力為：Np=1.05conAp=590940N截面上混凝土壓應(yīng)力為：cc

14、=NpAn=11.70N/mm20.8fc=21.44N/mm2,滿足要求（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。Al=19600mm2,Ab=62500mm2,l=AbAl=1.786Fl=1.2conAp=675360NAln=17637mm2Flu=0.9clfccon=541480NFl=675360N故局部受壓不滿足，局部會(huì)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(shí)張拉,求張拉時(shí)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