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(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，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，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)力損失可按下列公式計(jì)算：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(tái)座長度。預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失丁丄-—”匚可按下式計(jì)算:減少此項(xiàng)損失的措施有：對(duì)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。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fm[o可按下式計(jì)算：%—O.DOOOLEpAt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?？砂聪率接?jì)算:預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋：一次張拉:2—：?超張拉：-二—■-:-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:%-042〔輕—0點(diǎn)）％他/■prfc一次張拉：；；=1超張拉：匚—-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)卍乞：冬，時(shí)aaL4—0.125^(當(dāng)門二：嚴(yán)兀：「二::込：】時(shí)也-0.刼〔律―0.5)%何/■prfc減少此項(xiàng)損失的措施有：（1） 進(jìn)行超張拉；（2） 防止初應(yīng)力過大。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?？砂聪率接?jì)算：先張法：60十3斗0了廠 jIj心 如旦占1+15pH_創(chuàng)+珈署 心十處%— 1+1昭川-Xo后張法:55十300-7^ a+-a加= 如厘占1十丄5卩舊九嚴(yán)+迦署心十處%— 1+1昭川-九減少此項(xiàng)損失的措施有：（1） 采用高標(biāo)號(hào)水泥，減少水泥用量，降低水灰比，采用干硬性混凝土；（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。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

:?？砂聪铝幸?guī)定取值:當(dāng)丄<5/.=7-:?:=3C.V當(dāng)上〉氏時(shí)，j;—::10-9什么叫做預(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b，此長度I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)pe tr10-10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：*—4—■—*—4—■—*-=—4—圖10.1截面內(nèi)力平衡圖"卜力恥齊町F的平N1pi圖10.2消壓狀態(tài)下截面應(yīng)力圖CU圖10.3臨界開裂狀態(tài)下截面應(yīng)力圖圖10.4臨近破壞狀態(tài)下截面受力示意圖.bACU圖10.3臨界開裂狀態(tài)下截面應(yīng)力圖圖10.4臨近破壞狀態(tài)下截面受力示意圖.bApyp■t -t—■ < 噸環(huán)r/2\+ 后張法:｛霜曲冃內(nèi)奇腎fl111Jftir??：1圖10.6消壓狀態(tài)下截面應(yīng)力圖圖10.5截面內(nèi)力平衡圖后張法:｛霜曲冃內(nèi)奇腎fl111Jftir??：1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CUApypCUApyp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。簡支梁：圖10.9簡支梁預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置的部位圖簡支外伸梁:圖10.10簡支外伸梁預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置的部位圖兩跨連續(xù)梁：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：內(nèi)力T：血馬3「負(fù)迎訊麗*M雀外疔卑毬和攜應(yīng)力護(hù)用I；內(nèi)力T：血馬3「負(fù)迎訊麗*M雀外疔卑毬和攜應(yīng)力護(hù)用I；的圖10.13消壓狀態(tài)下截面應(yīng)力圖lai ?覆1“辦紹先兗霆由內(nèi)山半曲騰〔總陀『普通淀41汁玻擁.常亞的魅響】山）MattfflT.?dn^/jsIt'護(hù)部可忸%N廉應(yīng)力1忡用T?■商刊力SI圖10.14臨界開裂狀態(tài)下截面應(yīng)力圖圖10.15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□;?Hi丘片擁快7；應(yīng)石吐曲內(nèi)力圖G)在外丹圖10.16截面內(nèi)力平衡圖□;?Hi丘片擁快7；應(yīng)石吐曲內(nèi)力圖G)在外丹Jfei&fnfIGJj作舊I；時(shí)改廊宜力圖圖10.18消壓狀態(tài)下截面應(yīng)力圖葉［| <rpoiiV" “(a> 先完成E哥面內(nèi)山團(tuán) tt在劌■寧絶Wh作用下，(c) h.栽曲墮力團(tuán) 妹囪應(yīng)出懈圖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E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f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b0至f的y 0py過程，所以對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土,勺= f卩1_Q .1+（ 0）E8pcu10-14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(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m二二,混凝土C40,已配置汀七預(yù)應(yīng)力筋，張拉控制應(yīng)力》：：?- a--:無非預(yù)應(yīng)力筋，第I批預(yù)應(yīng)力損失、尸汽「、；「『，第II批預(yù)應(yīng)力損失丄嚴(yán)Em；：」；：）試計(jì)算：（1）施工時(shí)混凝土的預(yù)應(yīng)力兀；（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,鋼筋為主七故0=m1：予.「"丁二E,=32S■- =所以一土=占一I匕三-1一仏=m二「屮二=!1L7lN/7nm2（2） —.兀二：：_-7-r_了7-九--：：：?（3） 查表知二=■:?1匚；略—（%網(wǎng)一。廠巧廠十a(chǎn)EPft）^十定口一殆-577.44/cW（4） 二：，-I：並-匚=匚曲10-2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「I;-muI：：：:二二，已配非預(yù)應(yīng)力鋼筋4012，構(gòu)件長為21m，混凝土為C40,預(yù)應(yīng)力鋼筋采用采用螺絲端桿錨具，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，一端張拉，孔道直徑為050，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） 一I=：宀丄=葉查表得- 二-州=751mm2選用二丁蘋V：=（2） 二三一;一匚4匚二:.-J一匚A^—Ac十口—50505?nm2A0=An-aEpAp=5S4-50mm2施工階段驗(yàn)算：采用超張拉5%，取一'：：?-J：；'"⑴/,故最大張拉應(yīng)力為：Nv=1.05%礙每=590940/V截面上混凝土壓應(yīng)力為：口丸=于=11.70Ar/Tnm2<0.8^= 滿足要求

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。A[=A[=19白OOmm'/臼=62500mm2, =1.786片-1.2trcon/p-675360W—17637?nm7賂-0.90/成亦-5+140OjV<^-675360/V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,截面為丨形,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，Q=◎ -QQ'=◎' -Q'pe concpe concN=QA+Q'A'p pep pep(QAy-Q'A'y'(QAy-Q'A'y')0ppp為形心至截面上邊緣的距離.其中，A0,10為換算截面的截面積和慣性矩.10-4一先張法預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，截面尺寸bxh=150mmx300mm.已知:承載受彎矩M=10kN-m,已配有預(yù)應(yīng)力筋(僅在受拉區(qū))3?HM9,張拉控制應(yīng)力Q=0.7f,f=1270N/mm2,預(yù)應(yīng)力損失q=10.5N/mm2，q=0，con ptkptk 11 13Q=19N/mm2，Q=53N/mm2，混凝土C40.要求進(jìn)行：14 15⑴承載能力驗(yàn)算；(2)放松鋼筋時(shí)(此時(shí)混凝土的強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%)的施工驗(yàn)算.解：根據(jù)題意得,h=265mm,f=19.1N/mm2,f=1.71N/mm20ct3.14(1)f=900N/mm2,A=3*py p*92=190.8mm2,g=0