混凝土结构设计原理 第五版 沈蒲生 第九章 思考题 答案

9-1何谓预应力混凝土？与普通钢筋混凝土构件相比，预应力混凝土构件有何优缺点？

        预应力混凝土：配置受力的预应力筋，通过张拉或其他方法建立预应力的混凝土结构。

        预应力混凝土的优点：延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂度和刚度，并取得节约钢筋、减轻自重的效果，抗剪、疲劳性能强，克服了钢筋混凝土的主要缺点，扩大了混凝土构件的应用范围。

        预应力混凝土的缺点：构造、施工和计算均较钢筋混凝土构件复杂，且延性也相对较差。

9-2为什么预应力混凝土构件必须采用高强钢材，且应尽可能采用高强度等级的混凝土？

        预应力混凝土结构构件必须采用强度高的混凝土，因为强度高的混凝土对采用先张法的构件，可提高钢筋与混凝土之间的粘结力，对采用后张法的构件，可提高锚固端的局部承压 承载力。预应力混凝土构件的预应力钢筋（或钢丝）也要求有较高的强度，因为混凝十预压应力的大小，取决于预应力钢筋张拉应力的大小，考虑到构件在制作过程中会出现各种应力损失，因此需要采用较高的张拉应力，也就要求预应力钢筋具有较高的抗拉强度。

9-3预应力混凝土分为哪几类？各有何特点？

        根据制作、设计和施工的特点，预应力混凝土可以有不同的分类。

        （1）先张法与后张法

        先张法是制作预应力混凝土构件时，先张拉预应力钢筋后浇筑混凝土的一种方法;而后张法是先浇筑混凝土，待混凝土达到规定强度后再张拉预应力钢筋的一种预加应力方法。

        （2）全预应力和部分预应力

        全预应力是在使用荷载作用下，构件截面混凝土不出现拉应力，即为全截面受压。部分预应力是在使用荷载作用下，构件截面混凝土允许出现拉应力或开裂，即只有部分截面受压。

        （3）有粘结预应力与无粘结预应力

        有粘结预应力，是指沿预应力筋全长其周围均与混凝土粘结、握裹在一起的预应力混凝土结构。无粘结预应力，指预应力筋伸缩、滑动自由，不与周围混凝土粘结的预应力混凝土结构。

9-4施加预应力的方法有哪几种？

        机械法、电热法、化学法。

9-5什么是张拉控制应力？为什么张拉控制应力取值不能过高也不能过低?

        张拉控制应力是指预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。其值为张拉设备所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积而得的应力值，以表示。

        张拉控制应力的取值不能太高也不能太低。如果张拉控制应力取值过低，则预应力钢筋经过各种损失后，对混凝土产生的预压应力过小，不能有效地提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度。如果张拉控制应力取值过高，则可能引起以下问题∶

        （1）在施工阶段会使构件的某些部位受到预拉力甚至开裂，对后张法构件可能造成端部混凝土局压破坏;

        （2）构件出现裂缝时的荷载值与破坏荷载值很接近，使构件在破坏前无明显的预兆，构件的延性较差;

        （3）为了减小预应力损失，有时需进行超张拉，有可能在超张拉过程中使个别钢筋的应力超过它的实际屈服强度，使钢筋产生较大塑性变形或脆断。

9-6预应力损失由哪几种？各种损失产生的原因是什么？计算方法及减小措施如何？先张法、后张法各有哪几种损失？哪些属于第一批，哪些属于第二批？

9-7什么是预应力筋的松弛？为什么短时的超张拉可以减小松弛损失？

     应力松弛是指钢筋受力后，在长度不变的条件下，钢筋应力随时间的增长而降低的现 象。其本质是钢筋沿应力方向的徐变受到约束而产生松弛，导致应力下降。先张法当预应力钢筋固定于台座上或后张法当预应力钢筋锚固于构件上时，都可看作钢筋长度基本不变，因而将发生预应力钢筋的应力松弛损失。 

    试验证明，应力松弛损失值与钢种有关，钢种不同，则损失大小不同；另外，张拉控制应力越大，则应力松弛引起的预应力损失也大；应力松弛的发生是先快后慢，第一小时可完成50%左右（头两分钟内可完成其中的大部分），24小时内完成80%左右，此后发展较慢。利用预应力钢筋松弛的发生先快后慢的特点，短时的超张拉可以减小预应力钢筋应力松弛损失。

9-8预应力混凝土构件各阶段应力状态如何？先、后张法构件的应力计算公式有何异同之处？研究各特定时刻的应力状态有何意义？比较先、后张法应力状态的异同。

9-9在计算施工阶段混凝土预应力时，为什么先张法用构件的换算截面，而后张法却用构件的净截面？在使用阶段为何二者都用？

     由于预应力混凝土轴心受拉先张法构件，放张钢筋、产生弹性回缩时预应力钢筋与混凝土已产生良好的粘结力，混凝土、普通钢筋和预应力钢筋一同回缩，故计算时用；而后张法构件是在张拉钢筋的过程中产生弹性回缩的，此时预应力筋孔道还没有灌浆，预应力筋和混凝土之间还没有产生粘结力，只有混凝土和普通钢筋一同回缩，故计算时用。但在使用阶段，后张法有粘结预应力混凝土预应力筋孔道已经灌浆，预应力筋和混凝土之间已经产生粘结力，因此在轴心拉力作用下，无论先张法还是后张法，混凝土、普通钢筋和预应力钢筋都是一同受拉的，故先张法构件和后张法构件都采用计算混凝土应力。

9-10施加预应力对轴心受拉构件的承载力有何影响？为什么？

   当材料强度等级、配筋量和截面尺寸相同时，预应力混凝土轴心受拉构件与钢筋混凝 土受拉构件的承载力相同，施加预应力对轴心受拉构件的承载力没有影响。在使用阶段，当轴向拉力超过开裂轴力后，混凝土开裂，在裂缝截面上混凝土不再承受拉力，拉力全部由预应力钢筋和非预应力钢筋承受，破坏时，预应力钢筋及非预应力钢筋的应力分别达到抗拉强度设计值；承载力。

9-11预应力混凝土构件中的非预应力钢筋有何作用？

     对裂缝分布和开展宽度有一定控制作用，可保证构件具有一定延性；此外，为防止在制作、运输和吊装等施工阶段出现裂缝，在梁的受拉区和受压区通常也配置一些非预应力钢筋。

9-12什么是预应力筋的预应力传递长度？传递长度内的抗裂能力与其他部位有何不同？何时考虑其影响？

       预应力筋的预应力传递长度：对于先张法预应力混凝土构件，当放松钢筋时，钢筋发生内缩或滑移的现象，在构件端面以内，钢筋的内缩受到周围混凝土的阻止，使得钢筋受拉，产生了预拉应力，随着离构件端部距离的增大，由于粘结力的积累，预应力钢筋的预拉应力将随之增大，当达到一定长度时，在长度内的粘结力与预拉力平衡，自长度以外，预应力钢筋将建立起稳定的预拉应力，此时，长度即称为先张法构件预应力钢筋的预应力传递长度。

9-13为什么要对后张法构件端部进行局部受压承载力验算？应进行哪些方面的计算？不满足时采取什么措施？

     对于后张法预应力混凝土构件，张拉预应力达到预定张拉力时，锚具及垫板下局部 面积内有较大的局部压应力，该局部压应力要经过一段距离才能扩散到较大的混凝土面积上。在局部受压区域，除正压应力外。还存在横向应力和，因此锚具下局部区域内的混凝土实际上是处于三向应力状态。在锚具垫板附近，横向应力和为压应力，而距构件端部一定距离后，横向应力和则为拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，构件端部将出现纵向裂缝，并随着局部压力的增大最终会导致锚具下局部区域的混凝土受压破坏。所以，为了防止构件端部发生局部受压破坏，应进行施工阶段构件端部的局部受压承载力计算, 必要时配置适量满足局压承载力需要的钢筋。局压验算通常包括;

（1）构件端部截面尺寸验算。不满足时应加大构件端部尺寸，调整锚具位置，调整混凝土的强度或增大垫板厚度等。

（2）构件端部局部受压承载力验算。对锚固区配置方格网或螺旋式间接钢筋以提高局部承载力。

9-14预应力混凝土受弯构件的受压区有时也配置预应力筋，有什么作用？这种钢筋对构件的承载力有无影响？为什么？

    作用：配置的目的是为了控制施工阶段预拉区出现较大的拉应力而引起开裂.

    影响：由于其强度不能得到充分利用，应尽可能少配置。

9-15预应力混凝土受弯构件的正截面、斜截面承载力计算与普通钢筋混凝土构件有何异同之处？

       预应力混凝土受弯构件破坏时，其正截面的应力状态与普通钢筋混凝土受弯构件类 似，正截面承载力计算基本相同，但也有以下特点∶ 

    （1）基本假定中的截面应变保持平面、不考虑混凝土的抗拉强度及采用的混凝土受压应力与应变关系曲线这三条对预应力混凝土受弯构件仍然适用；而“纵向钢筋的应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但其绝对值不应大于其相应的强度设计值" 这一条，对预应力钢筋是近似的，因为预应力钢筋采用没有明显流幅的钢筋。  

    （2）破坏时，受拉区预应力钢筋达到的条件不同，为

    （3）破坏时，非预应力受拉钢筋达到的条件与普通混凝土构件相同。 

    （4）破坏时，受压区预应力钢筋的应力，《规范》近似取为。 

    与普通混凝土受弯构件类似，预应力混凝土受弯构件也包括斜截面受剪承载力和斜截面受弯承载力的计算。只需注意施加预应力对构件斜截面承载力的影响，其余与普通混凝土受弯构件相同。，。

9-16不同的裂缝控制等级时，预应力混凝土构件的正截面抗裂验算各应满足什么要求？不满足时怎么办？

       对裂缝控制等级为一级，严格要求不出现裂缝的预应力混凝土构件，在荷载标准组合 弯矩作用下受拉边缘应力应满足：；式中，其中为构件换算截 面受拉边缘的弹性抵抗矩。

    对裂缝控制等级为二级，要求。

    当裂缝控制等级不满足要求时应采取增加预应力、提高混凝土强度等级等措施。

9-17预应力混凝土构件的刚度计算与普通高级混凝土构件有何不同？挠度计算有何特点？

       钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件都可按结构力学方法和最小刚度原则计算挠度。由于预应力混凝土受弯构件有预加应力的作用，所以它的变形必须要考虑预加应力的反拱作用。因此，预应力混凝土受弯构件的挠度由两部分叠加而成；一部分是由荷载产生的挠度，另一部分是预加应力产生的反拱，则预应力受弯构件的挠度。而钢筋混凝土受弯构件的变形仅由荷载所引起，所以它的挠度仅为由荷载产生的挠度。另外，由于预应力的影响，预应力混凝土构件刚度计算与钢筋混凝土构件刚度计算原理相同，但荷载组合、短期和长期刚度计算公式存在差别。

9-18预应力混凝土构件为何还应进行施工阶段验算？都验算哪些项目？

    由于预应力混凝土构件在施工阶段（包括构件制作、堆放、运输和吊装）的受力状态与使用阶段的受力状态不相同，且施加预应力时构件混凝土强度往往低于混凝土强度设计值，因此应进行施工阶段承载力验算，包括后张法构件端部局部受压承载力验算，截面应力限值验算和受弯构件预拉区纵筋的最小配筋率验算。