学习情境四 预应力混凝土受弯构件设计.docx

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学习情境四预应力混凝土受弯构件设计

学习情境4预应力混凝土受弯构件设计

习题及答案

一、填空题

1．预应力混凝土结构按张拉钢筋与浇注混凝土次序的先后可分为和，

不需要永久性张拉台座的是法。

2．预应力混凝土结构计算的张拉控制应力是指张拉时，张拉设备（如千斤顶）所指示的除以所得出的应力值。

3．《桥规》规定：

公里桥梁预应力混凝土结构的混凝土标号不低于号，当采用碳素钢丝、钢绞线、V级钢筋作为预应力筋时，混凝土标号不宜低于号，其目的是为了。

4．先张法预应力混凝土构件是靠预应力钢筋与之间的来传递预应力的。

后张法的张拉力由承受。

5．所谓预应力，即为在之前，已经在构件上施加。

具有这种

状态的钢筋混凝土结构，称为预应力混凝土结构。

6．预应力混凝土受弯构件从张拉钢筋到受荷破坏大致可分为四个受力阶段，即、

、和破坏阶段。

7．纵向预应力钢筋布置的形式有、、。

8.《桥规JTGD62》根据预应力大小的程度（严格定义为预应力度），将预应力混凝土划分为

和两大类。

9.部分预应力混凝土分为和两种情况。

10.对混凝土施加预应力。

从施工工艺上有和之分。

11.目前预应力混凝土结构中所用的锚、夹具种类很多，但从原理上分只有三种：

即、、。

二、选择题

1．后张法预应力混凝土施工是利用（）进行预应力钢筋的张拉。

A．构件本身作为张拉台座；B．临时设置的张拉台座；

C．模板支架作为张拉台座；D．预制场永久性的张拉台座

2．后张法预应力混凝土施工中，制孔器的抽拔时间应在（）。

A．混凝土浇注之后、初凝之前；B．混凝土初凝之后、终凝之前；

C．混凝土终凝之后、硬化之前；D．混凝土硬化之后、强度达到设计强度50％之前

3．先张法钢筋；当采用多根张拉时，为了（），必须在张拉前调整初应力，初应力值一般为张拉值的10％。

A．提高预应力钢筋的屈服强度；B．拉直预应力钢筋；

C．使每根预应力筋的应力一致；D．减小预应力损失

4．预应力钢筋锚固后外露长度不宜小于（）

A．2cmB．3cmC．4cmD.5cm

5．后张预应力构件在穿束管道成型时，金属管道接头处，使用套管连接，套管长度应为被连接管道内径的（）

A．2-3倍B．2-4倍C．5-7倍D7-9倍

6．按施工规范，混凝土强度不低于设计强度的（）时，才可张拉预应力筋。

A．70%B．75%C．80%D.90%

7．对于后张法预应力桥梁结构，下列哪项预应力损失是在桥梁运营阶段完成的（）

A、预应力筋与管道之间的摩擦引起的应力损失

B、锚具变形、预应力筋内缩引起的应力损失

C、混凝土的弹性压缩引起的应力损失和混凝土的收缩徐变引起的应力损失

8．下列各项说明中，不符合预应力钢筋混凝土结构的特性的是（）

A、钢筋混凝土结构在施加了预应力后扩大了结构的弹性范围，调整了结构内力，减小了结构变形

B、钢筋混凝土结构在施加了预应力后充分筋挥了钢材与混凝土的优势，尤其对连续结构来说，大大改善了中间支座区域的受力性能

C、钢筋混凝土结构在施加了预应力后，增强了结构的疲劳抗力，提高了结构的疲劳使用寿命

D、钢筋混凝土结构在施加了预应力后，消除了组合结构中材料的差异，使脆性材料变成弹性材料

9．对预应力混凝土，可以从不同的概念或角度来理解，下列哪种理解概念不正确？

（）

A、预加应力能使混凝土由脆性材料成为弹性材料

B、预加应力充分发挥了高强钢材的作用，使其与混凝土能共同工作

C、预加应力能提高混凝土自身的强度D、预加应力平衡了结构外荷载

10．预应力钢筋的松弛损失和徐变量都与预应力筋的张拉应力值密切相关，张拉应力越大，松弛损失（）

A、越大B、越小C、不变

11．根据我国的《PPC建议》，若某混凝土受弯构件的预应力度为0.5，则该结构属于（）。

A、全预应力混凝土B、部分预应力混凝土C、普通钢筋混凝土D、以上都不对

12．以下各钢材中，不能用作预应力筋的是（）。

A、热处理钢筋B、钢绞线C、冷拔低碳钢丝D、热轧钢筋

13．不能有效减少混凝土收缩和徐变引起的预应力损失的是（）。

A、采用火山灰水泥B、控制混凝土的水灰比

C、控制混凝土的加载龄期D、延长混凝土的受力时间

14．在预应力混凝土构件中，应采用（）

A、高标号混凝土，低强度钢筋B、低标号混凝土，高强度钢筋

C、高标号混凝土，高强度钢筋D、低标号混凝土，低强度钢筋

15．在使用荷载作用之前，预应力受弯构件的（）

A、预应力钢筋应力等于零B、混凝土应力等于零

C、预应力钢筋应力不为零，而混凝土应力为零D、预应力钢筋及混凝土应力均不为零

16．（）预应力损失是最大的。

A、由锚具变形引起的B、由弹性压缩产生的C、由温差引起的D、由钢筋松弛引起的

17．（）预应力损失是后张法特有的。

A、由锚具变形引起的B、由混凝土弹性压缩引起的

C、由预应力钢筋与管壁摩擦引起的D、由钢筋松弛引起的

18．部分预应力混凝土是指（）

A、只有一部分是预应力钢筋，其他是普通钢筋B、只有一部分混凝土有预应力

C、一部分是预应力混凝土，一部分是普通钢筋混凝土

D、在使用荷载短期组合作用下构件正截面受拉边缘出现拉应力或限制内的裂缝

19．后张法预应力混凝土张拉施工时，对构件进行超张拉的目的是为了减小（）

A、由混凝土弹性压缩引起的应力损失B、由混凝土收缩、徐变引起的应力损失

C、由钢筋松弛引起的应力损失D、由预应力钢筋与管壁摩擦引起的应力损失

20．关于预应力混凝土结构的特性，（）的说法是错误的。

A、提高了结构的抗裂性能B、提高结构的极限承载能力

C、节省材料，减轻自重D、刚度大，抗疲劳性能好

21．在使用荷载作用下，沿预应力筋方向的正截面始终不出现拉应力预应力混凝土，称为（）

A、全预应力混凝土B、部分预应力混凝土

22．预应力度

的变化范围是从

≥１变化到

=0,当1＞

＞0时的构件,称为（）

A、全预应力混凝土B、部分预应力混凝土C、钢筋混凝土

23．构件在作用（或荷载）短期效应组合下控制截面受拉边缘允许出现拉应力：

当对拉应力加以限制时，为（）

A、部分预应力混凝土A类构件；B、为部分预应力混凝土B类构件。

24.适用于多跨、连续的整体现浇结构中的结构（）

A、无粘结预应力混凝土结构B、有粘结预应力混凝土结构

25.我国预应力混凝土结构采用混凝土,强度等级不应低于（）

A、C40B、C60C、C50

26．预应力混凝土结构从张拉预应力筋开始，到承受外荷载，直至最后破坏，大致可分为两个受力阶段，即（）

A、施工阶段和使用阶段B、预加应力阶段和运输、安装阶段

27.哪种预应力损失不属于先张法构件（）

A、温差损失

B、混凝土的弹性压缩引起的损失

C、摩阻损失

28．哪种预应力损失不属于后张法构件（）

A、温差损失

B、混凝土的弹性压缩引起的损失

C、摩阻损失

29.预应力混凝土受弯构件，斜截面的破坏则是（）所造成。

A、由剪力与弯矩共同作用B、由弯矩作用C、由剪力作用

30.先张法预制预应力构件，正应力验算在计算中采用（）

A、换算截面B、净截面计算。

三、简答题

1.何谓预应力混凝土？

预应力混凝土结构的优缺点有哪些?

2.什么是张拉控制应力?

为什么不能取得太高?

也不能取得太低?

3.何谓预应力损失?

引起各项预应力损失的原因是什么?

4.先张法和后张法各项预应力损失是怎样组合的？

5．简述纵向预应力钢筋常采用的布置形式、特点及适用情况？

6．在混合配筋的预应力混凝土结构中，非预应力筋的作用是什么？

7.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？

8.在设计、制造或选择锚、夹具时应注意满足什么要求？

9.什么是预应力度？

我国的工程中的按预应力度的概念对加筋混凝土是如何分类的？

10.什么是无粘结预应力混凝土？

无粘结预应力混凝土结构有哪些优点？

11.孔道压浆的目的是什么？

孔道压浆时应该注意哪些问题？

12.预应力损失分为哪几类？

13.什么是摩阻损失？

为了减少摩阻损失，常采用哪些措施？

14.什么是温差损失？

为了减少温差损失，常采用哪些措施？

15.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？

16.各种预应力损失是同时发生的吗？

计算时如何进行预应力损失的组合？

什么是有效预应力？

17.后张法预应力筋为何向梁端弯起？

18.预应力钢筋混凝土简支T梁桥梁肋为何设计成马蹄状？

19.预应力混凝土梁的设计包括哪些内容？

20.预应力混凝土简支梁设计的一般步骤是什么？

21.什么是索界？

四、名词解释

1、全预应力混凝土

2、部分预应力混凝土A类构件

3、部分预应力混凝土B类构件

4、先张法

5、后张法

6、预应力损失

7、混凝土的弹性压缩损失

8、混凝土收缩和徐变损失

9、钢筋的应力松弛

10、锚具变形损失

五、计算题

1、某先张法预应力混凝土空心板,已知控制张拉应力σcon=706.5Mpa，σl2=4Mpa，σl3=40Mpa，

σl4=95.65Mpa，σl5=35Mpa，σl6=169.47Mpa。

试求第一批预应力损失σlⅠ第二批预应力损失σlⅡ和使用阶段有效预应力。

习题答案

一、填空题

1．先张法、后张法、后张

2．预应力钢筋、总张拉力、预应力钢筋面积

3．30、40、充分发挥高强刚进的抗拉性能

4．混凝土、粘结力、混凝土构件

5．承受外荷载作用、预应力、人为应力

6．预加应力阶段、使用荷载作用阶段、裂缝出现阶段

7．直线形、曲线形、折线形

8．全预应力混凝土；部分预应力混凝土；

9．A类构件；B类构件

10．先张法；后张法

11．摩阻锚固；承压锚固；粘着锚固

二、选择题

ABCBCBCDAABDDCDACDDBABBAAACAAA

三、简答题

1．所谓预应力混凝土结构，是指结构在承受外荷载以前，预先采用人为的方法，在结构内部形成一种应力状态，使结构在使用阶段产生拉应力的区域先受到压应力，这项压应力将与使用阶段荷载产生的拉应力抵消一部分或全部，从而推迟裂缝的出现，限制裂缝的展开，提高结构的刚度。

优点：

（1）抗裂性能大大提高，有利于采用高强材料，提高经济指标；

（2）材料强度的提高使构件截面减小，自重减轻，适用于大跨径承重结构；（3）具有刚度大，总挠度小，抗疲劳性能好等优点。

缺点：

工艺技术要求高，需要配套张拉设备等。

2．张拉控制应力是指张拉预应力钢筋时所控制的最大应力值，其值为张拉设备所控制的总的张拉力除以预应力钢筋的面积所得到的应力值。

从充分发挥预应力的优点的角度考虑，张拉控制应力应尽可能的定的高一些，形成的有效预应力高，构件的抗裂性能好，且可以节约材料，但如果控制应力过高，会使构件的延性较差，对后张法构件有可能造成端部混凝土局部受压破坏、预应力损失增大等缺点。

张拉控制应力也不能定的过低，它应有下限值。

否则预应力钢筋在经历各种损失后，对混凝土产生的预压应力过小，达不到预期的抗裂效果。

3．由于张拉工艺及材料特性等原因，在预应力构件的制作和使用过程中，都会使得预应力钢筋中的预应力逐渐减小，从而使混凝土中的预压应力也相应减少，这种现象称为预应力损失。

引起预应力损失的主要因素有：

（1）预应力钢筋与管道壁之间的摩擦；

（2）锚具变形、钢筋回缩和拼装构件的接缝压缩；（3）混凝土加热养护时，预应力钢筋与台座之间的温度差；（4）混凝土弹性压缩；（5）钢筋松弛；（6）混凝土收缩和徐变。

4．先张法：

传力锚固时的损失（第一批）

传力锚固后的损失（第二批）

后张法：

传力锚固时的损失（第一批）

传力锚固后的损失（第二批）

5．

（1）直线布置：

施工操作较为简单方便，适用于跨度及荷载均较小的受弯构件，适合于采用先张法制造。

（2）曲线布置：

便于在构件端部布置钢筋及锚头，适用于跨度及荷载均较大的受弯构件的后张法制造，并可防止预拉区裂缝及端部截面的中部纵向水平裂缝等。

（3）折线布置：

多适应于有倾斜受拉边的梁，采用先张法制造，桥梁工程中较少采用。

6．为了防止受弯构件在制作、运输、堆放和吊装时其预拉区出现裂缝，或为减小裂缝宽度，可在构件截面上部布置适量的非预应力钢筋；非预应力筋在使用阶段，还可以帮助梁的跨中截面预拉区提高抗压能力；当梁预拉区所施加的预应力已经能满足构件在使用阶段的抗裂要求时，则按强度计算所需的其余受拉钢筋允许采用非预应力钢筋，并以较小的直径及较密的间距布置在梁预压区边缘。

7.预应力混凝土结构虽然和钢筋混凝土一样，都是由混凝土和钢筋构筑而成，但不同之处是预应力混凝土必须采用高强度的钢筋和混凝土。

如果采用强度不高的预应力筋，所产生的预加应力就会由于各种原因而有全部消失的可能。

只有采用高强度钢筋来预加应力，才能建立相当大的预应力，使得经过预应力损失后，还能剩余足够大的有效预应力（永存预应力）。

同样，只有采用高强度混凝土，才能承受得了这么大的预压应力，充分发挥高强度钢筋的作用，有效地减小构件截面尺寸和减轻结构自重。

8.锚、夹具是保证预应力混凝土安全施工和结构可靠工作的关键设备，因此，在设计、制造或选择锚、夹具时应注意满足下列要求。

（1）锚具零部件一般选用45号优质碳素结构钢制作，除了强度要求外，尚应满足规定的硬度要求，加工精度高，工作安全可靠，预应力损失小；

（2）构造简单，制作方便，用钢量少；

（3）张拉锚固方便，设备简单，使用安全。

9.将预应力度定义为

——扣除全部预应力损失后的预加力在构件抗裂边缘产生的预压应力；

——由作用（或荷载）短期效应组合产生的构件抗裂边缘的法向拉应力，预应力度

的变化范围是从

≥１变化到

=0，因此由预应力度

值可将配筋混凝土结构系列分成全预应力、部分预应力和钢筋混凝土结构三类。

10.无粘结预应力混凝土结构，是指预应力钢筋伸缩、滑动自由，不与周围混凝土粘结的预应力混凝土结构。

一般是在预应力钢筋外面涂防腐油脂外包塑料套管防止钢筋与混凝土粘结、按后张法制作的预应力混凝土结构。

施工时，无粘结预应力钢筋可如同非预应力钢筋一样，按设计要求铺放在模板内，然后浇灌混凝土，待混凝土达到设计要求强度后，再张拉、锚固。

此时，无粘结预应力钢筋与混凝土不直接接触，而成为无粘结状态。

在外荷载作用下，结构中预应力钢筋束与混凝土在横截面内存在线性变形协调关系，但在纵向可以相对周围混凝土发生纵向滑移。

无粘结预应力混凝土的设计理论与有粘结预应力混凝土相似，一般需增设普通受力钢筋以改善结构的性能，避免构件在极限状态下发生集中裂缝。

无粘结部分预应力混凝土是继有粘结预应力混凝土和部分预应力混凝土之后又一种新的预应力形式。

由于无粘结预应力混凝土结构在施工时不需要事先预留孔道、穿筋和张拉后灌浆等，极大地简化了常规后张法预应力混凝土结构的施工工艺。

尤其适用于多跨、连续的整体现浇结构中。

11.压浆的目的是：

防止预应力钢筋锈蚀；使预应力筋与梁体混凝土粘结成整体；填充孔道的空间以防积水和冰冻。

灰浆的质量也应有严格的要求，应该密实均质、有较高的抗压强度和粘度，并且应该快硬和具有较好的抗冻性。

为了减少灰浆结硬时的收缩，保证孔道内密实，可在水泥浆中加入少量膨胀剂，以往多采用铝粉作膨胀剂，后发现铝粉同水泥起化学作用将释放出氢，可能引起钢筋氢脆，因此目前国际上多采用能产生氮的化学膨胀剂。

加入膨胀剂的水泥浆，应控制其膨胀率在5～10％之内，以免引起孔道破裂。

水泥浆的水灰比宜在0.4～0.45，如加入适量的减水剂（如加入占水泥重量0.25％的木质素磺酸钙等），则水灰比可降低10%-15%；所用水泥不应低于425号，建议采用硅酸盐水泥或普通水泥；水泥浆强度不应低于构件混凝土的80%，亦不低于30号；水泥浆的沁水率最大不得超过3%，稠度宜控制在14～18s之间。

12.预应力损失的分类：

《桥规JTGD62》规定，预应力混凝土构件在持久状态正常使用极限状态计算中，应考虑下列因素引起的预应力损失：

预应力钢筋与管道壁之间的摩擦

锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩

预应力钢筋与台座之间的温差

混凝土的弹性压缩

预应力钢筋的应力松弛

混凝土的收缩和徐变

13.摩阻损失

：

在后张法构件中，由于张拉钢筋时预应力钢筋与管壁之间接触而产生摩擦阻力，此项摩擦阻力与张拉力方向相反，因此，钢筋中的实际应力较张拉端拉力计中的读数要小，即造成钢筋中的应力损失

。

为了减少摩阻损失，常采用如下措施：

（1）采用两端同时张拉，对于纵向对称配筋的情况，最大应力损失发生在中间截面，管道长度x和曲线段切线夹角θ均减小一半。

（2）对钢筋进行超张拉

14.温差损失

：

在先张法中，钢筋的张拉和临时锚固是在常温下进行的。

当采用蒸气或其他加热方法养护混凝土时，钢筋将因受热而伸长。

而加力台座不受升温的影响，设置在两个加力台座上的临时锚固点间的距离保持不变，这样将使钢筋松动。

降温时钢筋与混凝土已经粘结为一体，无法恢复到原来的应力状态，于是产生了应力损失

。

为了减小温差损失，可采用两次升温分阶段养护的措施。

第一次升温的温差一般控制在20℃以内，此时，钢筋与混凝土之间尚无粘结，因而这个温差将引起应力损失。

待混凝土结硬并具有一定强度（7.5~10MPa）后，再进行第二次升温。

这时，钢筋与混凝土已粘结为一体，共同受热，共同变形，不会引起新的应力损失。

15.先张法的预应力损失有：

锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩

预应力钢筋与台座之间的温差

混凝土的弹性压缩

预应力钢筋的应力松弛

混凝土的收缩和徐变

后张法的预应力损失有：

预应力钢筋与管道壁之间的摩擦

锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩

混凝土的弹性压缩

预应力钢筋的应力松弛

混凝土的收缩和徐变

第一批预应力损失有：

、

、

、

、

。

第二批预应力损失有：

、

。

16.不是。

各阶段预应力损失值的组合

预应力损失的组合

先张法构件

后张法构件

传力锚固时的损失

（第一批）

传力锚固后的损失

（第二批）

钢筋（束）的有效预应力

（1）预加应力阶段：

（2）使用阶段：

17.如果不弯起，支点处的负弯矩无外力平衡；如在索界内弯起，支点处将无负弯矩。

预应力筋弯起还可平衡一部分剪力。

18.为了布置钢丝束的要求，常将下缘加宽成马蹄形。

下缘加宽部分的尺寸，根据布置钢筋束的构造要求确定。

下缘马蹄形加宽部分的高度应与钢筋束的弯起相配合。

在支点附近区段，通常是全高加宽，以适用钢筋束弯起和梁端布置锚具、安放千斤顶的需要。

19.预应力混凝土梁的设计应满足安全，适用和耐久性等方面的要求，主要包括：

（1）构件应具有足够的承载力，以满足构件对达到承载能力极限状态时具有一定的安全储备，这是保证结构安全可靠工作的前提。

这种情况是以构件可能处于最不利工作条件下，而又可能出现的荷载效应最大值来考虑的。

（2）在正常使用极限状态下，构件的抗裂性和结构变形不应超过规范规定的限制。

对允许出现裂缝的构件，裂缝宽度也应限制在一定范围内。

（3）在持久状况使用荷载作用下，构件的截面应力（包括混凝土正截面压应力，斜截面主压应力和钢筋拉应力）不应超过规范规定的限制。

为了保证构件在制造、运输、安装时的安全工作，对短暂状况下构件的截面应力，也要控制在规范规定的限制范围以内。

20.预应力混凝土简支梁设计的一般步骤是：

（1）根据设计要求，参照已有设计图纸和资料，选择预加力体系和锚具形式，选定截面形式，并初步拟定截面尺寸，选定材料规格。

（2）根据构件可能出现的荷载效应组合，计算控制截面的设计内力（弯矩和剪力）及其相应的组合值；

（3）从满足主要控制截面（跨中截面）在正常使用极限状态的使用要求和承载能力极限状态的强度要求出发，估算预应力钢筋和普通钢筋的数量，并进行合理的布置及纵断设计；

（4）计算主梁截面的几何特征值；

（5）确定张拉控制应力，计算预应力损失值；

（6）正截面和斜截面的承载力复核；

（7）正常使用极限状态下，构件抗裂性或裂缝宽度及变形验算；

（8）持久状态使用荷载作用下构件截面应力验算；

（9）短暂状态构件截面应力验算；

（10）锚固端局部承压计算与锚固区设计。

21.E1线对应于截面下核心点连线A'A'的距离e1，E2线对应于截面上核心点连线AA的距离e2，E1和E2这两条线限制了预应力钢筋束的布置范围称之为索界。

只要在索界内布置钢索（指钢筋束的重心线），即能满足全梁所有截面的正截面抗裂性和预施应力阶段截面上缘不出现拉应力的要求。

四、名词解释

1．在作用（或荷载）短期效应下，控制截面受拉边缘不允许出现拉应力。

2．部分预应力混凝土A类构件——在作用（或荷载）短期效应下，控制截面受拉边缘允许出现拉应力，但应控制拉应力不得超过某个允许值。

（对于这种情况，国际上习惯称为有限预应力混凝土）。

3．部分预应力混凝土B类构件——在作用（或荷载）短期效应下，允许出现裂缝，但对最大裂缝宽度加以限制。

4．先张法即先张拉钢筋后浇筑构件混凝土的施工方法。

5．后张法即先浇筑构件混凝土,等养护结硬并达到一定的强度后，再在构件上用张拉机具张拉预应力钢筋的方法。

6．由于受施工因素、材料性能和环境条件等的影响，预应力钢筋在张拉时所建立的预拉应力（称张拉控制应力），将会有所降低，这些减少的应力称为预应力损失。

7．预应力混凝土构件在受到预加力的作用后，混凝土将产生弹性压缩变形，造成预应力损失。

8．由于混凝土收缩和徐变的影响，会使预应力混凝土构件产生变形，因而引起预应力钢筋的应力损失。

9．钢筋或钢筋束在一定拉力作用下，长度保持不变，则其应力将随时间的增长而逐渐降低，这种现象称为钢筋的应力松驰。

10．在后张法中，当钢筋张拉结束并进行锚固时，锚具将受到巨大的压力作用，由于锚具本身的变形、钢丝滑动、垫板缝隙压密以及分块拼装时的接缝压缩等因素，均会使已锚固好的钢筋略有松动，造成应力损失。

五、计算题

1、解：

第一批预应力损失：

б=0.5*б5+б2+б3+б4=4+40+95.65+0.5*35=157.15MPa

第二批预应力损失：

б=0.5*б5+б6=0.5*35+169.47=186.97MPa

使用阶段有效预应力：

б=бcon-бⅠ-бⅡ+б4=706.5-157.15-186.97+95.65=458.03MPa