湘潭大学预应力混凝土结构复习题

11.在计算施工阶段预加应力产生混凝土法向应力 时，为什么先张法构件用换算截面面积A0，后张法构件使用净截面面积Ap，而在使用阶段时都采用A0?
12.什么是预应力混凝土结构？为什么采用预应力混凝土？预应力一般通过何种方式施加？
1)所谓预应力砼构件就是在构件受荷之前（制作阶段），人为给拉区砼施加预压应力，受荷之后（使用阶段）首先要抵消拉区砼的预压应力，若再加荷拉区砼开裂，直至破坏为止。
1.为什么说施加预应力能提高混凝土构件的斜截面抗剪承载力？哪三种情形不考虑预应力对斜截面抗弯承载力的有利作用？
答：1).预应力对梁的受剪承载力的有利作用。因为当预加力对梁产生的弯矩与外弯矩方向相反时，预压应力能阻止斜裂缝的出现和开展，增加混凝土的剪压区高度，从而提高了混凝土剪压区所承担的剪力。
2).三种情况不考虑预应力的作用：当预加力对梁产生的弯矩与外弯矩方向相同时，预压应力对受剪承载力起不利作用；对预应力混凝土连续梁；允许出现裂缝的预应力混凝土简支梁，考虑构件达到承载力时，预应力可能消失。
2.什么是预应力的等效荷载？预应力等效荷载一般由那几部分组成？
答：1）预应力对混凝土产生的效应(应力、应变、变形)可用一个等效力系来分析。这一等效力系在混凝土结构中产生的效应即是预应力产生的效应。这一等效力系称为等效荷载。
2）等效荷载组成的两部分：（1）通过锚具作用于锚固点的荷载，一般称为节点等效荷载；（2）由预应力筋线形改变在构件上产生竖向、水平及扭转的集中和分布荷载，一般称为线形等效荷载或等效荷载。
5.简述什么是先张法？先张法构件是按什么样的工序施工？先张法构件如何实现预应力筋的锚固?先张法构件有何优缺点？
答：先张法:即先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。1预应力钢筋就位，准备张拉。2张拉并锚固，浇筑构件混凝土。3松锚，预应力钢筋回缩，制成预应力混凝土构件。先张法是靠工作锚具来传递和保持预加应力的。
18.预应力混凝土构件为什么要进行施工阶段的验算？预应力轴心受拉构件在施工阶段的正截面承载力验算、抗裂度验算与预应力混凝土受弯构件相比较，有何区别？
答：①预应力混凝土构件在施工阶段，由于施加预应力，构件必须满足其承载和抗裂的要求，所以施工阶段需要验算。 ②两者的区别为受弯构件受压区混凝土压应ຫໍສະໝຸດ Baidu需要满足承载力、抗裂度要求之外，受拉区混凝土拉应力也需要满足相应要求。
答：从制作到使用过程中钢筋实现的，钢筋一直处于高拉应力状态，同时还存在预应力损失，所以钢筋强度要高；制作过程中，预压区的混凝土受到比较的压应力，所以混凝土强度也必须要高；预应力结构采用大跨度结构为了减轻自重，减小截面尺寸，也必然采用高强材料。
9. 画出预应力受弯构件界限破坏时截面应变分布图，并对其与普通钢筋混凝土界限破环时截面应变分布图的差异进行简单解释
答：高层建筑结构中预应力混凝土的发展趋势：无粘结预应力混凝土平板和预应力扁梁在高层建筑的楼盖中使用，具有降低层高、简化模板、加快施工等优点，因此在我国房屋建筑中得到应用。预应力混凝土结构可以改善室内的建筑功能，简化模板和钢筋工程，因此，预应力混凝土技术得到广大建筑师的认可和接受。预应力混凝土结构还可以应用于大跨度、大空间部位柱网转换时的转换梁、转换桁架。跨度为8-18m的预应力混凝土空心板、外墙装饰保温复合预应力混凝土墙板在房屋建筑中的应用前景比较广阔。
优点：先张法施工简单,靠粘结力自锚,不必耗费特制锚具,临时锚具可以重复使用(一般称工具式锚具或夹具),大批量生产时经济,质量稳定.适用于中小型构件工厂化生产。缺点：需要较大的台座或成批的钢模、养护池等固定设备，一次性投资较大；预应力筋布置多数为直线型，曲线布置比较困难
6.什么是后张法？后张法构件是按什么样的工序施工？后张法构件如何实现预应力筋的锚固?后张法构件有何优缺点？
3.基于消压状态的预应力度是如何定义的？简述基于此定义的混凝土的分类？
国外分类：全预应力混凝土、限值预应力混凝土、部分预应力混凝土、普通钢筋混凝土；国内分类：全预应力混凝土、部分预应力混凝土（A类——限值预应力混凝土、B类——部分预应力混凝土）、普通钢筋混凝土。
4.结合本学期所学关于预应力混凝土的知识，谈谈你对预应力混凝土在你所学习专业方向（房建或者路桥）应用前景的看法
相同：界限破坏，普通受拉钢筋As达到fy的条件
10.施加预应力对轴心受拉构件的开裂荷载和极限承载力有何影响？
答：施加预应力对其开裂荷载和极限承载力没有提高，即，预应力张拉或不张拉，其承载力表达式是一样的。这是因为混凝土不能承受拉力，轴拉构件的承载力由钢筋的强度决定，跟张拉与否没有关系。但是，施加预应力后，大大延迟了结构的开裂，提高了其正常使用阶段的性能。如钢筋混凝土为带裂缝工作，而全预应力混凝土在使用荷载作用下不出现拉应力，从而提高结构刚度、抗裂性及耐久性。
19.预应力混凝土受弯构件的变形是如何进行计算的？与钢筋混凝土受弯构件的变形相比有何异同？
答：预应力混凝土受弯构件的挠度包括两部分：一部分为预加应力产生的反拱；一部分为荷载产生的挠度。荷载作用产生的挠度计算与钢筋混凝土受弯构件相似。
20.预应力混凝土构件主要构造要求有哪些？
答：预应力混凝土构件主要构造要求包括：①一般构造要求。如截面类型、尺寸，纵向预应力钢筋和非预应力钢筋；②先张法构造要求。如预应力钢筋的净间距及保护层厚度，端部混凝土加强措施；③后张法构造要求。如锚具，预应力钢筋的孔道及灌浆，构件端部加强措施，非预应力钢筋的布置，外露金属的防腐等。
14.比较普通钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的区别，它们各自有何优缺点？
答：（1）预应力混凝土结构中，混凝土的强度等级要高，钢筋的强度也要高；普通混凝土结构中采用高强材料不能充分应用。（2）预应力程度较高预应力混凝土结构，性能如同均质弹性材料。而普通钢筋混凝土在使用荷载作用下的性能是非线性的。（3）预应力混凝土结构刚度大，挠度小，裂缝宽度小。（4）一旦预应力被克服后，预应力混凝土和普通混凝土结构就没有本质上的不同，因而正截面承载力是一样的；（5）预应力混凝土梁的斜截面抗剪强度高于普通混凝土，因而预应力混凝土梁的腹板可做得较薄，大大减轻了自重。
5)对以上各荷载阶段构件的强度进行核算，保证所选择的截面有足够的安全储备，如不够，则调整配筋或修改截面。
预应力损失的分类:锚固损失、摩擦损失、温差损失、松弛损失、收缩徐变损失、螺旋式预应力筋局部损失
15.什么是张拉控制应力？为何先张法的张拉控制应力略高于后张法？
答：①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。②因为先张法是在浇灌混凝土之前在台座上张拉钢筋，预应力钢筋中建立的拉应力就是控制应力。放张预应力钢筋后构件产生回缩而引起预应力损失；而后张法是在混凝土构件上张拉钢筋，张拉时构件被压缩，张拉设备千斤顶所示的张拉控制应力为已扣除混凝土弹性压缩后的钢筋应力，所以先张法的张拉控制应力略高于后张法。
当截面受拉区内配置有不同种类或不同预应力值钢筋时，受弯构件的界限受压区高度应分别计算，并取其较小值
与普通钢筋砼受弯构件对比
1.基本假定的对比
相同：应变平截面假定；不考虑混凝土抗拉强度；混凝土受压应力与应变关系曲线，相异：“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设计值”对预应力筋是近似的，因为预应力筋一般没有明显的屈服点（流幅）
（2）预应力混凝土结构的主要缺点：1）设计计算较复杂。2）施工工艺较复杂，所要求的材料、设备和技术水平等都比较高。3）预应力混凝土结构的单方面造价也比较高。与普通钢筋混凝土结构相比，预应力混凝土结构的延性一般要差一些。
8.为什么预应力混凝土构件必须采用高强度钢材，且应尽可能采用高强度等级混凝土？（2）
答：后张法:即先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张拉预应力钢筋并锚固的方法。1浇筑构件混凝土，预留孔道，穿入预应力钢筋。2千斤顶支于混凝土构件上，张拉预应力钢筋。3用锚具将预应力钢筋锚固后进行孔道压浆。后张法是靠工作锚具来传递和保持预加应力的。优点：不需固定的台座设备，不受地点限制，适用施工现场生产大型预应力混凝土构件。缺点：其工序较多，工艺复杂，锚具不能重复使用
21.荷载平衡法实际设计的一般步骤：
1)根据经验或适当的跨高比选用一个试算截面；
2)按需要被平衡掉的荷载(如恒载+部分活载)选择预应力筋的线形和预加力；
3)在这一平衡载荷条件下，混凝土截面承受的唯一的力是轴心压力，对截面的要求只要足以承受这个压应力并为布置预应力筋提供足够的空间；
4)对活载全部移除或全部荷载施加时的弯曲应力和轴压力叠加后的总应力进行核算，保证满足裂缝控制和挠度的要求；
7.与普通钢筋混凝土构件相比，预应力混凝土构件有何优点及局限性？
答：（1）预应力混凝土结构具有下列优点：1）不会过早地出现裂缝，抗裂性高，甚至可保证使用荷载下不出现裂缝，从根本上解决了裂缝问题。2）合理有效地利用高强度钢材和混凝土，从而大大节约钢材、减松结构自重。3）由于混凝土不开裂或较迟开裂，故结构的刚度大，在预中应力时又产生反拱，因而结构的总变形较小。4）扩大了钢筋混凝土结构的应用范围。由于强度高、截面小、自重轻，能建造大跨度承重结构或桥梁；由于抗裂性高，可建造水工结构、储水结构和其他不渗漏结构；此外，抗裂性高对于处在侵蚀性环境中的结构也是一大优点。5）由于使用荷载下不裂或裂缝处于闭合状态，提高了结构的耐久性。6）疲劳性能好。因为结构构预先存在应力状态，减小了重复荷载下钢筋应力的变化幅度，所以可提高结构承受重复荷载的能力。7）预加应力还可作为结构的一种拼装手段和加固措施。
3)预应力一般通过张拉高强度钢绞线、预应力螺旋钢筋、预应力钢丝施加
13.什么是无粘结预应力混凝土结构？无粘结预应力混凝土结构有何优点？
答：无粘结预应力混凝土结构是指在预应力钢筋外涂防腐油脂外包塑料套管防止钢筋与混凝土粘结、按照后张法制作的预应力混凝土结构；优点：结构自重轻，施工简便、速度快，抗腐蚀能力好，使用性能良好，防火性能满足要求，抗震性能好，应用广泛。
17.对受弯构件的纵向受拉钢筋施加预应力后，是否能提高正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力，为什么？
答：对正截面受弯承载力影响不明显。因为预应力可以提高抗裂度和刚度。破坏时，预应力已经抵消掉，与非预应力钢筋混凝土受弯构件破坏特性相似。首先达到屈服，然后受压区混凝土受压边缘应变到达极限应变而破坏。提高斜截面受剪承载力，因为预应力钢筋有约束斜裂缝开展的作用，增加了混凝土剪压区高度，从而提高了混凝土剪压区所承担的剪力。
2) 普通混凝土抗裂性很差。混凝土的极限拉应变很低，只有0.0001～0.0015，这时钢筋应力仅20～30N/mm2,另外提高混凝土的强度也不明显;高强材料得不到充分应用。裂缝宽度一般应限制在0.2～0.3mm以内，受拉钢筋应力,最高也只能达到150～250N/mm2;
结构自重大使用性能不好。普通混凝土结构不能适应现代化建设大跨度和大空间的需要，因为无法采用高强度的材料，势必导致截面尺寸过大和自重过大。
16.预应力损失包括哪些？如何减少各项预应力损失值？
答：预应力损失包括：①锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失。可通过选择变形小锚具或增加台座长度、少用垫板等措施减小该项预应力损失；②预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失。可通过两端张拉或超张拉减小该项预应力损失；③预应力钢筋与承受拉力设备之间的温度差引起的预应力损失。可通过二次升温措施减小该项预应力损失；④预应力钢筋松弛引起的预应力损失。可通过超张拉减小该项预应力损失；⑤混凝土收缩、徐变引起的预应力损失。可通过减小水泥用量、降低水灰比、保证密实性、加强养互等措施减小该项预应力损失；⑥螺旋式预应力钢筋构件，由于混凝土局部受挤压引起的预应力损失。为减小该损失可适当增大构件直径。
2.破坏时受拉预应力筋屈服条件的对比
相同：界限破坏，即受拉区预应力筋Ap达到fpy的同时，截面受压区边缘混凝土达到极限压应变ecu；相异：图中预应力筋Ap的应变为epy-ep0（预应力筋水平处混凝土应力为零时，预应力筋已受拉应力sp0，相应的应变为ep0=sp0/Es）
3.破坏时受拉预应力筋屈服条件的对比