性是比较重要的,机时高强度等级的混凝土在受压、受拉、受剪以及粘结和局部承压等方面都有比较高的抗力。
(3)相同水灰的比条件下,较高强度等级的混凝土不太容易发生收缩裂缝,而低强度等及的混凝土在施加预应力之前就会发生收缩裂缝。
(4)高强度等级的混凝土可减少占总预应力损失中很大部分的徐变损失。
9、答:张拉控制应力是指张拉钢筋时,张拉设备(千斤顶和油泵)上的压力表所需要达到而加以控制的总张拉力除以预应力钢筋截面面积得出的应力值,以?con表示。
设计预应力混凝土构件时,为了充分发挥预应力的优点,张拉控制应力应尽可能地定的高一些,使混凝土获得较高的预压应力,以提高构件的抗裂性。但是,张拉控制应力也不能定得过高。定得过高,会有以下缺点:第一,如果?con过高,则构件出现裂缝时的承载能力与破坏时的承载能力有时可能会很拉近,即意味着构件在裂缝出现后不久就会失去承载能力,使构件在破坏前无明显的预兆,构件的延性较差,这是不希望发生的;第二,如果?con过高,还可能发生危险。因为为了减少一部分预应力损失,张拉操作时往往要实行超张拉。由于预应力钢筋混凝土的实际强度并非每根相同,如果把控制应力定得过高,很可能在超张拉过程中会有个别钢筋达到或超过它的实际屈服强度(对有明显屈服点的钢筋),甚至发生断裂事故(对高强度硬钢)或产生较大的塑性变形。第三,如果?con过高,在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力(称为预拉力)甚至开裂,对后张法构件可能造成局压破坏。因此,张拉控制应力?con应定得适当,以留有余地。
应该指出,张拉控制应力值的大小与预应力钢筋的钢种和张拉方法在关。预应力钢丝、钢绞线:先张法和后张法均为:0.75fptk。热处理钢筋:先张法为0.70fptk,后张法0.65fptk。
从经济方面考虑,张拉控制应力应有下限值。否则,若张拉控制应力过低,则张拉的预应力被各项预应力损失所抵消了,达不到预期的抗裂效果。因此,《规范》规定:预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋的张拉控制应力值不应小于0.4fptk。
10、答:《规范》规定预应力钢筋的张拉控制应力允许值应按表2-9-1采用。 表2-9-1 钢筋种类 张拉方法 先张法 消除应力钢筋、钢绞线 热处理钢筋 0.75fptk 0..70fptk 后张法 0.75fptk 0.65fptk 《规范》规定的张拉控制应力允许值先张法比后张法略高的原因是:先张拉构件施加预应力(放松预应力钢筋)时,由于混凝土的弹性压缩,钢筋的预拉应力随之降底???pcI,即:
?pI??con??1I????pcI
而后张法构件施加预应力(张拉预应力钢筋)时,混凝土的弹性太缩可以由千斤顶及时补偿。因此,钢筋初始预拉应力(张拉控制应力)不会因混凝土的弹性压缩而降低。即预应力钢筋的应力为:
?pI??con??1I
比较上两个式可知,在张拉控制应力和第一批预应力损失相同的条件下,预应力钢筋中的应力,先张法的总比后张法的低。同样,当构件受荷后混凝土预压应力被抵消时,轴心受拉构件预应力钢筋中的应力,对先张法构件:
?po??con??1
而后张法构件:
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比较这两个式可知,当混凝土预压应力被抵消时,预应力钢筋的应力钢筋的应力先张法的仍比后张法的低。为使先张法和后张法构件预应力钢筋中的应力值及其抗裂能力具有大致相同的水平,因此,适当提高了先张法构件的张拉控制应力允许值。
11、答:预应力损失包括以下项目: (1)张拉端锚具变形及钢筋回缩损失?11。
(2)预应力钢筋的摩擦损失?12(包括两种情况:预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦;预应力钢筋在转向装置处的摩擦)。
(3)混凝土加热养护时受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间的温度损失?13。 (4)钢筋的松驰损失?14。 (5)混凝土的收缩和徐变损失?15。
(6)用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件,由于混凝土的局部挤压引起的损失?16。
实际小,因为预应力损失是分批发生的,且因张拉工艺(先张或后张)的不同而有所差别。预应力混凝土构件在各阶段的预应力损失值的组合如表2-9-2。
表2-9-2 预应力损失值的组合 混凝土预压前(批一批)损失?1I 混凝土预压后(第二批)损失?1II 先张法构件 后张法构件 ?11+?13+?14 ?15?11+?12 ?14+?15 +?16 第一批预应力损失,在计算中应根据具体情况予以考虑。例如,在验算结构构件的使用性能(如抗裂性等)时,应按全部损失完成后的损失来计算,即应用第二阶段的预应力损失的组合。当进行制作、运输、吊装等施工阶段的验算时,应根据构件的实际情况考虑预应力损失值的组合,一般考虑第一批损失并可考虑时间对混凝土收缩和徐变损失的影响。先张法构件由于钢筋应力松驰引起的损失?14在第一批和第二批损失中的比例,如需分开,可根据实际情况确定;后张法构件当采用折线形预应力钢筋时,由于转向装置的摩擦,故在混凝土预压前(第一批)的损失中计入?12,其值按实际情况确定。
12、答:在一般湿度条件下,混凝土在结硬过程中体积发生收缩,而在预压应力作用下混凝土发发生沿压应力方向的徐变。混凝土收缩和徐变都使构件的长度缩短,预应力钢筋也随之回缩,造成预应力损失。
影响收缩和徐变的主要因素有:张接钢筋时混凝土中的预压应力与此时的混凝土立方强度之比以及混凝土质量(水灰比、水泥用量等)和构件所处环境的温湿条件。此外,不同的张拉方法也有一定的影响,后张法构件比先张法构件的收缩和徐变损失相对地小一些。
计算混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失时,混凝土预压应力是指预应力钢筋Ap和Ap在各自合力点处的混凝土法向应力值。计算时仅考虑混凝土预压前(第一批)的损失。
13、答:钢筋在高应力下具有随时间而增长的塑性变形性能。一方面当钢筋应力保持不变时,应变会随时间增长而逐渐增大;另一方面当钢筋长度保持不变时,应力会随时间的增长而逐渐降低。前者被称为钢筋徐变,后者被为钢筋的松驰。钢筋的徐变和松驰都会引起预应力混凝土中的应力损失。在预应力混凝土构件中,钢筋的松驰和徐变是并存的,但是一般来说松弛是主要的,因为构件长度在张拉锚固后,几乎是保持不变的。
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因而,由钢筋的松弛和徐变引起的损失统称为钢筋应力松驰损失。
松驰损失主要与以下因素有关:
(1)应力松弛与时间有关,开始阶段以展较快,第1小时松弛损失可达到全部松弛损失的50%左右,24小时后可达80%左右,以后以展缓慢。
(2)应力松弛损失与钢材品种有关。热处理钢筋的应力松弛值比钢丝、钢绞线的小。 (3)张拉控制应力值高,应力松弛大,反之,则小。
超张拉可以减少松弛引起的预应力损失是因为在高应力下短时间所产生的松驰损失可达到在低应力下需较长的时间才能完成的松驰数值,所以,经过超张拉部分松驰损失也已完成。
14、答:换算截面是按整体工作应变协调的原则将纵向非预应力钢筋和纵向预应力钢筋截面面积换算成混凝土面积再加上混凝土的净面积三者的总和,即
A0?Ac??EAs??EAP
在计算施工阶段的混凝土应力时,对后张法构件,由预应力钢筋与混凝土之间还没有粘结,预应力合力相当于外力作用在钢筋混凝土净截面上,张拉力是与钢筋混凝土净截面An(An?Ac??EAs)上的内力平衡的。因此,用净截面An。而先张法构件的预应力钢筋和混凝土是有粘结的,两者共同变形,因此用换算截面A0。
当计算外载引起的截面应力时,因先张法构件和后张法构件中的预应力钢筋和混凝土之间都已是粘结的,因此,都采用A0。
15、答:如果先张法和后张法两种构件的张拉控制应力和预应力损失一样,当加荷至预压应力?先张法和后张法两种构件的预应力钢筋的应力?先张法 ?后张法 ?ppppc?0时,
是不相同的。
??con??1 ??con??1??E?pc?
pc?先张法构件施加预应力(放松预应力钢筋)时,由于混凝土的弹性压缩,钢筋的预拉应力随之降低?E?,
而后张法构件施加预应力(张拉预应力钢筋)时,混凝土的弹性压缩可以由千斤顶及时补偿,因此,钢筋初始预拉应力(张拉控制应力)不会因混凝土的弹性压缩而降低。因此在张拉控制应力和预应力损失相同的条件下,当构件受荷后混凝土预压应力被抵消时,预应力钢筋中的应力先张法的总比后张法的低。
16、答:施加预应力对混凝土轴心受拉构件的承载力没有影响。
预应力混凝土轴心受拉构件和同条件普通混凝土轴心受拉构件在破坏时,都是钢筋达到屈服强度而破坏,它们的极限承载力公式是一样。即施加预应力不能提高轴心受拉构件的承载力。
17、答:受弯构件截面受压区内的预应力筋,在施工张拉阶段的预拉应力很高,在外载作用下拉应力逐渐减小,当构件破坏时,多数情况下仍为拉应力。因此,这将降低受弯构件的极限抗弯强度,但降低的幅度是不大的。同时,考虑到在受压区设置预应力筋还会降低正截面抗裂度,因此,只有在单面配置预应力钢筋可能引起预拉力(即受压区)出现过大裂缝的构件中,才对受压区(预拉区)配置预应力筋。
19、答:两者是不相同的。因为施加预应力将阻止斜裂缝的出现和开展,增加混凝土剪压区高度和斜截面骨料间的咬合力。从而,提高了混凝土所随的那部分剪力。所以预应力混凝土受弯构件的斜截面抗剪能力比普通混凝土的高,比普通混凝土受弯构件提高了0.05Np0。Np0是计算截面上混凝土法向应力为零时的预应力钢筋及非预应力钢筋的合力。
20、答:试验表明,受有轴向压力的受弯构件(偏压构件),由于轴向压力阻止了斜裂缝的发生和发展,增
加了混凝土剪压区高度,同时轴向压力的存在也使得斜裂缝两边的咬合力增大。因此,轴向压力能提高钢筋混凝土构件斜截面的抗剪强度。但轴向拉力的作用则相反,它会使构件的斜截面抗剪强度降低。
对直线配筋的预应力混凝土梁,预应力的存在对斜截面抗剪强度的影响与轴向压力的影响相似,所以,预应力能在一定程度上提高汾的斜截面抗剪强度。当梁配有预应力弯筋时,则能较大提高斜截面抗剪强度。因为这时不仅预应力弯起钢筋的竖向分力能直接抗剪,而且它的水平分力如同轴压力一样,也提高了梁斜截面抗剪强度。
21、答:对于简支梁来说,通常在支座截面附近的剪力是很大的,而弯起预应力筋的竖向分量将大大有助于提高梁的斜截面抗裂性和抗剪强度,也可减小反拱值。另一方面在支座附近弯矩很小,因此,没有必要都把预应力筋配置在梁的底下边缘。弯起后,还有利于解决局部承压问题,也有利于梁端锚具的布置。所以预应力弯起钢筋的作用是多方面的。对于连续梁或框架梁来说,除了在外支座截面附近的预应力弯起钢筋的作用与简支梁的相同以外,弯起钢筋在中间内支座还可充分利用来抵抗负弯矩,对提高正截面的抗裂性和抗弯强度的作用也是十分大的。
22、答:两者采用不同的刚度,因为两种情况下受力状态是不同的。在计算预应力引起的反拱时,按下列规定取值。
由于在使用阶段预应力的长期作用,预压区混凝土的徐变变形影响使梁的反拱值增大,故使用阶段的反拱值的构件截面刚度取B = 0.5EcI0。
而在计算荷载作用下产生的挠度时,其刚度取值如下:
按荷载将就的标准组合下的短期刚度,对使用要求不出现裂缝的构件
0.85EcI0Bs = 0.85EcI0,对于使用阶段允许出现裂缝的构件Bs?。
Kcr?(1?Kcr)? 23、答:为满足承载力、构造和施工需要,往往在预应力混凝土构件中配置部分非预应力钢筋。由于它对混凝土预压变形起约束作用,从而使混凝土收缩徐变减少,相应地也减少了预应力钢筋因收缩、徐变引起的损失,这样对增加混凝土预压应力,提高其抗裂性有利。但是当混凝土发生收缩、徐变时,非预应力钢筋阻止它发生(非预应力钢筋受压),对混凝土产生附加的拉应力,使混凝土的预压应力减小,这是对构件抗裂影响不利的。不利影响较有利影响显著。因而,在设计计算中,《规范》要求考虑非预应力钢筋对抗裂的不利影响。 值得说明的是,在构件受拉区的外缘,设置适量的非预应力钢筋网片,对控制裂缝宽度是一种较为有效的构造措施。
24、答:因为预应力混凝土构件施工阶段的受力状态和使用阶段的不同。满足了使用阶段的抗裂度和强度不等于施工阶段的抗裂度和强度也满足。因此,为了防止施工阶段构件的预拉区和预压区分别产生过大的拉应力和压应力,《规范》规定必须验算构件施工阶段的抗裂度和强度,使它们不致影响使用性能。 验算预应力混凝土受弯构件施工阶段的性能时,主要应控制截面边缘的混凝土法向应力。
对于不允许出现裂缝的构件或预压时全截面受压的构件,在预压应力、自重及施工荷载作用下截面边缘的混凝土法向应力应符合下列条件:
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对于允许预拉区出现裂缝的构件,当预拉区不配置预应力筋时,截面边缘的混凝土法向应力应符合下列条件:
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