模块6预应力混凝土构件习题答案Word文件下载.docx
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度降低在一分钟内大约能完成总松弛的50%，24H可完成80%，以后即逐渐减少。
超张拉主要是为了减少钢筋松弛，混泥土弹性压缩，锚具变形和孔道摩擦阻力等所引起的应力损失。
持载2分钟，主要是为了加钢筋松弛的早期发展。
重复张拉可减少应力损失，还可使钢筋的应力随着松弛的发展而得到的调整，而使每根刚筋受力均匀。
采取超张拉和反复张拉的办法，是减少松弛应力损失的有效措施。
5.为何要进行孔道灌溉？
对水泥浆有何要求？
应如何进行？
孔道灌浆是为了预防钢筋锈烛，增加结构的整体性和耐久性。
水泥浆应有足够强度
度和黏结力，并有较大的流动性和较大的干缩性及泌水性；
应采用标号不低于425号的普通硅酸盐水泥，水灰比应控制在0.4-0.45之间，搅拌后3H的泌水率宜控制在2%，最大不超过3%；
对成束的预应力筋及空隙较大的孔道。
在水泥浆中宜适量地掺入细砂和其他塑化剂；
还可掺入水泥重量万分之一的铝粉或0。
25%的木质素磺酸钙。
灌浆前，应用压力水将孔道冲刷干净，湿润孔壁；
水泥浆要过筛，灌浆时应不断搅拌，以免沉淀析水，应连续灌浆不得中断；
灌浆顺序，应先下后上；
直线孔道灌浆应从构件的一端到另一端。
曲线孔道灌浆，应从孔道最低处开始向两端进行。
当灰浆强度达到规定的数值时，方能移动构件或吊装。
6.试述预应力钢筋混凝土电热法的施工特点及其优缺点？
电热法是利用钢筋热胀冷缩的原理，用低电压强电流通过钢筋，使钢筋发热伸长，
带伸长达到规定长度后，随即进行锚固，并切断电源，由于钢筋冷却收缩，从而达到建立预压力的方法。
电张法适用于冷拉II级钢筋，III级钢筋，IV级钢筋配筋的构件。
其优点是：
操作简便，劳动强度低，设备简单，效率高，施工安全；
在电热张拉的同时，
起到电热时效作用，并可消除钢筋在热轧制造时所产生的内应力，使钢筋的强度有所提高；
电张法可以避免钢筋与构件孔道间摩擦应力损失；
最适宜高空作业张拉框架结构和曲线配筋的构件。
其缺点是：
预应力值的建立是以钢筋伸长值来控制的，其预应力值的建立不如应力控制精确，必须进行必要的机械矫核，以调整理论电热伸长值；
对抗裂度要求较严的结构不宜采用。
7．什么是预应力混凝土?
预应力混凝土的优点和确点及应用范围?
当构件在荷载作用下产生拉应力，首先要抵消混凝土的预应力，然后随着荷载的不
断增加，受拉区的混凝土才受到拉应力，从而大大改善了受拉区混凝土的受拉性能，推迟了裂缝的出现和限制了裂缝的开展。
这种在混凝土构件受荷载以前，对受拉区混凝土预先施加压力的混凝土构件。
8．预应力混凝土的优点和缺点？
优点：
a延迟了裂缝的出现，提高了结构的抗裂性能、钢度和耐久性能，因而扩大
了混凝土结构的适用范围。
b可合理的利用高强钢材和混凝土。
与钢筋混凝土相比，可节约钢材约30%~50%，减
轻自重达30%左右。
c通过预加应力，使结构径受了一次检验，因此从某种意义上讲，预应力混凝土结构可称为是先检验过的结构。
缺点主要是计算复杂、施工技术要求高、需要张拉及锚具等设备，不易用与普通混凝土完全适用的地方。
9．预应力筋张拉时，主要应注意哪些问题?
施工中应注意下列问题：
在确定预应力筋的张拉顺序时，应尽可能减少倾覆力矩和偏心力，应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋。
宜分批、对称进行张拉。
预应力筋超张拉时，其最大超张拉力应符合下列规定：
冷拉Ⅱ～Ⅳ级钢筋为屈服点的95%；
碳素钢丝、刻痕钢丝及钢绞线为强度标准值的80%。
控制应力法张拉时，尚应校核预应力筋的伸长值。
当实际伸长值大于计算伸长值10%或小于计算伸长值5%，应暂停张拉，查明原因并采取措施予以调整后，方可再行张拉。
多根预应力筋同时张拉时，必须事先调整初应力，使应力一致，张拉中抽查应力值的偏差，不得大于或小于一个构件全部钢丝预应力总值的5%。
结构中预应力钢材（钢丝、钢绞线或钢筋）断裂或滑脱的数量，对后张拉法构件，严禁超过结构同一截面钢材总根数的3%，且一束钢丝只允许一根；
对先张法构件，严禁超过结构同一截面钢材总根数的5%，且严禁相邻两根预应力钢材断裂或滑脱。
先张法构件在浇筑混凝土前发生断裂或滑脱的预应力钢材必须予以更换。
锚固时，张拉端预应力筋的回缩量不得大于施工规范规定。
张拉锚固后，预应力筋对设计位置的偏差不得大于5mm，且不得大于构件截面短边尺寸的4%。
施工中应注意安全，张拉时，正对钢筋两端禁止站人。
10．预应力混凝土构件孔道留设的方法有哪几种及施工中应注意哪些问题？
答：
孔道留设方法有钢管抽芯法、胶皮管抽芯法和预埋波纹管法等。
施工时应注意的事项有：
钢管抽芯法：
要求钢管平直，表面光滑，安装位置准确；
开始浇灌后每隔一定的时间应慢慢转动钢管一次，待手指按压混凝土表面不粘浆又无明显指痕时，即可抽管。
常温下混凝土浇筑后3～6抽管。
抽管顺序宜先上后下；
为便于转动和抽管，每根钢管长度一般不超过15m；
抽管要平稳，速度要均匀，边转边抽；
抽管后应对孔道及时检查清理。
胶管抽芯法：
软质胶管要有良好的密封装置，以便在管中充入压缩空气、压力水（亦可满塞细钢丝），扩大管径3～4mm；
待混凝土初凝后放出气、水或拔出钢丝即可抽管；
抽管时利用其弹性，在拉力作用下断面缩小易于抽出。
施工中防止钢筋头或铁丝刺破胶管。
预埋波纹管法：
将波纹管直接埋管在构件中成孔，无需抽出，预应力筋密集，或曲线配筋，抽管有困难时，常用此法，施工中均要接头密封，以防漏浆堵孔。
思考题
1什么是预应力混凝土构件？
对构件施加预应力的主要目的是什么？
预应力混凝土结构的优缺点是什么？
在构件承受外荷载前，预先在构件的受拉区对混凝土施加预压应力的构件是预应力混凝土构件。
对构件施加预应力的主要目的是推迟了混凝土裂缝的出现并限制了裂缝的开展，从而提高了构件的抗裂度和刚度。
预应力混凝土结构的优点有
1、充分利用高强度材料替代普通材料；
2、减小结构体积，节省工程造价（相对大工程而言）；
3、由于结构重量减轻，延长了结构使用寿命；
4、解决了大跨度结构的设计难点。
缺点：
施工复杂程度提高，对质量的要求比普通混凝土高，不是很熟悉的人员操作上有难度。
预应力能提高混凝土承受荷载时的抗拉能力，防止或延迟裂缝的出现，并增加结构的刚度，节省钢材和水泥。
但是相比普通混凝土结构，预应力混凝土结构的脆性大一些，因为同样的结构极限承载力是一样的，但是预应力混凝土结构的变形小。
2在预应力混凝土构件中，对钢材和混凝土的性能有何要求？
为什么？
预应力混凝土结构构件所用的混凝土，需满足下列要求：
（一）强度高。
预应力混凝土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。
（二）收缩、徐变小。
以减少因收缩、徐变引起的预应力损失。
（三）快硬、早强。
可尽早施加预应力，加快设备的周转率，加速施工进度。
因此，《混凝土结构设计规范》规定，预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C30。
对采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋的构件，特别是大跨度结构，混凝土强度等级不宜低于C40。
与普通混凝土构件不同，钢筋在预应力构件中，始终处于高应力状态，故对钢筋有较高的质量要求。
有以下几方面：
（1）高强度。
为使混凝土构件在发生弹性回缩、收缩及徐变后内部仍能建立较高的预压应力，就需要较高的初始张拉力，故要求预应力筋有较高的抗拉强度。
（2）与混凝土间有足够的粘结强度。
在受力传递长度内钢筋与混凝土间的粘结力是先张法构件建立预压应力的前提，必须保证两者之间有足够的粘结强度。
（3）良好的工作性能。
如可焊性、冷镦性、热镦性等。
（4）具有一定的塑性。
这是为了避免构件发生脆性破坏，要求预应力筋在拉断时具有一定的延伸率，当构件处于低温环境或冲击荷载作用下，更应注意到钢筋的塑性和冲击韧性。
3预应力损失有哪些？
是由什么原因产生的？
如何减少各项预应力的损失值？
1.张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失σl1
预应力直线钢筋当张拉到con后，锚固在台座或构件上时，由于锚具、垫板与构件之间的缝隙被挤紧，以及由于钢筋和楔块在锚具内的滑移，使得被拉紧的钢筋内缩a所引起的预应力损失值l1（N/mm2）。
减少l1损失的措施有：
（1）．选择锚具变形小或使预应力钢筋内缩小的锚具、夹具，并尽量少用垫板，因每增加一块垫板，a值就增加1mm。
（2）．增加台座长度。
因l1值与台座长度成反比，采用先张法生产的构件，当台座长度100m以上时，l1可忽略不计。
2.预应力钢筋和孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失σl2
采用后张法张拉直线预应力钢筋时，由于预应力钢筋的表面形状，孔道成型质量情况，预应力钢筋的焊接外形质量情况，预应力钢筋与孔道接触程度（孔道的尺寸、预应力钢筋与孔道壁之间的间隙大小、预应力钢筋在孔道中的偏心距数值）等原因，使钢筋在张拉过程中与孔壁接触而产生摩擦阻力。
减少l2损失的措施有；
（1）.对于较长的构件可在两端进行张拉，则计算中孔道长度可按构件的一半长度计算。
但这个措施将引起l1的增加，应用时需加以注意。
（2）．采用超张拉，减少松弛损失与摩擦损失。
3.混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与受拉力的设备之间温差引起的预应力损失σl3
为了缩短先张法构件的生产周期，浇灌混凝土后常采用蒸汽养护的办法加速混凝土的硬结。
升温时，钢筋受热自由膨胀，产生了预应力损失。
减少l3损失的措施有：
（1）．用两次升温养护。
先在常温下养护，待混凝土强度达到一定强度等级，例如C7.5～C10时，再逐渐升温到规定的养护温度，这时可认为钢筋与混凝土已结成整体，能够一起胀缩而不引起应力损失。
（2）．钢模上张预应力钢筋。
由于预应力钢筋是锚固在钢模上的，升温时两者温度相同，可以不考虑此项损失。
4.预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失l4
钢筋在高应力作用下其塑性变形具有随时间而增长的性质，在钢筋长度保持不变的条件下则钢筋的应力会随时间的增长而逐渐降低，这种现象称为钢筋的应力松弛。
另一方面在钢筋应力保持不变的条件下，其应变会随时间的增长而逐渐增大，这种现象称为钢筋的徐变。
钢筋的松弛和徐变均将引起预应力的钢筋中的应力损失，这种损失统称为钢筋应力松弛损失l4。
减少l4损失的措施有：
进行超张拉，先控制张拉应力达1.5con～1.1con,持荷2～5min，然后卸荷再施加张拉应力至con，这样可以减少松弛引起的预应力损失。
5.混凝土收缩、徐变的预应力损失l5
混凝土在一般温度条件下结硬时会发生体积收缩，而在预应力作用下，沿压力方向混凝土发生徐变。
两者均使构件的长度缩短，预应力钢筋也随之内缩，造成预应力损失。
减少l5的措施有：
1）采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比，采用干硬性混凝土；
2）采用级配较好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；
3）加强养护，以减少混凝土的收缩。
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预应力损失l6
采用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件（电杆、水池、油罐、压力管道等），由于预应力钢筋对混凝土的挤压，使环形构件的直径有所减小，预应力钢筋中的拉应力就会降低，从而引起预应力钢筋的应力损失l6。
4预应力损失值为什么要分第一批和第二批损失？
先张法和后张法各项预应力损失是怎样组合的？
六项预应力损失，它们有的只发生在先张法构件中，有的只发生在后张法构件中，有的两种构件均有，而且是分批产生的。
为了便于分析和计算，设计时可将预应力损失分为两批：
（1）混凝土预压完成前出现的损失，称第一批损失
；
（2）混凝土预压完成后出现的损失，称第二批损失
预应力的损失组合
先张法构件
后张法构件
混凝土预压前（第一批）损失
+
混凝土预压后（第二批）损失
5什么是预应力钢筋的预应力传递长度ltr？
为什么要分析预应力的传递长度，如何进行计算？
先张法构件预应力钢筋的两端,一般不设置永久性锚具,它是通过钢筋与混凝土之间的粘结力锚固预应力筋,并将预压力传递给混凝土的.当预应力筋受拉伸时,由于波桑效应,截面缩小,当切断或放松预应力钢筋时,构件端部外露处的预应力钢筋恢复到原来截面,直径变粗,预拉应力变为零,钢筋在该处的抗应变也相应变为零,钢筋将向构件内部产生内缩,滑移.但在构件端部以内,钢筋的回缩受到周围混凝土的阻拦,造成了径向压应力,并主要由此形成的相应摩擦力在钢筋与混凝土之间产
生粘结应力,这粘结力将阻止钢筋的回缩.若试取离构件端部长度为X的预应力筋作为脱离体进行分析,随距端部截面距离X的增大,由于粘结应力的积累,由钢筋脱离体的平衡条件可见,使预应力筋的预拉应力pσ从边缘的"
O"
向中间逐渐增大,相应混凝土中的预压应力cσ也将增大,预应力筋的回缩将减小,两者间的相对滑移也将减少.当X达到一定的长度ltr时，在ltr长度内的粘结力与预拉力pσ平衡,自b截面起预应力筋才能建立起稳定的预拉应力peσ,同时,相应的混凝土截面建立起有效的预压应力pcσ.这时,预应力筋的回缩量恰好与混凝土的弹性压缩应变相等,两者共同变形,相对滑移消失.预应力筋中的拉应力与混凝土中的压应力才保持不变,建立起稳定的预应力.钢筋从应力为零的端面到应力为peσ的这一段长度ltr,称为先张法构件预应力钢筋的传递长度.
对先张法预应力混凝土构件端部进行斜截面受剪承载力计算以及正截面、斜截面抗裂验算时，应计入预应力钢丝在其预应力传递长度ltr范围内实际应力值的变化。
预应力钢筋的实际预应力值按线形规律增大，在构件端部为零，在其预应力传递长度的末端取有效预应力值σpe，预应力钢筋的预应力传递长度ltr按表取用。
对采用冷拉Ⅱ级、Ⅲ级钢筋和冷轧带肋钢筋的先张法构件，可不计入预应力传递长度ltr。
预应力钢筋的预应力传递长度ltr（mm）
种
类
混凝
土
强
度
等
级
C20
C30
C40
≥C50
刻痕钢丝（5）
160d
105d
70d
55d
钢绞线
三股
－
85d
七股
100d
冷拔低碳钢丝
110d
90d
80d
注：
①确定ltr时表中混凝土强度等级应取用放松时的混凝土立方体抗压强度；
②表中有效预应力值σpe：
刻痕钢丝1070N/mm2；
钢绞线1260N/mm2；
冷拔低碳钢丝460N/mm2。
当有效预应力值大于或小于此数值时，其有效预应力值应根据表5.1.5的数值按比例增减。
③当常用骤然放松预应力冷拔钢丝的施工工艺时，ltr的起点应从距构件末端0.25ltr处开始。
总而言之：
先张法预应力混凝土构件的预压应力是靠构件两端一定距离内钢筋和混凝土之间的粘结力来传递。
其传递并不能在构件的端部集中一点完成，而必须通过一定的传递长度进行。
预应力钢筋的预应力传递长度ltr可按下式计算：
式中σpe—放张时预应力钢筋的有效预应力值；
d—预应力钢筋的公称直称；
—预应力钢筋的外形系数，按表取用；
表预应力钢筋外形系数
预应力钢筋种类
带肋钢筋
刻痕钢丝
螺旋肋钢丝
钢绞线
三股
七股
0.14
0.19
0.13
0.16
0.17
当采用骤然放松预应力钢筋的施工工艺时，ltr的起点应从距构件末端0.25ltr处开始计算。
带肋钢筋系指HRB335级、HRB400级钢筋及RRB400级余热处理钢筋。
6预应力混凝土构件主要的构造要求有哪些？
1 当先张法预应力钢丝按单根方式配筋困难时，可采用相同直径钢丝并筋的配筋方式。
并筋的等效直径，对双并筋应取为单筋直径的1.4倍，对三并筋应取为单筋直径的1.7倍。
并筋的保护层厚度、锚固长度、预应力传递长度及正常使用极限状态验算均应按等效直径考虑。
当预应力钢绞线、热处理钢筋采用并筋方式时，应有可靠的构造措施。
2 先张法预应力钢筋之间的净间距应根据浇筑混凝土、施加预应力及钢筋锚固等要求确定。
预应力钢筋之间的净间距不应小于其公称直径或等效直径的1.5倍，且应符合下列规定：
对热处理钢筋及钢丝，不应小于15mm；
对三股钢绞线，不应小于20mm；
对七股钢绞线，不应小于25mm。
3 对先张法预应力混凝土构件，预应力钢筋端部周围的混凝土应采取下列加强措施：
（1） 对单根配置的预应力钢筋，其端部宜设置长度不小于150mm且不少于4圈的螺旋筋；
当有可靠经验时，亦可利用支座垫板上的插筋代替螺旋筋，但插筋数量不应少于4根，其长度不宜小于120mm；
（2） 对分散布置的多根预应力钢筋，在构件端部10d（d为预应力钢筋的公称直径）范围内应设置3～5片与预应力钢筋垂直的钢筋网；
（3） 对采用预应力钢丝配筋的薄板，在板端100mm范围内应适当加密横向钢筋。
4 对槽形板类构件，应在构件端部100mm范围内沿构件板面设置附加横向钢筋，其数量不应少于2根。
对预制肋形板，宜设置加强其整体性和横向钢度的横肋。
端横肋的受力钢筋应弯入纵肋内。
当采用先张长线法生产有端横肋的预应力混凝土肋形板时，应在设计和制作上采取防止放张预应力时端横肋产生裂缝的有效措施。
5 在预应力混凝土屋面梁、吊车梁等构件靠近支座的斜向主拉应力较大部位，宜将一部分预应力钢筋弯起。
6 对预应力钢筋在构件端部全部弯起的受弯构件或直线配筋的先张法构件，当构件端部与下部支承结构焊接时，应考虑混凝土收缩、徐变及温度变化所产生的不利影响，宜在构件端部可能产生裂缝的部位设置足够的非预应力纵向构造钢筋。
7 后张法预应力钢筋所用锚具的形式和质量应符合国家现行有关标准的规定。
8 后张法预应力钢丝束、钢绞线束的预留孔道应符合下列规定：
（1） 对预制构件，孔道之间的水平净间距不宜小于50mm；
孔道至构件边缘的净间距不宜小于30mm，且不宜小于孔道直径的一半；
（2） 在框架梁中，预留孔道在竖直方向的净间距不应小于孔道外径，水平方向的净间距不应小于1.5倍孔道外径；
从孔壁算起的混凝土保护层厚度，梁底不宜小于50mm，梁侧不宜小于40mm；
（3） 预留孔道的内径应比预应力钢丝束或钢绞线束外径及需穿过孔道的连接器外径大10～15mm；
（4） 在构件两端及跨中应设置灌浆孔或排气孔，其孔距不宜大于12m；
（5） 凡制作时需要预先起拱的构件，预留孔道宜随构件同时起拱。
9 对后张法预应力混凝土构件的端部锚固区，应按下列规定配置间接钢筋：
（1） 应按规定进行局部受压承载力计算，并配置间接钢筋，其体积配筋率不应小于0.5％；
（2） 在局部受压间接钢筋配置区以外，在构件端部长度l不小于3e（e为截面重心线上部或下部预应力钢筋的合力点至邻近边缘的距离）但不大于1.2h（h为构件端部截面高度）、高度为2e的附加配筋区范围内，应均匀配置附加箍筋或网片、其体积配筋率不应小于0.5％。
10 在后张法预应力混凝土构件端部宜按下列规定布置钢筋：
（1） 宜将一部分预应力钢筋在靠近支座处弯起，弯起的预应力钢筋宜沿构件端部均匀布置；
（2） 当构件端部预应力钢筋需集中布置在截面下部或集中布置在上部和下部时，应在构件端部0.2h（h为构件端部截面高度）范围内设置附加竖向焊接钢筋网、封闭式箍筋或其他形式的构造钢筋；
（3） 附加竖向钢筋宜采用带肋钢筋，其截面面积应符合下列要求：
当e≤0.1h时
Asv≥0.3Np/fy
当0.1h＜e≤0.1h时
Asv≥0.15Np/fy
当e＞0.2h时，可根据实际情况适当配置构造钢筋。
式中 Np———作用在构件端部截面重心线上部或下部预应力钢筋的合力，应乘以预应力分项系数1.2，此时，仅考虑混凝土预压前的预应力损失值；
e———截面重心线上部或下部预应力钢筋的合力点至截面近边缘的距离；
fy———附加竖向钢筋的抗拉强度设计值，按规范采用。
当端部截面上部和下部均有预应力钢筋时，附加竖向钢筋的总截面面积应按上部和下部的预应力合力分别计算的数值叠加后采用。
11 当构件在端部有局部凹进时，应增设折线构造钢筋或其他有效的构造钢筋。
12 当对后张法预应力混凝土构件端部有特殊要求时，可通过有限元分析方法进行设计。
13 后张法预应力混凝土构件中，曲线预应力钢丝束、钢绞线束的曲率半径不宜小于4m；
对折线配筋的构件，在预应力钢筋弯折处的曲率半径可适当减小。
14 在后张法预应力混凝土构件的预拉区和预压区中，应设置纵向非预应力构造钢筋；
有预应力钢筋弯折处，应加密箍筋或沿弯折处内侧设置钢筋网片。
15 构件端部尺寸应考虑锚具的布置、张拉设备的尺寸和局部受压的要求，必要时应适当加大。
对外露金属锚具，应采取可靠的防锈措施。
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