混凝土思考题答案
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混凝⼟科学与技术思考题详解《混凝⼟科学与技术》课后思考题混凝⼟概述1.现代混凝⼟的定义是什么?是指由⽆机的、有机的或⽆机有机复合的胶凝材料、颗粒状⾻料、⽔以及必要时加⼊的化学外加剂和矿物掺和料等组分按⼀定⽐例拌合,并在⼀定条件下经硬化后形成的复合材料2.现代混凝⼟有哪些分类⽅法?3.现代混凝⼟技术的发展重点和⽅向是什么?(⼀)解决好混凝⼟耐久性问题(⼆)使混凝⼟⾛上可持续发展的健康轨道⾻料1.⾻料在传统混凝⼟与现代混凝⼟技术中所起的主要作⽤是什么?有何异同?传统混凝⼟:以⼲硬性和低塑性为主体,浆体相对⽤量少,⽯⼦砂⼦堆积构成⾻架,传递应⼒,起强度作⽤。
2.现代混凝⼟:⽐如预拌混凝⼟,以⼤流态为主体,浆⾻⽐提⾼,砂⽯更多情况下悬浮于胶凝材料浆体中。
传递应⼒功能明显减⼩,⾻料的作⽤更多体现在抑制收缩、防⽌开裂上。
3.粗⾻料和细⾻料是如何划分的?细⾻料:0.15~5mm粒径的⾻料,如砂粗⾻料:粒径⼤于5mm的⾻料,如碎⽯4.在制备混凝⼟过程中,需要考虑⾻料的那些特性?它们是如何影响着混凝⼟的性能?化学外加剂1.在现代混凝⼟中,化学外加剂按照其主要功能可以分为哪四⼤类?2.什么是减⽔剂?减⽔剂在混凝⼟中的主要作⽤是什么?其作⽤机理⼜是什么?减⽔剂指⼀种在混凝⼟拌合料坍落度相同条件下,能减少拌和⽔⽤量的外加剂。
3.什么是引⽓剂?引⽓剂在混凝⼟中的主要作⽤是什么?其作⽤机理⼜是什么?在混凝⼟搅拌过程中能引⼊⼤量均匀分布、稳定⽽封闭的微⼩⽓泡,起到改善混凝⼟和易性,提⾼混凝⼟抗冻融性和耐久性的外加剂。
矿物掺合料1.什么是矿物掺合料?在现代混凝⼟中常⽤的矿物掺合料有哪些?它们对混凝⼟的性能有哪些影响?矿物掺和料是指在混凝⼟拌合物中,为了节约⽔泥,并改善混凝⼟性能⽽加⼊的具有⼀定细度的天然或者⼈造的矿物粉体材料,是混凝⼟的第六组分。
主要有粉煤灰、粒化⾼炉矿渣、硅粉、沸⽯粉、磨细的⽯灰⽯等。
其掺量⼀般较⼤(通常占胶凝材料的20~70%)。
混凝⼟思考题答案第⼗⼀章思考题答案11.1 现浇单向板肋梁楼盖中的主梁按连续梁进⾏内⼒分析的前提条件是什么?答:(1)次梁是板的⽀座,主梁是次梁的⽀座,柱或墙是主梁的⽀座。
(2)⽀座为铰⽀座--但应注意:⽀承在混凝⼟柱上的主梁,若梁柱线刚度⽐<3,将按框架梁计算。
板、次梁均按铰接处理。
由此引起的误差在计算荷载和内⼒时调整。
(3)不考虑薄膜效应对板内⼒的影响。
(4)在传⼒时,可分别忽略板、次梁的连续性,按简⽀构件计算反⼒。
(5)⼤于五跨的连续梁、板,当各跨荷载相同,且跨度相差⼤10%时,可按五跨的等跨连续梁、板计算。
11.2 计算板传给次梁的荷载时,可按次梁的负荷范围确定,隐含着什么假定?答:11.3 为什么连续梁内⼒按弹性计算⽅法与按塑性计算⽅法时,梁计算跨度的取值是不同的?答:两者计算跨度的取值是不同的,以中间跨为例,按考虑塑性内⼒重分布计算连续梁内⼒时其计算跨度是取塑性铰截⾯之间的距离,即取净跨度;⽽按弹性理论⽅法计算连续梁内⼒时,则取⽀座中⼼线间的距离作为计算跨度,即取。
11.4 试⽐较钢筋混凝⼟塑性铰与结构⼒学中的理想铰和理想塑性铰的区别。
答:1)理想铰是不能承受弯矩,⽽塑性铰则能承受弯矩(基本为不变的弯矩);2)理想铰集中于⼀点,⽽塑性铰有⼀定长度;3)理想铰在两个⽅向都能⽆限转动,⽽塑性铰只能在弯矩作⽤⽅向作⼀定限度的转动,是有限转动的单向铰。
11.5 按考虑塑性内⼒重分布设计连续梁是否在任何情况下总是⽐按弹性⽅法设计节省钢筋?答:不是的11.6 试⽐较内⼒重分布和应⼒重分布答:适筋梁的正截⾯应⼒状态经历了三个阶段:弹性阶段--砼应⼒为弹性,钢筋应⼒为弹性;带裂缝⼯作阶段--砼压应⼒为弹塑性,钢筋应⼒为弹性;破坏阶段--砼压应⼒为弹塑性,钢筋应⼒为塑性。
上述钢筋砼由弹性应⼒转为弹塑性应⼒分布,称为应⼒重分布现象。
由结构⼒学知,静定结构的内⼒仅由平衡条件得,故同截⾯本⾝刚度⽆关,故应⼒重分布不会引起内⼒重分布,⽽对超静定结构,则应⼒重分布现象可能会导:①截⾯开裂使刚度发⽣变化,引起内⼒重分布;②截⾯发⽣转动使结构计算简图发⽣变化,引起内⼒重分布。
1.1 钢筋混凝土梁破坏时的特点是:受拉钢筋屈服,受压区混凝土被压碎,破坏前变形较大,有明显预兆,属于延性破坏类型。
2.1 ①混凝土的立方体抗压强度标准值f cu,k 是根据以边长为150mm 的立方体为标准试件,在(20±3)℃的温度和相对湿度为90%以上的潮湿空气中养护28d ,按照标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度确定的。
②混凝土的轴心抗压强度标准值f ck 是根据以150mm ×150mm ×300mm 的棱柱体为标准试件,在与立方体标准试件相同的养护条件下,按照棱柱体试件试验测得的具有95%保证率的抗压强度确定的。
③混凝土的轴心抗拉强度标准值f tk 是采用直接轴心抗拉试验直接测试或通过圆柱体或立方体的劈裂试验间接测试,测得的具有95%保证率的轴心抗拉强度。
④由于棱柱体标准试件比立方体标准试件的高度大,试验机压板与试件之间的摩擦力对棱柱体试件高度中部的横向变形的约束影响比对立方体试件的小,所以棱柱体试件的抗压强度比立方体的强度值小,故f ck 低于f cu,k 。
⑤轴心抗拉强度标准值f tk 与立方体抗压强度标准值f cu,k 之间的关系为:245.055.0k cu,tk )645.11(395.088.0αδ⨯-⨯=f f 。
⑥轴心抗压强度标准值f ck 与立方体抗压强度标准值f cu,k 之间的关系为:k cu,21ck 88.0f f αα=。
2.2 根据约束原理,要提高混凝土的抗压强度,就要对混凝土的横向变形加以约束,从而限制混凝土内部微裂缝的发展。
因此,工程上通常采用沿方形钢筋混凝土短柱高度方向环向设置密排矩形箍筋的方法来约束混凝土,然后沿柱四周支模板,浇筑混凝土保护层,以此改善钢筋混凝土短柱的受力性能,达到提高混凝土的抗压强度和延性的目的。
2.3 连接混凝土受压应力—应变曲线的原点至曲线任一点处割线的斜率,即为混凝土的变形模量。
思考题答案4.1荷载作用下,受弯构件可能发生哪两种破坏形式?答:荷载作用下,受弯构件可能发生两种破坏形式:一种是沿弯矩最大截面的破坏,由于破坏截面与构件的轴线垂直,故称为受弯构件的正截面破坏。
另一种是沿剪力最大截面或剪力和弯矩都较大截面的破坏,由于破坏截面与构件的轴线斜交,故称为受弯构件的斜截面破坏。
4.2 为什么要规定梁中纵向钢筋的净间距?梁中纵向钢筋的净间距具体有哪些规定?答:规定梁中纵向钢筋的净间距是为了便于浇注混凝土,保证钢筋周围混凝土的密实性,以及保证钢筋与混凝土粘结在一起共同工作。
具体规定有:梁上部纵向钢筋水平方向的净间距不应小于30mm和1.5d(d为钢筋的最大直径);下部纵向钢筋水平方向的净间距不应小于25mm和d。
梁的下部纵向钢筋配置多于两层时,两层以上钢筋水平方向的中距应比下面两层的中距增大一倍。
各层钢筋之间的净间距不应小于25mm和d。
4.3 什么是混凝土保护层厚度?为什么要规定混凝土保护层厚度?混凝土保护层厚度的取值与哪些因素有关?答:结构构件中最外层钢筋的外边缘至混凝土表面的垂直距离,称为混凝土保护层厚度。
为保证结构的耐久性、耐火性和钢筋与混凝土的粘结性能,须对混凝土保护层厚度进行规定。
混凝土保护层厚度的取值与构件类型、混凝土强度等级、环境类别设计使用年限和钢筋直径有关。
4.4 板中分布钢筋的概念与作用。
答:分布钢筋是指垂直于板的受力钢筋方向上布置的构造钢筋。
分布钢筋的作用是:与受力钢筋绑扎或焊接在一起形成钢筋骨架,固定受力钢筋的位置;将板面的荷载更均匀地传递给受力钢筋;以及抵抗温度应力和混凝土收缩应力等。
4.5 适筋梁从开始受荷到破坏需经历哪几个受力阶段?各阶段的主要受力特征是什么?答:适筋梁从开始受荷到破坏需经历未开裂阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段。
未开裂阶段的主要受力特征是构件没有裂缝,钢筋应力小,混凝土基本处于弹性阶段,荷载-挠度关系基本为线性。
带裂缝工作阶段的主要受力特征是构件已有裂缝,但裂缝宽度和挠度尚不明显,钢筋应力小于屈服强度,裂缝截面处受拉区混凝土已大部分退出工作,受压区混凝土的应力已呈曲线分布,荷载-挠度已呈曲线关系。
(一)影响混凝土抗压强度的主要因素影响混凝土抗压强度的主要因素有:水泥强度、水灰比、骨料状况、混凝土的硬化时间、温度、湿度及施工条件等。
1.水泥强度和水灰比的影响水泥强度和水灰比是影响混凝土抗压强度的主要因素,因为混凝土抗压强度主要取决于水泥凝胶与骨料间的粘结力。
水泥强度高、水灰比小,则混凝土抗压强度高;水灰比大、用水量多,则混凝土密实度差,抗压强度低。
因为水泥水化时,需要的结合水大约为水泥用量的20—25%,为了满足施工时的流动性,要多加40—75%的水,这些多余的游离水,在水泥硬化时逐渐蒸发,在混凝土中留下许多微小的孔洞,因此使混凝土密实度差、抗压强度降低。
2.粗骨料的影响一般的情况下,粗骨料的强度比水泥石强度和水泥与骨料间的粘结力要高,因此粗骨料强度对混凝土强度不会有大的影响,但是粗骨料如果含有大量的软弱颗粒、针片状颗粒、含泥量、泥块含量、有机质含量、硫化物及硫酸盐含量等,则对混凝土强度会产生不良影响。
另外,粗骨料的表面特征会影响混凝土的抗压强度,表面粗糙、多棱角的碎石与水泥石的粘结力比表面光滑的卵石要高10%左右。
3.混凝土硬化时间即龄期的影响混凝土强度随龄期的增长而逐渐提高,在正常使用环境和养护条件下,混凝土早期强度(3—7天)发展较快,28天可达到设计强度。
此后强度发展逐渐缓慢,甚至百年不衰。
4.温度、湿度的影响混凝土的强度发展在一定的温度、湿度条件下,在0—40℃范围内,抗压强度随温度增高。
水泥水化必须保持一定时间的潮湿,如果环境湿度不够,导致失水,使混凝土结构疏松,产生干缩裂缝,严重影响强度和耐久性。
5.施工的影响混凝土入模后,通过适当的振捣,在激振力的作用下,排出混凝土内的水泡、气泡,使混凝土组成材料分布均匀密实,在模内充填良好,构件棱角完整、内实外光。
如果混凝土在振捣过程中没有振捣密实,混凝土中存在较多气泡或存在缺陷,混凝土强度下降,特别是抗渗混凝土容易造成渗水。
如果过振会使混凝土内水泥浆上升,粗骨料下沉,出现分层离析导致混凝土各材料不均匀,强度降低和外观质量差。
混凝⼟结构课后思考题答案10.1⼯程设计的过程和要求初步设计、技术设计、施⼯图设计初步设计:对地基、上下部结构等提出设计⽅案,并进⾏技术经济⽐较,从⽽确定⼀个可⾏的结构⽅案;同时对结构设计的关键问题提出技术措施。
技术设计:进⾏结构平⾯布置和结构竖向布置;对结构的整体进⾏荷载效应分析,必要时尚应对结构中受⼒状况特殊的部分进⾏更详细地结构分析;确定主要的构造措施以及重要部位和薄弱部位的技术措施。
施⼯图设计:给出准确完整的各楼层的结构平⾯布置图;对结构构件及构件的连接进⾏设计计算,并给出配筋和构造图;给出结构施⼯说明并以施⼯图的形式提交最终设计图纸;将整个设计过程中的各项技术⼯作整理成设计计算书存档。
对重要建筑物,当有需要时,还应按实际施⼯情况,给出竣⼯图。
10.2分析不同结构体系的荷载传⼒途径,⽔平结构体系和竖向结构体系分别有哪些作⽤? ⽔平结构体系⼀⽅⾯承受楼,屋⾯的竖向荷载并把竖向荷载传递给竖向结构体系,另⼀⽅⾯把作⽤在各层的⽔平⼒传递和分配给竖向结构体系。
竖向结构体系的作⽤是承受由楼和屋盖传来的竖向⼒和⽔平⼒并将其传递给下部结构10.3荷载分类按作⽤时间的长短和性质:永久荷载、可变荷载、偶然荷载按空间位置的变异:固定荷载、移动荷载按结构对荷载的反应性质:静⼒荷载、动⼒荷载10.4说明有哪些荷载代表值及其意义?在设计中如何采⽤不同荷载代表值?荷载的代表值是在设计表达式中对荷载所赋予的规定值。
永久荷载只有标准值;可变荷载可根据设计要求采⽤标准值、频遇值、准永久值和组合值。
(1)荷载标准值是结构按极限状态设计时采⽤的荷载基本代表值,是指结构在设计基准期内,正常情况下可能出现的最⼤荷载值。
(2)荷载频遇值系指在设计基准期内结构上较频繁出现的较⼤荷载值,主要⽤于正常使⽤极限状态的频遇组合中。
(3)荷载准永久值系指在结构上经常作⽤的荷载值,它在设计基准期内具有较长的总持续时间Tx ,其对结构的影响类似于永久荷载,主要⽤于正常使⽤极限状态的准永久组合和频遇组合中。
第3章思考题参考答案3-1 什么是钢筋与混凝土之间的粘结作用?有哪些类型?(1)钢筋与混凝土这两种材料能够承受由于变形差(相对滑移)沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力,这种剪应力称为粘结应力,通过粘结应力传递二者的应力,使钢筋与混凝土共同受力,为粘结作用。
(2)根据受力性质,钢筋与混凝土之间的粘结作用分为两类:锚固粘结与裂缝间粘结。
3-2 钢筋与混凝土间的粘结力有哪几部分组成?哪一种作用为主要作用?(1)钢筋与混凝土间的粘结作用有三部分组成:○1混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶着力;○2钢筋与混凝土接触面上的摩擦力;○3钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。
(2)光圆钢筋的粘结力主要由摩擦力和机械咬合作用所组成;带肋钢筋主要表现为机械咬合作用。
3-3 带肋钢筋的粘结破坏形态有哪些?(1)由斜向挤压力径向分量引起的环向拉力增加至一定量时,会在最薄弱的部位沿钢筋的纵轴方向产生劈裂裂缝,出现粘结破坏,引起:○1梁底的纵向裂缝;○2梁侧的纵向裂缝。
(2)由斜向挤压力纵向分量引起:○1会在肋间混凝土“悬臂梁”上产生剪应力,使其根部的混凝土撕裂;○2钢筋表面的肋与混凝土的接触面上会因斜向挤压力的纵向分量产生较大的局部压应力,使混凝土局部被挤碎,从而使钢筋有可能沿挤碎后粉末堆积物形成的新的滑移面,产生较大的相对滑移;○3当混凝土的强度较低时,带肋钢筋有可能被整体拔出,发生刮出式的相对破坏。
3-4 影响钢筋与混凝土之间粘结强度的主要因素有哪些?影响钢筋与混凝土之间粘结强度的因素很多,其中主要有:(回答题目可以只写要点)(1)混凝土强度。
光圆钢筋及带肋钢筋的粘结强度均随混凝土强度等级的提高而提高,且与混凝土的劈裂抗拉强度近似成正比。
(2)浇筑混凝土时钢筋所处的位置。
浇筑深度超过300mm时的“顶部”水平钢筋,钢筋的底面混凝土由于水分、气泡的逸出和混凝土泌水下沉,并不与钢筋紧密接触,形成强度较低的疏松空隙层,削弱了钢筋与混凝土的粘结作用。
混凝土结构中册思考题答案1提高构件的抗烈度和刚度○2节约1、预应力商品混凝土构件(意义)可延缓商品混凝土构件的开裂○钢筋,减轻构件自重。
1要求裂缝控制等级较高的结构○2大跨度或受力很大的构件○3对构件的刚度2、使用范围:○和变形控制要求较高的结构构件,如工业厂房中的吊车梁、码头和桥梁中的大跨度梁式构件等。
3、缺点:构造,施工和计算均较钢筋商品混凝土构件复杂,且延性也较差。
1全预应力商品混凝土,4、分类:○在使用荷载作用下,不允许截面上商品混凝土出现拉应力的构件,大致相当于《商品混凝土结构设计规范》中裂缝的控制等级为一级,即严格要求不出现裂缝的构2部分预应力商品混凝土,在使用荷载作用下,允许出现裂缝,但最大裂缝宽度不超过允许件。
○值的构件。
大致相当于《商品混凝土结构设计规范》中裂缝的控制等级为三级,即允许出现裂缝的构件。
5、限值预应力商品混凝土,在使用荷载作用下根据荷载效应组合情况,不同程度地保证商品混凝土不开裂的构件。
大致相当于《商品混凝土结构设计规范》中裂缝的控制等级为二级,即一般要求不出现裂缝的构件。
属于部分预应力商品混凝土。
6、张拉预应力商品混凝土的方法:先张法。
(在浇灌商品混凝土之前张拉钢筋的方法。
钢筋就位;张拉钢筋;临时固定钢筋,浇灌商品混凝土并养护;放松钢筋,钢筋回缩,商品混凝土受预压。
)预应力是靠钢筋与商品混凝土之间的粘结力来传递的。
后张法。
(在结硬后的商品混凝土构件上张拉钢筋的方法。
制作构件预留孔道穿入预应力钢筋;安装千斤顶;张拉钢筋;锚住钢筋拆除千斤顶孔道压力灌浆)预应力是靠钢筋端部的锚具来传递的。
7、预应力商品混凝土材料:1商品混凝土,需满足以下要求:强度高。
强度高的商品混凝土对采用先张法的构件可提高钢筋与商品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。
收缩、徐变小。
以减少因收缩徐变引起的预应力损失。
快硬、早强。
可尽早施加预应力,加快台座,锚具,夹具的周转率,以利加快施工速度。
混凝土第三版思考题答案混凝土第三版思考题答案第一章1.钢和硬钢的应力―应变曲线有什么不同,其抗拉设计值fy各取曲线上何处的应力值作为依据?答:软钢的应力―应变曲线上有明显的屈服点,而硬钢没有。
软钢的屈服强度应作为钢筋抗拉设计值FY的依据,而硬钢的屈服强度应作为残余应变0.2%对应的应力?基础。
2.在钢筋混凝土结构中,宜采用哪些钢筋?为什么?答:热轧带肋钢筋应使用HRB400、HRB500、hrbf400、HRBF500和hpb300,HRB335、hrbf335和rrb400可作为纵向应力下的普通钢筋。
箍筋应使用HRB400、hrbf400、hpb300、HRB500钢筋或HRB335和hrbf335钢筋。
箍筋抗剪、抗扭、抗冲切抗拉强度设计值不大于360n/mm2。
预应力钢筋应采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。
3.钢筋混凝土结构对钢筋性能有何要求?答:钢筋混凝土结构中钢筋应该具备:(1)有适当的强度;(2)与混凝土黏结良好;(3)可焊性好;(4)有足够的塑性。
4.我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种?我国热轧钢筋的强度分为几个等级?用什么符号表示?答:在中国,钢筋混凝土结构中使用的钢筋有四种:热轧钢筋、中强度钢筋、高强度钢丝(不含预应力钢丝)、钢绞线和预应力螺纹钢筋。
在gb50010-2022中,热轧钢筋的强度分为四个等级:300、335、400和500。
品牌、符号、公径、标准强度见教材p362附表1.5,设计值见附表1.7。
5.混凝土立方体抗压强度能不能代表实际构件中的混凝土强度?除立方体强度外,为什么还有轴心抗压强度?答:立方体抗压强度采用立方体抗压试件,混凝土构件的实际长度一般远大于截面尺寸。
因此,棱镜试件的轴向抗压强度能更好地反映实际状态。
因此,除了立方体抗压强度,还有轴向抗压强度。
6.如何测试混凝土的抗拉强度?答:混凝土的抗拉强度一般是通过轴心抗拉试验、劈裂试验和弯折试验来测定的。
第9章预应力混凝土构件10.1 为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现,避免因满足变形和裂缝控制的要求而导致构件自重过大所造成的不经济和不能应用于大跨度结构,也为了能充分利用高强度钢筋及高强度混凝土,可以采用对构件施加预应力的方法来解决,即设法在结构构件受荷载作用前,使它产生预压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力,从而使结构构件的拉应力不大,甚至处于受压状态。
预应力混凝土结构的优点是可以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,克服了钢筋混凝土的主要缺点。
其缺点是构造、施工和计算均较钢筋混凝土构件复杂,且延性也差些。
10.2 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,可提高钢筋预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钢筋(或钢丝)也要求由较高的强度,因为混凝土预压应力的大小,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。
10.3 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conσ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继续荷载值很接近,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。
对于相同的钢种,先张法的张拉控制应力的取值高于后张法,这是由于先张法和后张法建立预应力的方式是不同的。
先张法是在浇灌混凝土之前在台座上张拉钢筋,故在预应力钢筋中建立的拉应力就是张拉控制应力conσ。
后张法是在混凝土构件上张拉钢筋,在张拉的同时,混凝土被压缩,张拉设备千斤顶所指示的张拉控制应力已扣除混凝土弹性压缩后的钢筋应力。
为此,后张法构件的conσ值应适当低于先张法。
10.4 预应力损失主要有以下六项:1)预应力直线钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失1l σ;2)预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失2l σ;3)混凝土加热养护时受张拉的预应力钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的预应力损失3l σ;4)预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失4l σ;5)混凝土收缩、徐变的预应力损失5l σ、'5l σ;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6l σ。
第一种预应力损失1l σ是当预应力直线钢筋张拉到conσ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,以及由于钢筋和锲块在锚具内的滑移,使得被拉紧的钢筋内缩所引起的。
减少1l σ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;3)增加台座长度。
第二种预应力损失2l σ是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,预应力钢筋与孔道摩擦程度等原因,使钢筋在张拉过程中与孔壁接触产生摩擦阻力而引起的。
减少2l σ损失的措施有:1)对于较长的构件可在两端进行张拉,但这个措施将引起1l σ的增加,应用时需加以注意;2)采用超张拉,如张拉程序为:1.1conσ停2min0.85conσ停2min conσ。
第三种预应力损失3l σ是在采用先张法浇灌混凝土后由于采用蒸汽养护的办法加速混凝土的硬结,使得升温时钢筋受热自由膨胀所引起的。
减小3l σ损失的措施有:1)采用两次升温养护。
先在常温下养护,待混凝土达到一定强度等级,再逐渐升温至规定的养护温度;2)在钢模上张拉预应力钢筋。
第四种预应力损失4l σ是由于钢筋的松弛和徐变所引起的。
减小4l σ损失的措施有:进行超张拉。
先控制张拉应力达1.05conσ~1.1conσ,持荷2~5min ,然后卸载再施加张拉应力至conσ。
第五种预应力损失5l σ、'5l σ是由于混凝土发生收缩和徐变,使得构件的长度缩短,造成预应力钢筋随之内缩而引起的。
减小5l σ损失的措施有:1)采用高标号水泥,减少水利用量,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。
第六种预应力损失6l σ是采用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件时,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,预应力钢筋缩短而引起的。
10.5 因为六项预应力损失值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,因此,为了便于分析和计算,《规范》按混凝土预压前和混凝土预压后将预应力损失值分为第一批损失Ⅰl σ和第二批损失Ⅱl σ。
先张法构件的预应力损失值的组合:第一批损失为1l σ+2l σ+3l σ+4l σ,第二批损失为5l σ;后张法构件的预应力损失值的组合:第一批损失为1l σ+2l σ,第二批损失为4l σ+5l σ+6l σ。
10.6 (1)先张法预应力轴心受拉构件在施工阶段:1)张拉预应力钢筋时,预应力钢筋应力张拉至conσ,非预应力钢筋部承受任何应力;2)在混凝土受到预压应力之前,完成第一批损失,此时预应力钢筋的拉应力由conσ降低到pe σ=con σ-Ⅰl σ,混凝土应力pcσ=0,非预应力钢筋应力s σ=0;3)放松预应力钢筋时,混凝土获得的预压应力为Ⅰpc σ=pE s E c p con )(A A A A l αασσ++-Ⅰ=pE n p A A N α+Ⅰ=p A N Ⅰ,预应力钢筋应力s σ相应减小了E αⅠpc σ,即Ⅰpe σ=con σ-Ⅰl σ-E αⅠpc σ,同时,非预应力钢筋也得到预压应力Ⅰs σ=E αⅠpc σ;4)混凝土受到预压应力,完成第二批损失之后,混凝土所受的预压应力由Ⅰpc σ降低至Ⅱpc σ=pE s E c s5p con )(A A A A A l l αασσσ++--=s5p A A N l σ-Ⅱ,预应力钢筋的拉应力也由Ⅰpe σ降低至Ⅱpe σ=conσ-l σ-E αⅡpc σ,非预应力钢筋的压应力降至Ⅱs σ=E αⅡpc σ+5l σ。
在使用阶段:1)加载至混凝土应力为零时,混凝土的应力值变为零,预应力钢筋的拉应力0p σ是在Ⅱpe σ的基础上又增加E αⅡpc σ,即0p σ=con σ-l σ,非预应力钢筋的压应力s σ是在原来压应力Ⅱs σ的基础上增加了一个拉应力E αⅡpc σ,即s σ=Ⅱs σ-E αⅡpc σ=5l σ;2)加载至裂缝即将出现时,混凝土的拉应力即为混凝土轴心抗拉强度标准值f tk ,预应力钢筋的拉应力cr p σ是在0p σ的基础上再增加E αf tk ,即crp σ=conσ-l σ+E αf tk ,非预应力钢筋的应力s σ由压应力转为拉应力,其值为s σ=E αf tk -5l σ;3)加载至破坏时,混凝土开裂,不再承受应力,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f py 和f y 。
(2)后张法预应力轴心受拉构件在施工阶段:1)浇灌混凝土后,养护至钢筋张拉前,截面中不产生任何应力;2)张拉预应力钢筋时,混凝土所获得的预压应力cp σ=sE c p2con )(A A A l ασσ+-=np2con )(A A l σσ-,预应力钢筋的拉应力ep σ=conσ-2l σ,非预应力钢筋的压应力为E αcp σ;3)混凝土受到预压应力之前,完成第一批损失,混凝土的预压应力变为Ⅰpc σ=sE c pcon )(A A A l ασσ+-Ⅰ=np A N Ⅰ,预应力钢筋的拉应力由ep σ降低至Ⅰpe σ=con σ-Ⅰl σ,非预应力钢筋的压应力变为Ⅰs σ=E αⅠpc σ;4)混凝土受到预压应力,完成第二批损失,混凝土所获得的预压应力变为Ⅱpc σ=sE c s5p con )(A A A A l l ασσσ+--=ns5p con )(A A A l l σσσ--,预应力钢筋的拉应力由Ⅰpe σ降低至Ⅱpe σ=con σ-l σ,非预应力钢筋中的压应力为Ⅱs σ=E αⅡpc σ+5l σ。
在使用阶段:1)加载至混凝土应力为零时,预应力钢筋的拉应力是在0p σ是在Ⅱpe σ的基础上增加E αⅡpc σ,即p σ=conσ-l σ+E αⅡpc σ,非预应力钢筋的应力s σ在原来的压应力Ⅱs σ的基础上,增加了一个拉应力E αⅡpc σ,即s σ=Ⅱs σ-E αⅡpc σ=5l σ;2)加载至裂缝即将出现时,混凝土的拉应力达到f tk ,预应力钢筋的拉应力crp σ是在0p σ的基础上再增加E αf tk ,即cr p σ=con σ-l σ+E αⅡpc σ+E αf tk ,非预应力钢筋的应力s σ由压应力5l σ转为拉应力,其值为s σ=E αf tk -5l σ;3)加载至破坏时,混凝土不再承受应力,预应力钢筋及非预应力钢筋的应力分别达到f py 和f y 。
10.7 由于预应力混凝土轴心受拉先张法构件,产生弹性回缩时已张拉完毕,混凝土、普通钢筋和预应力钢筋一同回缩,故计算pcσ时用A 0;而后张法构件是在张拉钢筋的过程中产生弹性回缩的,此时只有混凝土和普通钢筋一同回缩,故计算pcσ时用A n 。
但在使用阶段,由于在轴心拉力作用下,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A 0计算轴力。
先张法的A 0计算如下:A 0=A c +s E A α+p E A α,后张法的A n 计算如下:A n =A c +s E A α。
10.8 对于预应力混凝土轴向受拉构件,如采用相同的控制应力conσ,预应力损失值也相同,则当加载至混凝土预压应力cp σ=0,即截面处于消压状态时,先张法与后张法两种构件中钢筋的应力pσ不相同,前者pσ=conσ-l σ,后者pσ=conσ-l σ+E αⅡpc σ,所以后张法构件的pσ较大。
10.9 在构件混凝土构件的最大裂缝宽度计算公式中,sk σ是指按荷载效应的标准组合计算的混凝土构件裂缝截面处纵向受拉钢筋的应力,即此时混凝土不承受任何应力,因此,对钢筋混凝土轴心受拉构件:sk σ=s k /A N 。