2022年混凝土课后思考题答案 .pdf
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1、第 10 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
2、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con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
3、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
4、的拉应力就是张拉控制应力con。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,张拉设备千精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 28 页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con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;2)预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失2l;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;4)预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失4l;5
5、)混凝土收缩、徐变的预应力损失5l、5l;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。第一种预应力损失1l是当预应力直线钢筋张拉到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
6、产生摩擦阻力而引起的。减少2l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的增加,应用时需加以注意;2)采用超张拉,如张拉程序为: 1.1con停 2min 0.85con停 2min con。第三种预应力损失3l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是由于钢筋的松弛和徐变所引起的。减小4l损失的措施有:进行超张拉。先控制张拉应力达1.05con
7、 1.1con,持荷 25min ,然后卸载再施加张拉应力至con。第五种预应力损失5l、5l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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 28
8、 页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l和第二批损失l。先张法构件的预应力损失值的组合:第一批损失为1l2l3l4l,第二批损失为5l;后张法构件的预应力损失值的组合:第一批损失为1l2l,第二批损失为4l5l6l。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con,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con降低到
9、peconl,混凝土应力pc0,非预应力钢筋应力s0;3)放松预应力钢筋时,混凝土获得的预压应力为pcpEsEcpcon)(AAAAlpEnpAAN=0pAN,预应力钢筋应力s相应减小了Epc,即peconlEpc,同时,非预应力钢筋也得到预压应力sEpc;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pc降低至pcpEsEcs5pcon)(AAAAAll=0s5pAANl,预应力钢筋的拉应力也由pe降低至peconlEpc,非预应力钢筋的压应力降至sEpc5l。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是在pe的基础上又增加Ep
10、c,即0pconl,非预应力钢筋的压应力s是在原来压应力s的基础上增加了一个拉应力Epc,即ssEpc5l;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ftk,预应力钢筋的拉应力crp是在0p的基础上再增加Eftk,即crpconlEftk,非预应力钢筋的应力s由压应力转为拉应力,其值为sEftk5l;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fpy和fy。(2)后张法预应力轴心受拉构件精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 28 页在施工阶段: 1)
11、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cpsEcp2con)(AAAlnp2con)(AAl,预应力钢筋的拉应力epcon2l,非预应力钢筋的压应力为Ecp;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pcsEcpcon)(AAAlnpAN,预应力钢筋的拉应力由ep降低至peconl,非预应力钢筋的压应力变为sEpc;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pcsEcs5pcon)(AAAAll=ns5pcon)(AAAll,预应力钢筋的拉应力由pe降低至peconl,非预应力钢筋中的压应
12、力为sEpc5l。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是在pe的基础上增加Epc,即0pconlEpc,非预应力钢筋的应力s在原来的压应力s的基础上,增加了一个拉应力Epc,即ssEpc5l;2)加载至裂缝即将出现时,混凝土的拉应力达到ftk,预应力钢筋的拉应力crp是在0p的基础上再增加Eftk,即crpconlEpcEftk,非预应力钢筋的应力s由压应力5l转为拉应力,其值为sEftk5l;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fpy和fy。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、
13、普通钢筋和预应力钢筋一同回缩,故计算pc时用A0;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pc时用An。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A0计算轴力。先张法的A0计算如下:A0AcsEApEA,后张法的An计算如下:AnAcsEA。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 28 页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con,预应力损失值也相同,则当加载至混凝土预
14、压应力cp0,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p不相同,前者pconl,后者pconlEpc,所以后张法构件的p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:sksk/ AN。而对于预应力混凝土轴心受拉构件,由于施工阶段使得混凝土产生了有效预压应力pc,因此,必须先消掉混凝土的法向pc,使混凝土的应力等于零,即需给预应力混凝土轴心受拉构件施加一个消压轴向拉力N0pcA0,然后,在此基础上,在轴向力Nk的作用下,求得的纵向受拉钢
15、筋(包括预应力纵筋和非预应力纵筋)的应力才等效于钢筋混凝土构件最大裂缝宽度计算公式中的sk。故在预应力混凝土轴心受拉构件的最大裂缝宽度计算公式中,sk意为按荷载效应的标准组合计算的预应力混凝土构件纵向受拉钢筋的等效应力,其值为:skspP0kAANN10.10 对于先张法预应力混凝土构件,当放松钢筋时,钢筋发生内缩或滑移的现象,在构件端面以内,钢筋的内缩受到周围混凝土的阻止,使得钢筋受拉,产生了预拉应力p,随离构件端部距离x的增大,由于粘结力的积累,预应力钢筋的预拉应力p将随之增大,当x达到一定长度ltr时,在ltr长度内的粘结力与预拉力pAp平衡,自ltr长度以外,预应力钢筋将建立起稳定的预
16、拉应力pe,此时,长度ltr即称为先张法构件预应力钢筋的预应力传递长度。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的,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。由于在先张法构件预应力钢筋的传递长度ltr范围内的预应力值较小,所以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,应精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 28 页考虑预应力钢筋在其传递长度ltr范围内实际应力值的变化。因此,我们有必要分析预应力的传递长度ltr。预应力
17、钢筋的预应力传递长度ltr可按下式计算:dfltkpetr式中pe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径;预应力钢筋的外形系数;tkf与张拉时混凝土立方体抗亚强度cuf相应的轴心抗拉强度标准值。10.11 后张法构件的预应力是通过锚具经垫板传递给混凝土的。由于预压力很大时,而锚具下的垫板与混凝土的张力接触面积往往很小,锚具下的混凝土将承受较大的局部压力,在局部压力的作用下,当混凝土强度或变形的能力不足时,构件端部会产生裂缝,甚至会发生局部受压破坏。为此,混凝土结构设计规范规定,设计时既要保证在张拉钢筋时锚具下锚固区的混凝土不开裂和不产生过大的变形,又要求计算锚具下所需配置的间接
18、钢筋以满足局部受压承载力的要求。因此,为了满足构件端部局部受压区的抗裂要求,防止该区段混凝土由于施加预应力而出现沿构件长度方向的裂缝,对配置间接钢筋的混凝土结构构件,应控制局部受压区的截面尺寸符合一定要求;为了有效地提高锚固区段的局部受压强度,防止局部受压破坏,应在锚固区段配置间接钢筋。混凝土结构与砌体结构设计中册(第四版 ) 十一章思考题答案精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 28 页12.1单层厂房排架结构中,哪些构件是主要承重构件?单层厂房中的支撑分几类?支撑的主要作用是什么? 答:主要承重构件有:屋盖结构、吊车梁、排
19、架柱、抗风柱、基础梁、基础单层厂房中的支撑:屋架间垂直支撑、横向、纵向水平支撑以及天窗架支撑和柱间支撑支撑的主要作用是:增强空间刚度及稳定性,传递风荷载和水平吊车荷载。2.2 排架内力分析的目的是什么?排架内力分析的步骤是怎样的? 排架内力分析的目的是:为了获得排架柱在各种荷载作用下,控制截面的最不利内力,作为设计柱的依据;同时,柱底截面的最不利内力,也是设计基础的依据,并绘制出排架柱的弯矩图、轴力图及剪力图(M 图、N 图及 V 图)。排架内力分析的步骤是:等高排架在水平荷载作用下的内力分析方法采用剪力分配法,步骤如下:(1)在柱顶水平集中力F 作用下等高排架在柱顶作用一水平集中力F,在 F
20、 作用下,柱顶产生水平位移。沿柱顶将横梁与柱切开,在切口处代之一对剪力,如图 2-4-16(b) 所示。取横梁为脱离体,由平衡条件有:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 28 页又知,在单位水平力F=1 作用下,柱顶水平侧移为。反之要使柱顶产生单位水平位移即u =1 ,则需在柱顶施加的水平集中力。如图2-4-17 所示。对于相同材料的柱,柱越粗,所需的越大, 即所需施加的水平力越大。反映了柱子抵抗侧移的能力, 故称为柱子的抗侧刚度。切开后的排架拄顶作用有水平力,在作用下产生柱顶位移为,根据上面分析可得等高排架,当各跨横梁EA
21、时,有:将(2) 、(3) 式代入 (1) 式,得:由此可得:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 28 页将(5) 式代回 (2) 式得:式中称为第 i 根柱的剪力分配系数,它等于i 柱的抗侧刚度与整个排架柱总的杭侧刚度的比值, 且。值可按附图计算,由可求出分配系数,从而求出各柱顶剪力,最后按静定悬臂柱求出在已知作用下的柱截面内力。附图由此可见,剪力分配法就是将作用在顶部的水平集中力F按抗侧刚度分配给各柱 , 再按静定悬臂柱求解柱子内力的方法。(2)在任意荷载作用下均布风荷载作用下,如图2-4-18(a) 所示。精选学习资料
22、 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 28 页对于上述结构,不能直接应用剪力分配法求解其内力,但可通过间接的方法利用其原理解决问题,其分析步骤如下:将原结构如图 2-4-18 (a)分解为 (b) 和(c) 两个部分,在 (b)排架柱顶附加一个不动铰支座,以阻止排架侧移。在风荷载的作用下,在附加支座内将产生支反力R。为保证组合结构与原结构(a) 受力相同,故在结构( c)中柱顶施加一个反方向力R。求解(b) 排架的柱顶剪力由于横梁刚度 EA,故(b) 中各柱顶位移,从而可以将(b) 排架结构转化为如图中 (d) 所示的两个一次超静定柱,其
23、反力分别为和。应用力法或查 附图 8即可求出在均布水平荷载作用下各柱顶的反力,其也就是该柱顶的剪力。附图 8精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 28 页求出总支反力 R求解( c)排架的柱顶剪力图中(c) 排架为一柱顶作用水平集中力的等高排架,可应用剪力分配法求解其内力,即按各柱的抗侧刚度将R 分配到各柱,得到各柱顶剪力。迭加图中 (b) 与(c) 各柱顶的剪力,得柱顶总剪力根据柱顶剪力及柱上所受均布荷载计算各柱的弯矩。123Dmax、Dmin和 Tmax是怎样求得的 ? 答: Dmax=ikQkQyPDmax,max,D
24、min=kkikQkQPPDyPDmax,min,maxmin,min,Tmax=kkkkkPGGDPTDmax,3, 2maxmax,max)(41Dmax指吊车在满载运行时,,吊车梁作用在厂房横向排架柱上的最大压力。Dmin:与相对应的排架另一侧柱上的压力。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 28 页Tmax:指载有额定最大起重量的小车在行驶中突然刹车在排架柱上产生的水平制动力。kPmax,、kPmin,可根据吊车型号、规格查产品目录得到。12.4 排架柱“抗剪刚度”或“侧向刚度”的物理意义是什么?任意荷载作用下,等高
25、铰接排架的剪力分配法是怎样的? 答: 排架柱“抗剪刚度”或“侧向刚度”的物理意义是:要使柱顶产生单位水平位移,在柱顶施加u1的水平力,材料相同时,柱越粗壮,需在柱顶施加水平力越大,反映柱抵抗侧移的能力指标称为柱“抗剪刚度”或“侧向刚度” 。任意荷载作用下,等高铰接排架的剪力分配法是:i) 解决思路由已求出在顶点水平力作用时排架柱顶剪力计算,设法将任意荷载化成顶点水平力,由位移法启发,在柱顶加水平链杆,使各柱为一次超静定结构,然后求出超静定结构柱子的内力和附加水平链杆反力R。因为链杆是假设的,故应在排架上加一大小相等、方向相反水平力R 来抵消,最后内力由两种情况叠加得到。ii) 解题步骤附加水平
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