一、基本概念

預應力混凝土結構，是在結構承受外荷載前，預先對構件受拉區(qū)混凝土施加一個預壓應力，以抵消或減少結構在荷載作用時產(chǎn)生的拉應力。

(一)預應力混凝土的優(yōu)點

(l)提高了結構的抗裂性能;

(2)可以合理有效地利用高強鋼筋和高強混凝土，從而減少截面尺寸，減輕結構自重，得到較好的技術經(jīng)濟指標;

(3)可以提高構件的剛度，減少變形;

(4)可以提高構件的抗疲勞性能;

(5)預應力技術可作為大跨度結構分段預制后的拼裝手段;

(6)預應力技術可以調整結構的內力和變形，所以它成為各類結構修復和加固的主要技術措施;

(7)擴大了混凝土結構工程的應用領域。

(二)預應力混凝土的分類

(l)按施加預應力的大小來劃分，可分為：全預應力混凝土、有限預應力混凝土、部分預應力混凝土和普通鋼筋混凝土結構。

(2)按預應力筋與混凝土之間有無粘結來劃分，可分為：有粘結預應力混凝土和無粘結預應力混凝土結構。

二、施加預應力的方法

對混凝土施加預應力，一般是通過張拉鋼筋(此筋稱為預應力鋼筋)，利用鋼筋的回縮來擠壓混凝土，使混凝土受到預壓應力(同時預應力筋中也存在著預拉應力)。

根據(jù)鋼筋受拉與澆筑混凝土的先后次序，可分為先張法和后張法兩大類。

(1)先張法：首先在臺座上張拉鋼筋，然后澆筑混凝土;待混凝土養(yǎng)護達設計規(guī)定的強度等級時，再切斷鋼筋，鋼筋回縮使混凝土獲得預壓應力。

(2)后張法：首先澆筑構件的混凝土;待混凝土養(yǎng)護達設計規(guī)定的強度等級時，將鋼筋穿人預留孔道進行張拉并用錨具將鋼筋錨固在構件上，使混凝土獲得預壓應力。

三、張拉控制應力和預應力損失

(一)張拉控制應力

張拉預應力鋼筋時允許的最大張拉應力稱為張拉控制應力，記為σcon。

張拉控制應力值：不宜超過表4-8中的限值。消除應力鋼絲、鋼絞線、中強度預應力鋼絲的張拉控制應力值不應小于0.4fptk;預應力螺紋鋼筋的張拉控制值不宜小于0.5fptk。

當符合下列情況之一時，表4-8中的限值可提高0.05 fptk。

(1)要求提高構件在施工階段的抗裂性能而在使用階段受壓區(qū)內設置的預應力鋼筋;

(2)要求部分抵消由于應力松弛、摩擦、鋼筋分批張拉以及預應力鋼筋與張拉臺座之間的溫差等因素產(chǎn)生的預應力損失。

(二)預應力損失值

(1)鋼筋張拉完畢或經(jīng)歷一段時間后，鋼筋中的張拉應力將逐漸降低，這種降低稱為預應力損失。預應力損失會降低預應力效果(如構件的抗裂度和剛度降低)，若損失過大，甚至會起不到預應力的作用。所以在設計和施工中應盡可能地減少預應力損失。

(2)引起預應力損失的因素很多，目前規(guī)范規(guī)定計算的有如下6種預應力損失：

l)張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的損失(σl1);

2)預應力鋼筋與孔道壁之間的摩擦引起的損失(σl2);

3)混凝土加熱養(yǎng)護時，受張拉鋼筋與承受拉力的設備之間的溫差所引起的損失(σl3);

4)預應力鋼筋的應力松弛引起的損失(σl4);

5)混凝土的收縮和徐變引起的損失(σl5);

6)用螺旋式預應力筋作配筋的環(huán)形結構，當直徑d≤3m時，由于混凝土的局部擠壓引起的損失(σl6)。

對計算求得的預應力總損失值，不得小于下列數(shù)值：

先張法構件：l00N/mm2后張法構件：80N/mm2

(3)預應力損失值的組合

預應力構件在各階段的預應力損失值宜按表4-9的規(guī)定進行組合。

四、預應力混凝土結構構件計算內容和其他

預應力混凝土結構構件，除應根據(jù)使用條件進行承載力計算及變形、抗裂、裂縫寬度和應力驗算外，尚應按具體情況對制作、運輸及安裝等施工階段進行驗算。

當預應力作為荷載效應考慮時，其設計值在《混凝土結構設計規(guī)范》(GB 50010-2010)中的有關章節(jié)計算公式中給出。當預應力效應對結構有利時，對承載能力極限狀態(tài)，預應力分項系數(shù)應取1.0，不利時應取1.2;正常使用極限狀態(tài)，預應力分項系數(shù)應取1.0。

例題：

1.某工程位于平均相對濕度大于60%的一類環(huán)境下，其鋼筋混凝土次梁(以受彎為主)的裂縫控制等級和最大裂縫寬度限值取下列何值為宜?

(A)三級，0.2mm

(B)三級，0.3mm

(C)三級，0.4mm

(D)二級，0.2mm

【答案】B

【說明】參見《混凝土結構設計規(guī)范》(GB 50010～2002)3.3.4條，表3.3.4。平均相對濕度大于60%的一類環(huán)境下，鋼筋混凝土構件裂縫控制等級為三級，最大裂縫寬度限值為0.3mm。

2.在預應力混凝土結構中，預應力鋼筋超張拉的目的，以下敘述何為正確?

(A)使構件的承載能力更高

(B)減小預應力損失

(C)利用鋼筋屈服后的強度提高特性

(D)節(jié)省預應力鋼筋

【答案】B

【說明】在預應力混凝土結構中，頇應力鋼筋超張拉的目的是減小預應力損失。

3.對后張法有黏結預應力混凝土構件，以下哪些因素可造成預應力損失?

Ⅰ.張拉端錨具變形和鋼筋滑動

Ⅱ.預應力筋與孔道壁之間的摩擦

Ⅲ.預應力筋應力松弛

Ⅳ.混凝土收縮、徐變

(A)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

(B)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

(C)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

(D)Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ

【答案】B

【說明】對后張法有黏結預應力混凝土構件，引起預應力損失的主要原因有：①張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的損失;②預應力筋與孔道壁之間的摩擦引起的損失;③預應力筋的應力松弛引起的損失;④混凝土收縮和徐變引起的損失。

4.鋼筋混凝土框架柱的混凝土強度等級為c50，處于室內正常環(huán)境，其縱向受力鋼筋的混凝土保護層厚度不應小于鋼筋的直徑，且不應小于下列哪一個數(shù)值?

(A)20mm;

(B)25mm

(C)30mm;

(D)35mm

【答案】C

【說明】由《混凝土結構設計規(guī)范》(GB 50010--2002)第3.4.1條得到室內正常環(huán)境為一類環(huán)境類別，再根據(jù)第9.2.1條表9.2.1確定，即表4-1。

5.為控制大體積混凝土的裂縫，采用下列何項措施是錯誤的?

(A)選用粗骨料

(B)選用快硬水泥

(C)摻加緩凝劑

(D)減少水泥用量，降低水灰比

【答案】B

【說明】大體積混凝土的開裂主要由水化過程中產(chǎn)生的熱量造成，水化有先有后，熱量的產(chǎn)生部位必然不均勻，因而在混凝土中產(chǎn)生內應力，造成開裂。因而快硬水泥的選用將增加混凝土內部不周部位水化速度的差異，進而使開裂更加惡化。

6.下列關于預應力混凝土的論述何項是錯誤的?

(A)無黏結預應力采用后張法施工

(B)水下環(huán)境中的結構構件應采用有黏結預應力

(C)中等強度鋼筋不適用作為預應力筋，是由于其有效預應力低

(D)施加預應力的構件，抗裂性提高，故在使用階段都是不開裂的

【答案】D

【說明】先張法通過鋼筋和混凝土之間的黏結應力傳遞應力，因而先張法中不能采用無黏結預應力;水下環(huán)境中預應力鋼筋容易銹蝕，應采用有黏結預應力;為得到較高的有效預應力，應采用高強度鋼筋;雖然預應力構件具有良好的抗開裂性能，但是并不能保證在使用階段完全不開裂，是否開裂，應視預應力的大小及使用荷載的大小確定。

7.關于先張法預應力混凝土的表述下列何者正確?

Ⅰ.在澆灌混凝土前張拉鋼筋;Ⅱ.在澆灌混凝土后張拉鋼筋

Ⅲ.在臺座上張拉鋼筋;Ⅳ.在構件端部混凝土上直接張拉鋼筋

(A)Ⅰ+Ⅲ

(B)Ⅰ+Ⅳ

(C)Ⅱ+Ⅲ

(D)Ⅱ+Ⅳ

【答案】A

【說明】先張法預應力混凝土的施工循序為：在臺座上張拉鋼筋，澆灌混凝土，混凝土養(yǎng)護，放張。

8.關于規(guī)范規(guī)定的縱向受拉鋼筋的最小錨固長度la，以下敘述何為正確?

(A)鋼筋混凝土構件中所有縱向鋼筋均應滿足

(B)鋼筋混凝土構件中縱向受拉鋼筋均應滿足

(C)當計算中充分利用其抗拉強度的縱向受拉鋼筋應滿足

(D)端部有彎鉤的Ⅰ級鋼筋可不滿足

【答案】C

【說明】參見《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010一2002)9.3.1條。當計算中充分利用鋼筋的抗拉強度時，受拉鋼筋的錨固長度應符合最小錨固長度要求?，F(xiàn)在“Ⅰ級鋼筋”改為“HPB235”。

9.鋼筋在混凝土中的錨固長度與以下何因素無關?

(A)鋼筋的表面形狀

(B)構件的配筋率

(C)構件和混凝土的強度等級

(D)鋼筋直徑

【答案】B

10.現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結構，當屋面有保溫層或隔熱措施時，伸縮縫的最大間距為以下何值?

(A)40m

(B)45m

(C)55m

(D)65m

【答案】B

【說明】參見《混凝土結構設計規(guī)范》(GB 50010-2002)9.1.1條，表9.1.1。當屋面板上部有保溫或隔熱措施時，現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻房屋，其伸縮縫的最大間距為45m。