一、基本概念
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，是在結(jié)構(gòu)承受外荷載前，預(yù)先對(duì)構(gòu)件受拉區(qū)混凝土施加一個(gè)預(yù)壓應(yīng)力，以抵消或減少結(jié)構(gòu)在荷載作用時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力。
(一)預(yù)應(yīng)力混凝土的優(yōu)點(diǎn)
(l)提高了結(jié)構(gòu)的抗裂性能;
(2)可以合理有效地利用高強(qiáng)鋼筋和高強(qiáng)混凝土，從而減少截面尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重，得到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo);
(3)可以提高構(gòu)件的剛度，減少變形;
(4)可以提高構(gòu)件的抗疲勞性能;
(5)預(yù)應(yīng)力技術(shù)可作為大跨度結(jié)構(gòu)分段預(yù)制后的拼裝手段;
(6)預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以調(diào)整結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，所以它成為各類(lèi)結(jié)構(gòu)修復(fù)和加固的主要技術(shù)措施;
(7)擴(kuò)大了混凝土結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用領(lǐng)域。
(二)預(yù)應(yīng)力混凝土的分類(lèi)
(l)按施加預(yù)應(yīng)力的大小來(lái)劃分，可分為：全預(yù)應(yīng)力混凝土、有限預(yù)應(yīng)力混凝土、部分預(yù)應(yīng)力混凝土和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
(2)按預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間有無(wú)粘結(jié)來(lái)劃分，可分為：有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土和無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。
二、施加預(yù)應(yīng)力的方法
對(duì)混凝土施加預(yù)應(yīng)力，一般是通過(guò)張拉鋼筋(此筋稱(chēng)為預(yù)應(yīng)力鋼筋)，利用鋼筋的回縮來(lái)擠壓混凝土，使混凝土受到預(yù)壓應(yīng)力(同時(shí)預(yù)應(yīng)力筋中也存在著預(yù)拉應(yīng)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(lèi)。
(1)先張法：首先在臺(tái)座上張拉鋼筋，然后澆筑混凝土;待混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)設(shè)計(jì)規(guī)定的強(qiáng)度等級(jí)時(shí)，再切斷鋼筋，鋼筋回縮使混凝土獲得預(yù)壓應(yīng)力。
(2)后張法：首先澆筑構(gòu)件的混凝土;待混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)設(shè)計(jì)規(guī)定的強(qiáng)度等級(jí)時(shí)，將鋼筋穿人預(yù)留孔道進(jìn)行張拉并用錨具將鋼筋錨固在構(gòu)件上，使混凝土獲得預(yù)壓應(yīng)力。
三、張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失
(一)張拉控制應(yīng)力
張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)允許的最大張拉應(yīng)力稱(chēng)為張拉控制應(yīng)力，記為σcon。
張拉控制應(yīng)力值：不宜超過(guò)表4-8中的限值。消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲的張拉控制應(yīng)力值不應(yīng)小于0.4fptk;預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋的張拉控制值不宜小于0.5fptk。
當(dāng)符合下列情況之一時(shí)，表4-8中的限值可提高0.05 fptk。
(1)要求提高構(gòu)件在施工階段的抗裂性能而在使用階段受壓區(qū)內(nèi)設(shè)置的預(yù)應(yīng)力鋼筋;
(2)要求部分抵消由于應(yīng)力松弛、摩擦、鋼筋分批張拉以及預(yù)應(yīng)力鋼筋與張拉臺(tái)座之間的溫差等因素產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。
(二)預(yù)應(yīng)力損失值
(1)鋼筋張拉完畢或經(jīng)歷一段時(shí)間后，鋼筋中的張拉應(yīng)力將逐漸降低，這種降低稱(chēng)為預(yù)應(yīng)力損失。預(yù)應(yīng)力損失會(huì)降低預(yù)應(yīng)力效果(如構(gòu)件的抗裂度和剛度降低)，若損失過(guò)大，甚至?xí)鸩坏筋A(yù)應(yīng)力的作用。所以在設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)盡可能地減少預(yù)應(yīng)力損失。
(2)引起預(yù)應(yīng)力損失的因素很多，目前規(guī)范規(guī)定計(jì)算的有如下6種預(yù)應(yīng)力損失：
l)張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的損失(σl1);
2)預(yù)應(yīng)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(hù)時(shí)，受張拉鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間的溫差所引起的損失(σl3);
4)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋作配筋的環(huán)形結(jié)構(gòu)，當(dāng)直徑d≤3m時(shí)，由于混凝土的局部擠壓引起的損失(σl6)。
對(duì)計(jì)算求得的預(yù)應(yīng)力總損失值，不得小于下列數(shù)值：
先張法構(gòu)件：l00N/mm2后張法構(gòu)件：80N/mm2
(3)預(yù)應(yīng)力損失值的組合
預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在各階段的預(yù)應(yīng)力損失值宜按表4-9的規(guī)定進(jìn)行組合。
四、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算內(nèi)容和其他
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，除應(yīng)根據(jù)使用條件進(jìn)行承載力計(jì)算及變形、抗裂、裂縫寬度和應(yīng)力驗(yàn)算外，尚應(yīng)按具體情況對(duì)制作、運(yùn)輸及安裝等施工階段進(jìn)行驗(yàn)算。
當(dāng)預(yù)應(yīng)力作為荷載效應(yīng)考慮時(shí)，其設(shè)計(jì)值在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010-2010)中的有關(guān)章節(jié)計(jì)算公式中給出。當(dāng)預(yù)應(yīng)力效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，對(duì)承載能力極限狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.0，不利時(shí)應(yīng)取1.2;正常使用極限狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.0。
例題：
1.某工程位于平均相對(duì)濕度大于60%的一類(lèi)環(huán)境下，其鋼筋混凝土次梁(以受彎為主)的裂縫控制等級(jí)和最大裂縫寬度限值取下列何值為宜?
(A)三級(jí)，0.2mm
(B)三級(jí)，0.3mm
(C)三級(jí)，0.4mm
(D)二級(jí)，0.2mm
【答案】B
【說(shuō)明】參見(jiàn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010～2002)3.3.4條，表3.3.4。平均相對(duì)濕度大于60%的一類(lèi)環(huán)境下，鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫控制等級(jí)為三級(jí)，最大裂縫寬度限值為0.3mm。
2.在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力鋼筋超張拉的目的，以下敘述何為正確?
(A)使構(gòu)件的承載能力更高
(B)減小預(yù)應(yīng)力損失
(C)利用鋼筋屈服后的強(qiáng)度提高特性
(D)節(jié)省預(yù)應(yīng)力鋼筋
【答案】B
【說(shuō)明】在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，頇應(yīng)力鋼筋超張拉的目的是減小預(yù)應(yīng)力損失。
3.對(duì)后張法有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，以下哪些因素可造成預(yù)應(yīng)力損失?
Ⅰ.張拉端錨具變形和鋼筋滑動(dòng)
�、�.預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦
�、�.預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)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(shuō)明】對(duì)后張法有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，引起預(yù)應(yīng)力損失的主要原因有：①?gòu)埨隋^具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的損失;②預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦引起的損失;③預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)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(qiáng)度等級(jí)為c50，處于室內(nèi)正常環(huán)境，其縱向受力鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度不應(yīng)小于鋼筋的直徑，且不應(yīng)小于下列哪一個(gè)數(shù)值?
(A)20mm;
(B)25mm
(C)30mm;
(D)35mm
【答案】C
【說(shuō)明】由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010--2002)第3.4.1條得到室內(nèi)正常環(huán)境為一類(lèi)環(huán)境類(lèi)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(xiàng)措施是錯(cuò)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(shuō)明】大體積混凝土的開(kāi)裂主要由水化過(guò)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(nèi)應(yīng)力，造成開(kāi)裂。因而快硬水泥的選用將增加混凝土內(nèi)部不周部位水化速度的差異，進(jìn)而使開(kāi)裂更加惡化。
6.下列關(guān)于預(yù)應(yīng)力混凝土的論述何項(xiàng)是錯(cuò)誤的?
(A)無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力采用后張法施工
(B)水下環(huán)境中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力
(C)中等強(qiáng)度鋼筋不適用作為預(yù)應(yīng)力筋，是由于其有效預(yù)應(yīng)力低
(D)施加預(yù)應(yīng)力的構(gòu)件，抗裂性提高，故在使用階段都是不開(kāi)裂的
【答案】D
【說(shuō)明】先張法通過(guò)鋼筋和混凝土之間的黏結(jié)應(yīng)力傳遞應(yīng)力，因而先張法中不能采用無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力;水下環(huán)境中預(yù)應(yīng)力鋼筋容易銹蝕，應(yīng)采用有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力;為得到較高的有效預(yù)應(yīng)力，應(yīng)采用高強(qiáng)度鋼筋;雖然預(yù)應(yīng)力構(gòu)件具有良好的抗開(kāi)裂性能，但是并不能保證在使用階段完全不開(kāi)裂，是否開(kāi)裂，應(yīng)視預(yù)應(yīng)力的大小及使用荷載的大小確定。
7.關(guān)于先張法預(yù)應(yīng)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
�、�.在臺(tái)座上張拉鋼筋;Ⅳ.在構(gòu)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(shuō)明】先張法預(yù)應(yīng)力混凝土的施工循序?yàn)椋涸谂_(tái)座上張拉鋼筋，澆灌混凝土，混凝土養(yǎng)護(hù)，放張。
8.關(guān)于規(guī)范規(guī)定的縱向受拉鋼筋的最小錨固長(zhǎng)度la，以下敘述何為正確?
(A)鋼筋混凝土構(gòu)件中所有縱向鋼筋均應(yīng)滿足
(B)鋼筋混凝土構(gòu)件中縱向受拉鋼筋均應(yīng)滿足
(C)當(dāng)計(jì)算中充分利用其抗拉強(qiáng)度的縱向受拉鋼筋應(yīng)滿足
(D)端部有彎鉤的Ⅰ級(jí)鋼筋可不滿足
【答案】C
【說(shuō)明】參見(jiàn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010一2002)9.3.1條。當(dāng)計(jì)算中充分利用鋼筋的抗拉強(qiáng)度時(shí)，受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合最小錨固長(zhǎng)度要求�，F(xiàn)在“Ⅰ級(jí)鋼筋”改為“HPB235”。
9.鋼筋在混凝土中的錨固長(zhǎng)度與以下何因素?zé)o關(guān)?
(A)鋼筋的表面形狀
(B)構(gòu)件的配筋率
(C)構(gòu)件和混凝土的強(qiáng)度等級(jí)
(D)鋼筋直徑
【答案】B
10.現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)屋面有保溫層或隔熱措施時(shí)，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(shuō)明】參見(jiàn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010-2002)9.1.1條，表9.1.1。當(dāng)屋面板上部有保溫或隔熱措施時(shí)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻房屋，其伸縮縫的最大間距為45m。
