第8章顶应力混凝土结构的基本原理常见闻题解答 1,同谓预应力混凝土？为什么要嫩加预应力？ 容：所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或网筋黑凝土中引入内部应力，而且 其数值和分布有利于燕消使川黄载产生的应力。这种结构称为预应力混凝土结构。 通过预先对湿凝土施加压位力，可以抵消外背载产生的拉应力，因而使得截面不出现拉 应力：或允许出现拉应力，限制拉应力的大小：或允混凝士许出现裂缝，限制裂缝的宽度。 2.钢筋混凝土结构在使用中存在哪两个主要问题？随加淡应力后有何政善？ 容：解哥混凝土结构在使用中存在两个主要问题：一是带裂缝工作，二是无法充分利用 高强材料的强度。裂缝的存在，不仅使构件的刚度下降，而且不能应用于不允许开裂的结构 中：高强材料使用受限制时，具有靠增如钢前混凝土构件的截面尺寸，或者靠增加钢筋用量 的方法米满足承载力要求成控制构件的裂缝和变形。这样做必然使构件自重增加，特别对于 桥梁结构，随着跨度的增大，白重的比例也增大。因面桂钢筋混覆土的使用范围受到很大限 制. 由于植加了预应力，使得构作处于弹性工作状态，使得高强材料得以使用，使得结构的 耐久性增强。 3,预应力混震土结构的主要优点是什么？ 容：预应力混漫土结构具有下列主要优点： 1)节省材料，减轻白重，增加跨越能力。 预应力混凝土由于采用高强材料，因面可减小构件截而尺寸，节省钢材与混凝土用量， 降低构件的白重。这对白重占总黄载比例很大（约为50%70%》的大跨径桥梁来说，更有着 显著的优越性。采用预应力混凝土使大跨度结构成为可能，面且是经济合理的： 2)提高构件的抗裂性、，增加藏面刚度。 对构件施加预应力后，使构件在使川荷载作用下可以不出现裂缝，或可大大推退裂缝的 出现，有效地改善了构件的使用性能，提高了构件的刚度，增加了结构的耐久性。 3)可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。 由线布筋《束)的预应力混凝土梁，预加力在套直方向的分力可以使梁中支座附近的竖 向剪力诚小：又由于混极土截面上顶压应力的存在，在荷载作用下的主拉应力也相应减小。 这有利于减小果的腹板厚度，使镜应力混凝士梁的自重可以进一步减小 4)结构质量安全可靠
第 8 章 预应力混凝土结构的基本原理常见问题解答 1．何谓预应力混凝土？为什么要施加预应力？ 答：所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，而且 其数值和分布有利于抵消使用荷载产生的应力。这种结构称为预应力混凝土结构。 通过预先对混凝土施加压应力，可以抵消外荷载产生的拉应力。因而使得截面不出现拉 应力；或允许出现拉应力，限制拉应力的大小；或允混凝土许出现裂缝，限制裂缝的宽度。 2．钢筋混凝土结构在使用中存在哪两个主要问题？施加预应力后有何改善？ 答：钢筋混凝土结构在使用中存在两个主要问题：一是带裂缝工作，二是无法充分利用 高强材料的强度。裂缝的存在，不仅使构件的刚度下降，而且不能应用于不允许开裂的结构 中；高强材料使用受限制时，只有靠增加钢筋混凝土构件的截面尺寸，或者靠增加钢筋用量 的方法来满足承载力要求或控制构件的裂缝和变形。这样做必然使构件自重增加，特别对于 桥梁结构，随着跨度的增大，自重的比例也增大。因而使钢筋混凝土的使用范围受到很大限 制。 由于施加了预应力，使得构件处于弹性工作状态；使得高强材料得以使用；使得结构的 耐久性增强。 3．预应力混凝土结构的主要优点是什么？ 答：预应力混凝土结构具有下列主要优点： 1）节省材料，减轻自重，增加跨越能力。 预应力混凝土由于采用高强材料，因而可减小构件截面尺寸，节省钢材与混凝土用量， 降低构件的自重。这对自重占总荷载比例很大（约为 50%~70%）的大跨径桥梁来说，更有着 显著的优越性。采用预应力混凝土使大跨度结构成为可能，而且是经济合理的。 2）提高构件的抗裂性、增加截面刚度。 对构件施加预应力后，使构件在使用荷载作用下可以不出现裂缝，或可大大推迟裂缝的 出现，有效地改善了构件的使用性能，提高了构件的刚度，增加了结构的耐久性。 3）可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。 曲线布筋（束）的预应力混凝土梁，预加力在垂直方向的分力可以使梁中支座附近的竖 向剪力减小；又由于混凝土截面上预压应力的存在，在荷载作用下的主拉应力也相应减小。 这有利于减小梁的腹板厚度，使预应力混凝土梁的自重可以进一步减小。 4）结构质量安全可靠
维加预应力时，预应力钢筋（束）与混凝土同时经受了一次高强度检验，如果在张拉 钢筋时构件质量表现质量良好，罪么，在使用时也可以认为是安全可靠的。因此有人称预应 力親凝土结构是经过预先检验的结构。 5)改进了施工方法， 质如力还可以作为结构构件的连接手段，促进了桥梁结构新体系与随工方法的发展，如 大跨径预应力混凝土桥梁的膜推法、悬臂法施工： 6)具有良好的经济性。 对适合采用预应力漫漫土的结构来说，预应力混凝土结构与普通钢脑混凝土结构相比节 省混凝土2>40%，节省主钢高30%60八，与钢结构相比可节省一率以上的造价。 此外，还可以提高结构的耐载劳性能。因为预应力的存在，由加载和如截引起的载面应 力变化幅度相对较小，所以引起被劳破坏的可能性也减小。这对承受动荷找的桥梁结构来说 是有利的， 4,何调预应力度 答：《公路桥规》T)02图-85（以后简称《桥规》）将预应力度（飞）定文为由预如应力 大小确定的消压弯矩M。与外背祝产生的弯矩M的比值。即 =M/M 式中：入—预应力度： M。一消压弯矩。即使构件控制截面受拉边缘将预加力产生的视压应力抵清为 零时所，加的（使用荷载弯矩）： M一一使用荷载（不包括预加力）作用下控制截面的弯矩。 5.每请加筋银凝土？国内如前混凝土结构是如何分类的？ 容：国内通常把全淡应力混凝士，部分淡应力混凝土和钢筋混凝士结构饶称为加筋混凝 土系列。 国内加筋混凝土结构分为三类： 《1)全横应力混凝土结期一一滑预应力筋方向的正截面不应出现拉应力，即A≥： (2)部分预应力混凝土结构一一沿预应力盛方向的正裁面出暖拉应力成出现不超过规 定宽度的裂缝，即1》1>0： 《3)钢脑视极土结构一不魔加预如应力的混凝士结构，即入=0
施加预应力时，预应力钢筋（束）与混凝土都同时经受了一次高强度检验。如果在张拉 钢筋时构件质量表现质量良好，那么，在使用时也可以认为是安全可靠的。因此有人称预应 力混凝土结构是经过预先检验的结构。 5）改进了施工方法。 预加力还可以作为结构构件的连接手段，促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展，如 大跨径预应力混凝土桥梁的顶推法、悬臂法施工。 6）具有良好的经济性。 对适合采用预应力混凝土的结构来说，预应力混凝土结构与普通钢筋混凝土结构相比节 省混凝土 20%~40%、节省主钢筋 30%~60%。与钢结构相比可节省一半以上的造价。 此外，还可以提高结构的耐疲劳性能。因为预应力的存在，由加载和卸载引起的截面应 力变化幅度相对较小，所以引起疲劳破坏的可能性也减小。这对承受动荷载的桥梁结构来说 是有利的。 4．何谓预应力度 答：《公路桥规》JTJ 023-85（以后简称《桥规》）将预应力度（λ）定义为由预加应力 大小确定的消压弯矩 M0 与外荷载产生的弯矩 M 的比值，即 = M0 / M 式中： ——预应力度； M0——消压弯矩。即使构件控制截面受拉边缘将预加力产生的预压应力抵消为 零时所施加的（使用荷载弯矩）； M ——使用荷载（不包括预加力）作用下控制截面的弯矩。 5．何谓加筋混凝土？国内加筋混凝土结构是如何分类的？ 答：国内通常把全预应力混凝土、部分预应力混凝土和钢筋混凝土结构统称为加筋混凝 土系列。 国内加筋混凝土结构分为三类： （1）全预应力混凝土结构——沿预应力筋方向的正截面不应出现拉应力，即 λ≥1； （2）部分预应力混凝土结构——沿预应力筋方向的正截面出现拉应力或出现不超过规 定宽度的裂缝，即 1>λ>0； （3）钢筋混凝土结构——不施加预加应力的混凝土结构，即 λ=0
6.实现预如应力的方法是什么？主要有煤两种方法？ 爷：实呢预血应力的方法，一般是通过张校钢筋（称之为预应力例筋》来实观的。张拉 设备将预应力钢筋拉伸并铺国在构件端部，外界张拉约束力撒游后，利用预应力钢筋国弹对 混凝土能加预压应力。施加预应力的方法有先张法和后张法。 7.何谓先张法？先张法的蓝工工艺知何？先张法有何特点及优点？ 答：先张法：即先将预应力钢访张拉并罐固在张力台坐上，后浇筑构件混凝土，待混凝 土达到足够的强度后再款张，以此实现模应力的方法， 先张法的城工工艺如题7图所示：先在张拉台座上，按装设计规定的拉力张拉简束。并 用销具临时罐固：再浇筑构件混漫土，经养护混凝土达到强度要求（一般不低于设计强度的 7跳)后：收张（即将临时雄固松开或将 a) 张抛白座 解束剪断)，让筋束回缩。酪束与混凝土 拉预应力精勿 的桔结作用凰止了钢束目增，将国第力 22a 传递给混凝土。使混凝土获得预压应力。 o? 先张法的特点：所用的预感力筋束， 一般用高强钢丝、钢纹线，白销型（通 过预应力筋与混凝土粘结力实现情固)， 不专授水久罐具。预应力筋通常采用直 线配脑，不国碳面的横面力作用点不柜 L压噬 压速山 思了图先张法工艺流程示童图 随使用荷载弯矩的变化面调整，因面， 先张法只适用于中小骑径受弯构件， 先张法的优点：随工工序简单，张拉解筋时用略时错具固定，销具可以重复使用。一 般称为工具式猫具成夹具。在大批量生产封，先张法构件比较经济，质量也比较稳定。 8.何谓后张法？后张法的流工工 艺如何？后张法有何特点及优点？ 模间孔（或套管】 增具 答，后张法是先浇筑构件混凝土， 待混凝土结硬后，再在梁体上张校并辑 亚土压里小篷电幽长 固预应力简束的方法。 后张法的施工工艺如题8图所示 一/2《张拉反力) 先浇筑构件混凝士，并在其中预留穿束 二一N:《张拉力) N:/2 压连水泥聚 c) 题8图后张法流程示夏图
6．实现预加应力的方法是什么？主要有哪两种方法？ 答：实现预加应力的方法，一般是通过张拉钢筋（称之为预应力钢筋）来实现的。张拉 设备将预应力钢筋拉伸并锚固在构件端部，外界张拉约束力撤消后，利用预应力钢筋回弹对 混凝土施加预压应力。施加预应力的方法有先张法和后张法。 7．何谓先张法？先张法的施工工艺如何？先张法有何特点及优点？ 答：先张法：即先将预应力钢筋张拉并锚固在张力台坐上，后浇筑构件混凝土，待混凝 土达到足够的强度后再放张，以此实现预应力的方法。 先张法的施工工艺如题 7 图所示：先在张拉台座上，按装设计规定的拉力张拉筋束，并 用锚具临时锚固；再浇筑构件混凝土，经养护混凝土达到强度要求（一般不低于设计强度的 75%）后；放张（即将临时锚固松开或将 钢束剪断），让筋束回缩。筋束与混凝土 的粘结作用阻止了钢束回缩，将回缩力 传递给混凝土，使混凝土获得预压应力。 先张法的特点：所用的预应力筋束， 一般用高强钢丝、钢绞线，自锚型（通 过预应力筋与混凝土粘结力实现锚固）， 不专设永久锚具。预应力筋通常采用直 线配筋，不同截面的预加力作用点不能 随使用荷载弯矩的变化而调整，因而， 先张法只适用于中小跨径受弯构件。 先张法的优点：施工工序简单，张拉钢筋时用临时锚具固定，锚具可以重复使用，一 般称为工具式锚具或夹具。在大批量生产时，先张法构件比较经济，质量也比较稳定。 8．何谓后张法？后张法的施工工 艺如何？后张法有何特点及优点？ 答：后张法是先浇筑构件混凝土， 待混凝土结硬后，再在梁体上张拉并锚 固预应力筋束的方法。 后张法的施工工艺如题 8 图所示： 先浇筑构件混凝土，并在其中预留穿束 题 7 图 先张法工艺流程示意图 压缩 压缩 浇筑混凝土 张拉台座 张拉预应力筋 伸长 放张 混凝土压缩 压注水泥浆 预应力筋束 预留孔（或套管） （张拉反力） 筋束伸长 锚具 题 8 图后张法流程示意图 （张拉力）
孔道《或设衡管)，待混凝土达到要求强度后，将筋束穿入风图孔道内，干斤项支承于温凝 土构件端部，张拉筋束。使构件同时受列反力作用。待张拉到控制应力后，即用特制的储具 将筋束描固于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其预压应力。最后，在预留孔道内注水泥 滚，以保护高衷不致锈蚀，并使筋束与混凝土粘结成为整体。又称这种视应力湿凝土为有粘 结预应力混减土， 后张法的特点：预应力酪猫固通过专门的信具来实现，需要相当数量的优质情具。预应 力筋通常采用曲线配筋，不月截面的预如力作用点随使用荷载弯矩的变化而调整，因面，后 张法适用于大跨径受弯构件。 后张法的优点：覆制构件不雷要专门的张拉台坐（相对先张法而言），可以工厂制作， 也可以工地现场预制： 9.先张法与后张法有何不同？ 容：先张法与后张法的施工工艺不同，建立预应力的先后秩序也不月。后张法是先浇筑 构件混凝土，章工作罐风来传递和保持预加应力的：先张法则是先张校力筋，靠钢筋与混凝 土的粘结力来传递并保持预如应力的： 10,在设计、制造和选择信具时，应注意满足哪些要求？ 爷：在设计、制造和选释蜡具时，应注意满足下列要求：受力安全可靠：预应力损失要 小：构造简单，紧读。制作方便，用钢量少：张拉错因方梗迅速，设备简单， 1山.销具按其传力销因受力原弹可分为娜三类？ 答：描具的重式繁多，按其传力槛固受力原理，可分为如下三类： (1)依靠摩阻力鳞固的罐几。如维形铺具、根形罐具和用于铺图钢饺线的销具与夹 片式群错等，它们驾是借张拉简束的回增或千斤顶顶压，带动维销或夹片将钢束楔紧于锥孔 中而罐固的 (2)依靠承压槛固的械具。如嫩头罐，钢蓝螺纹错等，是利用钢注的境粗头咸钢筋螺 纹承压进行错固的。 《3)依章粘结力销因的销具。如先张法的预应力脑束销圆，以及后张法固定端的钢饺 线轧花猫具等。都是利用预应力高束与混凝土之间的粘结力进行猫固的。 12.桥梁结构中常用的罐具有哪几种？各有何适用？各有何优、缺点： 答：桥梁结构中常用的罐具有：锥形罐具、墩头铺具、钢前螺纹罐具与夹片销具。 性形情（又称为弗氏错），主要用于钢丝束的固，嫩头情具主要用于错树钢丝束。也 可情固直径1国以下的钢筋束。当采用高强粗钢哥作为预应力简柬时，可采用螺纹情具描
孔道（或设套管），待混凝土达到要求强度后，将筋束穿入预留孔道内，千斤顶支承于混凝 土构件端部，张拉筋束，使构件同时受到反力作用。待张拉到控制应力后，即用特制的锚具 将筋束锚固于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其预压应力。最后，在预留孔道内注水泥 浆，以保护筋束不致锈蚀，并使筋束与混凝土粘结成为整体。又称这种预应力混凝土为有粘 结预应力混凝土。 后张法的特点:预应力筋锚固通过专门的锚具来实现，需要相当数量的优质锚具。预应 力筋通常采用曲线配筋，不同截面的预加力作用点随使用荷载弯矩的变化而调整，因而，后 张法适用于大跨径受弯构件。 后张法的优点：预制构件不需要专门的张拉台坐（相对先张法而言），可以工厂制作， 也可以工地现场预制。 9．先张法与后张法有何不同？ 答：先张法与后张法的施工工艺不同，建立预应力的先后秩序也不同。后张法是先浇筑 构件混凝土，靠工作锚具来传递和保持预加应力的；先张法则是先张拉力筋，靠钢筋与混凝 土的粘结力来传递并保持预加应力的。 10．在设计、制造和选择锚具时，应注意满足哪些要求？ 答：在设计、制造和选择锚具时，应注意满足下列要求：受力安全可靠；预应力损失要 小；构造简单、紧凑，制作方便，用钢量少；张拉锚固方便迅速，设备简单。 11．锚具按其传力锚固受力原理可分为哪三类？ 答：锚具的型式繁多，按其传力锚固受力原理，可分为如下三类： （1）依靠摩阻力锚固的锚具。如锥形锚具、楔形锚具和用于锚固钢绞线的 XM 锚具与夹 片式群锚等，它们都是借张拉筋束的回缩或千斤顶顶压，带动锥销或夹片将钢束楔紧于锥孔 中而锚固的。 （2）依靠承压锚固的锚具。如墩头锚、钢筋螺纹锚等，是利用钢丝的墩粗头或钢筋螺 纹承压进行锚固的。 （3）依靠粘结力锚固的锚具。如先张法的预应力筋束锚固，以及后张法固定端的钢绞 线轧花锚具等，都是利用预应力筋束与混凝土之间的粘结力进行锚固的。 12．桥梁结构中常用的锚具有哪几种？各有何适用？各有何优、缺点？ 答：桥梁结构中常用的锚具有：锥形锚具、墩头锚具、钢筋螺纹锚具与夹片锚具。 锥形锚（又称为弗氏锚），主要用于钢丝束的锚固。墩头锚具主要用于锚固钢丝束，也 可锚固直径 14mm 以下的钢筋束。当采用高强粗钢筋作为预应力筋束时，可采用螺纹锚具锚
固。夹片情具系列主要作为梯固钢较线束之用。 性形销的优点是：锅园方便，情具面积小，便于在梁体上分数布置。但铺倒时锅空的国 缩量较大，应力损失较其他雄具大。同时，它不能重复张拉和接长，使脑束设计长度受到千 斤项行程的限制。为防止受振松动，必缓及时给预留孔道压浆。 域头销具蝶固可靠，不会出联锥形端郑样的“滑丝”问题。梯固时的应力餐失根小。域 头工艺操作简健迅速，可以一端张拉，亦可以两端张拉，但筋束张拉吨位过大，钢性数银多， 熊工亦显麻原。故大纯位量头销宜加大钢晚直径，由5m改为7，或改用钢饺线夹片错 具，此外，嫌头销对钢丝的下料长度要求很精确，误差不阁超过1/300。误差过大，张拉时 可能由于受力不均匀发生斯丝现象。 螺纹槛具，受力明确，错固可靠：构造简单，城工方便：预应力靓失小，在短构件中 也可使用，并能重复张拉、放松或养印：还可简单的采用套箍接长， 钢饺线夹片情的特点是各根钢饺线均为单独工作，即1根钢饺线能固失效不会影响全 描，只需对失效维孔的钢议线进行补拉即可，但预图孔端部，因信板惟孔态置的需要，必须 扩孔，故工作错下的预留孔道一校需设置成喇叭形，或配套设置专门的铸铁喇队形罐垫板。 扁形夹片错具每个肩错一般梯固2一5根钢较线，采川单根逐一张拉，施工方便
固。夹片锚具系列主要作为锚固钢绞线束之用。 锥形锚的优点是：锚固方便，锚具面积小，便于在梁体上分散布置。但锚固时钢丝的回 缩量较大，应力损失较其他锚具大。同时，它不能重复张拉和接长，使筋束设计长度受到千 斤顶行程的限制。为防止受振松动，必须及时给预留孔道压浆。 墩头锚具锚固可靠，不会出现锥形锚那样的“滑丝”问题，锚固时的应力损失很小。墩 头工艺操作简便迅速，可以一端张拉，亦可以两端张拉。但筋束张拉吨位过大，钢丝数很多， 施工亦显麻烦，故大吨位墩头锚宜加大钢丝直径，由5mm 改为7mm，或改用钢绞线夹片锚 具。此外，墩头锚对钢丝的下料长度要求很精确，误差不得超过 1/300。误差过大，张拉时 可能由于受力不均匀发生断丝现象。 螺纹锚具，受力明确，锚固可靠；构造简单，施工方便；预应力损失小，在短构件中 也可使用，并能重复张拉、放松或拆卸；还可简单的采用套箍接长。 钢绞线夹片锚的特点是各根钢绞线均为单独工作，即 1 根钢绞线锚固失效不会影响全 锚，只需对失效锥孔的钢绞线进行补拉即可。但预留孔端部，因锚板锥孔布置的需要，必须 扩孔，故工作锚下的预留孔道一般需设置成喇叭形，或配套设置专门的铸铁喇叭形锚垫板。 扁形夹片锚具每个扁锚一般锚固 2～5 根钢绞线，采用单根逐一张拉，施工方便