2019二级注册建筑师《建筑结构与设备》复习知识点：混凝土结构的基本知识

一、基本概念

预应力混凝土结构，是在结构承受外荷载前，预先对构件受拉区混凝土施加一个预压应力，以抵消或减少结构在荷载作用时产生的拉应力。

(一)预应力混凝土的优点

(l)提高了结构的抗裂性能;

(2)可以合理有效地利用高强钢筋和高强混凝土，从而减少截面尺寸，减轻结构自重，得到较好的技术经济指标;

(3)可以提高构件的刚度，减少变形;

(4)可以提高构件的抗疲劳性能;

(5)预应力技术可作为大跨度结构分段预制后的拼装手段;

(6)预应力技术可以调整结构的内力和变形，所以它成为各类结构修复和加固的主要技术措施;

(7)扩大了混凝土结构工程的应用领域。

(二)预应力混凝土的分类

(l)按施加预应力的大小来划分，可分为：全预应力混凝土、有限预应力混凝土、部分预应力混凝土和普通钢筋混凝土结构。

(2)按预应力筋与混凝土之间有无粘结来划分，可分为：有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土结构。

二、施加预应力的方法

对混凝土施加预应力，一般是通过张拉钢筋(此筋称为预应力钢筋)，利用钢筋的回缩来挤压混凝土，使混凝土受到预压应力(同时预应力筋中也存在着预拉应力)。

根据钢筋受拉与浇筑混凝土的先后次序，可分为先张法和后张法两大类。

(1)先张法：首先在台座上张拉钢筋，然后浇筑混凝土;待混凝土养护达设计规定的强度等级时，再切断钢筋，钢筋回缩使混凝土获得预压应力。

(2)后张法：首先浇筑构件的混凝土;待混凝土养护达设计规定的强度等级时，将钢筋穿人预留孔道进行张拉并用锚具将钢筋锚固在构件上，使混凝土获得预压应力。

三、张拉控制应力和预应力损失

(一)张拉控制应力

张拉预应力钢筋时允许的最大张拉应力称为张拉控制应力，记为σcon。

张拉控制应力值：不宜超过表4-8中的限值。消除应力钢丝、钢绞线、中强度预应力钢丝的张拉控制应力值不应小于0.4fptk;预应力螺纹钢筋的张拉控制值不宜小于0.5fptk。

当符合下列情况之一时，表4-8中的限值可提高0.05 fptk。

(1)要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设置的预应力钢筋;

(2)要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。

(二)预应力损失值

(1)钢筋张拉完毕或经历一段时间后，钢筋中的张拉应力将逐渐降低，这种降低称为预应力损失。预应力损失会降低预应力效果(如构件的抗裂度和刚度降低)，若损失过大，甚至会起不到预应力的作用。所以在设计和施工中应尽可能地减少预应力损失。

(2)引起预应力损失的因素很多，目前规范规定计算的有如下6种预应力损失：

l)张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的损失(σl1);

2)预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失(σl2);

3)混凝土加热养护时，受张拉钢筋与承受拉力的设备之间的温差所引起的损失(σl3);

4)预应力钢筋的应力松弛引起的损失(σl4);

5)混凝土的收缩和徐变引起的损失(σl5);

6)用螺旋式预应力筋作配筋的环形结构，当直径d≤3m时，由于混凝土的局部挤压引起的损失(σl6)。

对计算求得的预应力总损失值，不得小于下列数值：

先张法构件：l00N/mm2后张法构件：80N/mm2

(3)预应力损失值的组合

预应力构件在各阶段的预应力损失值宜按表4-9的规定进行组合。

四、预应力混凝土结构构件计算内容和其他

预应力混凝土结构构件，除应根据使用条件进行承载力计算及变形、抗裂、裂缝宽度和应力验算外，尚应按具体情况对制作、运输及安装等施工阶段进行验算。

当预应力作为荷载效应考虑时，其设计值在《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)中的有关章节计算公式中给出。当预应力效应对结构有利时，对承载能力极限状态，预应力分项系数应取1.0，不利时应取1.2;正常使用极限状态，预应力分项系数应取1.0。

例题：

1.某工程位于平均相对湿度大于60%的一类环境下，其钢筋混凝土次梁(以受弯为主)的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限值取下列何值为宜?

(A)三级，0.2mm

(B)三级，0.3mm

(C)三级，0.4mm

(D)二级，0.2mm

【答案】B

【说明】参见《混凝土结构设计规范》(GB 50010～2002)3.3.4条，表3.3.4。平均相对湿度大于60%的一类环境下，钢筋混凝土构件裂缝控制等级为三级，最大裂缝宽度限值为0.3mm。

2.在预应力混凝土结构中，预应力钢筋超张拉的目的，以下叙述何为正确?

(A)使构件的承载能力更高

(B)减小预应力损失

(C)利用钢筋屈服后的强度提高特性

(D)节省预应力钢筋

【答案】B

【说明】在预应力混凝土结构中，顸应力钢筋超张拉的目的是减小预应力损失。

3.对后张法有黏结预应力混凝土构件，以下哪些因素可造成预应力损失?

Ⅰ.张拉端锚具变形和钢筋滑动

Ⅱ.预应力筋与孔道壁之间的摩擦

Ⅲ.预应力筋应力松弛

Ⅳ.混凝土收缩、徐变

(A)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

(B)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

(C)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

(D)Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ

【答案】B

【说明】对后张法有黏结预应力混凝土构件，引起预应力损失的主要原因有：①张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的损失;②预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失;③预应力筋的应力松弛引起的损失;④混凝土收缩和徐变引起的损失。

4.钢筋混凝土框架柱的混凝土强度等级为c50，处于室内正常环境，其纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于钢筋的直径，且不应小于下列哪一个数值?

(A)20mm;

(B)25mm

(C)30mm;

(D)35mm

【答案】C

【说明】由《混凝土结构设计规范》(GB 50010--2002)第3.4.1条得到室内正常环境为一类环境类别，再根据第9.2.1条表9.2.1确定，即表4-1。

5.为控制大体积混凝土的裂缝，采用下列何项措施是错误的?

(A)选用粗骨料

(B)选用快硬水泥

(C)掺加缓凝剂

(D)减少水泥用量，降低水灰比

【答案】B

【说明】大体积混凝土的开裂主要由水化过程中产生的热量造成，水化有先有后，热量的产生部位必然不均匀，因而在混凝土中产生内应力，造成开裂。因而快硬水泥的选用将增加混凝土内部不周部位水化速度的差异，进而使开裂更加恶化。

6.下列关于预应力混凝土的论述何项是错误的?

(A)无黏结预应力采用后张法施工

(B)水下环境中的结构构件应采用有黏结预应力

(C)中等强度钢筋不适用作为预应力筋，是由于其有效预应力低

(D)施加预应力的构件，抗裂性提高，故在使用阶段都是不开裂的

【答案】D

【说明】先张法通过钢筋和混凝土之间的黏结应力传递应力，因而先张法中不能采用无黏结预应力;水下环境中预应力钢筋容易锈蚀，应采用有黏结预应力;为得到较高的有效预应力，应采用高强度钢筋;虽然预应力构件具有良好的抗开裂性能，但是并不能保证在使用阶段完全不开裂，是否开裂，应视预应力的大小及使用荷载的大小确定。

7.关于先张法预应力混凝土的表述下列何者正确?

Ⅰ.在浇灌混凝土前张拉钢筋;Ⅱ.在浇灌混凝土后张拉钢筋

Ⅲ.在台座上张拉钢筋;Ⅳ.在构件端部混凝土上直接张拉钢筋

(A)Ⅰ+Ⅲ

(B)Ⅰ+Ⅳ

(C)Ⅱ+Ⅲ

(D)Ⅱ+Ⅳ

【答案】A

【说明】先张法预应力混凝土的施工循序为：在台座上张拉钢筋，浇灌混凝土，混凝土养护，放张。

8.关于规范规定的纵向受拉钢筋的最小锚固长度la，以下叙述何为正确?

(A)钢筋混凝土构件中所有纵向钢筋均应满足

(B)钢筋混凝土构件中纵向受拉钢筋均应满足

(C)当计算中充分利用其抗拉强度的纵向受拉钢筋应满足

(D)端部有弯钩的Ⅰ级钢筋可不满足

【答案】C

【说明】参见《混凝土结构设计规范》(GB50010一2002)9.3.1条。当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，受拉钢筋的锚固长度应符合最小锚固长度要求。现在“Ⅰ级钢筋”改为“HPB235”。

9.钢筋在混凝土中的锚固长度与以下何因素无关?

(A)钢筋的表面形状

(B)构件的配筋率

(C)构件和混凝土的强度等级

(D)钢筋直径

【答案】B

10.现浇钢筋混凝土剪力墙结构，当屋面有保温层或隔热措施时，伸缩缝的最大间距为以下何值?

(A)40m

(B)45m

(C)55m

(D)65m

【答案】B

【说明】参见《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)9.1.1条，表9.1.1。当屋面板上部有保温或隔热措施时，现浇钢筋混凝土剪力墙房屋，其伸缩缝的最大间距为45m。