现代桥梁预应力结构考试重点及课后习题

1、预应力混凝土的定义：根据需要人为引入某一数值的反向荷载、用以部分或全部抵消使用荷载的一种加筋混凝土。2、对预应力混凝土的三种理解：（1）是混凝土由脆性材料成为弹性材料；（2）预加应力充分发挥了高强钢材的作用，使其与混凝土能共同工作。从这一观点看，预加应力只是一种充分利用高强钢材的有效手段。所以，预应力混凝土又可看成是钢筋混凝土应用的扩展。这一概念清楚的告诉我们：预应力混凝土也不能超越材料本身的强度极限。（3）预加应力平衡了结构荷载。3、预应力度：衡量预应力混凝土结构施加预应力的大小程度，它能够影响结构在承载时的受力性能和结构变形程度。4、消压弯矩：使构件控制截面预压受拉边缘应力抵消到零时的弯矩。5、预应力混凝土的分类：一、按施工工艺：先张法、后张法；二、按预应力度分类：（1）国外的分类：全预应力混凝土、限值预应力混凝土、部分预应力混凝土、普通混凝土；（2）国内的分类：全预应力混凝土、部分预应力混凝土、钢筋混凝土；三、按预应力筋的位置分类：体内预应力混凝土、体外预应力混凝土。6、预应力混凝土结构所采用的混凝土应具有高强、轻质、高耐久性的性质。7、现代预应力结构设计中，采用了概率极限状态和容许应力的设计理论。8、提高钢材强度的三种方法：（1）在钢材成分中增加某些合金元素，如碳、锰、硅、铬等；（2）采用冷拔、冷拉、冷扭法提高钢材屈服强度；（3）用调质热处理、高频感应热处理、余热处理等方法。9、金属预应力筋分为：高强钢筋（螺纹锚）、钢丝（墩头锚）、钢绞线（夹片锚）。10、锚具按锚固方式分类：夹片式、支撑式、锥塞式、握裹式四种。11、预应力钢材对电化腐蚀、应力腐蚀两种类型比较敏感。12、高强钢丝按交货状态分为冷拉、矫直；按外形分为光面、螺旋肋、刻痕。14、钢绞线的环氧涂层两种工艺：单丝喷涂式、整体喷涂式。15、预应力钢筋一般取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显屈服点钢筋的强度限值。16、预应力筋的松弛试验通常在温度20℃、初始应力范围0.6fpu至0.8fpu的情况下进行。17、预应力混凝土结构中非预应力纵向钢筋宜选用HRB335、HRB400；箍筋宜选用Q235、HRB335和冷轧带肋钢筋。18、用于承受静、动荷载的预应力混凝土结构，其预应力钢绞线—锚具组装件，除应满足静载锚固性能要求外，尚应满足循环次数为200万次的疲劳性能试验。19、钢丝拉索体系包括冷铸锚具（或墩头锚具）和OVM钢丝成品索。20、钢绞线拉索体系包括钢绞线拉索锚具和WGS拉索群锚锚头。钢绞线拉索体系具有抗疲劳性能高、良好的异地施工性能、经济性好、良好的防护性能的优点。21、常用的无粘结预应力筋由15.2mm钢绞线、建筑油脂、热挤PE套管组成。22、连接器主要由连接体、夹片、保护罩、约束圈等组成。连接器用于连接构件的预应力筋接长，有单根、多根、扁形三种形式。23、预应力机具系列包括高压油泵、千斤顶、墩头器、挤压器、压花机等设备类产品。24、无粘结预应力施工工艺的基本特点与有粘结后张法预应力比较相似，区别在于：（1）由于避免了预留孔道、穿预应力筋及压力灌浆等施工工序，无粘结预应力的施工过程较为简单；（2）由于无粘结预应力筋通长与混凝土无粘结，其预应力的传递完全依靠构件两端的锚具，因此无粘结预应力对锚具要求非常高。25、一套完整的体外预应力体系的组成应包括体外预应力防护系统和体外预应力减振器等。26、张拉千斤顶在整拉整放工艺中，单束初调及张拉宜采用穿心式双作用千斤顶；整体张拉和整体放张宜采用自锁式千斤顶。27、压力表应选用防震型，压力表的最大读数应为张拉力的1.5至2.0倍，精度不低于1.0级，校正有效期为一周。28、张拉预应力钢筋束应按照：左右对称、上下平衡的张拉顺序原则。钢绞线下料按设计长度加张拉设备长度的总产度下料。预应力筋的实际伸长值除张拉时测的伸长值外，还应加上初应力时的推算伸长量。预应力混凝土全梁断丝、滑丝总数不得超过该断面钢丝总数的0.5%，且一束内断丝数不得超过一丝。压浆设备应包括搅拌器、储浆桶及一个带所需的连接软管和阀门的压浆泵、水、水泥和灌浆料的测量装置与测试设备。埋入式制孔器形成的孔道系统由孔道连接器、进浆口、出浆口、出气口（阀门）、阀链接、孔道排水、锚具过渡段及与锚具连接的压浆保护罩组成一个封闭的孔道系统。水泥浆的搅拌时间应根据适用性试验结果确定，对于叶片式搅拌器不应超过4min，对于高速强制式搅拌器为2min。压浆设备应包括一个最大孔径为1.2mm的滤网。压浆泵应使水泥浆能连续流动并能够保持至少1Mpa的压力。水泥浆的温度不能超过40℃，也不宜低于5℃。真空辅助压浆设备包括：水泥浆搅拌机、压浆泵、计量设备、储浆桶、过滤网、高压橡胶管、连接头、控制阀。29、先张法施工工序：在台座上张拉预应力筋至预定长度后，将预应力筋固定在台座的传力架上；然后在张拉好的预应力筋周围浇注混凝土；待混凝土达到一定的强度后（约为混凝土设计强度的70%左右）切断预应力筋。由于预应力筋的弹性回缩，使得与预应力筋粘结在一起的混凝土受到预压作用。因此，先张法是靠预应力筋与混凝土之间的粘结力来传递预应力的。30、后张法施工工艺：先浇注好混凝土构件，并在构件中预留孔道（直线或曲线形）；待混凝土达到预期强度后（一般不低于混凝土设计强度的75%），将预应力钢筋穿入孔道；利用构件本身作为受力台座进行张拉（一端锚固一端张拉或两端同时张拉），在张拉预应力钢筋的同时，使混凝土受到预压。张拉完成后，在张拉端用锚具将预应力筋锚住；最后在孔道内灌浆使预应力钢筋和混凝土构成一个整体，形成有粘结后张法预应力结构。31、体外预应力施工工艺：先浇注好混凝土构件，并在构件中预埋预应力筋转向块；待混凝土达到预期强度后（一般不低于混凝土设计强度的75%），穿入预应力筋、并定位；利用构件本身作为受力台座进行张拉（一端锚固一端张拉或两端同时张拉），在张拉预应力筋的同时，使混凝土受到预压。张拉完成后，在张拉端用锚具将预应力筋锚住，从而行成体外预应力结构。32、真空灌浆工艺流程：张拉完成；封锚；清理注浆孔；连接注浆设备；启动真空泵，抽真空；启动注浆泵，开始注浆；关闭真空泵，注浆泵继续工作；关闭注浆泵，完成注浆；进行下一道注浆；清理注浆设备。33、真空辅助压浆工艺特点：（1）可以排除普通压浆引起的气泡。同时，在孔道中残留的水珠在接近真空的情况下被气化，随同空气一起被抽出，增加了浆体的密实度。（2）消除混在浆体中的气泡，这样就避免了有害水积聚在预应力筋附近的可能性，防止预应力筋的腐蚀。（3）优良的浆体设计，使其不会发生析水、干硬收缩等问题。（4）孔道在真空状态下，减小了由于孔道高低弯曲而使浆体自身形成的压力差，便于浆体充满整个管道，对于弯形、U形、竖向预应力筋更能体现其优越性。34、预应力张拉控制应力：指预应力筋张拉时锚下的控制应力，其值宜定得高一些，以便使混凝土能获得较高的预压应力，从而提高构件的抗裂性，减小变形。其值定得过高则会：（1）可能会引起钢丝破断；（2）其值越高，预应力筋的应力松弛也将越大；（3）其值越高，预应力混凝土构件没有足够的安全系数来防止混凝土的脆裂；（4）反拱过大不易恢复；（5）后张法构件还可能在预拉区出现裂缝或产生局部受压破坏。35、预应力损失：在预应力结构施工及使用过程中，由于张拉工艺、材料特性及环境条件的影响等原因，使得预应力筋中的拉应力不断降低。满足设计需要的预应力筋中的拉应力值，应是张拉控制应力扣除预应力损失后的有效预应力。瞬时损失：施加预应力时短时间内完成的损失，包括锚具变形和钢筋滑移、混凝土弹性回缩、先张法蒸汽养护及折点摩阻、后张法孔道摩擦及分批张拉损失等。长期损失：考虑了材料的时间效应所引起的预应力损失，主要包括了混凝土的收缩、徐变和预应力松弛的损失。36、松弛：在持续高应力的作用下，如果长度和温度保持不变，钢材的应力随时间增长而降低的现象。蠕变：如果应力与温度不变，钢材的应变随时间而增加的现象。37、分项计算法：（1）预应力筋与孔道壁之间摩擦引起的应力损失；（2）锚具变形、预应力筋回缩和分块拼装构件接缝压密引起；（3）预应力筋和台座之间温差引起；（4）混凝土弹性压缩引起；（5）预应力筋松弛引起；（6）混凝土收缩和徐变引起。38、减小预应力损失的措施：【接37】（1）采用两端张拉；进行超张拉；在接触材料表面涂水溶性润滑剂，以减少摩擦损失；提高施工质量，减少钢筋位置偏差；尽可能避免使用连续弯束及超长束，同时采用超张拉方法克服此项应力损失。（2）采用超张拉，可以部分抵消锚固损失；对直线预应力钢筋可采用一端张拉方法；选择锚具变形和内缩值较小的锚具；减少垫板块数或螺帽个数；先张法时选择较长的台座；（3）对先张法构件可采用两次升温养护的措施；（4）尽量减少后张法构件的分批张拉次数；（5）采用低松弛预应力筋；进行超张拉；（6）控制混凝土法向压应力；采用高强度等级水泥，以减少水泥用量；采用级配良好的骨料及掺加高效减水剂，减少水灰比；延长混凝土的受力时间，即控制混凝土的加载龄期；振捣密实，加强养护。39、摩擦损失主要由孔道的弯曲和管道的偏差两部分影响产生。预应力钢筋的最大控制应力：钢丝、钢绞线不应超过0.80fpk，精轧螺纹钢筋不应超过0.95fpk。后张法构件预应力曲线钢筋由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失，应考虑钢筋与管道间反向摩擦的影响。部分预应力混凝土构件的混凝土收缩与徐变引起的预应力损失计算应当考虑非预应力钢筋含筋率的影响。美国混凝土学会（ACI）提出的时步分析法以除去各项瞬时损失后的初始预应力作为长期损失计算的基点。40、预应力混凝土结构从张拉预应力筋到承受极限荷载破坏，其受力过程大致分为三个阶段：施加预应力阶段、正常使用阶段、承载能力极限阶段。先张法和后张法在施加预应力阶段的受力稍有不同，其中主要区别在于预应力损失的计算和在施加预应力阶段换算截面的取值等方面。全预应力混凝土构件在正常使用阶段经历的时间比较长，在这一阶段，一般假定预应力损失已全部完成；全预应力混凝土构件在这一阶段处于弹性工作状态。在预应力混凝土受弯截面开裂之前，外弯矩的增加主要有内力臂的增加来抵抗。我国规范要求预应力混凝土受弯截面的最小配筋率为Mu/Mcr1.0时的配筋率，其中Mu为截面的计算抗弯承载力，Mcr为截面的开裂弯矩。预应力混凝土受弯构件与普通钢筋混凝土受弯构件一样，主要有两类剪切裂缝：腹剪斜裂缝、弯剪斜裂缝。弯剪斜裂缝是弯曲裂缝的斜向扩展，它的扩展主要是因为剪应力和弯曲拉应力的共同作用所致。实际工程中的受扭构件包括：平衡扭转构件、协调扭转构件。要有效提高预应力混凝土构件的抗扭承载力，需同时增加纵向钢筋与箍筋。预应力混凝土抗扭构件的抗扭承载力应包括：开裂前混凝土提供的抗扭承载力、抗扭钢筋提供的抗扭承载力、预加力对混凝土抗扭承载力的影响。当前预应力混凝土局部受压承载力的计算理论主要有：掏箍理论、剪切理论。预应力混凝土平板节点的抗冲切承载力，主要取决于混凝土的强度和有效预压应力值，此外还与板的有效高度、柱的边长和形状、受拉钢筋、板的双向性质等因素有关。41、锚下局部承压破坏有几种情况？有何控制措施？一种是由于集中压力的作用，在锚具与混凝土接触面局部压碎；另一种是由于压力曲线垂直方向的拉应力达到混凝土抗拉强度极限出现裂缝而破坏。为避免这两种破坏，一方面要有足够的局部承压面积；一方面要设置钢筋网片，以限制其横向扩张，从而提高局部承压能力。42、在相对湿度低于60%的环境中，混凝土的钢筋很少发生腐蚀，在干湿循环环境中钢筋腐蚀最为严重。确定裂缝等级需根据混凝土结构构件的功能要求、坏境条件对钢筋的腐蚀影响、钢筋种类对腐蚀的敏感性、荷载作用的时间等四个方面的因素来确定。关于裂缝宽度的计算，PPC建议中提供了两种方法：计算特征裂缝宽度；采用名义拉应力。预应力混凝土受弯构件的挠度应按照荷载效应标准组合并采用考虑荷载长期作用影响的刚度来进行计算。预应力混凝土构件正截面的抗裂性是通过正截面混凝土的荷载短期效应组合作用下的截面受拉边缘的法向力应力来控制；斜截面的抗裂性是通过斜截面混凝土的荷载短期效