结构设计原理作业

结构设计原理作业
21713221袁嘉伟12-1预应力混泥土结构是20世纪最具革命性的结构构思，是当今乃至今后桥梁结构的主要形式之一。

但从某种意义上讲，“任何一种结构（或材料）只要预先施加一定的力（压力或拉力），就可以承受平时状态下取法承受的应力（拉应力或压应力）”。

你对这句话是如何理解的？你举出两个以上利用预应力思想的例子吗？
答：我并不赞同这种说法。

首先，在正常配筋范围内，预应力混泥土梁的破坏弯矩主要与构件的组成材料受力性能有关，其破坏弯矩与同条件下普通钢筋混泥土梁的弯矩值几乎相同，而是否在受拉区钢筋中施加预应力对梁的破坏弯矩的影响很小。

这说明预应力混泥土结构并不能创造出超越其本身材料强度能力之外的奇迹，而只是大大改善了结构在正常实用阶段的工作性能。

其次，预应力是为了弥补普通钢筋混凝土的两个主要缺点（带裂缝工作和无法充分利用高强度材料）而应运而生，它的特点是开裂弯矩要比同截面、同材料的普通钢筋混泥土梁的开裂弯矩大很多，故预应力混泥土在外荷载下的裂缝的出现被大大推迟，使得，混泥土的耐久性得以显著增强，但并没有增强抗载能力。

最后，预应力使得刚强材料的使用成为可能，所以，任何结构使用高强材料施加预应力，的确能增强其承受能力，但这是由于高强材料的增幅作用引起的，并非是只要施加了预应力就能提高原结构本身的承载能力。

生活中运用预应力的例子很多，比如用铁箍紧木桶，木桶盛水而不漏；建筑工地用砖装卸砖块。

11-2 预应力混凝土结构按施工工艺（即张拉钢筋与浇筑混凝土的先后次序）分为先张法和后张法。

熟练掌握这两种施工方法的施工程序是学习后续课程的基础。

①先张法预应力混凝土的关键技术是如何保证预应力钢筋与混凝土的可靠粘结。

为了加强预应力筋与混凝土的粘结力，应采取那些措施？
②工程实践表明，后张法预应力混凝土管道灌浆质量是影响预应力混凝土结构耐久性的薄弱环节。

你对这一问题是如何认识的？按你现在的认识水平，应采取那些改进措施？建议读者在学完《桥梁工程》课以后，再思考一下这个问题，你有那些新的想法？
③在综合对比分析先张法和后张法优缺点的基础上，对“在中、小跨径桥梁中优先采用先张法”的设计建议，你是如何看的？对于分散建设的公路桥梁建设项目，推广先张法的主要障碍是什么？应如何解决？你有那些好的建议？
答：
①a、提高混泥土强度。

b、浇筑混泥土时，钢筋处于合适的位置，比如尽量使钢筋处于竖直位置，因
为水平位置钢筋比竖位钢筋的粘结强度显著降低。

c、保证钢筋间净距足够。

d、保证足够的保护层厚度。

e、尽量选择带肋钢筋。

②如果灌浆不密实，将会在浆体中存在气泡，当浆体硬化后，会形成空隙，有害气体和液体渗入后，极易造成钢筋腐蚀。

另外，如果配合比不合适，水泥浆易
产生离析干硬后收缩，产生空隙，也会影响耐久性。

改进措施：a、水泥浆应具有如下性能：具有高流动性；
不泌水，不离析，不沉降；
合适的凝结时间；
在塑形阶段具有良好的补偿收缩能力，且硬化后产生微膨胀；
具有一定的强度；
b、选择合适的配合比；
c、灌浆时要注意灌浆质量，努力做到密实，使浆体中少有气泡。

③“在中、小跨径桥梁中优先采用先张法”是由于先张法施工工序简单，预应力钢筋靠粘结力自锚，临时固定所用的锚具可以重复使用，因此大批量生产先张法预应力构建比较经济，质量也比较稳定。

对于分散建设的公路桥梁建设项目，推广先张法的主要障碍是由于分散建设的公路桥梁建设项目一般不会批量生产中小跨径桥梁构件，而对于大构件来说，因需要配合弯矩与剪力沿梁长度的分布而采用曲线配筋，使施工设备和工艺复杂化，且需要庞大的张拉台座，因而很少采用先张法。

而且大构件采用先张法预制好之后运输也不方便。

解决方法：在靠得比较近的公路桥梁建设工地，可以公用一套先张法工具。

11-3 预应力混凝土所用材料的基本性能在第一章已有介绍。

从材料选择角度分析，预应力混凝土结构为高强材料的合理应用提供了可能；从另一方面讲，预应力混凝土必须采用高强材料（即非用不可），为什么？
混凝土的收缩和徐变将引起预应力损失，从结构设计角度分析，影响徐变的主要因素是什么？
答：
预应力本就是为了弥补普通钢筋混凝土的两个主要缺点（带裂缝工作和无法充分利用高强度材料）而应运而生的材料。

a、只有使用高强度预应力钢筋，才能产生足够的预应力，从而使得混泥土在外荷载作用下的裂缝的出现大大推迟，进而提高混泥土结构的耐久性和工作性。

b、同时，也只有使用高强度混泥土才能保证高强度钢筋的强度得到充分的利用，否则，混泥土在钢筋屈服之前就被压碎，便不能充分发挥钢筋的强度。

所以预应力钢筋混泥土必须采用高强度材料。

c、预应力钢筋强度高，对于混泥土产生较大的轴向应力，采用低强度混泥土容易产生较大额度收缩和徐变，从而导致较大的预应力损失。

影响混泥土徐变值大小的主要因素是截面应力、持荷时间、混泥土的品质与加载龄期，以及构件尺寸和工作的环境。

12-4分析普通自行车车轮辐条的受力状态，试说明车轮辐条事先施加预加拉力的必要性以及不加预加力的辐条可能的破坏形态。

答：
（1）、分析受力状态：由于辐条属于细长杆件，在压力作用下极易失稳，所以在辐条与轮圈连接处的结构（单向受力的空心螺纹结构）只允许辐条受拉力，一旦辐条受压力就会与轮圈脱开。

这样也就不会出现辐条压杆失稳现象。

同时，为了保证轮圈的稳定性，辐条一般是有预拉力的。

当辐条预紧力足够大，车的载重比
较小时，辐条全部受拉力；当辐条预紧力比较小，车的载重比较大时，下面的辐条可能就不受力，这种状态往往会使轮圈变形，也就是常见的车轮不圆现象。

（2）、施加预加拉力的必要性：由于辐条属于细长杆件，在压力作用下极易失稳，所以在辐条与轮圈连接处的结构（单向受力的空心螺纹结构）只允许辐条受拉力，一旦辐条受压力就会与轮圈脱开。

这样也就不会出现辐条压杆失稳现象。

但是当辐条位于上部时由于承受拉力会有伸长量，此时下部辐条必然会有收缩，为了使此时下部辐条不受压力，必须在事先对其施加预加拉力来抵消这种收缩变形。

如果不加预加力，那么，当上部辐条收拉力而伸长时，下部辐条就会缩短而产生压应力，而属于细长杆件的辐条就极有可能失稳，从而使得车轮变形，失去承载能力。