【土木建筑】06荷载与结构设计方法.ppt

第6章 其他荷载与作用,返回总目录,温度作用 变形作用 爆炸作用 浮力作用 制动力,本章内容,离心力预应力思考题习题,温度作用,一、温度作用的概念 当结构物所处环境的温度发生变化，且结构或构件的热变形受到边界条件约束或相邻部分的制约，不能自由胀缩时，就会在结构或构件内形成一定的应力，这个应力被称为温度应力，即温度作用，指因温度变化引起的结构变形和附加力。温度作用不仅取决于结构物环境的温度变化，它还与结构或构件受到的约束条件有关。在土木工程中所遇到的许多因温度作用而引发的问题，从约束条件看大致可分为两类。第一类，结构物的变形受到其他物体的阻碍或支承条件的制约，不能自由变形。现浇钢筋混凝土框架结构的基础梁嵌固在两柱基之间，基础梁的伸缩变形受到柱基约束，没有任何变形余地(图6.1)。排架结构支承于地基，当上部横梁因温度变化伸长时，横梁的变形使柱产生侧移，在柱中引起内力；柱子对横梁施加约束，在横梁中产生压力(图6.2)。,图6.1 基础梁嵌固于柱基之间,图6.2 排架结构受到支承条件的约束,第二类，构件内部各单元体之间相互制约，不能自由变形。简支屋面梁在日照作用下屋面温度升高，而室内温度相对较低，简支梁沿梁高受到不均匀温差作用，产生翘曲变形，在梁中引起应力。大体积混凝土梁结硬时，水化热使得中心温度较高，两侧温度偏低，内外温差不均衡在截面引起应力，产生裂缝。二、温度应力的计算 结构物受温度变化的影响应根据不同结构类型和约束条件进行分类而分别计算。一类是静定结构在温度变化时能够自由变形，结构物无约束应力产生，故无内力。但由于任何材料都具有热胀冷缩的性质，因此静定结构在满足其约束的条件下可自由地产生变形，这时应考虑结构的这种变形是否超过允许范围。此变形可由变形体系的虚功原理并按下式计算：(6-1)式中，pt结构中任一点P沿任意方向p-p的变形；材料的线膨胀系数(1/)，温度每升高或降低1，单位长度构件的伸长 或缩短量，几种主要材料线膨胀系数见表6-1；t0 杆件轴线处的温度变化；杆件上、下侧温差的绝对值；,温度作用,h杆件截面高度；杆件的 图的面积，图为虚拟状态下轴力大小沿杆件的分布图；杆件的 图的面积，图为虚拟状态下弯矩大小沿杆件的分布图。表6-1 常用材料线膨胀系数,温度作用,对于超静定结构存在有多余约束或物体内部单元体相互制约的构件，温度改变引起的变形将受到限制，从而在结构内产生内力。这一温度作用效应的计算，可根据变形协调条件，按结构力学或弹性力学方法确定。受均匀温差T作用的两端嵌固于支座的梁(图6.3)。若求此梁温度应力，可将其一端解除约束，成为一静定悬臂梁。悬臂梁在温差T的作用下产生的 的自由伸长量及相对变形值可由下式求得：(6-2)(6-3)式中，T温差()；L梁跨度(m)。,如果悬臂梁右端受到嵌固不能自由伸长，梁内便产生约束力，约束力N的大小等于将自由变形梁压回原位所施加的力(拉为正，压为负)，即(6-4)截面应力为：(6-5)式中，E材料弹性模量；A材料截面面积；杆件约束应力。由式(6-5)可知，杆件约束应力只与温差、线膨胀系数和弹性模量有关，其数值等于温差引起的应变与弹性模量的乘积。,温度作用,图6.3 两端嵌固的梁与自由变形梁示意图,由式(6-5)可知，杆件约束应力只与温差、线膨胀系数和弹性模量有关，其数值等于温差引起的应变与弹性模量的乘积。(2)排架横梁受到均匀温差T作用如图6.4所示。,温度作用,横梁受温度影响伸长(若忽略横梁的弹性变形)，此即柱顶产生的水平位移。K为柱顶产生单位位移时所施加的力(柱的抗侧刚度)，由结构力学可知；(6-6),图6.4 排架横梁受温度应力示意图,柱顶所受到的水平剪力为：(6-7)式中，I柱截面惯性矩；H柱高；L横梁长(结构物长)。由此可见，温度变化在柱中引起的约束内力与结构长度成正比。当结构物长度很长时，必然在结构中产生较大温度应力。为了降低温度应力，只能缩短结构物的长度，这就是过长的结构每隔一定距离必须设置伸缩缝的原因。,温度作用,所谓变形作用，实质上是结构物由于种种原因引起的变形受到多于约束的阻碍，而导致结构物产生内力。主要原因有：由于外界因素造成结构基础的移动或不均匀沉降；由于自身原因收缩或徐变使构件发生伸缩变形，二者均导致结构或构件产生内力。因而从广义上来说，这种变形作用也是荷载。当静定结构体系发生符合其约束条件的位移时，不会产生内力；而当超静定结构体系的多余约束限制了结构自由变形时，基础的移动和不均匀沉降或当混凝土构件在空气中结硬产生收缩以及在不变荷载的长期作用下发生徐变时，由于构件与构件之间、钢筋与混凝土之间相互影响、相互制约，不能自由变形，都会引起结构内力。超静定结构由于变形作用引起的内力和位移计算应遵循力学基本原理，可根据长期压密后的最终沉降量、收缩量、徐变量，由静力平衡条件和变形协调条件计算构件截面附加内力和附加变形。,变 形 作 用,一、爆炸的概念及其类型 爆炸是物质系统在足够小的容积内，以极短的时间突然迅速释放大量能量的物理或化学过程。按照爆炸发生的机理和作用的性质，又可分为物理爆炸(锅炉爆炸)、化学爆炸(炸药爆炸和燃气爆炸)和核爆炸(核裂变原子弹和核聚变氢弹)等多种类型。因此爆炸作用是一种复杂的荷载。核爆炸发生时，压力波在几毫秒内即可达到峰值，且压力峰值相当高，正压作用后还有一段负压段，如图 6.5(a)所示。化学爆炸和燃气爆炸压力升高相对依次较慢(图6.5(b)、(c)，峰值压力亦较核爆炸低较多，但化学爆炸正压作用时间短，约从几毫秒到几十毫秒，负压段更短，而燃气爆炸是一个缓慢衰减的过程，正压作用时间较长，负压段很小，甚至测不出负压段。,爆 炸 作 用,(a)核爆炸(b)化学爆炸(c)燃气爆炸图6.5 压力-时间曲线,由于爆炸是在极短的时间内压力达到峰值，使周围气体迅猛地被挤压和推进，从而产生过高的运动速度，形成波的高速推进，这种使气体压缩而产生的压力称为冲击波。它会在瞬间压缩周围空气而产生超压，超压是指爆炸压力超过正常大气压，核爆、化爆和燃爆都产生不同幅度的超压。冲击波的前锋犹如一道运动着的高压气体墙面，被称为波阵面，超压向发生超压空间内的各表面施加挤压力，作用效应相当于静压。冲击波所到之处，除产生超压外，还带动波阵，而后空气质点高速运动引起动压，动压与物体形状和受力面方位有关，类似于风压。燃气爆炸的效应以超压为主，动压很小，可以忽略，所以燃气爆炸波属压力波。二、爆炸对结构的影响及荷载计算 爆炸对结构产生破坏作用，其破坏程度与爆炸的性质和爆炸物质的数量有关。爆炸物质数量越大，积聚和释放的能量越多，破坏作用也越剧烈。爆炸发生的环境或位置不同，其破坏作用也不同，在封闭的房间、密闭的管道内发生的爆炸其破坏作用比在结构外部发生的爆炸要严重得多。当冲击波作用在建筑物上时，会引起压力、密度、温度和质点迅速变化，而其变化是结构物几何形状、大小和所处方位的函数。,爆 炸 作 用,(1)当爆炸发生在一密闭结构中时，在直接遭受冲击波的维护结构上受到骤然增大的反射超压，并产生高压区，这时的反射超压峰值：(6-8)式中，最大的反射超压(kPa)；入射波波阵面上的最大超压(kPa)；反射系数，取值为28。如果燃气爆炸发生在生产车间、居民厨房等室内环境下，一旦发生爆炸，常常是窗玻璃被压碎，屋盖被气浪掀起，导致室内压力下降，反而起到了泄压保护的作用。Dragosavic在体积为20m3的实验房屋内测得了包含泄爆影响的压力时间曲线，经过整理绘出了室内理想化的理论燃气爆炸的升压曲线模型(图6.6)。图中A点是泄爆点，压力从O开始上升到A点出现泄爆(窗玻璃压碎)，泄瀑后压力稍有上升随即下降，下降过程中有时出现短暂的负超压，经过一段时间，由于波阵面后的湍流及波的反射出现高频振荡。图中Pv为泄爆压力，P1为第一次压力峰值，P2为第二次压力峰值，P4为高频振荡峰值。该试验是在空旷房屋中进行的，如果室内有家具或其他器物等障碍物，则振荡会大大减弱。,爆 炸 作 用,对易爆建筑物在设计时需要有一个压力峰值的估算，作为确定窗户面积、屋盖轻重等的依据，使得易爆场所一旦发生燃爆能及时泄爆减压。Dragosavic 给出了最大爆炸压力计算公式：(6-9)式中，最大爆炸压力(kPa)；泄压系数，房间体积与泄压面积之比；Pv泄压时的压力(kPa)。公式(6-9)不适用于大体积空间中爆炸压力估算和泄压计算。,爆 炸 作 用,图6.6 Dragosavic理论燃气爆炸升压曲线模型,(2)爆炸冲击波绕过结构物对结构产生动压作用。由于结构物形状不同，维护结构面相对气流流动方向的位置也不同。可用试验确定的表面阻力系数 Cd(对矩形结构物取 1.0)表示，这样动压作用引起的维护结构面压力等于，因此维护结构迎波面压力从 衰减到，其单位面积平均压力(kPa)为：(6-10)式中，为冲击波产生的动压(kPa)。注意维护结构的顶盖、迎波面及背波面上的每一点，压力自始至终为冲击波超压与动压作用之和。不同之处在于由于涡流等原因，产生作用力的方向不同，压力Cd取正，吸力Cd取负，且作用时间不同。在冲击波超压和动压共同作用下，结构物受到巨大的挤压作用，加之前后压力差的作用，使得整个结构物受到超大水平推力，导致结构物平移和倾斜。而对于烟囱、桅杆、塔楼及桁架等细长形结构物，由于它们的横向线性尺寸很小，则所受合力就只有动压作用，因此结构物容易遭到抛掷和弯折。,爆 炸 作 用,(3)地面爆炸冲击波对地下结构物的作用与对上部结构的作用有很大不同。主要影响因素有：地面上空气冲击波压力参数引起岩土压缩波向下传播并衰减；压缩波在自由场中传播时参数变化；压缩波作用于结构物的反射压力取决于波与结构物的相互作用。根据人民防空地下室设计规范(GB 500381994)，综合考虑各种因素，采用简化的综合反射系数法的半经验实用计算方法。采用将地面冲击波超压计算的结构物各自的动载峰值，根据结构的自振频率以及动载的升压时间查阅有关图表得到荷载系数，最后再换算成作用在结构物上的等效静载。其中：压缩波峰值压力：(6-11)结构顶盖动载峰值：(6-12)结构侧维护动载峰值：(6-13)底板动载峰值：(6-14),爆 炸 作 用,地面上空气冲击波超压(kPa)；h地下结构物距地表深度(m)；衰减系数，对非饱和土，主要由颗粒骨架承受外加荷载，因此传播时衰减相对大，而对饱和土，主要靠水分来传递外加荷载，因此传播时衰减很小，一般为0.030.1(适合于核爆炸，对一般燃气爆炸或化学爆炸衰减的速率要大得多)；顶盖深度处自由场压缩波压力峰值(kPa)；综合反射系数，与结构埋深、外包尺寸及形状等复杂因素有关，一般对饱和土中结构取1.8。压缩波作用下的侧压系数，按表6-2取值；底压系数，对饱和土和非饱和土中结构分别取0.81.0和0.50.75。表6-2 侧压系数,爆 炸 作 用,侧压系数,如果结构物或基础的底面置于地下水位以下，这时底面受到的浮力如何计算至今仍是一个值得研究的问题。一般讲，地下水或地表水能否通过土的孔隙、联通或溶入到结构物或基础底面是产生水的浮力的必要条件，为此，浮力的计算主要取决于土的物理特性。当地下水能够通过土的孔隙溶入到结构物或基础的底面，且土的固体颗粒与结构基底之间的接触面很小，可以把它们作为点的接触时，才可以认为土中结构物或基础处于完全浮力状态(如对粉土或砂性土等)。若固体土颗粒与结构物或基础底面之间的接触面较大，而且各个固体颗粒的联贯是由胶结连接而形成(如对密实的粘性土)，地下水不能充分渗透到土和结构物或基础底面之间，则土中结构物或基础不会处于完全的浮力作用状态。浮力作用可根据地基土的透水程度，按照结构物丧失的重量等于它所排开的水重这一浮力原则计算。从安全角度出发，结构物或基础受到的浮力可按如下考虑。(1)如果结构物置于透水性饱和的地基上，可认为结构物处于完全浮力状态。(2)如果结构物置于不透水性地基上，且结构物或基础底面与地基接触良好，可不考虑水的浮力。(3)如果结构物置于透水性较差的地基上，可按50%计算浮力。,浮 力 作 用,(4)如果不能确定地基是否透水，应从透水和不透水两种情况与其他荷载组合，取其最不利者；对于粘性土地基，浮力与土的物理特性有关，应结合实际情况确定。(5)对有桩基的结构物，作用在桩基承台底部的浮力，应考虑全部面积，但桩嵌入不透水持力层者，计算承台底部浮力时应扣除桩的截面积。注意两点：在确定地基承载力设计值时，无论是结构物或基础底面以下的天然重度还是底面以上土的加权平均重度，地下水位以下一律取有效重度；设计时应考虑到地下水位并不是一成不变的而是随季节会产生涨落。,爆 炸 作 用,一、汽车制动力 汽车制动力是汽车在桥上刹车时为克服汽车的惯性力在车轮与路面之间产生的滑动摩擦力。公路桥涵设计通用规范(JTJ 0211989)把经常、大量出现的汽车荷载排列成车队形式，作为设计荷载。但事实上，在桥上成列车队同时刹车的概率极小，制动力的取值仅为摩擦系数乘以桥上成队车辆重力的一个部分。公路桥涵设计通用规范(JTJ 0211989)规定：当桥涵为一或二车道时，制动力按布置在荷载长度内的一行汽车车队总重量的10%计算，但不得小于一辆车重的30%；对于四车道的桥梁，制动力取上述规定数值的2倍。履带车和平板挂车不计制动力。城市桥梁以两条及两条以上加载车道为标准，当设计一个车道时，取城-A级汽车制动力160kN或10%车道荷载与城-B级汽车制动力90kN或10%车道荷载二者的较大值。制动力的方向为车行驶方向，其作用点在车辆的竖向重心线与桥面以上1.2m高处水平线的交点。在计算墩台时，可移至支座中心处(铰或滚轴中心)或滑动、橡胶、摆动支座的底板面上，在计算刚架桥、拱桥时，可移至桥面上，但不计由此而产生的力矩。二、吊车制动力 在工业厂房中常设有吊车，吊车在运行中的刹车会产生制动力。因此在设计有吊车厂房结构时，一般需考虑吊车运行时大车和小车的刹车产生的纵向和横向水平制动力。,制 动 力,吊车纵向水平制动力(图6.7)是由吊车桥架沿厂房纵向运行时制动引起的惯性力产生的，其大小受制动轮与轨道间的摩擦力的影响，当制动惯性力大于制动轮与轨道间的摩擦力时，吊车轮将在轨道上滑动。经实测，吊车轮与钢轨间的摩擦系数一般小于0.1，所以吊车纵向水平荷载可按一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用。制动力的作用点位于刹车轮与轨道的接触点，方向与车的行驶方向一致。吊车横向水平制动力(图6.8)是吊车小车及起吊物沿桥架在厂房横向运行时制动所引起的惯性力。该惯性力与吊钩种类和起吊物重量有关，一般硬钩吊车比软钩吊车的制动加速度大。另外，起吊物越重，一般运行速度越慢，制动产生的加速度则较小。故建筑结构荷载规范(GB 500092001)规定，吊车横向水平荷载按下式计算：(6-15),制 动 力,图6.7 吊车纵向制动力,图6.8 吊车横向制动力,式中，G小车重量；W吊车额定起重量；制动系数。对于硬钩吊车取0.2；对于软钩吊车，当额定起重量不大于10t时，取0.12，当额定起重量为1050t时，取0.1，当额定起重量不小于75t时，取0.08。横向水平荷载应等分于桥架的两端，分别由车轮平均传至轨道，其方向与轨道垂直，并考虑正反两个方向的刹车情况。建筑结构荷载规范(GB 500092001)规定：悬挂吊车的水平荷载应由支撑系统承受，可不计算；手动吊车及电动葫芦可不考虑水平荷载。计算排架考虑多台吊车水平荷载时，由于同时启动和制动的机会很小，对单跨或多跨的每个排架，参与组合的吊车台数不应多于两台。多台吊车的荷载折减系数见表2-7。吊车荷载的组合值、频遇值及准永久值系数见表2-8。三、汽车竖向冲击力 车辆在桥面上高速度行驶时，由于桥面不平整或车轮不圆或发动机抖动等多种原因，都会引起车体上下振动，使得桥跨结构受到影响。车辆在动载作用下产生的应力和变形要大于在静载作用下产生的应力和变形，这种由于动力作用而使桥梁发生振动造成内力和变形增大的现象称为冲击作用。目前对冲击作用尚不能从理论上作出符合实际的详细计算，一般可根据试验和实测结果或近似地将汽车荷载乘以冲击系数来计及车辆的冲击作用，即采用静力学的方法考虑荷载增大系数来反映动力作用。,制 动 力,冲击影响与结构刚度有关，一般来说，跨径越大，结构越柔，对动力荷载的缓冲作用好，冲击力影响越小。因此，冲击力是随跨径的增大而减小的，可近似认为冲击系数与计算跨径l成反比。冲击系数是根据在已建成的实桥上所做的振动试验的结果分析整理而确定的，设计中可按不同结构种类和跨度大小选用相应的冲击系数。公路桥涵设计通用规范给出了钢筋混凝土、混凝土和砖石砌桥涵的冲击系数(表6-3)和钢桥的冲击系数(表6-4)。当跨径 在表中所列数值之间时，冲击系数按直线内插法求得。表6-3 钢筋混凝土和混凝土以及石砌桥涵的冲击系数,制 动 力,冲击系数,5,20,表6-4 钢桥的冲击系数,城市桥梁设计荷载标准(CJJ7798)按车道荷载和车辆荷载分别给出城市桥梁汽车荷载冲击系数。(1)车道荷载的冲击系数。(6-16)式中，l桥梁跨径(m)。当 l=20m 时，时，。(2)车辆荷载的冲击系数。(6-17)由于结构物上的填料能起到缓冲和减振作用，冲击影响能被填料吸收一部分，故对于拱桥、涵洞以及重力式墩台，当填料厚度(包括路面厚度)等于或大于0.5m时，可不计冲击力。四、汽车水平撞击力 桥梁防撞栏杆的设计应考虑汽车对栏杆的撞击力，撞击力与车重、车速、碰撞角度等因素有关。对此各国规范的规定不尽相同。城市桥梁设计荷载标准规定：防撞栏杆应采用80kN横向集中力进行检算，作用点应在防撞栏杆板的中心。,制 动 力,位于曲线上的桥梁，当曲线半径等于或小于250m时，汽车应考虑离心力的作用。离心力的大小与曲线半径成反比，离心力的取值可通过车辆荷载乘以离心力系数C得到，离心力系数C可由力学方法导出。离心力：(6-18)令：(6-19)式中，v行车速度(m/s)应按桥梁所在路线等级的规定采用；R弯道平曲线半径(m)；g重力加速度，取9.81m/s2；W车辆总重力(kN)。如果将行车速度v的单位以km/h表示，并将g=9.81m/s2代入式(6-19)，可得：(6-20)离心力应作用在汽车的重心上，一般离桥面1.2m，为了计算简便，也可移到桥面上，但不计由此而引起的力矩。离心力对墩台的影响多按均布荷载考虑，即把离心力均匀分布在桥跨上，由两墩台平均分担。,离 心 力,一、预应力的概念 预应力混凝土结构是由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预应力的混凝土制成的结构。它从本质上改善了钢筋混凝土结构的受力性能，具有技术革命的意义。图 6.9 是一简支梁在外荷载作用前后截面的应力变化。发现外荷载作用减小了梁截面下边缘的拉应力，有时甚至使之变成压应力，这种在构件受荷前预先对混凝土受拉区施加压应力的结构称为预应力混凝土结构。由此可见，预应力混凝土与普通混凝土相比，具有以下特点：,预 应 力,图6.9 预应力梁的受力情况,(1)构件的抗裂度和刚度提高。由于钢筋混凝土中预应力的作用，当构件在使用阶段外荷载作用下产生拉应力时，首先要抵消预压应力。这就推迟了混凝土裂缝的出现，并限制了裂缝的发展，从而提高了混凝土构件的抗裂度和刚度。(2)构件的耐久性增加。预应力混凝土能避免或延缓构件出现裂缝，而且能限制裂缝的扩大，构件内的预应力筋不容易锈蚀，延长了使用期限。(3)自重减轻。由于采用高强度材料，构件截面尺寸相应减小，自重减轻。(4)节省材料。预应力混凝土可以发挥钢材的强度，钢材和混凝土的用量均可减少。(5)预应力混凝土施工，需要专门的材料和设备、特殊的工艺，造价较高。由此可见，预应力混凝土构件从本质上改善了钢筋混凝土结构受力性能，因而具有技术革命的意义。二、预应力混凝土的分类 预应力混凝土按预加应力的方法可分为先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土；按预加应力的程度可分为全预应力混凝土和部分预应力混凝土；按预应力钢筋与混凝土的粘结状况可分为有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土；按预应力筋的位置可分为体内预应力混凝土和体外预应力混凝土。,预 应 力,1.先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土 钢筋混凝土构件中配有纵向受力钢筋，通过张拉这些纵向受力钢筋并使其产生回缩，对构件施加预应力。根据张拉预应力钢筋和浇捣混凝土的先后顺序，将建立预应力的方法分为先张法和后张法。1)先张法预应力混凝土 先张法的主要工艺如图6.10所示，采用先张法时，预应力的建立主要依靠钢筋与混凝土之间的粘结力。该方法适用于以钢丝或d16mm钢筋配筋的中、小型构件，如预应力混凝土空心板等。,预 应 力,(a)钢筋就位,(b)张拉预应力钢筋,(d)切断预应力筋，混凝土受压图,(c)临时锚固钢筋，浇注混凝土,图6.10 先张法预应力混凝土构件施工工艺,2)后张法预应力混凝土 后张法的主要工艺如图6.11所示。采用后张法时，预应力的建立主要依靠构件两端的锚固装置。该法适用于钢筋或钢铰线配筋的大型预应力构件，如屋架、吊车梁、屋面梁。后张法施加预应力方法的缺点是工序多，预留孔道占截面面积大。施工复杂，压力灌浆费时，造价高。,预 应 力,(a)制作构件，预留孔道(塑料管，铁管),(b)穿筋,(c)张拉预应力钢筋,(d)锚固钢筋，孔道灌浆,图6.11 后张法预应力混凝土构件施工工艺,2.全预应力混凝土和部分预应力混凝土 1)全预应力混凝土 全预应力混凝土指预应力混凝土结构在最不利荷载效应组合作用下，混凝土中不允许出现拉应力。混凝土结构设计规范(GB 500102002)中裂缝控制等级为一级，即严格要求不出现裂缝的构件。全预应力混凝土具有抗裂性好和刚度大等优点，但也存在以下缺点。(1)抗裂要求高，预应力钢筋的配筋量取决于抗裂要求，而不是取决于承载力的需要，导致预应力钢筋配筋量增大。(2)反拱值往往过大，由于截面预加应力值高，尤其对永久荷载小、可变荷载大的情况，会使构件的反拱值过大，导致混凝土在垂直于张拉方向产生裂缝，并且由于混凝土的徐变会使反拱值随时间的增长而发展，影响上部结构构件的正常使用。(3)张拉应力高，对锚具和张拉设备要求高，锚具下混凝土受到较大的局部压力，需配置较多的钢筋网片或螺旋筋以加强混凝土的局部承压力。(4)延性较差，由于全预应力混凝土构件的开裂荷载与破坏荷载较为接近，致使构件破坏时的变形能力较差，对结构抗震不利。(5)由于高压应力的作用，随时间的增长，徐变和反拱加大。,预 应 力,2)限值预应力混凝土 限值预应力混凝土也属部分预应力混凝土。使用荷载作用下根据荷载效应组合情况，不同程度地保证混凝土不开裂的构件，则称为限值预应力混凝土，大致相当于混凝土结构设计规范(GB 500102002)中裂缝控制等级为二级，即一般要求不出现裂缝的构件。3)部分预应力混凝土 部分预应力混凝土系指预应力混凝土结构在最不利荷载效应组合作用下，容许混凝土受拉区出现拉应力或裂缝。其中，在最不利荷载效应组合作用下，受拉区出现拉应力但不出现裂缝的预应力混凝土结构称为有限预应力混凝土。大致相当于混凝土结构设计规范(GB 500102002)中裂缝控制等级为三级，即允许出现裂缝的构件。部分预应力混凝土的特点如下。(1)可合理控制裂缝与变形，节约钢材。因可根据结构构件的不同使用要求、可变荷载的作用情况及环境条件等对裂缝和变形进行合理的控制，降低了预应力，从而减少了锚具的用量，适量降低了费用。(2)可控制反拱值不致过大。由于预加应力值相对较小，构件的初始反拱值小，徐变变形亦减小。(3)延性较好。在部分预应力混凝土构件中，通常配置非预应力钢筋，因而其正截面受弯的延性较好，有利于结构抗震，并可改善裂缝分布，减小裂缝宽度。(4)与全预应力混凝土相比，可简化张拉、锚固等工艺，获得较好的综合经济效果。,预 应 力,(5)计算较为复杂。部分预应力混凝土构件需按开裂截面分析，计算较繁冗，在部分预应力混凝土多层框架的内力分析中，除需计算由荷载及预应力作用引起的内力外，还需考虑框架在预加应力作用下的轴向压缩变形引起的内力。此外，在超静定结构中还需考虑预应力次弯矩和次剪力的影响，并需计算配置非预应力筋。越来越多的研究成果和工程实践表明，采用部分预应力混凝土结构是合理的。可以认为，部分预应力混凝土结构的出现是预应力混凝土结构设计和应用的一个重要发展。3.有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土 有粘结预应力混凝土系指预应力钢筋与其周围的混凝土有可靠的粘结强度，使得在荷载作用下预应力钢筋与其周围的混凝土有共同的变形。先张法预应力混凝土及后张灌浆的预应力混凝土都是有粘结预应力混凝土。无粘结预应力混凝土系指预应力钢筋与其周围的混凝土没有任何粘结强度，在荷载作用下预应力钢筋与其周围的混凝土各自变形。这种预应力混凝土采用的预应力筋全长涂有特制的防锈油脂，并套有防老化的塑料管保护。,预 应 力,无粘结预应力技术克服了一般后张法预应力构件施工工艺的缺点。因为后张法预应力混凝土构件需要有预留孔道、穿筋、灌浆等施工工序，而预留孔道(尤其是曲线形孔道)和灌浆都比较麻烦，灰浆漏灌还易造成事故隐患。因此，若将预应力钢筋外表涂以防腐油脂并用油纸包裹，外套塑料管，它就可以像普通钢筋一样直接按设计位置放入钢筋骨架内，并浇灌混凝土；这种钢筋就是无粘结预应力钢筋，当混凝土达到规定的强度(如不低于混凝土设计强度等级的75%)，即可对无粘结预应力钢筋进行张拉，建立预应力。无粘结预应力钢筋外涂油脂的作用是减少摩擦力，并能防腐，故要求它具有良好的化学稳定性，温度高时不流淌，温度低时不硬脆。无粘结预应力钢筋一般采用工业化生产。由于无粘结预应力混凝土技术综合了先张法和后张法施工工艺的优点，因而具有广阔的发展前景。4.体内预应力混凝土和体外预应力混凝土 体内预应力混凝土系指预应力筋布置在混凝土构件体内，并且混凝土件中的预加力通过张拉结构中的高强钢筋，使构件产生预压应力的预应力混凝土。先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土等均属此类。体外预应力混凝土系指预应力筋布置在混凝土构件体外，并且结构构件中的预加力来自结构之外的预应力混凝土(如图6.12所示)。如利用桥梁的有利地形和地质件，采用千斤顶对梁施加压力作用；在连续梁中利用千斤顶在支座施加反力，使内力作有利分布。混凝土斜拉桥与悬索桥属此类特例。,预 应 力,预 应 力,图6.12 体外预应力混凝土结构,1.简述温度应力产生的原因及条件。2.举例说明地基不均匀沉降对结构的影响。3.简述混凝土收缩的原因。4.混凝土结构设计规范(GB 500102002)为什么对变形缝的最大间距提出了要求？5.土的冻胀力对结构物产生什么影响？6.爆炸有哪些种类?各以什么方式释放能量？7.采取何种措施能减轻燃爆对建筑物的破坏？8.桥梁设计应如何考虑汽车冲击力？9.试述厂房吊车纵向和横向水平制动力的作用方式。10.为什么要在结构或构件中建立预加力？,思 考 题,1.已知刚架如图6.13所示，梁下侧和柱右侧温度升高10，梁上侧和柱左侧温度无改变。杆件截面为矩形，截面高度h=600mm，=1.010-5。试求刚架C点的竖向位移。,习 题,图6.13 习题1图,图6.14 习题2图,2.图6.14为超静定体系，支座B发生了水平位移a和下沉b，求刚架的弯矩图。,