考点9 预应力混凝土的基本认知与应用《建筑结构》吉林省（对口招生）建筑工程类（土木建筑类） 知识点讲解

吉林省建筑工程类（土木建筑类）对口招生复习讲义 《建筑结构》 考点9 预应力混凝土的基本认知与应用 ■考纲要求 1．理解预应力混凝土的基本概念，掌握其主要优点与用途，了解施加预应力的方法。 ■知识网络 一、知识树 图1-9-1预应力混凝土相关知识点 二、重点知识梳理 一、预应力混凝土的基本概念 核心定义：预应力混凝土是指在构件承受外荷载作用之前，通过张拉预应力筋并将其锚固，预先在混凝土受拉区施加一定的压应力，以弥补混凝土抗拉强度低、易开裂的缺陷，从而改善构件受力性能的一种混凝土结构形式。 核心原理：利用预应力筋的回缩力，使混凝土受拉区预先获得预压应力；当构件承受外荷载产生拉应力时，预压应力会首先抵消部分或全部拉应力，延缓甚至避免混凝土裂缝的出现，同时充分发挥高强度钢筋和混凝土的材料性能。 关键补充：与普通钢筋混凝土相比，预应力混凝土需采用高强度混凝土（一般不低于C30，采用高强度预应力筋时不低于C40）和高强度预应力筋，且施工过程需严格控制张拉和锚固工艺，确保预压应力准确建立。 二、预应力混凝土的主要优点 结合教材核心要点，预应力混凝土的优点聚焦于结构性能提升和材料利用优化，具体如下： 1. 显著提高抗裂性能：这是其最核心的优点。通过预加压力抵消外荷载产生的拉应力，可使构件在正常使用荷载下不出现裂缝，或推迟裂缝出现时间、减小裂缝宽度，避免裂缝对结构耐久性和刚度的不利影响。 2. 提升结构刚度和抗变形能力：预压应力可抑制混凝土的徐变和收缩，减少构件在使用过程中的挠度和变形，使结构更稳定，尤其适用于对刚度要求较高的构件（如桥梁、大跨度楼板）。 3. 充分利用材料性能，节约材料、减轻自重：采用高强度预应力筋和混凝土，可减小构件截面尺寸，减少钢筋和混凝土用量，从而减轻结构自重。这对大跨度、高层结构和桥梁尤为重要，能降低基础荷载，节约工程造价。 4. 提高结构耐久性和抗渗性：裂缝的减少或避免，可防止水分、侵蚀性介质渗入混凝土内部，减少钢筋锈蚀，延长结构使用寿命；同时，预压应力使混凝土密实度提高，进一步提升抗渗性能，适用于水工、港工等有抗渗要求的结构。 5. 改善结构受力状态，减小剪力和主拉应力：预应力筋（尤其是曲线布置的预应力筋）可抵消部分竖向剪力，减小构件截面的主拉应力，有利于减小腹板厚度，进一步减轻构件自重，提升结构整体受力合理性。 6. 提升结构耐疲劳性能：预应力筋在使用阶段的应力变化幅度较小，可有效降低疲劳破坏的可能性，适用于承受动荷载的结构（如桥梁、吊车梁）。 三、预应力混凝土的用途 基于其核心优点，预应力混凝土广泛应用于对跨度、刚度、抗裂性和耐久性有较高要求的建筑和土木工程领域，教材重点提及的用途如下： 1. 大跨度结构：这是最主要的应用场景，包括大跨度桥梁（公路桥、铁路桥）、大跨度屋盖结构（体育馆、会展中心、影剧院的屋架、网架）、大跨度楼板和阳台等，可有效解决普通钢筋混凝土难以实现大跨度的问题，且能保证结构刚度和使用性能。 2. 高层建筑结构：用于高层建筑的梁、柱、楼板等构件，可减轻结构自重，降低基础造价，同时提升结构的抗侧移刚度和整体稳定性，适应高层建筑对结构性能的严苛要求。 3. 水工、港工及地下结构：如水池、水塔、涵洞、隧道衬砌等，利用其良好的抗渗性和抗裂性，防止水体渗漏和侵蚀介质破坏，延长结构使用寿命。 4. 承受动荷载的结构：如吊车梁、桥梁、核电站结构等，凭借其优异的耐疲劳性能和抗裂性，适应动荷载反复作用的工作环境，保证结构安全可靠。 5. 预制构件生产：如预制预应力楼板、预制屋面板、预制吊车梁等，可实现工厂化批量生产，保证构件质量稳定，同时减轻构件自重，便于运输和安装，提高施工效率。 四、施加预应力的方法（教材重点） 施加预应力的核心是通过张拉预应力筋，使混凝土获得预压应力，根据张拉时机和传力方式的不同，教材重点介绍两大分类方法，同时补充其他辅助方法，具体如下： （一）按张拉时机分类（核心分类） 1. 先张法 定义：在浇筑混凝土构件之前，先在张拉台座上张拉预应力筋，并用夹具临时锚固，然后浇筑混凝土；待混凝土达到设计规定的强度（一般不低于设计强度的75%）后，放松预应力筋，利用预应力筋与混凝土之间的粘结力，将预应力传递给混凝土，使混凝土获得预压应力。 关键特点：无需永久锚具，预应力靠粘结力传递；施工工序简单，可批量生产预制构件；但需要专用张拉台座，不适用于大跨度、曲线配筋的大型构件，多用于中小型预制构件（如楼板、屋面板）。 核心设备：张拉台座、千斤顶、夹具（临时锚固用，可重复使用）。 2. 后张法 定义：先浇筑混凝土构件，在构件中预留预应力筋的孔道，待混凝土达到设计强度后，将预应力筋穿入孔道，以混凝土构件本身为支撑，用千斤顶张拉预应力筋，张拉完成后用锚具将预应力筋永久锚固在构件端部，最后对孔道进行灌浆处理（有粘结预应力），使预应力筋与混凝土形成整体，传递预应力。 关键特点：无需张拉台座，可现场施工，适用于大跨度、曲线配筋的大型构件（如桥梁、大跨度梁）；需要永久锚具，施工工艺较复杂，成本相对较高；根据预应力筋与混凝土的粘结状态，可分为有粘结（孔道灌浆）和无粘结（预应力筋涂防腐油脂并套塑料管，不灌浆）两种形式。 核心设备：千斤顶、永久锚具（如镦头锚具、摩擦型锚具）、灌浆设备（有粘结预应力用）。 ■练习题 一、单选题（下面选项中只有一个答案是正确的，每题2分，共20分） 1.下列关于预应力混凝土的基本概念，说法正确的是（ ） A. 预应力混凝土是在混凝土浇筑后直接施加预应力的混凝土结构 B. 预应力混凝土是通过预先施加压力，抵消或减小混凝土在使用阶段产生的拉应力 C. 预应力混凝土不需要配置钢筋，仅通过预应力承担荷载 D. 预应力混凝土只能用于大跨度结构，不能用于中小型构件 2.预应力混凝土最核心的优点是（ ） A. 施工工艺简单，成本低廉 B. 有效提高混凝土的抗裂性和刚度 C. 不需要进行养护，施工效率高 D. 可随意改变构件形状，适应性强 3.下列不属于预应力混凝土主要用途的是（ ） A. 大跨度桥梁结构 B. 高层建筑楼板 C. 小型预制盖板 D. 核电站安全壳 4.先张法施加预应力的关键步骤是（ ） A. 先浇筑混凝土，再张拉预应力筋 B. 先张拉预应力筋并固定，再浇筑混凝土 C. 边浇筑混凝土，边张拉预应力筋 D. 浇筑混凝土后，无需养护直接张拉预应力筋 5.后张法预应力施工中，预应力筋张拉完毕后，需要进行的关键工序是（ ） A. 立即拆除模板 B. 对孔道进行灌浆 C. 再次张拉预应力筋 D. 切割预应力筋多余部分（不考虑锚固） 6.下列关于先张法和后张法的区别，说法正确的是（ ） A. 先张法适用于大型构件，后张法适用于小型构件 B. 先张法需要预留孔道，后张法不需要预留孔道 C. 先张法依靠预应力筋与混凝土的粘结力传递预应力，后张法依靠锚具传递预应力 D. 先张法施工周期长，后张法施工周期短 7.预应力混凝土构件中，预应力筋的主要作用是（ ） A. 承受构件的全部剪力 B. 预先给混凝土施加压力，防止使用阶段开裂 C. 增强混凝土的抗压强度 D. 代替混凝土承受全部压力 8.下列哪种结构形式最适合采用预应力混凝土（ ） A. 住宅楼板（跨度3m） B. 办公楼框架柱 C. 大跨度体育馆屋架（跨度25m） D. 围墙基础 9.关于预应力混凝土的特点，下列说法错误的是（ ） A. 可减少构件截面尺寸，节约材料 B. 抗裂性好，可提高结构的耐久性 C. 施工工艺复杂，成本相对较高 D. 不能用于承受动荷载的结构 10.后张法施工中，预留孔道的主要作用是（ ） A. 便于浇筑混凝土 B. 便于布置预应力筋并进行张拉 C. 减轻构件自重 D. 增强构件的抗剪能力 二、多选题（每题3分，共10道，共计30分） 1.预应力混凝土的主要优点包括（ ） A. 提高构件的抗裂性和刚度 B. 节约钢材和混凝土用量，减轻构件自重 C. 提高结构的耐久性和抗疲劳性能 D. 施工工艺简单，成本低廉 E. 可用于大跨度、重荷载结构 2.施加预应力的方法按施工工艺可分为（ ） A. 先张法 B. 后张法 C. 机械张拉法 D. 电热张拉法 E. 人工张拉法 3.先张法施工的主要特点有（ ） A. 不需要预留孔道 B. 依靠粘结力传递预应力 C. 适用于批量生产的中小型构件 D. 施工周期长 E. 需要使用锚具固定预应力筋 4.后张法施工的主要特点有（ ） A. 需要预留孔道 B. 依靠锚具传递预应力 C. 适用于大型、重型构件 D. 施工灵活性强 E. 预应力筋与混凝土粘结力无关 5.预应力混凝土的主要用途包括（ ） A. 大跨度桥梁（如连续梁、斜拉桥） B. 高层建筑的楼板和梁 C. 预应力混凝土管桩 D. 核电站安全壳、储罐 E. 小型砌块、标砖 6.下列关于预应力筋的说法，正确的有（ ） A. 预应力筋应具有高强度、高弹性模量 B. 常用的预应力筋有钢丝、钢绞线、热处理钢筋 C. 预应力筋的强度越高，施加的预应力越大越好 D. 预应力筋需要与混凝土有良好的粘结性能（先张法） E. 预应力筋可以重复使用 7.预应力混凝土与普通钢筋混凝土相比，具有的优势有（ ） A. 抗裂性更好，可避免或减少裂缝出现 B. 刚度更大，构件变形更小 C. 可承受更大的荷载 D. 使用寿命更长 E. 施工难度更低 8.后张法施工中，孔道灌浆的主要作用有（ ） A. 保护预应力筋，防止锈蚀 B. 增强预应力筋与混凝土的粘结力 C. 传递部分预应力 D. 填补孔道空隙，使构件受力均匀 E. 加快混凝土养护速度 9.下列哪些因素会影响预应力混凝土的施工质量（ ） A. 预应力筋的张拉控制应力 B. 混凝土的强度等级 C. 预应力筋的张拉顺序 D. 孔道的位置和尺寸精度 E. 养护条件 10.关于预应力混凝土的适用范围，下列说法正确的有（ ） A. 适用于大跨度、大荷载、大挠度的结构 B. 适用于对抗裂性要求高的结构（如水池、储罐） C. 不适用于承受动荷载的结构 D. 可用于装配式结构，提高构件装配精度 E. 不适用于中小型构件 三、判断题（10道，共20分） 1.预应力混凝土是在混凝土硬化后，通过张拉预应力筋施加压力，从而提高构件的抗裂性。（ ） 2.先张法施工中，预应力筋的张拉应在混凝土达到设计强度的100%后进行。（ ） 3.后张法施工不需要预留孔道，直接在混凝土表面张拉预应力筋即可。（ ） 4.预应力混凝土的主要优点之一是可以减少构件截面尺寸，节约钢材和混凝土用量。（ ） 5.预应力筋的张拉控制应力越高，施加的预应力越大，构件的抗裂性越好，因此控制应力越高越好。（ ） 6.先张法依靠锚具传递预应力，后张法依靠预应力筋与混凝土的粘结力传递预应力。（ ） 7.预应力混凝土构件在使用阶段，混凝土不产生拉应力或只产生很小的拉应力，从而避免开裂。（ ） 8.大跨度桥梁、高层建筑楼板等结构常采用预应力混凝土，以提高结构性能。（ ） 9.后张法施工中，预应力筋张拉完毕后，必须及时对孔道进行灌浆，防止预应力筋锈蚀。（ ） 10.预应力混凝土只能用于承受静荷载的结构，不能用于承受动荷载的结构。（ ） 四、简答题（2道，共20分） 1.简述预应力混凝土的基本概念及主要优点。 2.简述施加预应力的两种主要方法（先张法和后张法）的施工流程及核心区别。 ■真题练习 五、真题练习简答（总共10分） 1.（20年真题）结合建筑结构工程实际，分析预应力混凝土相较于普通钢筋混凝土，在抗裂性、刚度及材料利用方面的优势，并说明其在大跨度结构中应用的必要性。 ■参考答案 一、单选题答案 1.B 2.B 3.C 4.B 5.B 6.C 7.B 8.C 9.D 10.B 二、多选题答案 1.ABCE 2.AB 3.ABC 4.ABCD 5.ABCD 6.ABD 7.ABCD 8.ABCD 9.ABCDE 10.ABD 三、判断题答案 1.√ 2.× 3.× 4.√ 5.× 6.× 7.√ 8.√ 9.√ 10.× 四、简答题答案 1.基本概念：预应力混凝土是指在混凝土浇筑前或浇筑后硬化过程中，通过张拉预应力筋并固定，预先给混凝土施加压应力，使混凝土在使用阶段（承受荷载时）不产生拉应力或只产生很小的拉应力，从而提高构件抗裂性和刚度的一种混凝土结构。 主要优点：① 提高构件抗裂性，可避免或减少使用阶段裂缝的出现，提高结构耐久性；② 提高构件刚度，减少构件变形，改善使用性能；③ 节约钢材和混凝土用量，减轻构件自重，降低工程造价；④ 提高结构的抗疲劳性能，适用于承受重复荷载的结构；⑤ 可用于大跨度、重荷载结构，扩大混凝土结构的适用范围。 2.（1）先张法施工流程：① 张拉预应力筋，并用夹具固定在台座上；② 绑扎普通钢筋，支设模板；③ 浇筑混凝土；④ 养护混凝土至设计规定强度（一般为75%以上）；⑤ 放松预应力筋，依靠预应力筋与混凝土的粘结力，将预应力传递给混凝土，完成预应力施加。 （2）后张法施工流程：① 绑扎普通钢筋，支设模板，预留预应力筋孔道；② 浇筑混凝土；③ 养护混凝土至设计规定强度（一般为75%以上）；④ 将预应力筋穿入孔道，张拉预应力筋并通过锚具固定；⑤ 对孔道进行灌浆，保护预应力筋并增强粘结力，完成预应力施加。 核心区别：① 预应力施加时机不同：先张法先张拉预应力筋，后浇筑混凝土；后张法先浇筑混凝土，后张拉预应力筋。② 预应力传递方式不同：先张法依靠预应力筋与混凝土的粘结力传递预应力；后张法依靠锚具传递预应力。③ 孔道要求不同：先张法不需要预留孔道；后张法需要预留孔道。④ 适用范围不同：先张法适用于批量生产的中小型构件；后张法适用于大型、重型及大跨度构件。 五、高考简答题 （1）优势分析： ① 抗裂性优势：普通钢筋混凝土构件在使用阶段易因荷载作用产生拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉强度时会出现裂缝，影响结构耐久性和使用性能；预应力混凝土通过预先给混凝土施加压应力，抵消或减小使用阶段产生的拉应力，使混凝土不产生裂缝或仅产生微小裂缝，显著提高抗裂性，延长结构使用寿命。 ② 刚度优势：普通钢筋混凝土构件开裂后，刚度会大幅下降，变形增大；预应力混凝土构件因抗裂性好，在使用阶段始终保持较好的整体性，刚度更高，构件变形更小，能更好地满足结构使用过程中的变形控制要求（如大跨度结构的挠度控制）。 ③ 材料利用优势：普通钢筋混凝土中，混凝土的抗拉强度未被充分利用，钢材主要用于承受拉力；预应力混凝土可充分发挥混凝土的抗压强度和预应力筋的高强度性能，减少构件截面尺寸和材料用量，减轻构件自重，实现材料的高效利用，降低工程造价。 （2）大跨度结构中应用的必要性： 大跨度结构（如大跨度桥梁、体育馆屋架等）在使用阶段需承受较大的荷载和跨度产生的弯矩，普通钢筋混凝土构件会因截面过大、自重过重，导致结构承载力不足、变形过大，且易出现裂缝，无法满足使用要求。预应力混凝土可通过减轻构件自重、提高刚度和抗裂性，解决大跨度结构的承载力和变形控制难题，同时节约材料、降低施工难度，因此在大跨度结构中应用具有不可替代性，是保证大跨度结构安全、经济、适用的关键技术。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $