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第三章第三章 轴心受力构件承载力轴心受力构件承载力 问答题参考答案问答题参考答案 1 简述结构工程中轴心受力构件应用在什么地方 答 当纵向外力 N 的作用线与构件截面的形心线重合时 称为轴心受力构件 房屋工 程和一般构筑物中 桁架中的受拉腹杆和下弦杆以及圆形储水池的池壁 近似地按轴心受拉 构件来设计 以恒载为主的多层建筑的内柱以及屋架的受压腹杆等构件 可近似地按轴心受 压构件来设计 在桥梁工程内中桁架桥中的某些受压腹杆可以按轴心受压构件设计 桁架拱 桥的拉杆 桁架桥梁的拉杆和系杆拱桥的系杆等按轴心受拉构件设计 2 轴心受压构件设计时 如果用高强度钢筋 其设计强度应如何取值 答 纵向受力钢筋一般采用 HRB400 级 HRB335 级和 RRB400 级 不宜采用高强度钢 筋 因为与混凝土共同受压时 不能充分发挥其高强度的作用 混凝土破坏时的压应变 0 002 此时相应的纵筋应力值 s Es s 200 103 0 002 400 N mm2 对于 HRB400 级 HRB335 级 HPB235 级和 RRB400 级热扎钢筋已达到屈服强度 对于 级和热处理钢筋在计算 fy 值时只能取 400 N mm2 3 轴心受压构件设计时 纵向受力钢筋和箍筋的作用分别是什么 答 纵筋的作用 与混凝土共同承受压力 提高构件与截面受压承载力 提高构件 的变形能力 改善受压破坏的脆性 承受可能产生的偏心弯矩 混凝土收缩及温度变化引 起的拉应力 减少混凝土的徐变变形 横向箍筋的作用 防止纵向钢筋受力后压屈和固 定纵向钢筋位置 改善构件破坏的脆性 当采用密排箍筋时还能约束核芯内混凝土 提 高其极限变形值 4 受压构件设计时 规范 规定最小配筋率和最大配筋率的意义是什么 答 规范 规定受压构件最小配筋率的目的是改善其脆性特征 避免混凝土突然压溃 能够承受收缩和温度引起的拉应力 并使受压构件具有必要的刚度和抗偶然偏心作用的能 力 考虑到材料对混凝土破坏行为的影响 规范 规定受压构件最大配筋率的目的为了防 止混凝土徐变引起应力重分布产生拉应力和防止施工时钢筋过于拥挤 5 简述轴心受压构件的受力过程和破坏过程 答 第 阶段 加载到钢筋屈服前 0 y 此阶段钢筋和混凝土共同工作 应力与应变大致成正比 在相同的荷载增量下 钢筋的 压应力比混凝土的压应力增加得快而先进入屈服阶段 第 阶段 钢筋屈服到混凝土压应力达到应力峰值 y 0 钢筋进入屈服 对于有明显屈服台阶的钢筋 其应力保持屈服强度不变 而构件的应 变值不断增加 混凝土的应力也随应变的增加而继续增长 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 取最大压应变为 0 002 第 阶段 混凝土应力达到峰值到混凝土应变达到极限压应变 构件产生破坏 0 cu 当构件压应变超过混凝土压应力达到峰值所对应的应变值 0时 受力过程进入了第 阶段 此时施加于构件的外荷载不再增加 而构件的压缩变形继续增加 一直到变形达到混 凝土极限压应变 这时轴心受压构件出现的纵向裂缝继续发展 箍筋间的纵筋发生压屈向外 凸出 混凝土被压碎而整个构件破坏 6 简述轴心受压构件徐变引起应力重分布 轴心受压柱在恒定荷载的作用下会产生什么 现象 对截面中纵向钢筋和混凝土的应力将产生什么影响 答 当柱子在荷载长期持续作用下 使混凝土发生徐变而引起应力重分布 此时 如 果构件在持续荷载过程中突然卸载 则混凝土只能恢复其全部压缩变形中的弹性变形部分 其徐变变形大部分不能恢复 而钢筋将能恢复其全部压缩变形 这就引起二者之间变形的差 异 当构件中纵向钢筋的配筋率愈高 混凝土的徐变较大时 二者变形的差异也愈大 此时 由于钢筋的弹性恢复 有可能使混凝土内的应力达到抗拉强度而立即断裂 产生脆性破坏 7 比较普通箍筋柱与螺旋筋柱中箍筋的作用 并从轴向力 应变曲线说明螺旋筋柱受压承 载力和延性均比普通箍筋柱高 答 试验表明 螺旋箍筋柱与普通箍筋柱的受力变形没有多大区别 但随着荷载的不断 增加 纵向钢筋应力达到屈服强度时 螺旋箍筋外的混凝土保护层开始剥落 柱的受力混凝 土面积有所减少 因而承载力有所下降 但由于螺旋箍筋间距 较小 足以防止螺旋箍筋之 间纵筋的压屈 因而纵筋仍能继续承担荷载 随着变形的增大 核芯部分的混凝土横向膨胀 使螺旋箍筋所受的环拉力增加 反过来 被拉紧的螺旋箍筋又紧紧地箍住核芯混凝土 使核 芯混凝土处于三向受压状态 限制了混凝土的横向膨胀 因而提高了柱子的抗压强度和变形 能力 螺旋箍筋柱在荷载保持不变的情况下有良好的变形能力 柱破坏时的变形达 0 01 因此近年来在抗震设计中 为了提高柱的延性常在普通钢箍筋加配螺旋箍筋 8 对受压构件中纵向钢筋的直径和根数有何构造要求 对箍筋的直径和间距又有何构造 要求 答 纵向受力钢筋直径 d 不宜小于 12mm 通常在 12mm 32mm 范围内选用 矩形截面 的钢筋根数不应小于 4 根 圆形截面的钢筋根数不宜少于 8 根 不应小于 6 根 纵向受力钢筋的净距不应小于 50mm 最大净距不宜大于 300mm 其对水平浇筑的预 制柱 其纵向钢筋的最小净距为上部纵向受力钢筋水平方向不应小于 30mm 和 1 5d d 为钢 筋的最大直径 下部纵向钢筋水平方向不应小于 25mm 和 d 上下接头处 对纵向钢筋和 箍筋各有哪些构造要求 9 进行螺旋筋柱正截面受压承载力计算时 有哪些限制条件 为什么要作出这些限制条 件 答 凡属下列条件的 不能按螺旋筋柱正截面受压承载力计算 当 l0 b 12 时 此时因长细比较大 有可能因纵向弯曲引起螺旋箍筋不起作用 如果因混凝土保护层退出工作引起构件承载力降低的幅度大于因核芯混凝土强度 提高而使构件承载力增加的幅度 当间接钢筋换算截面面积 Ass0小于纵筋全部截面面积的 25 时 可以认为间接钢筋 配置得过少 套箍作用的效果不明显 10 简述轴心受拉构件的受力过程和破坏过程 答 第 阶段 加载到开裂前 此阶段钢筋和混凝土共同工作 应力与应变大致成正比 在这一阶段末 混凝土拉应变 达到极限拉应变 裂缝即将产生 对于不允许开裂的轴心受拉构件应以此工作阶段末作为抗 裂验算的依据 第 阶段 混凝土开裂后至钢筋屈服前 裂缝产生后 混凝土不再承受拉力 所有的拉力均由钢筋来承担 这种应力间的调整 称为截面上的应力重分布 第 阶段是构件的正常使用阶段 此时构件受到的使用荷载大约 为构件破坏时荷载的 50 70 构件的裂缝宽度和变形的验算是以此阶段为