混凝土结构简答.doc

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第一章 绪论1.钢筋混凝土梁破坏时有哪些特点？钢筋和混凝土是如何共同工作的？答：（1）钢筋混凝土梁破坏时的特点是：受拉钢筋屈服，受压区混凝土被压碎，破坏前变形较大，有明显预兆，属于延性破坏类型。（2）在钢筋混凝土结构中，利用混凝土的抗压能力较强而抗拉能力很弱，钢筋的抗拉能力很强的特点，用混凝土主要承受梁中和轴以上受压区的压力，钢筋主要承受中和轴以下受拉区的拉力，即使受拉区的混凝土开裂后梁还能继续承受相当大的荷载，直到受拉钢筋达到屈服强度以后，荷载再略有增加，受压区混凝土被压碎，梁才破坏。由于混凝土硬化后钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，且钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数十分接近，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏二者之间的粘结，从而保证了钢筋和混凝土的协同工作。2.钢筋混凝土结构有哪些主要优点和缺点？答：钢筋混凝土结构的优点有：1）经济性好，材料性能得到合理利用；2）可模性好；3）耐久性和耐火性好，维护费用低；4）整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性；5）刚度大，阻尼大；6）就地取材。缺点有：1）自重大；2）抗裂性差；3）承载力有限；4）施工复杂；5）加固困难。3.结构的极限状态定义:指整个结构或构件的一部分,超过某一特定状态（承载能力、变形、稳定、裂缝宽度）就不能满足某一功能的要求,此特定状态称为该功能的极限状态(1)承载能力极限状态结构或构件达到最大承载力或达到不适于继续承重的变形状态。 a.结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）; b.结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）; c.结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）; d.结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳） 。(2)正常使用极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。 a.过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）； b.过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）； c.过大的振动（不舒适）； d.超过其他正常使用要求。第二章 混凝土结构材料的物理力学性能1.混凝土结构对钢筋性能的要求 ：（1）适当的屈强比:保证构件具有一定的强度储备。（2）足够的塑性: 避免发生脆性破坏。（3）可焊性: 要求钢筋具备良好的焊接性能。（4）耐久性和耐火性:必要的混凝土保护层厚度以满足对构件耐火极限要求。 （5）与混凝土具有良好的粘结。（6）寒冷地区，防止钢筋低温冷脆导致破坏。2.影响徐变的因素：应力；加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大；水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大；骨料越硬，徐变越小；养护温度越高，湿度越大，徐变越小；构件体表比越小，徐变越大3.徐变对混凝土结构的影响：使钢筋混凝土构件截面产生内力重分布； 使受弯构件和偏压构件的变形加大 ； 使预应力混凝土构件产生预应力损失 。4.粘结力的构成：1）.混凝土中的水泥胶体与钢筋表面 的胶结力。（钢筋和混凝土相对滑动后消失）2）.混凝土因收缩将钢筋握紧而产生的钢筋和混凝土之间的摩擦力。 （压应力越大，粗糙度越大，摩擦阻力越大） 3）.由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间的机械咬合力。（光面钢筋凹凸程度较小，端部加弯钩阻止相对滑移）第三章 受弯构件第四章 受弯构件斜截面1.腹筋作用:(1)通过“悬吊”作用把II、III传来的主压应力传递到I靠近支座的部分，减轻上部剪压区的负担(2)直接承担部分剪力，腹筋应力显著增大(3)抑制斜裂缝的延伸开展，增大剪压区的面积，提高裂缝界面骨料的咬合和摩擦，提高纵筋的销栓作用，提高了梁的受剪承载力2.计算截面的确定：(1)支座边缘截面；(2)腹板宽度改变处截面；(3)箍筋直径或间距改变处截面；(4)弯起钢筋弯起点处的截面。第五章 受压构件1.箍筋的作用: a 在普通箍筋柱中防止纵筋压屈，使纵筋与混凝土共同作用受力；约束核心混凝土，提高混凝土极限压应变。b 在螺旋式箍筋柱中还对核心混凝土形成较强的环向被动约束，提高构件承载力和延性。2.间接钢筋概念：对配置螺旋式箍筋的柱，箍筋所包围的核芯混凝土，相当于受到一个套箍作用，有效地限制了核芯混凝土的横向变形，使核芯混凝土在三向压应力作用下工作，从而提高承载力，间接提高了纵向抗压强度。第六章 受拉构件1.轴心受拉构件从加载到破坏，其受力过程分为三个阶段：从加载到砼受拉开裂前，为弹性阶段；砼开裂后到钢筋即将屈服，为第二阶段；受拉钢筋开始屈服到全部受拉钢筋达到屈服，为第三阶段，此时混凝土裂缝开展很大，可认为构件达到了破坏状态，破坏时，混凝土不承受拉力，全部拉力由钢筋来承受。2.小偏心受拉：N位于As和As之间时，混凝土全截面受拉（或开始时部分混凝土受拉，部分混凝土受压，随着N的增大，混凝土全截面受拉）；开裂后，拉力由钢筋承担；最终钢筋屈服，截面达最大承载力 大偏心受拉:N位于As和As之外时，部分混凝土受拉，部分混凝土受压;开裂后，截面的受力情况和大偏压类似;最终受拉钢筋屈服，压区混凝土压碎，截面达最大承载力受扭构件 1.配筋强度比： 纵向钢筋与箍筋的配筋强度比表示受扭构件中所配置的受扭纵筋沿截面核心周长单位长度上的拉力与受扭箍筋沿构件纵向单位长度上的拉力的比值，控制好的值就可以使受扭构件中的纵筋和箍筋在构件破坏时均能达到屈服强度，从而避免发生部分超筋破坏。 2.钢筋混凝土纯扭构件的适筋破坏是在扭矩的作用下，纵筋和箍筋先到达屈服强度，然后混凝土被压碎而破坏，属于延性破坏类型；部分超筋破坏主要发生在纵筋与箍筋不匹配，两者配筋率相差较大时，当纵筋配筋率比箍筋配筋率小得多时，则破坏时仅纵筋屈服，而箍筋不屈服；反之，则箍筋屈服，纵筋不屈服，这种破坏亦具有一定是延性，但较适筋受扭构件破坏时的截面延性小；超筋破坏主要发生在纵筋和箍筋的配筋率都过高时，破坏时纵筋和箍筋都没有达到屈服强度而混凝土先行压坏，属于脆性破坏类型；少筋破坏主要发生在纵筋和箍筋配置均过少时，此时一旦裂缝出现，构件会立即发生破坏，破坏时纵筋和箍筋不仅达到屈服强度而且可能进入强化阶段，属于脆性破坏类型。在受扭计算中，为了避免少筋破坏，受扭构件的配筋应有最小配筋量的要求，受扭构件的最小纵筋和箍筋配筋量，可根据钢筋混凝土构件所能承受的扭矩T不低于相同截面素混凝土构件的开裂扭矩Tcr的原则确定；为了避免发生超筋破坏，构件的截面尺寸应满足一定的要求。挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性1.变形控制的目的和要求：1)保证结构的使用功能要求:如吊车、精密仪器2)防止对结构构件产生不良影响:振动、变形过大3)防止非结构构件不能正常使用和局部破坏:门窗开关，隔墙开裂等 4)保证人们的感觉在可接受程度之内:不安全感，振动噪声2.长期荷载作用下刚度降低的原因：（1）受压区混凝土发生徐变（2）裂缝间受拉混凝土的应力松弛、混凝土和钢筋的滑移徐变，使受拉混凝土不断退出工作（3）裂缝不断向上发展，使其上部原来受拉的混凝土脱离工作，使内力臂减小（4）由于受拉区和受压区混凝土的收缩不一致，使梁发生翘曲，亦将导致曲率的增大和刚度的降低（5）所有影响混凝土徐变和收缩的因素都将影响刚度的降低，使构件挠度增大3.提高受弯构件刚度的措施：(1)增大构件截面有效高度是提高构件截面刚度最有效的措施;(2)当截面高度及其他条件不变时，如有受拉翼缘或受压翼缘，则Bs有所增大;(3)增大受拉筋的配筋率，Bs 略有增大;(4)当设计中构件的截面高度受到限制时，可考虑增加受拉钢筋配筋率、采用双筋截面等措施;(5)采用高性能混凝土、对构件施加预应力等都是提高混凝土构件刚度的有效措施。4.减小裂缝宽度的措施：提高混凝土强度等级、减小钢筋直径、增大钢筋截面面积、适当控制混凝土保护层厚度、采用变形带肋钢筋5.最小刚度原则：为简化计算，在同号弯矩范围内，按最小刚度，即取弯矩最大截面处的刚度，作为各截面的刚度（图中阴影），使变刚度梁作为等刚度梁来计算。预应力混凝土构件1.对构件施加预应力的目的？预应力混凝土结构的优缺点是什么？答：（1）为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，避免因满足变形和裂缝控制的要求而导致构件自重过大所造成的不经济和不能应用于大跨度结构，也为了能充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，可以采用对构件施加预应力的方法来解决，即设法在结构构件受荷载作用前，使它产生预压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而使结构构件的拉应力不大，甚至处于受压状态。（2）预应力混凝土结构的优点是可以延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂度和刚度，并取得节约钢筋，减轻自重的效果，克服了钢筋混凝土的主要缺点。其缺点是构造、施工和计算均较钢筋混凝土构件复杂，且延性也差些。2.预应力损失主要有以下六项：1）预应力直线钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失；2）预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失；3）混凝土加热养护时受张拉的预应力钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的预应力损失；4）预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失；5）混凝土收缩、徐变的预应力损失、；6）用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件，由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失3.预应力损失值为什么要分第一批和第二批损失？先张法和后张法各项预应力损失是怎么组合的？答： 因为六项预应力损失值有的只发生在先张法构件中，有的只发生在后张法构件中，有的两种构件均有，而且是分批产生的，因此，为了便于分析和计算，规范按混凝土预压前和混凝土预压后将预应力损失值分为第一批损失和第二批损失。先张法构件的预应力损失值的组合：第一批损失为1234，第二批损失为5；后张法构件的预应力损失值的组合：第一批损失为12，第二批损失为456。4.什么是张拉控制应力?为何不能取得太高也不能太低？为何先张法的张拉控制应力略高于后张法？（1）张拉控制应力是指预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。其值为张拉设备所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积而得的应力值，以表示。（2）张拉控制应力的取值不能太高也不能太低。如果张拉控制应力取值过低，则预应力钢筋经过各种损失后，对混凝土产生的预压应力过小，不能有效地提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度。如果张拉控制应力取值过高，则可能引起以下问题：1）在施工阶段会使构件的某些部位受到预拉力甚至开裂，对后张法构件可能造成端部混凝土局压破坏；2）构件出现裂缝时的荷载值与继续荷载值很接近，使构件在破坏前无明显的预兆，构件的延性较差；3）为了减小预应力损失，有时需进行超张拉，有可能在超张拉过程中使个别钢筋的应力超过它的实际屈服强度，使钢筋产生较大塑性变形或脆断。（3）对于相同的钢种，先张法的张拉控制应力的取值高于后张法，这是由于先张法和后张法建立预应力的方式是不同的。先张法是在浇灌混凝土之前在台座上张拉钢筋，故在预应力钢筋中建立的拉应力就是张拉控制应力。后张法是在混凝土构件上张拉钢筋，在张拉的同时，混凝土被压缩，张拉设备千斤顶所指示的张拉控制应力已扣除混凝土弹性压缩后的钢筋应力。为此，后张法构件的值应适当低于先张法。思 考 题钢筋混凝土梁破坏时的特点是：受拉钢筋屈服，受压区混凝土被压碎，破坏前变形较大，有明显预兆，属于延性破坏类型。在钢筋混凝土结构中，利用混凝土的抗压能力较强而抗拉能力很弱，钢筋的抗拉能力很强的特点，用混凝土主要承受梁中和轴以上受压区的压力，钢筋主要承受中和轴以下受拉区的拉力，即使受拉区的混凝土开裂后梁还能继续承受相当大的荷载，直到受拉钢筋达到屈服强度以后，荷载再略有增加，受压区混凝土被压碎，梁才破坏。由于混凝土硬化后钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，且钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数十分接近，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏二者之间的粘结，从而保证了钢筋和混凝土的协同工作。钢筋混凝土结构的优点有：1）经济性好，材料性能得到合理利用；2）可模性好；3）耐久性和耐火性好，维护费用低；4）整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性；5）刚度大，阻尼大；6）就地取材。缺点有：1）自重大；2）抗裂性差；3）承载力有限；4）施工复杂；5）加固困难。第2章 混凝土结构材料的物理力学性能思 考 题 混凝土的立方体抗压强度标准值fcu,k是根据以边长为150mm的立方体为标准试件，在(203)的温度和相对湿度为90以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的具有95保证率的立方体抗压强度确定的。混凝土的轴心抗压强度标准值fck是根据以150mm150mm300mm的棱柱体为标准试件，在与立方体标准试件相同的养护条件下，按照棱柱体试件试验测得的具有95保证率的抗压强度确定的。混凝土的轴心抗拉强度标准值ftk是采用直接轴心抗拉试验直接测试或通过圆柱体或立方体的劈裂试验间接测试，测得的具有95保证率的轴心抗拉强度。由于棱柱体标准试件比立方体标准试件的高度大，试验机压板与试件之间的摩擦力对棱柱体试件高度中部的横向变形的约束影响比对立方体试件的小，所以棱柱体试件的抗压强度比立方体的强度值小，故fck低于fcu,k。轴心抗拉强度标准值ftk与立方体抗压强度标准值fcu,k之间的关系为：。轴心抗压强度标准值fck与立方体抗压强度标准值fcu,k之间的关系为：。 混凝土的强度等级是根据立方体抗压强度标准值确定的。我国新规范规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14个等级。 根据约束原理，要提高混凝土的抗压强度，就要对混凝土的横向变形加以约束，从而限制混凝土内部微裂缝的发展。因此，工程上通常采用沿方形钢筋混凝土短柱高度方向环向设置密排矩形箍筋的方法来约束混凝土，然后沿柱四周支模板，浇筑混凝土保护层，以此改善钢筋混凝土短柱的受力性能，达到提高混凝土的抗压强度和延性的目的。 单向受力状态下，混凝土的强度与水泥强度等级、水灰比有很大关系，骨料的性质、混凝土的级配、混凝土成型方法、硬化时的环境条件及混凝土的龄期也不同程度地影响混凝土的强度。混凝土轴心受压应力应变曲线包括上升段和下降段两个部分。上升段可分为三段，从加载至比例极限点A为第1阶段，此时，混凝土的变形主要是弹性变形，应力应变关系接近直线；超过A点进入第2阶段，至临界点B，此阶段为混凝土裂缝稳定扩展阶段；此后直至峰点C为第3阶段，此阶段为裂缝快速发展的不稳定阶段，峰点C相应的峰值应力通常作为混凝土棱柱体的抗压强度fc，相应的峰值应变一般在0.00150.0025之间波动，通常取0.002。下降段亦可分为三段，在峰点C以后，裂缝迅速发展，内部结构的整体受到愈来愈严重的破坏，应力应变曲线向下弯曲，直到凹向发生改变，曲线出现拐点D；超过“拐点”，随着变形的增加，曲线逐渐凸向应变轴方向发展，此段曲线中曲率最大的一点称为收敛点E；从“收敛点”开始以后直至F点的曲线称为收敛段，这时贯通的主裂缝已很宽，混凝土最终被破坏。常用的表示混凝土单轴向受压应力应变曲线的数学模型有两种，第一种为美国E.Hognestad建议的模型：上升段为二次抛物线，下降段为斜直线；第二种为德国Rusch建议的模型：上升段采用二次抛物线，下降段采用水平直线。 连接混凝土受压应力应变曲线的原点至曲线任一点处割线的斜率，即为混凝土的变形模量。在混凝土受压应力应变曲线的原点作一切线，其斜率即为混凝土的弹性模量。 混凝土在荷载重复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。当混凝土试件的加载应力小于混凝土疲劳强度时，其加载卸载应力应变曲线形成一个环形，在多次加载卸载作用下，应力应变环越来越密合，经过多次重复，这个曲线就密合成一条直线。当混凝土试件的加载应力大于混凝土疲劳强度时，混凝土应力应变曲线开始凸向应力轴，在重复荷载过程中逐渐变成直线，再经过多次重复加卸载后，其应力应变曲线由凸向应力轴而逐渐凸向应变轴，以致加卸载不能形成封闭环，且应力应变曲线倾角不断减小。 结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象称为徐变。徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大影响，它会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分布的现象，在预应力混凝土结构中会造成预应力损失。影响混凝土徐变的主要因素有：1）时间参数；2）混凝土的应力大小；3）加载时混凝土的龄期；4）混凝土的组成成分；5）混凝土的制作方法及养护条件；6）构件的形状及尺寸；7）钢筋的存在等。减少徐变的方法有：1）减小混凝土的水泥用量和水灰比；2）采用较坚硬的骨料；3）养护时尽量保持高温高湿，使水泥水化作用充分；4）受到荷载作用后所处的环境尽量温度低、湿度高。 当养护不好以及混凝土构件的四周受约束从而阻止混凝土收缩时，会使混凝土构件表面出现收缩裂缝；当混凝土构件处于完全自由状态时，它产生的收缩只会引起构件的缩短而不会产生裂缝。影响混凝土收缩的主要因素有：1）水泥的品种；2）水泥的用量；3）骨料的性质；4）养护条件；5）混凝土制作方法；6）使用环境；7）构件的体积与表面积的比值。减少收缩的方法有：1）采用低强度水泥；2）控制水泥用量和水灰比；3）采用较坚硬的骨料；4）在混凝土结硬过程中及使用环境下尽量保持高温高湿；5）浇筑混凝土时尽量保证混凝土浇捣密实；6）增大构件体表比。软钢的应力应变曲线有明显的屈服点和流幅，而硬钢则没有。对于软钢，取屈服下限作为钢筋的屈服强度；对于硬钢，取极限抗拉强度b的85作为条件屈服点，取条件屈服点作为钢筋的屈服强度。热轧钢筋按强度可分为HPB235级（级，符号）、HRB335级（级，符号）、HRB400级（级，符号）和RRB400级（余热处理级，符号R）四种类型。常用的钢筋应力应变曲线的数学模型有以下三种：1）描述完全弹塑性的双直线模型；2）描述完全弹塑性加硬化的三折线模型；3）描述弹塑性的双斜线模型。 钢筋主要有热轧钢筋、高强钢丝和钢绞线、热处理钢筋和冷加工钢筋等多种形式。钢筋冷加工的方法有冷拉和冷拔。冷拉可提高钢筋的抗拉强度，但冷拉后钢筋的塑性有所降低。冷拔可同时提高钢筋的抗拉及抗压强度，但塑性降低很多。 钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求如下：1）钢筋的强度必须能保证安全使用；2）钢筋具有一定的塑性；3）钢筋的可焊性较好；4）钢筋的耐火性能较好；5）钢筋与混凝土之间有足够的粘结力。 钢筋混凝土受力后会沿钢筋和混凝土接触面上产生剪应力，通常把这种剪应力称为钢筋和混凝土之间的粘结力。影响钢筋与混凝土粘结强度的主要因素有：混凝土强度、保护层厚度及钢筋净间距、横向配筋及侧向压应力、钢筋表面形状以及浇筑混凝土时钢筋的位置等。保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力的构造措施有：1）对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚固长度；2）为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；3）在钢筋的搭接接头范围内应加密箍筋；4）为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩。此外，对高度较大的混凝土构件应分层浇注或二次浇捣，另外，对于锈蚀钢筋，一般除重锈钢筋外，可不必除锈。第3章 按近似概率理论的极限状态设计法思 考 题结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力称为结构的可靠性。它包含安全性、适用性、耐久性三个功能要求。结构超过承载能力极限状态后就不能满足安全性的要求；结构超过正常使用极限状态后就不能保证适用性和耐久性的功能要求。建筑结构安全等级是根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否来划分的。所有能使结构产生内力或变形的原因统称为作用，荷载则为“作用”中的一种，属于直接作用，其特点是以力的形式出现的。影响结构可靠性的因素有：1）设计使用年限；2）设计、施工、使用及维护的条件；3）完成预定功能的能力。结构构件的抗力与构件的几何尺寸、配筋情况、混凝土和钢筋的强度等级等因素有关。由于材料强度的离散性、构件截面尺寸的施工误差及简化计算时由于近似处理某些系数的误差，使得结构构件的抗力具有不确定的性质，所以抗力是一个随机变量。整个结构或构件的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定状态称为该功能的极限状态。结构的极限状态可分为两类，一类是承载能力极限状态，即结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态。另一类是正常使用极限状态，即结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限值的状态。建筑结构应该满足安全性、适用性和耐久性的功能要求。结构的设计工作寿命是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期，它可按建筑结构可靠度设计统一标准确定，业主可提出要求，经主管部门批准，也可按业主的要求确定。结构超过其设计工作寿命并不意味着不能再使用，只是其完成预定功能的能力越来越差了。正态分布概率密度曲线主要有平均值和标准差两个数字特征。越大，表示曲线离纵轴越远；越大，表示数据越分散，曲线扁而平；反之，则数据越集中，曲线高而窄。正态分布概率密度曲线的主要特点是曲线呈钟形，并以x=为对称轴呈对称分布，峰点横座标为平均值，峰点两侧处各有一个反弯点，且曲线以x轴为渐近线。P(xx0)=1P(xx0)=1。保证结构可靠的概率称为保证率，如95%、97.73%。结构的可靠度就是结构可靠性的概率度量。结构的可靠指标z/z，它和失效概率一样可作为衡量结构可靠度的一个指标。我国建筑结构设计统一标准定义结构可靠度是结构在设计工作寿命内，在正常条件下，完成预定功能的概率。设R表示结构构件抗力，S表示荷载效应，ZRS就是结构的功能函数。整个结构或构件