结构设计原理——复习资料

1 结构设计原理 复习资料 1 钢筋混凝土结构有哪些特性 答 钢筋混凝土结构能合理地利用钢筋和混凝土两种材料的特性 具有耐久 耐火 可模性好及易于就地取材等优点 其缺点是自重大 抗裂差 施工受气候条 件影响大 修补或拆除较困难 2 钢筋与混凝土这两种力学性能不同的材料为什么能有效地结合在一起共同工作 答 钢筋和混凝土这两种力学性能不同的材料之所以能有效地结合在一起而共同工作 主要有以下原因 1 混凝土硬化后 在混凝上和钢筋之间产生了良好 的粘结力 使两者能可靠地结合成一个整体 在荷载作用下能够共同变形 完成其结构功能 2 钢筋和混凝土的温度线膨胀系数较为接近 钢筋为 1 2 10 5 混凝土为 1 0 10 5 1 5 10 5 因此 当温度变化时 不致产生较大的温度应力而破坏 两者之间的粘结 3 混凝土包围在钢筋的外围 起着保护钢筋免遭锈蚀的作用 保证了钢筋与混凝土的共同作用 3 计算钢筋混凝土结构时 对于有明显流幅的钢筋如何取其设计强度 为什么 对没有明显流幅或屈服点的钢筋如何取其设计强度 答 计算钢筋混凝土结构时 对于有明显流幅的钢筋 取它的屈服强度作为设计强度的依据 这是因为构件中钢筋的应力到达屈服强度后 将产生很大的塑性变 形 这时钢筋混凝土构件将出现很大的变形和不可闭合的裂缝 以致不能使用 对没有明显流幅或屈服点的钢筋 其比例极限大约相当于极限强度的 65 在实用上取残余应变为 0 2 时的应力 相当于极限强度的 80 作为假定的屈服点 即 条件屈服点 又称协定屈服点 以 0 2表示 4 钢筋的塑性通常用哪两个指标来衡量 其定义如何 如何表示 有何意义 答 钢筋的塑性通常用伸长率和冷弯性能两个指标来衡量 钢筋拉断后的伸长值与原长的比值 称为伸长率 用 10或 5表示 10和 5分别表示标距 l1 10d 和 l1 5d 时的伸长率 d 为钢筋直径 用公式表示为 伸长率越大 则塑性越好 100 1 12 l ll 冷弯是将直径为 d 的钢筋绕直径为 D 的钢辊 弯成一定的角度而不产生裂纹 鳞落或断裂现象就表示合格 钢辊的直径 D 越小 弯转角越大 说明钢筋的塑性 越好 5 钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求有哪几方面 答 钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求 有以下几方面 1 强度 所谓强度指的是钢筋的屈服强度和极限强度 钢筋的屈服强度是设计计算时的主要依据 而屈服强度和极限强度的比值 屈强比 则反映了材料的 强度储备 一般要求屈强比小于 0 8 2 塑性 要求钢筋在断裂前有足够的变形 给人以破坏的预兆 因此要保证钢筋的伸长率和冷弯性能符合规范要求 3 可焊性 要求钢筋焊接后接头处不产生裂纹及过大的变形 性能良好 4 与混凝土有良好的粘结力 为了保证钢筋与混凝土共同工作 两者之间必须有足够的粘结力 6 单向受力状态下混凝土的强度有哪些 答 单向受力状态下混凝土的强度包括混凝土立方体抗压强度 混凝土轴心抗压强度 棱柱体强度 混凝土抗拉强度 7 混凝土立方体抗压强度与哪些因素有关 它们是如何影响混凝土立方体抗压强度的 答 混凝土立方体抗压强度与试验方法有着密切的关系 试验方法有加油脂润滑剂与不加油脂润滑剂两种 试验方法不同 加压板对混凝土试块横向变形的摩擦 阻力不同 因此 混凝土试块破坏时的裂缝形状不同 混凝土的立方体抗压强度还与试件尺寸有关 另外 混凝土的立方体抗压强度还与加荷速度有关 加 荷速度越快 测得的混凝土强度越高 8 什么是混凝土轴心抗压强度 其特点如何 答 按照与立方体试件相同条件制作和试验方法测得的棱柱体试件的极限抗压强度值 称为混凝土轴心抗压强度 用符号表示 通常钢筋混凝土构件的长 c f 度比它的截面边长要大得多 因此棱柱体试件 高度大于截面边长的试件 的受力状态更接近于实际构件中混凝土的受力情况 9 混凝土在双向应力状态下的应力有何特点 答 在双向拉应力作用下 第一象限 1与 2相互影响不大 混凝土强度与单向拉应力作用下的几乎相同 在双向压应力作用下 第三象限 一向的强度随 另一向压应力的增加而增加 双向受压下的混凝土强度比单向受压强度最多可提高 25 在拉 压组合情形下 二 四象限 无论是抗拉强度或是抗压强度都有所 降低 10 混凝土的变形可分为哪两类 答 混凝土的变形可分为两类 一类是在荷载作用下的受力变形 如单调短期加载的变形 荷载长期作用下的变形以及多次重复加载的变形 另一类与受力无关 称为体积变形 如混凝土收缩以及温度变化引起的变形 11 混凝土轴心受压的应力应变曲线是怎样的 答 完整的混凝土轴心受压应力应变曲线由上升段 OC 下降段 CD 和收敛段 DE 三个阶段组成 在上升段 当应力 0 3时 应力应变关系接近直线变化 OA 段 混凝土处于弹性工作阶段 在应力 0 3后 随着应力的增大 应力应变关系愈 b a R b a R 来愈偏离直线 任 点的应变 可分为弹性应变 e和塑性应变 P两部分 原有的混凝土内部微裂缝发展 并在孔隙等薄弱处产生新的个别的微裂缝 当应力达到 0 8 B 点 后 混凝土塑性变形显著增大 内部裂缝不断延伸扩展 并有几条贯通 应力应变曲线斜率急剧减小 如果不继续加载 裂缝也会发展 即内部裂缝处于 b a R 非稳定发展阶段 当应力达到最大应力时 C 点 应力应变曲线的斜率已接近于水平 试件表面出现不连续的可见裂缝 b a R 在下降段 到达峰值应力点 C 后 混凝土的强度并不完全消失 随着应力 的减少 卸载 应变仍然增加 曲线下降坡度较陡 混凝土表面裂缝逐渐贯通 在收敛段 在反弯点 D 之后 应力下降的速率减慢 趋向于稳定的残余应力 表面纵向裂缝把混凝土棱柱体分成若干个小柱 荷载由裂缝处的摩擦咬合力及小 柱体的残余强度所承受 曲线上的最大应力 峰值应力 即为混凝土棱柱体的抗压强度 与之相应的应变值 0 称为峰值应变 其值随混凝土的强度而异 约在 1 5 2 5 10 3之间 b a R 2 变动 通常取其平均值 0 2 0 10 3 与 D 点相应的应变值 称为极限压应变 max 其值约为 3 0 5 0 10 3 12 什么是混凝土的徐变 什么是混凝土的收缩 答 在荷载的长期作用下 混凝土的变形将随时间而增加 即在应力不变的情况下 混凝土的应变随时间继续增长 这种现象被称为混凝土的徐变 混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩 混凝土的收缩是 种随时间而增长的变形 结硬初期收缩变形发展很快 两周可完成全部收缩的 25 个月约可完成 50 三个月后增长缓慢 般两年后 趋于稳定 最终收缩值约为 2 6 10 4 13 混凝土的弹性模量有哪三种表示方法 混凝土弹性模量 剪切弹性模量的表达式如何 答 混凝土的弹性模量有三种表示方法 1 原点弹性模量 在混凝土受压应力应变曲线图的原点作切线 该切线的斜率即为原点弹性模量 即 0 tg e h E 2 切线模量 在混凝土应力应变曲线上某 应力 h处作 切线 该切线的斜率即为相应于应力 h时的切线模量 即 d d Eh 3 变形模量 连接混凝土应力应变曲线的原点 O 及曲线上某一点 K 作割线 K 点混凝土应力为 h 0 5 则该割线 OK 的斜率即为变形模量 也称割线模量或弹塑 b a R 性模量 即 h h h E tg 14 钢筋和混凝土之间的粘结有何作用 影响粘结强度的因素有哪些 答 钢筋和混凝土之间的粘结力是钢筋和混凝土能够共同工作的一个主要原因 二者只有牢固的粘结在一起 才能相互传递应力 影响钢筋与混凝土之间粘结强度的因素很多 其中主要有 1 混凝土强度等级 光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度均随混凝土强度等级的提高而提高 在其它条件基本相同时 粘结强度与混凝土抗拉强度成正比 2 钢筋外观特征 变形钢筋由于表面凹凸不平 其粘结强度高于光面钢筋 而轻度锈蚀的钢筋 其粘结强度比新轧制的无锈钢筋高 比除锈处理的钢筋更高 所以 在实际工作中 除重锈钢筋外 一般不必除锈 3 浇注位置 混凝土浇注后有下沉及泌水现象 因此 处于水平位置的钢筋比竖位钢筋的粘结强度显著降低 同样是水平位置钢筋 钢筋下混凝土浇筑深度 越大 粘结强度的降低也越多 4 钢筋净距及保护层厚度 当构件截面上 有多根钢筋并列一排时 若净距不足 钢筋外围混凝土将会发生在钢筋位置水平面上贯穿整个梁宽的劈裂裂缝 梁截面上一排钢筋的根数越多 净距越小 粘结强度降低就愈多 若混凝土保护层太薄 特别是当采用变形钢筋时则容易发生沿纵向钢筋方向的劈裂裂缝 并使粘结 强度显著降低 第二章 1 承载能力权限状态 结构或其构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的不可恢复的变形 正常使用极限状态 对应于结构或其构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值 作用 是指施加在结构上的集中或分布荷载 以及引起结构外加变形或约束变形的原因 荷载标准值 是指在结构使用期间 在正常情况下可能出现的最大荷值 由于最大荷载是随机变量 故荷载标准值原则上应根据荷载的设计基准期最大荷载概率分布 的某一分位系数 使其保证率达到 95 而确定的 荷载准永久值 系指可变荷载中比较呆滞的部分值 例如住宅中较为固定的家具 办公室的设备 它在规定的 期限内具有较长的总持续期 TX 它对结构的影响犹如永久荷载 可变荷载准永久值为可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数 q 荷载频遇值 对可变荷载 在设计基准期内 其超越的总时间为规定的较小比率或超越次数为规定次数的荷载值 因此 频遇荷载值为可变荷载标准值乘以频遇系数 f 作用效应 S 结构由于各种作用原因 引起内力 如轴力 弯矩 剪力 扭矩等 和变形 如挠度 转角 裂缝等 则内力和变形称为 作用效应 用 S 表示 当作 用为荷载时 其效应也称为 荷载效应 结构抗力 是指结构或构件承受作用效应的能力 如构件的承载力 刚度等 用 R 表示 材料强度标准值 fk 各种材料强度标准值的取值原则是 在符合规定质量的材料强度实测总体中 标准强度应具有不小于 95 的保证率 即按概率分布的 0 05 分位 数确定 材料强度设计值 由材料强度标准值除以材料分项系数求得 荷载设计值 由荷载标准值乘以荷载分项系数求得 结构可靠度 结构在规定的时间内 在规定的条件下 完成预定功能的概率 称为结构的可靠度 可靠指标 是度量结构可靠性的一种量化的指标 它与 pf具有数值上一一对应的关系 22 ZR SR Z Z 例题 某钢筋混凝土轴拉构件 其受拉承载力极限状态方程为 Z R 一 S 0 已知荷载效应 轴向拉力 N 服从正态分布 且其平均值 N 125kN 标准差 N 9 1kN 抗力 R 也服从正态分布 其平均值 R 180 4kN 标准差 R 14 1kN 目标可靠指标 3 2 试计算该构件的可靠指标 解 求可靠指标 并校核 3 第三章 3 3 1 91 14 1254 180 2222 SR SR 1 板的钢筋由哪些钢筋组成 均有何作用 答 板内钢筋由受力钢筋 主筋 和分布钢筋组成 受力钢筋布置在板的受拉区 垂直于板内主筋方向上布置的构造钢筋 称为分布钢筋 分布钢筋的作用有 三点 1 将板面上的荷载更均匀地传给受力钢筋 2 在施工中可通过绑扎或点焊固定主筋的位置 3 用它来抵抗温度应力和混凝土的收缩应力 2 梁的钢筋由哪些钢筋组成 均有何作用 答 纵向受力钢筋 梁中常用主筋直径为 12 32mm 最大不超过 40mm 因为钢筋过粗不仅焊接 弯折困难 而且对抗裂不利 弯起钢筋或斜钢筋 弯起钢筋是由主钢筋按规定的部位和角度弯至梁上部后 并满足锚固要求的钢筋 斜钢筋是专门设置的斜向钢筋 均由抗剪计算确定 箍筋 沿梁纵轴方向按一定间距配置并箍住纵向钢筋的横向钢筋 可以用来抗剪 在构造上还起着固定纵向钢筋位置的作用并与纵向钢筋 架立钢筋等组成骨架 为固定箍筋并与受力钢筋连成钢筋骨架 在梁内设置架立钢筋 架立筋的直径一般为 10mm 14mm 沿梁肋高度两侧 在箍筋外侧水平方向一般还需要设置纵向水平钢筋 以抵抗温度应力及混凝土收缩应力 其直径一般采用 6mm 8mm 3 钢筋混凝土梁正截面工作划分为哪三个阶段 答 钢筋混凝土梁正截面工作划分为 弹性工作阶段 整体工作阶段 带裂缝工作阶段和破坏阶段 4 钢筋混凝土梁正截面工作的三个阶段各作为什么计算的依据 答 第一阶段 弹性工作阶段 整体工作阶段 末 Ia可作为受弯构件开裂弯矩的计算依据 第 阶段 带裂缝工作阶段 相当于梁使用时的应力状态 可作 为正常使用阶段的变形和裂缝宽度计算的依据 第 阶段 破坏阶段末可作为承载能力极限状态计算时的依据 5 钢筋混凝土构件的破坏形式有哪两种 当材料品种选定以后 其破坏形式主要受什么影响 答 钢筋混凝土构件破坏有两种形式 一种是塑性破坏 延性破坏 指结构或构件在破坏前有明显变形或其他预兆的破坏 另一种是脆性破坏 指结构或构件 在破坏前没有明显变形或其他预兆的破坏 6 根据梁的破坏形式的不同 梁的破坏可分为以哪三类 各有何破坏特点 答 根据梁的破坏形式不同 梁的破坏可分为 适筋梁 超筋梁和少筋梁三类 1 适筋梁 塑性破坏 适筋梁的破坏特点是 破坏始自受拉区钢筋的屈服 钢筋应力刚刚达到屈服强度时 混凝土边缘应变尚未达到混凝土极限压应变 因而梁并未立刻破坏 在保持 应力不变的情况下 梁产生较大的塑性变形 继续加载 直至受压区边缘混凝土的应变达到混凝土极限压应变 受压区出现纵向水平裂缝 随之混凝土被压碎而破坏 显然 这种梁在完全破坏之前 梁的挠度会随着裂缝的开展而产生较大的增加 梁截面会产生较大的塑性变形 因而有明显的破坏预兆 属于塑性破坏 梁的挠 度增量越大 则截面的延性越好 2 超筋梁 脆性破坏 超筋梁的其破坏特点是 破坏始自受压区混凝土的压碎 在受压区边缘纤维的应变达到混凝土受弯极限应变时 受拉钢筋应力尚小于屈服强度 但此时 梁已告 破坏 这种梁破坏时裂缝开展不宽 延性不高 梁的挠度也不大 总之 超筋梁的破坏无明显的预兆 属于脆性破坏 超筋梁不仅不经济且破坏无预兆 设计中应尽量避免 3 少筋梁 脆性破坏 若钢筋屈服时的弯矩 My等于梁的开裂弯矩 Mf 即 My Mf 则混凝土一旦开裂 受拉钢筋就达屈服 此时 所对应的配筋率 称为最小配筋率 min 当梁的配筋率 很小时 即 min 则为少筋梁 其破坏特点是 受拉区混凝土一旦开裂 受拉钢筋就达到屈服 并迅速经历整个流幅而进入强化工作阶段 梁 仅出现一条集中裂缝 不仅宽度大 且沿梁高延伸很高 有时钢筋甚至被拉断 这种破坏很突然 属脆性破坏 少筋梁的抗弯承载力 取决于混凝土的抗拉强度 在 桥梁工程中不允许采用 7 什么是钢筋混凝土梁的 界限破坏 答 当钢筋和混凝土强度确定后 一根梁总会有一个特定的配筋率 它使得钢筋应力达到屈服强度的同时 受压区边缘纤维应变也恰好到达混凝土受弯时的极限 压应变 这种梁的破坏叫 界限破坏 即适筋梁与超筋梁的界限 界限破坏 梁的破坏特点是 受拉筋应力达到屈服的同时 受压混凝土压碎而梁立即破坏 梁的 界限破坏 时所对应的配筋率为最大配筋率 8 钢筋混凝土梁正截面计算有哪些基本假定 答 钢筋混凝土梁正截面计算的基本假定 1 平均应变的平截面假定 2 不考虑混凝土的抗拉强度 3 应力 应变的物理关系 1 混凝土的应力应变关系 假设混凝土的应力 应变曲线由一条曲线及一条水平线组成 曲线顶点对应于横坐标上 0 0 002 处 我国 公路桥规 混凝土极限压 应变取 u 0 003 通常所选曲线为二次抛物线 这里的 0为对应 0时的应力 2 钢筋的应力应变关系 采用理想的弹塑性应力 应变曲线 9 双筋矩形截面梁在实际设计中 若求得 x 2as 应如何处理 答 在实际设计中 若求得 x h f 若 ffcdssd hbfAf 4 或 2 0 fi fficdu h hhbfM 则 x h f 属于第一类 T 形梁 否则 属于第二类 T 形梁 10 在什么情况下可采用双筋梁 在双筋截面中受压钢筋起什么作用 双筋截面是指除受拉钢筋外 在截面受压区亦布置受压钢筋的截面 当构件的截面尺寸受到了限制 采用单筋截面设计出现时 则应设置一定的受压钢 0 hx b 筋来帮助混凝土承担部分压力 这样就构成双筋截面 当某些构件在不同的作用组合情况下 截面需要承受正负号弯矩时 也需采用双筋截面 1 简述钢筋混凝土梁的斜截面破坏形式及发生原因 因为混凝土的抗压强度较高 所以一般受弯构件当其截面尺寸不是太小时 将不会由于主压应力而引起梁的破坏 由于混凝土材料的抗拉强度很低 当主拉应力达到 其抗拉极限强度时 就会出现垂直于主拉应力方向的斜向裂缝 并导致沿斜截面发生破坏 因此 钢筋混凝土受弯构件除应进行正截面承载力计算外 尚需对弯矩和 剪力同时作用的区段进行斜截面承载力计算 1 受弯构件沿斜截面破坏的形态有几种 各在什么情况下发生 应分别如何防止 斜拉破坏 斜拉破坏发生在无腹筋梁或腹筋配得很少的有腹筋梁中 一般出现在剪跨比 m 的情况 属于脆性破坏 由于这种破坏的危险性较大 在设计中 应避免斜拉破坏 剪压破坏 当腹筋配置适当时或无腹筋梁剪跨比大致在 m 的情况下 属于塑性破坏 是设计中普遍要求的情况 斜压破坏 当剪跨比较小 m 或者腹筋配置过多 腹板很薄时 破坏时腹筋的应力尚未达到屈服强度 破坏性质类似于正截面的超筋梁破坏 在设计中应设法 避免 1 避免发生斜拉破坏 设计时 对有腹筋梁 必须控制箍筋的用量不能太少 即箍筋的配筋率必须不小于规定的最小配筋率 2 为避免发生斜压破坏 设计时 必须限制箍筋的用量不能太多 也就是必须对构件的截面尺寸加以验算 控制截面尺寸不能过小 3 何谓剪跨比 为什么其大小会引起沿斜截面破坏形态的改变 所谓剪跨比 shear span to effective depth ratio 是指梁承受集中荷载作用时集中力的作用点到支点的距离 a 一般称为剪跨 与梁的有效高度之比 即 0 h 0 ham 剪跨比的数值 实际上反映了该截面的弯矩和剪力的数值比例关系 试验研究表明 剪跨比越大 抗剪能力越小 当剪跨比 以后 抗剪 0 hVMm dd 能力基本上不再变化 4 影响梁斜截面承载力的主要因素是什么 目前比较普遍的观点是 影响斜截面抗剪承载力的主要因素有剪跨比 混凝土强度等级 箍筋及纵向钢筋的配筋率等 其中最重要的是剪跨比的影响 5 斜截面抗剪承载力计算公式的适用范围是什么 其意义何在 一 上限值 截面最小尺寸 为了防止此类属于突发性的脆性斜压破坏 公桥规 规定了截面尺寸的限制条件 二 下限值与最小配箍率 minsv 当混凝土梁内配置一定数量的箍筋 而且箍筋的间距又不太大时 就可以避免发生斜拉破坏 公桥规 规定 矩形 形和 I 字形截面的受弯构件 若符合下限值要求时 则不需要进行斜截面抗剪强度计算 而仅按构造要求配置箍筋 第四章 1 钢筋混凝土矩形截面受扭构件的破坏形态一般可分为哪几种 其发生的条件和破坏特征如何 答 根据抗扭钢筋配筋率的多少 钢筋混凝土矩形截面受扭构件的破坏形态一般可分为 少筋破坏 适筋破坏 超筋破坏和部分超筋破坏 钢筋混凝土矩形截面受扭构件的破坏条件和破坏特征如下 1 少筋破坏 当抗扭钢筋数量过少时 在构件受扭开裂后 由于钢筋没有足够的能力承受混凝土开裂后卸给它的那部分外扭矩 因而构件立即破坏 其破坏 性质与素混凝土构件无异 类似受弯构件的少筋梁 设计应避免 2 适筋破坏 在正常配筋的条件下 随着外扭矩的不断增加 抗扭箍筋和纵筋首先达到屈服强度 然后主裂缝迅速开展 最后促使混凝土受压面被压碎 构 件破坏 这种破坏的发生是延性的 可预见的 与受弯构件适筋梁相类似 3 超筋破坏 当抗扭钢筋配置过多 或混凝土强度过低时 随着外扭矩的增加 构件混凝土先被压碎 从而导致构件破坏 而此时抗扭箍筋和纵筋还均未达 到屈服强度 这种破坏的特征与受弯构件超筋梁相类似 属于脆性破坏的范畴 又称为完全超筋破坏 由于其破坏的不可预见性 完全超筋构件在设计时必须予以避 免 4 部分超筋破坏 当抗扭箍筋或纵筋中的一种配置过多时 构件破坏时只有部分纵筋或箍筋屈服 而另一部分抗扭钢筋 箍筋或纵筋 尚未达到屈服强度 这种 构件称为部分超筋构件 破坏时具有一定的延性破坏性质 但较适筋破坏延性小 2 对于钢筋混凝土纯扭构件极限扭矩的计算 目前所用的计算模式主要有哪两种 答 对于钢筋混凝土纯扭构件极限扭矩的计算 目前所用的计算模式 或计算理论 主要有两种 一种是变角度空间桁架模型 另一种是斜弯曲破坏理论 或 称扭曲破坏面极限平衡理论 3 变角度空间桁架模型的基本假定有哪些 答 变角度空间桁架模型的基本假定有 a c b 图 5 1 混凝土只承受压力 具有螺旋形裂缝的混凝土外壳组成桁架的斜压杆 其倾角为 2 纵筋和箍筋只承受拉力 分别构成桁架的上下弦杆和腹杆 3 忽略核心混凝土的抗扭作用和钢筋的销栓作用 4 目前 弯剪扭共同作用下 钢筋混凝土构件的配筋计算 公路桥规 所采取的计算方法是什么方法 其含义如何 答 目前 弯剪扭共同作用下 钢筋混凝土构件的配筋计算 公路桥规 所采取的计算方法为简单的 叠加法 即按弯矩单独作用时求得抗弯所需纵筋 按扭矩单独作用时求得抗扭所需的纵筋和箍筋 按剪力单独作用 仅设箍筋而不设斜筋时 求得抗剪所需的箍筋 然后分别进行所需纵筋的叠加和所需箍筋的叠加 得到弯剪扭共同作用下构件配筋计算量 1 什么是钢筋混凝土构件的纵向弯曲系数 纵向弯曲系数与哪些因素有关 答 钢筋混凝土长柱承载力与相同条件下短柱承载力的比值称为钢筋混凝土构件的纵向弯曲系数 纵向弯曲系数与柱的长细比 混凝土和钢筋强度及配筋率有关 与长细比关系最大 长细比越大 纵向弯曲系数越小 当时 为构件的计8 0 bl 0 l 算长度 为矩形截面短边尺寸 构件的承载力没有降低 即为短柱 b 2 配螺旋箍筋的钢筋混凝土轴心受压构件工作机理如何 答 当荷载不大时 螺旋箍筋柱的工作特性和普通箍筋柱基本相同 当荷载加至使混凝土应力达到左右时 混凝土保护层开始剥落 但螺旋箍筋所围的核 a R8 0 心部分混凝土由于受到螺旋筋侧向约束而抗压强度大大提高 螺旋筋本身的环向拉应力也随着荷载的增大而不断提高 加载到螺旋筋开始屈服时 不再能有效地约束 核心混凝土之后 核心混凝土横向胀大并破碎 螺旋箍筋柱发生破坏 螺旋筋本身在环向受拉 同时它对核心混凝土施加径向压应力 这种径向压应力能提高混凝土 沿构件轴线方向的抗压强度 当螺旋筋中环向拉应力达到钢筋的屈服强度时 核心混凝土的轴向抗压强度有所提高 螺旋箍筋柱破坏时 与普通箍筋柱相比有更好的 延性 3 钢筋混凝土偏心受压构件根据破坏特征不同可分为哪两类 形成两类受压破坏的条件如何 它们各有何破坏特征 如何判别两类偏心受压构件 答 钢筋混凝土偏心受压构件根据破坏特征不同分为大偏心受压构件和小偏心受压构件 形成大偏心受压破坏的条件是 相对偏心距较大 且受拉钢筋配筋率较小的情况 形成小偏心受压破坏的条件是 相对偏心距较小 或虽然相对偏心距较大 但构件配置的受拉钢筋较多的情况 大偏心受压构件的破坏特征是 偏心受压构件的破坏是由于受拉钢筋首先达到屈服强度而导致受压混凝土压碎 构件临界破坏时有明显的征兆 横向裂缝开 展显著 构件的承载力取决于受拉钢筋的强度和数量 小偏心受压构件的破坏特征一般是 首先受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变 受压区混凝土被压碎 同一侧的钢筋压应力达到屈服强度 而另一侧的钢筋 不论受拉还是受压 其应力均达不到屈服强度 构件破坏前 受压区高度略有增加 破坏时无明显预兆 其正 截面承载力取决于受压区混凝土强度和受压钢筋强度 可以用受压区界限高度或受压区高度界限系数来判别两种不同偏心受压的破坏形态 即 b x b 当时 截面为大偏心受压破坏 b 当时 截面为小偏心受压破坏 b 4 对偏心受压构件 进行截面计算时 如何判别是大偏心还是小偏心 答 对偏心受压构件 进行截面计算时 首先应判别是大偏心还是小偏心 对设计而言 由于截面参数尚未确定 因此还不能利用与的关系来进行 b 判断 一般根据经验来初步假定 即当时 可假定截面为小偏心受压 可假定为大偏心受压 00 3 0he 00 3 0he 5 大偏心受压构件截面设计时 若和均未知 应作何假定 g A g A 答 大偏心受压构件截面设计时 若和均未知 有两个是独立的 但未知数却有三个 和 故需要补充一个方程 一般设计中 g A g A g A g A x 为满足省钢要求 力求最小 因而假定 由此确定 gg AA b x 6 小偏心受压构件截面设计时 若和均未知 应作何假定 g A g A 答 对于小偏心受压的一般情况 远离偏心压力一侧的纵向钢筋无论受拉还是受压 其应力一般均未达到屈服应力 因此 设计中可按最小配筋率选取 g A 但由于设计时尚未确定出远离偏心压力一侧的纵向钢筋是受拉还是受压 最小配筋率还需要假定确定 通常设计中假定按受压时的最小配筋率进行设计 即取 00min 002 0bhbhAg 7 矩形偏心受压构件截面校核时 如何判别大 小偏心受压 答 截面校核时 由于截面参数已知 故可通过实际的与的关系来判别截面是大偏心还是小偏心 但由于未知 故一般假定为大偏心受压 b s 由公式计算出 进而求出 当时为大偏心受压 当时为小偏心受压 sds f x b b 8 轴心受压构件的截面破坏特点是什么 分短柱和长柱 答 对配有中等强度钢筋 级 的短柱在破坏时 总是纵向钢筋先达到屈服点 继而混凝土达到最大压力破坏 当采用高等强度钢筋时 一般是混凝土 先被压碎而钢筋尚未达到屈服强度 对长柱 其破坏是由于构件丧失纵向稳定所造成 破坏时 构件产生较大的侧向挠曲 一侧混凝土被压碎 纵向钢筋在箍筋之间向外弯凸 另一侧混凝土发生横向的 受拉裂缝 9 何谓轴心受拉构件 其工作机理如何 答 当构件上作用有纵向拉力 且其作用线与构件截面重心重合时 此类构件为轴心受拉构件 轴心受拉构件的工作机理 轴心受拉构件承载状况 随着拉力的逐渐增大而变化 首先 构件在受较小的力时 混凝土裂缝尚未发生 混凝土与钢筋共同受力 但随着裂缝的出现 在裂缝处混凝土抵抗拉力的能力逐渐降低 以致退出工作 拉力完全由钢筋承受 这种单由钢筋承受应力的状态是钢筋混凝土轴心受拉构件的主 6 要承载方式 也是轴心受拉构件承载力计算的依据 1 什么是换算截面 在进行截面换算时有哪些基本假定 两种材料组合的组合截面就变成单一材料 混凝土 的截面 称之为换算截面 1 平截面假定 即梁在弯曲变形时 各横截面仍保持平面 2 弹性体假定 钢筋混凝土受弯构件在第 工作阶段时 混凝土受压区的应力图形是曲线 但此时曲线并不丰满 与直线形相差不大 可以近似地看作为直线 分布 即受压区的应力与平均应变成正比 3 受拉区出现裂缝后 受拉区的混凝土不参加工作 拉应力全部由钢筋承担 4 同一强度等级的混凝土 其拉 压弹性模量视为同一常值 2 在钢筋混凝土构件中的裂缝对结构有哪些不利的影响 当裂缝宽度不大时 并不影响结构的正常使用 但当裂缝宽度较大时 一则混凝土中的钢筋会从裂缝处开始锈蚀 二则结构刚度减小 变形增加 这样结构的耐久性 和正常使用就受到影响 同时给人们带来不安全感 因此 对钢筋混凝土构件的裂缝宽度必须要加以限制 2 结构的变形验算的目的是什么 钢筋混凝土桥梁在进行变形验算时有哪些要求 桥梁上部结构在荷载作用下将产生挠曲变形 使桥面成凹形或凸形 多孔桥梁甚至呈波浪形 因此设计钢筋混凝土受弯构件时 应使其具有足够的刚度 以避免产 生过大的变形而影响结构的正常使用 3 对钢筋混凝土受弯构件预拱度的设置有哪些要求和规定 钢筋混凝土受弯构件预拱度可按下列规定设置 荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应影响产生的长期挠度不超过 为计算跨径 时 可不设预拱度 1600 ll 不符合上述规定则应设预拱度 预拱度值按结构自重和可变荷载频遇值计算的长期挠度值之和采用 预拱度的设置应按最大的预拱值沿顺桥向做成平顺的曲线 21 4 什么是局部承压构件 局部承压的破坏特征是什么 局部承压是指构件受力表面 仅有部分面积来承受压力的受力状态混凝土局部承压的破坏形态主要与 Ac A Ac为局部承压面积 A 为试件截面面积 以及 Ac在底面积 上的位置有关 1 何谓预应力混凝土 与普通钢筋混凝土构件相比 预应力混凝土构件有何优缺点 所谓预应力混凝土结构 是指结构在承受外荷载以前 预先采用人为的方法 在结构内部形成一种应力状态 使结构在使用阶段产生拉应力的区域先受到压应力 这项压应力将与使用阶段荷载产生的拉应力抵消一部分或全部 从而推迟裂缝的出现 限制裂缝的展开 提高结构的刚度 2 为什么预应力混凝土构件必须采用高强钢材 且应尽可能采用高强度等级的混凝土 预应力混凝土结构虽然和钢筋混凝土一样 都是由混凝土和钢筋构筑而成 但不同之处是预应力混凝土必须采用高强度的钢筋和混凝土 如果采用强度不高的预应力 筋 所产生的预加应力就会由于各种原因而有全部消失的可能 只有采用高强度钢筋来预加应力 才能建立相当大的预应力 使得经过预应力损失后 还能剩余足够 大的有效预应力 永存预应力 同样 只有采用高强度混凝土 才能承受得了这么大的预压应力 充分发挥高强度钢筋的作用 有效地减小构件截面尺寸和减轻结 构自重 3 施加预应力的方法有哪几种 先张法和后张法的区别何在 在实际工作中 一般是在混凝土中配置高强度的钢筋 采用张拉钢筋的方法 对混凝土施加预应力 从施工顺序上有先张法和后张法之分 先张法 即先 张拉钢筋 后浇筑构件混凝土的方法 后张法 即先浇筑构件混凝土 等养护结硬并达到一定的强度后 再在构件上用张拉机具张拉预应力钢筋的方法 4 什么是预应力度 我国的工程中的按预应力度的概念对加筋混凝土是如何分类的 答 公路桥规 JTJ 023 85 以后简称 桥规 将预应力度 定义为由预加应力大小确定的消压弯矩与外荷载产生的弯矩的比值 即 0 MM MM 0 式中 预应力度 消压弯矩 即使构件控制截面受拉边缘将预加力产生的预压应力抵消为零时所施加的 使用荷载弯矩 0 M 使用荷载 不包括预加力 作用下控制截面的弯矩 M 国内通常把全预应力混凝土 部分预应力混凝土和钢筋混凝土结构统称为加筋混凝土系列 国内加筋混凝土结构分为三类 1 全预应力混凝土结构 沿预应力筋方向的正截面不应出现拉应力 即 1 2 部分预应力混凝土结构 沿预应力筋方向的正截面出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝 即 1 0 3 钢筋混凝土结构 不施加预加应力的混凝土结构 即 0 5 钢筋混凝土结构在使用中存在哪两个主要问题 施加预应力后有何改善 答 钢筋混凝土结构在使用中存在两个主要问题 一是带裂缝工作 二是无法充分利用高强材料的强度 裂缝的存在 不仅使构件的刚度下降 而且不能应 用于不允许开裂的结构中 高强材料使用受限制时 只有靠增加钢筋混凝土构件的截面尺寸 或者靠增加钢筋用量的方法来满足承载力要求或控制构件的裂缝和变形 这样做必然使构件自重增加 特别对于桥梁结构 随着跨度的增大 自重的比例也增大 因而使钢筋混凝土的使用范围受到很大限制 由于施加了预应力 使得构件处于弹性工作状态 使得高强材料得以使用 使得结构的耐久性增强 6 预应力混凝土受弯构件 从施加预