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混凝土结构设计原理思考题答案1

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-03-22  来源:混凝土机械网  作者:混凝土机械网  浏览次数:160
核心提示:混凝土结构设计原理思考题答案1

商品混凝土结构基本设计原理

思考题与习题集

第1章 绪论

思考题

1.1钢筋商品混凝土结构有哪些优点和缺点?

答:

商品混凝土结构有以下优点:

(1) 材料利用合理;

(2) 可模性好;

(3) 耐久性和耐火性较好;

(4) 现浇商品混凝土结构的整体性好;

(5) 刚度大、阻尼大;

(6) 易于就地取材。

商品混凝土结构有以下缺点:

(1) 自重大;

(2) 抗裂性差;

(3) 承载力有限;

(4) 施工复杂;

(5) 商品混凝土结构一旦破坏,其修复、加固、补强比较困难。

1.2钢筋和商品混凝土是如何共同工作的?

答:

钢筋和商品混凝土两种材料能够结合在一起共同工作,除了二者具有相近的线膨胀系数外,更主要的是由于商品混凝土硬化后,钢筋与商品混凝土之间产生了良好的粘结力。保证钢筋不会从商品混凝土中拔出或压出,与商品混凝土更好地共同工作。粘结和锚固是钢筋和商品混凝土形成整体,是共同工作的基础。

1.3本课程主要包括哪些内容?学习本课程要注意哪些问题?

答:

本课程主要包括内容有

材料物理力学性能、设计方法、钢筋商品混凝土基本构件包括受弯构件、受压构件、受扭构件、受拉构件、楼盖设计、(预应力商品混凝土基本构件主要为受拉构件和受弯构件)。

本课程要注意的问题

1.商品混凝土构件和结构设计是一个综合性问题。既要考虑安全适用,也要考虑经济合理。设计中有多种选择方案,因此设计结果不是唯一的。

2.工程项目的建设必须依照国家颁布的法规进行。对于结构设计来说,必须按各种结构类型的设计规范或规程进行。

3. 设计工作是一项创造性工作。一方面在设计工作中必须按照规范进行,另一方面只有深刻理解规范的理论依据,更好地应用规范,充分发挥设计者的主动性和创造性。

4.本课具有较强的实践性,商品混凝土结构设计理论是以实验为基础的。

5.东南大学商品混凝土结构设计理论的学者、老前辈丁大均先生的学习经验很贴切。他说:笔者一直用“四读”来学习新课题。

“粗读” :以了解新问题的概略;“细读” :以学习其细节;“精读” :以吸取其精华;“熟读” :以加深记忆;

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单向受力状态下,商品混凝土的抗压强度与 加荷速度有关,加荷速度高,则强度高,

变形小。

商品混凝土轴心受压应力一应变曲线的特点 上升段0.5fc 为弹性阶段上限,A点;0.8fc 为长期荷载作用下,商品混凝土 抗压强度值,B点;fc 为短期荷载作用下,商品混凝土抗压

强度值,C点。下降段:

拐点D,//()0-3曲率最大点E。 0 2 4 6 8

常用的表示应力一应变关系的数学模型有两种。

Hognestad应力应变曲线 我国商品混凝土规范应力应变曲线

2.5商品混凝土的变形模量和弹性模量是怎样确定的?

答:

(1)商品混凝土弹性模量(原点弹性模量,原点切线斜率)

Ed

ctand

0

(2)商品混凝土变形模量(割线模量)

E/ectan/==Ec

E/cEc

3

弹性系数ef(),[nju:]随应力增大而减小。在正常使用阶段Ec。 

d d(3)商品混凝土切形模量Ec//tan//

对于C50以下的商品混凝土取10.5fc,在0~1之间反复加载卸载5~10次,每次卸载的残余变形越来越小,从而不断消除塑性变形,直至应力-应变曲线逐渐稳定成为线弹性,该直线斜率即为商品混凝土弹性模量。根据试验统计分析,商品混凝土弹性模量与商品混凝土立方体强度的关系为(见图2-25)

105

Ec 34.742.2fcuk

2.6什么是商品混凝土的疲劳破坏?疲劳破坏时应力一应变曲线有何特点?

答:

商品混凝土的疲劳强度是商品混凝土在反复荷载作用下的强度。商品混凝土的疲劳强度与反复荷载作用时的应力变化幅度有关。

cf,min商品混凝土疲劳应力比,f c,minfc

2.7什么是商品混凝土的徐变?徐变对商品混凝土构件有何影响?通常认为影响徐变的主要因素有哪些?如何减少徐变?

答:

商品混凝土的徐变是指:在长期不变荷载作用下,商品混凝土应变(变形)随时间增长而增大的现象。

影响徐变的主要因素有水泥品种、水灰比、水泥用量、骨料级配和性质、加荷龄期、应力水平和持荷时间、环境温度和湿度、外加剂等。

商品混凝土徐变对结构的影响是:使结构变形增大;裂缝宽度增大;造成预应力损失;使结构或构件产生内力重分布。内力重分布可能是不利的,也可能是有利的。

2.8商品混凝土收缩对钢筋商品混凝土构件有何影响?收缩与哪些因素有关?如何减少收缩?

答:

商品混凝土在空气中凝结硬化体积缩小的现象即为商品混凝土的收缩。

商品混凝土收缩对结构的影响是:在商品混凝土内部产生拉应力,可能造成商品混凝土开裂;造成预应力损失。商品混凝土收缩对结构是不利的,应采取措施减小收缩。

2.9软钢和硬钢的应力一应变曲线有何不同?二者的强度取值有何不同?我国《商品混凝土结构设计规范》(GB50010- 2001)中钢筋有哪几种类型?了解钢筋的应力一应变曲线的数学模型。

答:

软钢的应力一应变曲线有明显屈服点,而硬钢的应力一应变曲线无屈服点。

有明显屈服点的钢筋(软钢),其设计强度取值依据是钢筋的屈服强度。

无明显屈服点的钢筋(硬钢),其设计强度取值依据是钢筋的假定(条件)屈服强度。

硬钢的假定屈服强度也称为条件屈服强度0.2,有两个指标:①极限抗拉强度b的0.85倍,即0.2=0.85b。②残余应变为0.2%时,相应的钢筋应力即为假定屈服强度0.2。

4

我国《商品混凝土结构设计规范》(GB50010- 2001)中钢筋有两类

1.普通钢筋(热轧钢筋)

热轧钢筋是建筑工程中用量最大的钢材品种之一,主要用于钢筋商品混凝土结构和预应力钢筋商品混凝土结构的配筋。按力学性能热轧钢筋可分为4级,

Ⅰ级钢为HPB235,由Q235碳素结构钢热轧而成。

Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢由低碳合金钢热轧而成,分别为HRB335、HRB400、(RRB400为余热处理Ⅲ级钢)、HRB500,钢筋的形式有圆钢和变形钢筋。

HPB ( Hot rolled Plain Bar),HRB( Hot rolled Ribbed Bar),RRB( Rolled Ribbed Bar)。

2.预应力钢筋(钢丝、钢绞线、热处理钢筋)

预应力钢丝和钢绞线

预应力钢丝是以优质碳素结构钢圆盘条经等温淬火并拔制而成。若将预应力钢丝辊压出规律性凹痕,以增强与商品混凝土的粘结,则成刻痕钢丝。预应力钢丝应具有强度高、柔性好、松弛率低、耐腐蚀等特点,适用于各种特殊要求的预应力商品混凝土。

钢丝、刻痕钢丝及钢绞线均属于冷加工强化的钢材,没有明显的屈服点,材料检验只能以抗拉强度为依据。其具有强度高、塑性较好、使用时不需要接头等优点,适用于大荷载、大跨度及曲线配筋的预应力商品混凝土结构。

热处理钢筋

预应力商品混凝土用热处理钢筋,是指用热轧中碳低合金钢筋经淬火、回火调质处理的钢筋,代号为RB150。通常有直径为 6、8.2、10mm三种规格,为增加与商品混凝土的粘结力,钢筋表面常轧有通长的纵肋和均布的横肋,热处理钢筋没有明显的屈服点。热处理钢筋技术性能应符合《预应力商品混凝土用热处理钢筋》(GB4463—92)的规定。

普通钢筋的应力一应变曲线的数学模型为理想弹塑性材料。

2.10钢筋有哪些形式?钢筋冷加工的方法有哪几种?冷拉和冷拔后钢筋的力学性能有何变化? 答:

钢筋有光圆和变形钢筋,变形钢筋有月牙型、人字纹和螺纹钢筋。

钢筋通过冷加工可以改变其物理力学性能。冷加工的方法有冷拉和冷拔。冷拉和冷拔必须使钢筋超过屈服强度,进入强化阶段。

冷拉可以提高钢筋的抗拉屈服强度,冷拔可以同时提高钢筋的抗拉和抗压屈服强度。但是塑性降低较大。

2.11钢筋商品混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求?

答:

1.抗拉强度

钢筋的强度指标,通常用抗拉屈服强度s和抗拉极限强度b表示。

钢筋商品混凝土结构所用钢筋,不仅希望具有较高的屈服强度,而且应具有一定的强屈比(b/s),以保证有足够的安全储备。抗震等级为一、二级的框架结构要求强屈比大于1.25,一般热轧钢筋的屈强比为

1.4~1.6

2.塑性钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能,称为塑性。在工程应用中钢材的塑性指标通常用伸长率和断面收缩率表示。

(1)伸长率

伸长率是钢材发生断裂时所能承受的永久变形的能力。试件拉断后标距长度的增量与原标距长度之比的百分比即为伸长率。



ll0 l0

5

标距l0可以是5d或10d。

(2)冷弯性能

钢材的冷弯性能是指它在常温下承受弯曲变形的能力。钢筋商品混凝土所用钢筋,多需进行弯曲加工,因此必须满足冷弯性能的要求。检验钢筋的质量,是否含有有害杂质与缺陷。

3.焊接性能

焊接是通过局部加热使钢材达到塑性或熔融状态,从而将钢材连接成钢构件的过程。钢的可焊性能,主要受其化学成分及含氧量的影响。正确选用焊条和操作方法等也是提高焊接质量的主要措施。

4.粘结力

钢筋与商品混凝土的粘结力主要取决于钢筋表面形状、商品混凝土强度等级、商品混凝土保护层厚度等。

2.12什么是钢筋和商品混凝土之间的粘结力?影响钢筋和商品混凝土粘结强度的主要因素有哪些?为保证钢筋和商品混凝土之间有足够的粘结力要采取哪些措施?

答:

钢筋与商品混凝土之间的剪应力即为粘结应力,粘结应力的合力就是粘结力。

1.钢筋与商品混凝土粘结力的组成:

(1)钢筋与商品混凝土接触面上的化学吸附作用力(胶结力);

(2)商品混凝土收缩握裹钢筋而产生摩阻力。压应力越大,接触面的粗糙程度越大,摩阻力就越大;

(3)钢筋表面凹凸不平与商品混凝土之间产生的机械咬合作用力(咬合力)。光圆钢筋这种咬合力来自表面的粗糙不平。

2.光面钢筋粘结力主要来自胶结力和摩阻力。

3.变形钢筋虽然也存在胶结力和摩擦力,但变形钢筋的粘结力主要来自钢筋表面凸出的肋与商品混凝土的机械咬合力。

保证钢筋和商品混凝土之间有足够的粘结力可以采取弯钩(Ⅰ级钢),焊接钢板或钢筋(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢)。

2.13 什么是钢筋的强度标准值?

答:

《规范》规定材料强度的标准值应具有不小于95%的保证率,热扎钢筋的强度标准值根据屈服强度确定,用符号fyk表示,预应力钢绞线和钢丝的强度标准值根据极限抗拉强度确定的,用符号fptk表示。 按我国冶金生产钢材质量的控制标准,钢材产品出厂时的废品限值约相当于fyk fy,m2.0fy,m(12.0) ,fy,m为钢筋屈服强度平均值,为均方差,/fy,m为变异系数。钢筋的废品限值具有97.73%的保证率,满足《规范》强度标准值保证率不低于95%的要求,故《规范》钢筋的强度标准值即取钢材质量控制标准的废品限值。

(3)耐久性;在正常维护条件下具有足够的耐久性能。

结构超过承载能力极限状态将导致结构安全性失效,超过正常使用极限状态将导致结构适用性或耐久性失效。

安全等级:根据破坏时可能产生后果的严重程度,安全等级划分为三级。

结构超过承载能力极限状态会产生结构的破坏,影响结构的安全性。结构超过承载能力正常使用极限状态会影响结构的适用性和耐久性。

3.2为什么说“作用”是随机变量?“作用”和“荷载”有什么区别? “抗力”与哪些因素有关?为什么说“抗力”是随机变量?影响结构可靠性的因素有哪些?

答:

影响结构安全可靠的因素可以分为两个综合的随机变量,即作用效应S (Subjection)和结构抗力R (Resistance)。

作用效应是结构或构件承受的内力、变形、应力、应变等。

作用是使结构或构件产生内力、变形、应力、应变等的所有原因。作用包含荷载,但不仅仅是荷载,还有地基沉降、温度变化、商品混凝土徐变等。

作用的分类:

(1)直接作用:荷载;

(2)间接作用:温度变化、商品混凝土收缩、地基沉陷、地震等。

(3)偶然作用:撞击、爆炸;

结构抗力是整个结构或构件承受内力和变形等的能力。它与材料强度、构件几何尺寸、计算模型等随机变量有关,所以结构抗力也使随机变量。

3.3什么是结构的极限状态?结构的极限状态分为几类,其含义各是什么?

答:

整个结构或结构的一部分超过某一特定状态,就不能满足设计规定的某一功能的要求,此特定状态称为该功能的极限状态。

极限状态分为两类,承载能力极限状态和正常使用极限状态。

1.承载能力极限状态

超过该极限状态,结构就不能满足安全性功能要求,结构或构件如出现下情况之一即认为达到或超过了承载能力极限状态:

(1)结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡(如倾覆、滑移);

(2)构件截面或其连接因超过材料强度而破坏;

(3)结构或构件达到最大承载力;

(4)结构或构件因受动力荷载的作用而产生疲劳破坏;

(5)结构塑性变形过大,不适于继续使用;

(6)结构形成几何可变体系(如超静定结构中出现足够多塑性铰);

(7)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

超过该极限状态,结构就不能满足规定的适用性和耐久性的功能要求。结构如出现下列情况之一即认为超过了正常使用极限状态:

(1)过大的变形、侧移(影响非结构构件、不安全感、不能正常使用等);

(2)过大的裂缝(钢筋锈蚀、不安全感、漏水等);

(3)过大的振动(不舒适,影响精密仪器的振动);

(4)其他正常使用要求(侵蚀性介质作用下腐蚀严重等)。

结构或构件按承载能力极限状态计算后,还应按正常使用极限状态进行验算。

 

 

 

 

 
 
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