《水工钢筋混凝土结构学》复习题.pdf
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1、1 水工钢筋混凝土结构学复习题 绪 论 1、混凝土:由水泥、水及骨料按一定配合比组成的人造石材。 2、钢筋混凝土结构:由钢筋和混凝土两种材料组成的共同受力的结构。 素混凝土梁不仅承载能力低,而且破坏时是一种突然发生的脆性断裂; 钢筋混凝土梁破坏以前将发生较大的变形,破坏不再是脆性的。 3、钢筋混凝土结构中,混凝土主要承担压力,钢筋主要承担拉力,必要时也可 承担压力。 4、钢筋和混凝土能结合在一起共同工作的原因: (1)它们之间有良好的粘结力(基本前提) ,能牢固地粘结成整体。当构件承受 外荷载时,钢筋和相邻混凝土能协调变形而共同工作; (2)钢筋和混凝土的温度线膨胀系数较为接近,当温度变化时,
2、这两种材料不 致产生相对的温度变形而破坏它们之间的结合; (3)混凝土保护层可以防止钢筋的锈蚀,提高了耐久性,增加了粘结力。 5、钢筋混凝土结构的分类: (1)按结构的构造外形:杆件体系和非杆件体系; (2)按结构的制造方法:整体式、装配式和装配整体式; (3)按结构的初始应力状态:普通钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土。 6、钢筋混凝土结构的优缺点: 优点:耐久性好、整体性好、可模性好、耐火性好、就地取材、节约钢材 缺点及改进措施:自重大(轻质、高强、预应力混凝土) 施工复杂(泵送混凝土、大模板) 耗费木材多(钢模板) 抗裂性差(预应力混凝土结构) 修补加固困难(碳纤维、钢板加固) 第一章混凝土结
3、构材料的物理力学性能 1、钢筋的品种:热轧钢筋、钢丝、钢绞线、螺纹钢筋和钢棒。 注:热轧钢筋主要用作普通钢筋,而钢丝、钢绞线、螺纹钢筋和钢棒主要用作预 应力钢筋。 2、钢筋的具体分类: (1)按钢筋在结构中所起的作用:普通钢筋和预应力钢筋; (2)按化学成分的不同:碳素钢(低碳钢0.25%、中碳钢 0.25%0.6%、高碳 2 钢 0.6%1.4%) (含碳量增加, 强度提高,塑性和韧性降低) 普通低合金钢(强度高,塑性好) ; (3)热轧钢筋按外形分:热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋(亦称热轧变形钢筋) 3、热轧钢筋:是低碳钢或普通低合金钢在高温状态下轧制而成的。 (1)HPB235 钢筋:一级钢
4、,低碳钢,光圆钢筋,用于薄板、箍筋、架立筋。 作为受拉钢筋时末端需加弯钩; (2)HRB335 钢筋:二级钢,合金钢,带肋钢筋,是水利工程中应用最为广泛 的钢筋; (3)HRB400 钢筋:三级钢,合金钢,带肋钢筋,是房屋建筑工程中的主导钢 筋品种; (4)RRB400钢筋:三级钢,合金钢; (5)HRB500 钢筋:强度高,强度价格比好。 一级至三级,强度提高,塑性降低 4、钢筋的力学性能 钢筋按力学的基本性能来分: (1)热轧钢筋,其力学性质相对较软,称之为软钢(有明显屈服点的钢筋); (2)预应力钢筋、钢绞线、螺纹钢筋和钢棒,其力学性质高强而硬,称之硬钢 (无明显屈服点的钢筋) ; (3
5、)冷加工钢筋。 5、软钢的强度指标:屈服强度fy(流限)是钢筋强度的设计依据 原因:混凝土结构构件中的钢筋,当应力达到屈服强度后,荷载不增加,应 变会继续增大,使得混凝土裂缝开展过宽,构件变形过大,结构不能正常使用。 所以软钢的受拉强度限值以屈服强度为准。而强化阶段只作为一种安全储备考 虑。 屈强比 fy/fu(0.60.7) 。含碳量越高, fy 和 fu 就越高,伸长率就越小,流幅 也相应缩短。 破坏特征:用软钢配筋的结构,受拉破坏前有明显的预兆。 6、硬钢的强度标准: “协定流限”(条件屈服强度),规范中取极限抗拉强度的 85% 原因:硬钢没有明确的屈服台阶(流幅) ,所以设计中一般以“
6、协定流限”作 为强度标准,一般相当于极限抗拉强度的70%90%。 协定流限:经过加载及卸载后尚存有0.2%永久残余变形时的应力。 破坏特征:硬钢配筋的构件,受拉破坏时往往是突然断裂的。 7、伸长率:钢筋拉断时的应变,是反映钢筋塑性性能的指标(冷弯试验)。伸长 率越大,塑性越好 8、混凝土结构对钢筋性能的要求 3 (1)钢筋的强度:对于普通混凝土结构,钢筋的设计强度限值宜在400N/mm 2; (2)钢筋的塑性:塑性越大,变形越大,一般要求塑性越大越好; (3)钢筋的可焊性: 可焊性是评定钢筋焊接后的接头性能的指标,含碳量提高, 可焊性下降; (4)钢筋与混凝土之间的粘结力:钢筋的表面形状是影响
7、粘结力的主要因素。 9、混凝土的强度 我国混凝土结构设计规范把混凝土立方体试件的抗压强度作为混凝土各种力学 指标的基本代表值,并把立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的依据。 (1)标准立方体抗压强度fcu:规定用 150mm 150mm 150mm 的混凝土立方体试 件作为标准试件所测得的抗压强度。试验中采用不涂油脂的试件。尺寸小,两端 摩擦影响大,强度就高。加载速度越快强度越高。 (2)混凝土强度等级:符号C,单位 N/mm 2,即规定以边长为 150mm 的立方 体,在温度为( 203)、相对湿度不小于90%的条件下养护28d,用标准实 验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度标准值
8、fcuk。 (3)棱柱体抗压强度fc:150mm 150mm 300mm 。 fc=0.67fcu (4)轴心抗拉强度 ft: 立方体 / 圆柱体试件,劈裂法 10、复合应力状态下的混凝土强度 当有压应力存在时, 混凝土的抗剪强度有所提高, 但当压应力过大时, 混凝 土的抗剪强度反而有所降低; 当有拉应力存在时,混凝土的抗剪强度随拉应力的增大而降低; 双向受压时,一向抗压强度随另一向压应力的增加而增加; 双向受拉时,一向抗拉强度基本上与另一向拉应力的大小无关; 一向受拉一向受压时,混凝土抗压(拉)强度随另一向的拉(压)应力的增 加而降低; 当三向受压时,混凝土一向抗压强度随另二向压应力的增加而
9、增加,并且极 限压应力也可以大大提高。 11、混凝土的变形的类型 (1)由外荷载作用而产生的受力变形(徐变和松弛); (2)由温度和干湿变化引起的体积变形。水泥用量越多,水灰比越大,干缩 12、混凝土在一次短期加载时的应力-应变曲线 (1)曲线的三大特征:最大应力值fc、最大应力下的应变值0.002 和破坏时的 极限压应变 0.0033; (2)当应力达到极限强度(即曲线的峰值点)时,试件表面出现与加压方向平 行的纵向裂缝, 试件开始破坏, 这时达到的最大应力称为混凝土棱柱体抗压强度 fc。 (3)强度越高,加载速度越快,曲线越陡,极限压应变越小 4 13、混凝土的徐变:混凝土在荷载长期持续作
10、用下,应力不变,变形会随着时间 的增长而增长的现象。 徐变可以部分恢复, 在较小应力时就能发生, 而塑性变形 是不可恢复的,超过弹性极限后才发生。 14、产生徐变的原因: (1)混凝土受力后,水泥石中的凝胶体会产生颗粒间的相对滑动; (2)混凝土内部的微裂缝在荷载长期作用下不断发展和增加,从而导致变形的 增加。 15、影响徐变的因素: (1)徐变与加载应力大小的关系,应力大,徐变大; (2)徐变与加载龄期的关系,龄期短,徐变大; (3)周围湿度对徐变的影响,湿度低,徐变大。 徐变对结构的影响:温度应力下降;引起应力重分布,减少应力集中;使结 构的变形增大;引起预应力损失;导致破坏。 16、设计
11、一般钢筋混凝土结构时,其重力密度取为25KN/m 3。 17、粘结力的组成 (1)水泥凝胶体与钢筋表面之间的胶结力; (2)混凝土收缩,将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力; (3)钢筋表面不平整与混凝土之间产生的机械咬合力; (4)钢筋表面凸出的横肋对混凝土的挤压力。(带肋钢筋) 18、影响混凝土粘结力(粘结强度)的因素 (1)钢筋的表面形状; (2)混凝土的抗拉强度(成正比) ; (3)混凝土结构的受力情况; (4)浇筑混凝土时钢筋的位置、钢筋周围的混凝土厚度。 19、接长钢筋的方法:绑扎搭接、焊接、机械连接。 20、钢筋的锚固长度(防止钢筋被拔出) :根据钢筋预应力达到屈服强度时,钢 筋才被拔动
12、的条件确定。钢筋强度越高,直径越粗,混凝土强度越低,则锚固长 度越长 第二章钢筋混凝土结构设计计算原理 1、钢筋混凝土结构设计原理的发展阶段 (1)按许可应力法设计 (2)按破坏阶段法设计 (3)按极限状态法设计(现在采用的设计原理) 2、极限状态法 5 (1)承载能力极限状态:即验算结构构件最终破坏时的极限承载力; 保证安全性。准则: KSRKM/KV Mu (2)正常使用极限状态:即验算构件在正常使用时的裂缝开展宽度和挠度变形 是否满足适用性的要求。 保证适用性和耐久性。准则:Sk(标准值) C(规 定限值) 3、结构的功能要求(结构的可靠性) (1)安全性;(2)适用性;(3)耐久性。
13、结构可靠性的保证: 妥善处理好施加在结构上的作用所引起的“荷载效应” S 和由构件截面尺寸、配筋数量及材料强度构成的“结构抗力”R 之间的关系。 4、荷载的分类 (1)永久荷载:也称恒载,用符号G、g 表示,如结构的自重、土压力等; (2)可变荷载:也称活载,用符号Q、q 表示,如风荷载、水压力、安装荷载 等; (3)偶然荷载:量大时短,用符号A 表示,如地震、爆炸、洪水等。 注:弯矩 M、轴力 N、剪力 V、扭矩 T、挠度 f、裂缝宽度 w 5、荷载效应:荷载在结构构件内所引起的内力、变形和裂缝等反应的统称,用 符号 S 表示。 6、结构抗力:结构或结构构件承受荷载效应的能力,即指构件截面的
14、承载力、 构件的刚度、截面的抗裂度等。用符号R 表示。 7、结构的极限状态: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 定的某一功能要求时的状态。 表达式: Z=R-S, 当 Z 0,即 RS时,结构安全可靠。 (1)承载力极限状态: KSR,结构的稳定、承载能力、结构的滑移、倾覆、 构件的截面; (2)正常使用极限状态: Skc变形、裂缝、震动。 8、钢筋强度标准值fyk:钢筋的屈服强度值。 9、荷载的设计值 =荷载的标准值相应的荷载分项系数。(恒载的分项系数为 1.05/1.2 ;活载的分项系数为1.20) 第三章钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算 1、典型的受弯构件是板和梁。 2
15、、受弯构件截面破坏的类型: (1)沿弯矩最大的截面破坏; 6 (2)沿剪力最大或弯矩和剪力都较大的截面破坏。 3、正截面破坏:当受弯构件沿弯矩最大的截面破坏时,破坏截面与构件的轴线 垂直; 斜截面破坏:当受弯构件沿剪力最大或弯矩和剪力都较大的截面破坏时,破 坏截面与构件的轴线斜交。 4、单筋截面:受弯构件中,仅在受拉区配置纵向受力钢筋的截面; 双筋截面:受弯构件中,受拉区和受压区都配置纵向受力钢筋的截面。 5、梁跨中截面受力钢筋的根数一般不少于34根;梁中钢筋的根数也不宜太多, 会增加浇灌混凝土的困难。 6、为了便于施工,板中钢筋的间距不要过密,最小间距为70mm,即每米板宽 中最多放 14
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