混凝土结构理论

《混凝土结构理论》课程学习模块一：钢筋混凝土结构基本概念和设计方法1.名词解释1、结构的可靠性：结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的能力（或者安全性、耐久性、适用性）。2、作用和作用效应：作用是使结构产生内力或变形的各种原因；作用效应是结构上各种作用对结构产生的效应的总称。3、结构抗力：结构或构件承受作用效应的能力，即结构或结构。4、条件屈服强度：对于无明显屈服点的钢筋取残余应变为0.2%时对应的应力2.0作为强度设计指标，成为条件屈服强度。5、徐变和收缩：混凝土在荷载的长期作用下随时间增长而增长的变形称为徐变；混凝土在空气中硬化时体积收缩的现象称为收缩。6、极限状态：当结构超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，称为极限状态。2.简答题1、钢筋和混凝土两种不同材料能够有效结合在一起共同工作的原因？答：一：钢筋和混凝土之间存在粘结力，使两者之间能传递力和变形；二：钢筋和混凝土两种材料的温度线膨胀系数接近。2、钢筋和混凝土之间的粘结力主要由哪几部分组成？影响粘结强度的因素有哪些？答：化学胶着力、摩阻力、和机械咬合力三种。影响因素有：钢筋表面形状、混凝土强度、保护层厚度、钢筋浇筑位置、钢筋净间距、横向钢筋和横向压力等。3、建筑结构应满足哪些功能要求？为满足这些功能要求，需要对结构进行什么验算？答：安全性，适用性，耐久性。满足安全性需进行承载能力极限状态验算；满足适用性和耐久性需进行正常使用极限状态验算。4、什么是结构的设计状况？工程结构设计的设计状况可分为哪几种？答：设计状况是代表一定时段内实际情况的一组设计条件，设计应做到在该组条件下结构不超越有关的极限状态；分为：持久设计状况、短暂设计状况、偶然设计状况和地震设计状况。5、什么是徐变？徐变对钢筋混凝土结构有何影响？答：混凝土在荷载的长期作用下随时间增长而增长的变形称为徐变；徐变使构件变形增加；在钢筋混凝土截面内引起应力重分布；在预应力混凝土构件中引起预应力损失；某些情况下可减少由于支座不均匀沉降而产生的应力，延缓收缩裂缝出现。6、混凝土收缩变形有哪些特点？对混凝土结构有哪些影响？答：混凝土收缩是一种随时间增长而增长的变形；凝结初期收缩变形发展较快，二个月达50%；三个月后趋于逐渐缓慢，一般两年后趋于稳定。混凝土收缩收到约束时将产生收缩拉力，加速裂缝的出现和开展；预应力混凝土结构中，混凝土收缩将导致预应力损失。7、钢筋的应力-应变关系分为哪两类？为何将屈服强度作为强度设计指标？答：分为有明显屈服点钢筋和无明显屈服点钢筋，习惯上也分别称为软钢和硬钢。因为当构件某一截面的钢筋应力达到屈服强度后，将在荷载基本不变情况下产生持续的塑性变形，使构件的变形和裂缝宽度显著增大以致无法使用，因此一般结构计算中通常取屈服强度作为设计强度的依据。学习模块二：混凝土结构构件习题：1.名词解释1、梁截面有效高度:钢筋截面形心至梁顶面受压边缘的距离。2、界限相对受压区高度：受拉钢筋屈服的同时受压区混凝土被压碎，即适筋梁和超筋梁的界限破坏状态时的相对受压区高度。3、单向板：当l2/l12时，板主要沿短跨方向受弯，设计中可仅考虑短边方向受弯，长边可仅按构造处理的板。4、双向板：当l2/l1≤2时，沿板长边传递的荷载以及长跨方向的弯矩均不能忽略，设计中需考虑双向受弯的板。5、塑性内力重分布：由于超静定结构的塑性变形而使结构内力重新分布的现象。2.简答题1、钢筋混凝土正截面受弯构件有哪几种破坏形态？各有什么特征？答：1）适筋梁：破坏特征为受拉钢筋首先屈服，然后受压区混凝土被压碎。从钢筋屈服到受弯构件破坏，屈服弯矩My到极限弯矩Mu变化不大，但构件曲率或挠度f变形很大，破坏前有明显预兆，表现为延性破坏。2）超筋梁：破坏特征表现为受压混凝土先压碎，受拉钢筋未屈服。超筋梁的破坏取决于受压区混凝土的抗压强度，受拉钢筋的强度未得到充分发挥，破坏为没有明显预兆的脆性破坏，实际工程中应避免采用。3）少筋梁：破坏特征是混凝土一开裂就破坏。梁的强度取决于混凝土的抗拉强度，混凝土的受压强度未得到充分发挥，极限弯矩很小，属于受拉脆性破坏特征，且承载能力低，应用不经济，实际工程中应避免采用。2、简述钢筋混凝土塑性铰的特点。答：A).仅沿弯矩方向转动；B).转动能力有限；C).能承担一定弯矩Mu；D).形成塑性变形区域。3、正截面承载力计算的基本假定？答：（1）截面保持平面；（2）不考虑混凝土的抗拉强度；（3）采用简化的混凝土的应力应变关系曲线;(4)纵向钢筋的应力等于钢筋应变与起弹性模量的乘积，但绝对值不大于其强度设计值。4、简述适筋梁破坏三个阶段的受力特点及其与计算的联系？答：（1）第I阶段，弹性工作阶段，其阶段末Ia为抗裂验算的依据；（2）第II阶段，带裂缝工作阶段，为裂缝跨度和挠度计算依据；（3）第III阶段，破坏阶段，其阶段末IIIa为承载力计算依据。5、什么情况下可以采用双筋截面梁？配置受压钢筋有何有利作用？答：（1）梁承受的弯矩很大，构件截面尺寸和材料受使用和施工限制不能增加，同时计算无法满足单筋截面最大配筋率限制条件而出现超筋梁；（2）不同荷载组合下，截面承受正、负弯矩作用时；配置受压钢筋有利于提高截面的延性。3.计算题1、已知矩形截面简支梁，跨中弯矩设计值M=140KN.m。该梁的截面尺寸b×h=200mm×450mm,混凝土强度等级C30，钢筋HRB400级。试确定该梁跨中纵筋配筋面积As。附：fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2，fy=360N/mm2，1=1.0，0.518b，h0=450-45=405mm解：（1）计算x，并判断是否超筋mmhmmbfMhhxbc79.207405518.086.147201200不属于超筋。（2）计算As，并判断是否少筋002.00018.0/45.0minytffminmin0.45/0.00160.002,=0.002tyff取2min,21mm180450200002.0mm1174/sycsAfbxfA不属于少筋。因此，纵向受力钢筋面积As取1174mm2满足适筋梁要求。2、某钢筋混凝土矩形截面梁，混凝土保护层厚为25mm(二a类环境)，b=250mm，h=500mm，承受弯矩设计值M=160KN.m，采用C20级混凝土，HRB400级钢筋，箍筋直径为8mm，截面配筋如图所示(As为1256mm2)。复核该截面是否安全。已知：fc=9.6N/mm2，ft=1.1N/mm2，fy=360N/mm2，1=1.0，0.518b，h0=455mm解：（1）计算配筋率min0.450.451.1/3600.0014tyffminmin0.001412560.010.002250500sAbh故不属于少筋破坏（2）计算受压区高度03601256188.40.518455235.699.6250ysbcfAxmmhmmfb（3）计算受弯承载力0()3601256(4550.5188.4)163.141602uysxMfAhKNmMKNm故承载力满足要求，该截面安全。学习模块三：受弯构件斜截面承载力计算1.名词解释1、抵抗弯矩图：按截面实有纵筋的面积计算截面实际能够抵抗弯矩的图形2、腹筋：箍筋和弯起钢筋统称腹筋。3、无腹筋梁：仅有纵筋而未配置腹筋的梁称为无腹筋梁。4、配箍率：箍筋截面面积与相应混凝土面积的比值，即bsAsvsv。5、剪跨比：指剪弯区段某垂直截面弯矩相对于剪力和有效高度的比值，即0VhM，对于集中荷载简支梁，可简化为00haVhM。2.简答题1、钢筋混凝土斜截面受剪有哪几种破坏形态？各有什么特征？答：斜拉破坏：若剪跨比过大(3)，或配箍率sv太小，斜裂缝一出现，与斜裂缝相交的箍筋应力就很快达到屈服，箍筋不再限制斜裂缝的开展，构件斜向拉裂为两部分而破坏，具有很明显的脆性。剪压破坏：构件箍筋适量，且剪跨比适中（13），临近破坏时在剪弯段受拉区出现一条临界斜裂缝，箍筋应力达到屈服强度，最后剪压区的剪应力和压应力迅速增加而压碎，属于脆性破坏。斜压破坏：箍筋过多或梁很小时，一般小于1，梁的弯剪段腹部混凝土被一系列近乎平行的斜裂缝分割成许多倾斜的受压体，在正应力和剪应力共同作用下混凝土被压碎导致，箍筋未屈服，属脆性破坏。2、影响无腹筋梁受剪承载力的因素有哪些？答：剪跨比λ、混凝土强度、纵筋配筋率、尺寸效应、截面形状等。3、影响有腹筋梁受剪承载力的因素有哪些？答：剪跨比λ、混凝土强度、配箍率、箍筋强度、纵筋配筋率等。4、箍筋的作用有哪些？答：（1）斜裂缝出现后，斜裂缝间的拉应力由箍筋承担，增强了梁的剪力传递能力；（2）箍筋限制了斜裂缝的发展，增加了剪压区的面积；（3）减少斜裂缝宽度，提高裂缝间的骨料咬合力；（4）增强了纵筋的销栓作用；（5）提高了构件斜截面的受弯能力。5、纵筋弯起需满足什么条件？答：（1）正截面受弯承载力；（2）斜截面受弯承载力；（3）斜截面受剪承载力和构造要求。3.计算题（1）某简支梁b×h=250mm×600mm,混凝土强度等级为C30（tf=1.43N/mm2cf=14.3N/mm2），箍筋采用双肢10HPB300级钢筋（Asv1=78.5mm2,fyv=270Mpa）,承受均布荷载，剪力设计值为382kN。as＝40samm。请按照仅配置箍筋对构件进行斜截面抗剪承载力设计。已知：1,250.30.447%0.240.127%25090svtsvsvmimyvnAfbsf，mms200max。解:（1）计算截面有效高度.406000h=560mm（2）验算截面尺寸=560mm,424.2/bhw,c=1.000.250.251.014.3250460ccfbh=0.25×1.0×14.3×250×560=500500N=500.5kNV382kN截面尺寸满足要求.（3）验算是否需要计算配箍00.70.71.01.43250460tfbh=0.7×1.0×1.43×250×560=140140N=140.14kNV=382kN需要按计算配箍（4）计算配箍31000.7250.8100.71.43250460270460svtyvnAVfbhsfh=1.6mm2/mm因210箍筋1svA=78.5mm2,n=2，可得s98mm,取s=90mm.（5）验算最小配箍率%698.0902505.7821bsnAsvsv1,250.30.447%0.240.127%25090svtsvsvmimyvnAfbsf因此，箍箍筋选用双肢10@90满足要求.学习模块四：混凝土受扭构件承载力计算1.名词解释1、剪扭相关性：构件上同时存在剪力和扭矩时，其受扭承载力和受剪承载力都会因另一种力的存在而减小的现象。2、受扭构件计算的t：剪扭构件混凝土强度降低系数。3、受扭构件计算的Wt：截面受扭塑性抵抗矩。4、受扭构件配筋强度比ζ：受扭纵筋与箍筋的体积比和强度比的乘积。2.简答题1、纯扭构件有哪些破坏形态？计算中如何保证出现希望的破坏模式。（1）少筋破坏：验算纵筋和箍筋的最小配筋率，箍筋最小直径和最大间距等构造要求；（2）超筋破坏：验算构件最大截面尺寸。（3）部分超筋破坏：控制纵筋和箍筋配筋强度比ζ。（4）适筋破坏：目标破坏模式，通过承载力计算进行配筋。2、简述弯剪扭构件承载力计算原理？对混凝土部分考虑剪扭相关性；对钢筋贡献的抗力采用简单叠加方法，即纵筋按受弯与受扭分别计算后叠加，箍筋按受扭和受剪分别计算后叠加。3、纯扭构件有哪些破坏形态？破坏特征是什么？（1）少筋破坏：箍筋和纵筋数量过少时，钢筋不足以承担混凝土开裂后释放的拉应力，一旦开裂，受扭变形迅速增大至破坏，变现为明显的脆性；（2）超筋破坏：纵筋和箍筋都过多时，受扭构件在破坏前出现较多细