工程结构设计原理(问题)

工程结构设计原理(问题)工程结构设计作业思考题1：（每人选两题，本课程结课时一起交）1、体外预应力钢筋的疲劳破坏模式及其疲劳强度计算方法？2、对于小跨径桥梁结构而言，车辆荷载作用下钢筋的疲劳问题比较突出，试说明结构跨度与钢筋疲劳强度的关系。3、光圆钢筋、变形钢筋和对接焊钢筋的疲劳强度相互关系如何？4、钢筋徐变与钢筋应力的关系如何？5、钢筋屈服和拉断的判断标志钢筋屈服点是建筑结构设计中钢筋强度的取值依据。国家标准规定：对高质量的热轧带肋钢筋应有反向弯曲检查项目和屈服点数据。屈服点是使用受力钢筋的最主要性能指标。什么是钢筋屈服点呢？指钢筋在拉伸过程中（应力和应变关系中），试验力不增加（保持恒定力）仍能继续伸长（变形）时的应力或钢筋试样发生屈服而试验力首次下降前的最大应力（上屈服点）或不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小应力（下屈服点）。当有关标准无规定时，一般是测定屈服点指下屈服点。屈服点测定可采用以下几种方法。一、指针法这种方法简便易行，也是钢筋检验中常用的一种方法，即当测力度盘的指针首次停止转动的恒定力或指针首次回转前的最大力或不计初始瞬时效应时的最小力，分别对应的应力为屈服点和上、下屈服点。二、图示法在力—伸长曲线上确定屈服平台恒定力Fs或屈服阶段中力首次下降前的最大力Fsu或不计初始瞬时效应时的最小力FsL，再计算得出屈服点Qs、上屈服点ReH和下屈服点ReL。三、测试法可用自动装置或自动测试系统测定上屈服点、下屈服点。现行国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499—1998）第6.3.3条规定：为适应建筑结构构件抗震的要求，钢筋应满足下列条件：（1）钢筋实测抗拉强度与实测屈服点之比不小于1.25；（2）钢筋实测屈服点与标准规定的最小屈服点之比不大于1.30。这种应力和应变的关系，反映着钢筋的拉伸应力主要力学特征。试验表明：强屈比愈大，钢筋受力超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高；如果强屈比过大，钢筋强度利用率偏低，浪费材料。目前，工程上多使用HRB335和HRB400级钢筋，标准中规定钢筋在试验前，试样不允许进行车削、拉伸、挤压、调直等工序加工。钢筋力学性能检验需要调直的，宜采用机械方法，也可采用冷拉方法。当采用冷拉方法调直钢筋时，HRB335级和HRB400级钢筋的冷拉率不宜大于1%。经调直后的钢筋不得有局部弯曲、死弯、小波浪形，其表面不得有明显擦伤。钢筋试验必试项目：（1）拉伸试验，包括屈服点、抗拉强度和伸长率；（2）冷弯试验，其试验指数必须符合有关标准的规定。屈服点直接影响建筑结构的安全度。在建筑结构设计时，钢筋代换是按照钢筋屈服点的高低设计配筋的，使其能更好地承受外力的作用。工程质量的优劣与选用质量密切相关，为了提高建筑工程质量，应该重视检测钢筋屈服点。6、为什么超张拉能够减小钢筋的徐变值？7、是否对于任何一种种类的钢筋都可以使用超张拉的方法减小徐变值？思考题2：1、讨论混凝土：强度、工作性、耐久性、经济性四者相互关系。2、寻找到1-2个国内外近期由于氯离子侵蚀导致的结构破坏实例，须有照片和自己的分析。美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的大桥突然发生坍塌氯离子侵蚀是引起钢筋锈蚀的重要原因，也是影响混凝土桥梁结构耐久性最重要的因素。氯离子不但对混凝土造成破坏，如加速冻融循环、盐结晶腐蚀等，更重要的是引起钢筋的锈蚀，降低整个结构的承载力和安全性。滨海环境下，海洋环境和除冰盐的使用使得混凝土桥梁的实际服役条件十分恶劣，氯离子侵蚀下混凝土桥梁耐久性因而退化。思考题3：1、为什么要控制工程结构的变形？2、简述影响混凝土结构耐久性的因素？答：影响混凝土耐久性的原因错综复杂，除去.因素、人为因素，技术方面的因素之外，其主要因素有以下几点：混凝土的碳化混凝土的冻融破坏侵蚀性介质的腐蚀混凝土碱集料反应钢筋锈蚀3、比较钢筋混凝土受弯构件和预应力混凝土受弯构件正截面强度计算的异同之处4、简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响。三者不能同时满足时采取什么措施?5、体外预应力钢筋的疲劳破坏模式及其疲劳强度计算方法？6、对于小跨径桥梁结构而言，车辆荷载作用下钢筋的疲劳问题比较突出，试说明结构跨度与钢筋疲劳强度的关系。7、试描述三轴应力状态下混凝土的本构关系；多轴应力状态的破坏准则具体参数取值。为什么要研究混凝土的收缩性能？8、了解各种高性能混凝土的特性和应用范围。9、分析钢筋混凝土构件受弯曲线全过程。答：矩形截面梁承受纯弯矩的作用（轴力和剪力N=V=0），只在受拉侧配置钢筋是最基本的钢筋混凝土受弯构件。这类构件已经有过许多试验，对其受力性能全过程的研究比较成熟。试件的两端简支，跨中有两个对称的集中荷载作用，其间的纯弯段为试验区。试验过程中量测了截面（平均）应变分布，中和轴位置和钢筋应变（应力），并据以计算截面曲率和混凝土应力，其典型试验的荷载-挠度图如图3-2，裂缝开展和破坏过程如图3-3。根据试验过程中观察到的试件宏观反应，以及对试验数据的分析，可将钢筋混凝土梁的受力全过程分作三个阶段（图3-2）：弯矩随荷载增大后，梁的受拉区混凝土出现少量塑性变形，拉应力分布渐成曲线。压区混凝土的应力仍远小于其抗压强度，保持线性分布。为维持截面水平力的平衡，中和轴稍有上升率增长略快。当拉区混凝土的应变超过峰值应变ε后，拉区应力分布出现下降段，试件即将出现裂缝。2、带裂缝工作阶段（Mcr跨中弯矩超过开裂弯矩（Mcr=0.2~0.3Mu）后，最薄弱截面首先出现肉眼可见裂缝。裂缝细而短、靠近截而下部，与钢筋的轴线垂直相交。此时，裂缝截面拉区混凝土的一部分退出工作，钢筋的拉应力突增，但仍处于弹性阶段（yf）。中和轴位置明显上升压区面积减小，使混凝土压区应力增长较快，分布曲线微凸。随着弯矩的增大，已有裂缝缓慢地增宽，并往上延伸，且隔一定间距相继出现多条平行的新裂缝。钢筋和混凝土的应力，中和轴位置和曲率等都继续稳定地增大。这一个阶段，从混凝土开裂起，直至钢筋受拉屈服，弯矩增量（ΔM=My?Mcr）最大。一般结构在使用阶段的弯矩约为(0.5~0.6)Mu，就处于此带裂缝的工作阶段。3、钢筋屈服后阶段（My≥M）当受拉钢筋刚达屈服强度fy时，弯矩(0.9~0.95)Mu此时，裂缝截面压区混凝土的最大应力仍小于其抗压强度fc，中和轴下大部分拉区混凝土已开裂，仅存邻近中和轴的一小部分仍受拉、作用极微。此后，钢筋的应力保持不变，应变增长快破坏了和混凝土的粘结，使裂缝加宽，并向上延伸，压区面积缩小而内力臂有所增加，故弯矩仍可有不大的增量。同时，压区混凝土的应力迅速增大，当顶面混凝土达抗压强度fc时，弯矩仍末达极限值。弯矩再稍有增加，顶部混凝土进入应力—应变曲线的下降段，应变达cuε，并出现水平方向的劈裂裂缝，压区面积已经很小、力臂达最大值，截面有极限弯矩Mu值。继续进行试验，钢筋应力仍不变，而应变大增；压区混凝土的应变增大，但顶面附近的压应力减小、峰值比应力fc下移，截面的内力臂减小，弯矩缓缓下降。最后，受拉裂缝中的一条突然明显增宽，压区水平裂缝增多、破坏加重，二者汇，形成受压区的一个三角形破裂段，混凝土被压酥剥落，梁的承载力很快下降而退出工作。受弯构件有少筋梁、适筋梁和超筋梁三种破坏形态，其中适筋的破坏为塑性破坏；少筋梁和超筋梁的破坏为脆性破坏。少筋梁的抗弯承载力取决于混凝土的抗拉强度，一裂就坏，在桥梁工程中不允许采用；超筋梁的破坏是由于压区混凝土抗压强度的耗尽，而钢筋强度没有得到充分利用，其破坏时的弯矩于钢筋强度无关，仅取决于混凝土的抗压强度。规范要求构造上限制少筋和超筋破坏，按适筋设计受弯构件。10、请分别找出钢筋混凝土构件（或结构、建筑物等）由于碱集料反应、氯离子侵蚀而破坏的案例，并进行分析。1在浪溅区的海工混凝土构件中如使用碱活性集料,很可能发生碱-集料反应,造成混凝土构件的开裂破坏。2北仑港10万t码头混凝土预制件中采用的某些集料具有潜在碱活性,这种活性集料与来自海水中的碱性组分发生了碱-集料反应,导致构件发生了膨胀开裂,这种开裂会引起海水的有害离子进一步渗入,使混凝土产生钢筋锈蚀等破坏课程作业：试比较分析《混凝土结构设计规范》GB50010-2021与《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2021