第Ⅰ阶段荷载较小,梁基本上处于弹性工作阶段,随着荷载增加,弯矩加大,拉区边缘纤维混凝土表现出一定塑性性质。
第Ⅱ阶段弯矩超过开裂弯矩Mcrsh,梁出现裂缝,裂缝截面的混凝土退出工作,拉力由纵向受拉钢筋承担,随着弯矩的增加,受压区混凝土也表现出塑性性质,当梁处于第Ⅱ阶段末Ⅱa时,受拉钢筋开始屈服。
第Ⅲ阶段钢筋屈服后,梁的刚度迅速下降,挠度急剧增大,中和轴不断上升,受压区高度不断减小。受拉钢筋应力不再增加,经过一个塑性转动构成,压区混凝土被压碎,构件丧失承载力。
第Ⅰ阶段末的极限状态可作为其抗裂度计算的依据。
第Ⅱ阶段可作为构件在使用阶段裂缝宽度和挠度计算的依据。
第Ⅲ阶段末的极限状态可作为受弯构件正截面承载能力计算的依据。
2.钢筋混凝土受弯构件正截面有哪几种破坏形式?其破坏特征有何不同? 答:钢筋混凝土受弯构件正截面有适筋破坏、超筋破坏、少筋破坏。
梁配筋适中会发生适筋破坏。受拉钢筋首先屈服,钢筋应力保持不变而产生显著的塑性伸长,受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变,混凝土压碎,构件破坏。梁破坏前,挠度较大,产生较大的塑性变形,有明显的破坏预兆,属于塑性破坏。
梁配筋过多会发生超筋破坏。破坏时压区混凝土被压坏,而拉区钢筋应力尚未达到屈服强度。破坏前梁的挠度及截面曲率曲线没有明显的转折点,拉区的裂缝宽度较小,破坏是突然的,没有明显预兆,属于脆性破坏,称为超筋破坏。
梁配筋过少会发生少筋破坏。拉区混凝土一旦开裂,受拉钢筋即达到屈服,并迅速经历整个流幅而进入强化阶段,梁即断裂,破坏很突然,无明显预兆,故属于脆性破坏。
2.什么叫最小配筋率?它是如何确定的?在计算中作用是什么?
答:最小配筋率是指,当梁的配筋率ρ很小,梁拉区开裂后,钢筋应力趋近于屈服强度,这时的配筋率称为最小配筋率ρmin。是根据Mu=Mcy时确定最小配筋率。
控制最小配筋率是防止构件发生少筋破坏,少筋破坏是脆性破坏,设计时应当避免。
3.单筋矩形受弯构件正截面承载力计算的基本假定是什么?
答:单筋矩形受弯构件正截面承载力计算的基本假定是(1)平截面假定;(2)混凝土应力—应变关系曲线的规定;(3)钢筋应力—应变关系的规定;(4)不考虑混凝土抗拉强度,钢筋拉伸应变值不超过0.01。以上规定的作用是确定钢筋、混凝土在承载力极限状态下的受力状态,并作适当简化,从而可以确定承载力的平衡方程或表达式。
4.确定等效矩形应力图的原则是什么?
《混凝土结构设计规范》规定,将实际应力图形换算为等效矩形应力图形时必须满足以下两个条件:(1) 受压区混凝土压应力合力C值的大小不变,即两个应力图形的面积应相等;(2) 合力C作用点位置不变,即两个应力图形的形心位置应相同。等效矩形应力图的采用使简化计算成为可能。 1.什么是双筋截面?在什么情况下才采用双筋截面? 答:在单筋截面受压区配置受力钢筋后便构成双筋截面。在受压区配置钢筋,可协助混凝土承受压力,提高截面的受弯承载力;由于受压钢筋的存在,增加了截面的延性,有利于改善构件的抗震性能;此外,受压钢筋能减少受压区混凝土
在荷载长期作用下产生的徐变,对减少构件在荷载长期作用下的挠度也是有利的。
双筋截面一般不经济,但下列情况可以采用:(1)弯矩较大,且截面高度受到限制,而采用单筋截面将引起超筋;(2)同一截面内受变号弯矩作用;(3)由于某种原因(延性、构造),受压区已配置As';(4)为了提高构件抗震性能或减少结构在长期荷载下的变形。
7.双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算的基本公式及适用条件是什么?为什么要规定适用条件?
答:双筋矩形截面受弯构件正截面承载力的两个基本公式:
?1fcbx?fyAs?fyAs
M?Mx??'''??1fcbx?h0???fyAsh0?as2??''u??
适用条件:(1)???b,是为了保证受拉钢筋屈服,不发生超筋梁脆性破坏,且保证受压钢筋在构件破坏以前达到屈服强度;(2)为了使受压钢筋能达到抗压强度设计值,应满足x?2as', 其含义为受压钢筋位置不低于受压应力矩形图形的重心。当不满足条件时,则表明受压钢筋的位置离中和轴太近,受压钢筋的应
变太小,以致其应力达不到抗压强度设计值。
8.双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算为什么要规定x?2as'?当x<2a‘s应如何计算?
答:为了使受压钢筋能达到抗压强度设计值,应满足x?2as', 其含义为受压钢筋位置不低于受压应力矩形图形的重心。当不满足条件时,则表明受压钢筋的位置离中和轴太近,受压钢筋的应变太小,以致其应力达不到抗压强度设计值。
此时对受压钢筋取矩
Mu?fyAs(h0?as)??1fcbx(as?''x2)
x<2as'时,公式中的右边第二项相对很小,可忽略不计,近似取x?2as',即近似认为受压混凝土合力点与受压钢筋合力点重合,从而使受压区混凝土合力对受压钢筋合力点所产生的力矩等于零,因此
As?Mfyh0?a?'s?
9.第二类T形截面受弯构件正截面承载力计算的基本公式及适用条件是什么?为什么要规定适用条件? 答:第二类型T形截面:(中和轴在腹板内) ?1fc(b'f?b)h'f??1fcbx?fyAs
Mu??1fcbx(h0?)??1fc(b'f?b)h'f(h0?2xhf2')
适用条件: ???b
规定适用条件是为了避免超筋破坏,而少筋破坏一般不会发生。
10.计算T形截面的最小配筋率时,为什么是用梁肋宽度b而不用受压翼缘宽度bf?
答:最小配筋率从理论上是由Mu=Mcy确定的,主要取决于受拉区的形状,所以计算T形截面的最小配筋率时,用梁肋宽度b而不用受压翼缘宽度bf 。
11.单筋截面、双筋截面、T形截面在受弯承载力方面,哪种更合理?,为什么?
答:T形截面优于单筋截面、单筋截面优于双筋截面。 12.写出桥梁工程中单筋截面受弯构件正截面承载力计算的基本公式及适用条件是什么?比较这些公式与建筑工程中相应公式的异同。
答:
fcdbx?fsdAs ?0Md?fcdbx(h0?)
2x适用条件:
???b ; As??minbh
《公路桥规》和《混凝土结构设计规范》中,受弯构件计算的基本假定和计算原理基本相同,但在公式表达形式上有差异,材料强度取值也不同。
第5章 受弯构件斜截面承载力
1.斜截面破坏形态有几类?分别采用什么方法加以控制? 答:(1)斜截面破坏形态有三类:斜压破坏,剪压破坏,斜拉破坏
(2)斜压破坏通过限制最小截面尺寸来控制;剪压破坏通过抗剪承载力计算来控制;斜拉破坏通过限制最小配箍率来控制; 2.影响斜截面受剪承载力的主要因素有哪些?
答:(1)剪跨比的影响,随着剪跨比的增加,抗剪承载力逐渐降低; (2)混凝土的抗压强度的影响,当剪跨比一定时,随着混凝土强度的提高,抗剪承载力增加;
(3)纵筋配筋率的影响,随着纵筋配筋率的增加,抗剪承载力略有增加; (4)箍筋的配箍率及箍筋强度的影响,随着箍筋的配箍率及箍筋强度的增加,抗剪承载力增加;
(5)斜裂缝的骨料咬合力和钢筋的销栓作用; (6)加载方式的影响;
(7)截面尺寸和形状的影响;
3.斜截面抗剪承载力为什么要规定上、下限?具体包含哪些条件?
答:斜截面抗剪承载力基本公式的建立是以剪压破坏为依据的,所以规定上、下限来避免斜压破坏和斜拉破坏。 4.钢筋在支座的锚固有何要求?
答:钢筋混凝土简支梁和连续梁简支端的下部纵向受力钢筋,其伸入梁支座范围内的锚固长度las 应符合下列规定:当剪力较小(V?0.7ftbh0)时,
las?5d;当剪力较大(V?0.7ftbh0)时,las?12d(带肋钢筋),las?15d (光
圆钢筋),d为纵向受力钢筋的直径。如纵向受力钢筋伸入梁支座范围内的锚固
长度不符合上述要求时,应采取在钢筋上加焊锚固钢板或将钢筋端部焊接在梁端预埋件上等有效锚固措施。
5.什么是鸭筋和浮筋?浮筋为什么不能作为受剪钢筋? 答:单独设置的弯起钢筋,两端有一定的锚固长度的叫鸭筋,一端有锚固,另一端没有的叫浮筋。由于受剪钢筋是受拉的,所以不能设置浮筋。
第6章 受扭构件承载力
1.钢筋混凝土纯扭构件中适筋纯扭构件的破坏有什么特点?
答:当纵向钢筋和箍筋的数量配置适当时,在外扭矩作用下,混凝土开裂并退出工作,钢筋应力增加但没有达到屈服点。随着扭矩荷载不断增加,与主斜裂缝相交的纵筋和箍筋相继达到屈服强度,同时混凝土裂缝不断开展,最后形成构件三面受拉开裂,一面受压的空间扭曲破坏面,进而受压区混凝土被压碎而破坏,这种破坏与受弯构件适筋梁类似,属延性破坏,以适筋构件受力状态作为设计的依据。
2.钢筋混凝土纯扭构件中超筋纯扭构件的破坏有什么特点?计算中如何避免发生完全超筋破坏?
当纵向钢筋和箍筋配置过多或混凝土强度等级太低,会发生纵筋和箍筋都没有达到屈服强度,而混凝土先被压碎的现象,这种破坏与受弯构件超筋梁类似,没有明显的破坏预兆,钢筋未充分发挥作用,属脆性破坏,设计中应避免。为了避免此种破坏,《混凝土结构设计规范》对构件的截面尺寸作了限制,间接限定抗扭钢筋最大用量。
3.钢筋混凝土纯扭构件中少筋纯扭构件的破坏有什么特点?计算中如何避免发生少筋破坏?
当纵向钢筋和箍筋配置过少(或其中之一过少)时,混凝土开裂后,混凝土承担的拉力转移给钢筋,钢筋快速达到屈服强度并进入强化阶段,其破坏特征类似于受弯构件的少筋梁,破坏扭矩与开裂扭矩接近,破坏无预兆,属于脆性破坏。这种构件在设计中应避免。为了防止这种少筋破坏,《混凝土结构设计规范》规定,受扭箍筋和纵向受扭钢筋的配筋率不得小于各自的最小配筋率,并应符合受扭钢筋的构造要求。
4.简述素混凝土纯扭构件的破坏特征。
答:素混凝土纯扭构件在纯扭状态下,杆件截面中产生剪应力。对于素混凝土的纯扭构件,当主拉应力产生的拉应变超过混凝土极限拉应变时,构件即开裂。第一条裂缝出现在构件的长边(侧面)中点,与构件轴线成45°方向,斜裂缝出现后逐渐变宽以螺旋型发展到构件顶面和底面,形成三面受拉开裂,一面受压的空间斜曲面,直到受压侧面混凝土压坏,破坏面是一空间扭曲裂面,构件
破坏突然,为脆性破坏。
5.在抗扭计算中,配筋强度比的ζ含义是什么?起什么作用?有什么限制? 答:参数ζ反映了受扭构件中抗扭纵筋和箍筋在数量上和强度上的相对关系,称为纵筋和箍筋的配筋强度比,即纵筋和箍筋的体积比和强度比的乘积,
为箍筋的单肢截面面积,S为箍筋的间距,对应于一个箍筋体积
的纵筋体积为
筋截面面积,则ζ=
,其中
为截面内对称布置的全部纵
;试验表明,只有当ζ值在一定
范围内时,才可保证构件破坏时纵筋和箍筋的强度都得到充分利用,《规范》要
求ζ值符合0.6≤ζ≤1.7的条件,当ζ>1.7时,取ζ=1.7。
6.从受扭构件的受力合理性看,采用螺旋式配筋比较合理,但实际上为什么采用封闭式箍筋加纵筋的形式?
答:因为这种螺旋式钢筋施工复杂,也不能适应扭矩方向的改变,因此实际工程并不采用,而是采用沿构件截面周边均匀对称布置的纵向钢筋和沿构件长度方向均匀布置的封闭箍筋作为抗扭钢筋,抗扭钢筋的这种布置形式与构件正截面抗弯承载力及斜截面抗剪承载力要求布置的钢筋形式一致。
7.《混凝土结构设计规范》是如何考虑弯矩、剪力、和扭矩共同作用的??t的意义是什么?起什么作用?上下限是多少?
答:实际工程的受扭构件中,大都是弯矩、剪力、扭矩共同作用的。构件的受弯、受剪和受扭承载力是相互影响的,这种相互影响的性质称为复合受力的相关性。由于构件受扭、受弯、受剪承载力之间的相互影响问题过于复杂,采用统一的相关方程来计算比较困难。为了简化计算,《混凝土结构设计规范》对弯剪扭构件的计算采用了对混凝土提供的抗力部分考虑相关性,而对钢筋提供的抗力部分采用叠加的方法。?t?1.51?0.5VWtTbh0(0.5≤?t≤1.0),?t称为剪扭构件混
凝土受扭承载力降低系数,当?t小于0.5时,取?t等于0.5;当?t大于1.0时,取
?t等于1.0。
8.对受扭构件的截面尺寸有何要求?纵筋配筋率有哪些要求?
答:(1).截面尺寸要求
在受扭构件设计中,为了保证结构截面尺寸及混凝土材料强度不至于过小,为了避免超筋破坏,对构件的截面尺寸规定了限制条件。《混凝土结构设计规范》在试验的基础上,对hw/b≤6的钢筋混凝土构件,规定截面限制条件如下式 当hw/b≤4时
Vbh0Vbh0?T0.8WtT0.8Wt?0.25?cfc (8-27)
当hw/b=6时
??0.20?cfc (8-28)