土木工程毕业答辩典型问题(5)

2019-01-12 12:28

距不大于100mm。应采用复合箍,不得采用单箍。

箍筋体积比: asls 其中:as---箍筋的单肢面积; μs= ls---箍筋的单根总长;

l1l2S . l1l2---箍筋箍内的混凝土核心面积; S---箍筋间距。 ⑵.最大轴压比应比一般柱的轴压比减小0.05。

也可以采用一些其它措施。例如,将形成短柱效应的砌体填充墙,在每根柱的每一边切下一条竖直的砌体窄条,并在缝隙中填以可压缩性的填料,以消除填充墙的加劲作用。当然同时应保证墙体的稳定。

25.为什么要对抗剪进行纵向抗震验算?

26.为什么要进行框架柱的轴压比验算?如何验算?

控制轴压比,可保证构件的延性,使柱截面平均压应力不过高。(用于初选柱截面尺寸) 试验表明,以弯曲破坏为主的柱中,随着轴压比的加大,构件屈服时的位移逐步加大,而多质区的混凝土压碎提前,导致拉延性降低,使质区混凝土酥裂,部分质区混凝土退出工作,从而柱承载力迅速下降。为了保证框架柱有足够的延性,对柱的轴压比应加以限制。保证框架具有良好的延性节点,使节点中出现计算时没有考虑的超额应力时,可以通过塑性变形,吸收一部分能量并使应力重分布。 ①.无抗震设防要求时: N ≤0.75 Acfc

②.有抗震设防要求时: 边、角柱: N

≤0.6 (Ⅰ级抗震措施) Acfc 0.65 (Ⅱ级抗震措施) 0.70 (Ⅲ级抗震措施) 中柱:

N ≤0.65 (Ⅰ级抗震措施) Acfc 0.70 (Ⅱ级抗震措施) 0.75 (Ⅲ级抗震措施)

③.不满足上述要求时,首先应考虑加大柱截面面积,其次可提高混凝土的强度等级。

27.框架梁端弯矩为什么要调幅?梁端和跨中如何调幅? ①.主要基于两方面的原因:

框架在抗震设计中为了有意识地使梁端部先出现塑性铰,梁中内力塑性重分布,减少梁端负弯矩钢筋的数量。

另外,在用位移法计算框架内力时,假定框架变形前后,刚性节点处的各杆间的夹角不变。但对于装配式或装配整体式框架,钢筋锚固、焊接和接缝不密实等原因,受力后可能产生节点变形,使节点约束有所放松,从而引起梁端弯矩减小,跨中弯矩增大。 所以设计中要对梁端弯矩调幅,即对梁端弯矩乘以调幅系数,使其减小。

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②.调幅系数β:

现浇框架: β=0.8~0.9,可取0.8; 装配式或装配整体式框架: β=0.7~.0.85,可取0.8。

③.显然,梁端弯矩调整减小后,跨中弯矩应相应增大。方法有两种: ⑴.将调幅后的梁端弯矩叠加简支梁跨中弯矩M3,即可得到梁跨中调幅后的弯矩M'3。且M3至少取简支梁跨中弯矩M中 的50%,这是为保证支座出现塑性铰后,梁跨中截面有足够的安全度。

⑵.或将跨中弯矩乘以1.1~1.2的调幅系数,即可得到梁跨中调幅后的弯矩M'3。 M'3尚应满足: ??β(M1+M2)????/2+M'3>M中; β(M1+M2)????/2+M'3>M中; /2+M'3>M中;

M'3>M中/2。 实际上,由于荷载组合时求出的跨中最大正弯矩和支座最大负弯矩并不是在同一荷载作用下发生的,那么相应于支座最大负弯矩下的跨中弯矩虽经调幅增大,一般也不会超过跨中最大(最不利)正弯矩。因而在使用最不利内力作截面配筋时,支座最大负弯矩经调幅降低后,跨中最大(最不利)正弯矩不必相应增大。

④.框架地震作用效应不应调幅,如需调幅时,应考虑内力的极限平衡。

⑤.调幅主要是对竖向荷载作用下的内力进行调整,调整后再与水平荷载作用的内力进行组合。

因为水平荷载作用下,梁端弯矩可正可负。如果为正时调整,直接影响到跨中钢筋的配置(减小了梁下部正弯矩钢筋);并且梁端正弯矩调小后再与其他荷载下的梁端负弯矩进行组合时,结果反而使组合弯矩增大,从而失去调幅作用。 所以水平荷载下不进行调幅。

28.框架按“强柱弱梁”的原则进行设计,其基本概念是什么?为此可采取哪些措施? ①.所谓“强柱弱梁”,就是指在地震作用下,塑性铰首先在梁端出现,而避免在柱中出现,呈现“梁铰机制”。所谓强柱,就是应使框架柱的抗弯刚度比梁的抗弯刚度强,抗剪应有足够的能力。

在强烈地震作用下,结构发生大的水平位移而进入塑性阶段,如果框架的任一柱端先出现塑性铰,则楼层刚度削弱,同层的其它柱端因此而相继形成塑性铰,致使框架成为机动体系,房屋倒塌。

而塑性铰即使在框架中的所有梁端上出现,框架仍然不会进入机动状态。必须同时在某层柱中也都形成塑性铰,才会形成破坏机构。其概率相对很小。

例如,设形成一个塑性铰的概率为p=P,则同时形成n个铰的概率就为Pn 。如图的两种破坏机构,出现的概率分别近似是P22 和P8 。

如果不能保证在临界截面形成塑性铰的概率等于或大于p,破坏机构实际上是不可能出现的。

为了使框架在塑性阶段时仍能承受竖向荷载,可使梁端先出现塑性铰,这时只有在所有的梁或绝大部分梁出现塑性铰后,框架才会形成可变体系,引起整个房屋倒塌。 ②.在设计中采取的措施:

⑴.对梁端进行弯矩调幅,减小梁端弯矩以降低负弯矩钢筋的配筋量。

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⑵.限制柱的平均压应力。

当ζ0 max ≥0.2fc时,应使节点处(屋面节点除外)的上、下柱端考虑轴向力后

的抗弯极限强度之和,大于梁端抗弯极限强度之和: 梁端抗弯极限强度之和:

边节点:ΣM梁=AsαfyhLa-QzhL.

中节点:ΣM梁=(Ash1a+Ash2a)αfy-QzhL. 柱端抗弯极限强度之和:

将ΣM梁按上、下柱的线刚度比分配,把此分配算得的柱端弯矩和 柱端的最小及最大轴向力配合成内力组合组。

将上面的内力组按偏心受压,对柱端截面进行计算配筋。 最后,将此配筋量与由框架内力分析后得出的柱截面配筋比较,取其大者作为柱

的配筋。

其中: α---超应力系数。α=1.25; As---梁上部钢筋截面面积; As'---梁下部钢筋截面面积;

hLa、h1a、h2a---梁端截面处压力重心与拉力重心之间距离。 可近似取上、下纵筋之间的中心距离; hL---梁截面高度;

H0---上、下柱反弯点之间的距离;

楼层柱反弯点近似取为柱高的中点;

底层柱反弯点近似取为离柱底2/3柱高处;

σ0 max ---考虑地震作用与竖向荷载时,柱毛截面积的最大平

均压应力: Nmax

σ0 max =

bzhz .

Qz---柱端剪力。 内柱: Qz=(Ash1a+As'h2a)αfy/H0; 边、角柱:Qz=Asαfyh1a/H0; fc---混凝土轴心抗压强度设计值; fy---钢筋抗垃强度设计值。 ⑶.限制支座负筋的配筋率。(规定梁支座上部纵向筋的最大配筋率)

29.框架柱的失稳影响如何在设计中考虑?

当柱的长细比(构件的计算长度l0与构件截面回转半径i之比)很大时,由于偏心荷载或轴向压力之可能初始偏心影响,使柱产生纵向弯曲失去平衡而引起失稳破坏,或被偏心压坏。这对失稳破坏来讲,材料强度未充分发挥;对偏心压坏来讲,承载力也总有不同程度降低。

所以,我们对轴心受压柱,在设计中考虑了“稳定系数θ”,它反映了构件承载力随长细比增大而降低的现象;对偏心受压柱,考虑了“偏心距增大系数ε”,来反映纵向弯曲的影响。

在确定θ或ε时,要用到柱的计算长度l0=μl,其中μ称为计算长度系数。在框架计算中,μ是根据框架的计算简图和荷载的分布情况,对整个框架从稳定到失稳时的临界平衡状

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态作稳定分析求得。实用上采取近似假定,可根据规范查找。

30.边框架顶节点有何特别要求? 如图

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 31.框架梁的设计中,如何考虑反弯点转移的影响?

梁端下部钢筋配筋率应不少于上部钢筋配筋率的50%(为适应节点变号弯矩的需要)。 梁全长范围内,上、下部钢筋的配筋率均应符合μmin≥0.15%。

上部钢筋还应不少于两端支座处的上部筋中较大者的1/4,并应全跨贯通。 上部及下部筋任何情况下,至少分别有两根钢筋贯通全梁。

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 32.如何选定框架梁柱的截面尺寸? ①.梁宽:

⑴.不宜小于250mm,且宜控制b/h≥1/4,一般b=(1/2~1/3)h,因为b/h较小时,混凝土承剪能力有较大降低。h太大时,梁的刚度增加较快,地震时就会使柱内轴向力增大。 ⑵.梁宽不宜小于柱宽的1/2。 ②.梁高:

⑴.梁净跨与梁高之比不宜小于4。

一般: h=(1/8~1/12)l,不宜小于l/15; 楼板上有机床时:h=(1/7~1/10)l. 其中:l为梁的跨度;

单跨时用较大值,多跨时用较小值;

采用预应力混凝土梁时,h可乘以0.8的系数。

⑵.横向框架承重方案中的纵梁,在高烈度区一般取h≥l/12,且不小于 500mm。以免在墙体荷载和地震作用下出现超筋梁。

⑶.取纵梁与横梁顶部平齐:布置钢筋时,次要梁梁的钢筋在下,主要梁梁 的钢筋在上,板内负筋在最上。

梁底部高差至少要50mm:因为纵横梁的底部钢筋都较多,在同一高度同时 伸入节点,会使节点区钢筋过密,不利于混凝土施工和受力。 ③.柱:

⑴.截面尺寸不宜小于300mm(或350mm),矩形柱边长之比不宜超过1:1.5(以 免短边方向稳定性过低。

⑵.截面高与宽可取(1/15~1/20)H,H为该层柱高。

⑶.柱净高与柱截面长边之比不宜小于4。以避免出现短柱,使得柱的延性变 差刚度过大,而过早产生剪切破坏。

⑷.bh按轴压比确定。轴压比太大时,会使混凝土产生脆性性质的压碎破坏。

⑸.柱端截面处的平均剪应力ηh应小于3N/mm2。ηh太大时,会使柱产生脆 性性质的剪切破坏。

Qz 其中:bz、hz---柱截面的宽高;

ηh=── Qz---柱端剪力;计算详见第28题......。 bzhz .

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33.地震作用下,框架截面强度有什么变化?如何处理?

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 34.框架柱的最小配筋率ρmin如何确定,为什么?

框架柱是偏心受拉或偏心受压构件,其配筋由截面承受的轴力N和弯矩M计算确定。当计算不需配筋或配筋量很小时,为了保证柱有足够的延性,纵向钢筋可按柱的纵向钢筋最小配筋率进行构造配筋。

柱的纵向钢筋最小配筋率 柱截面中全部纵向钢筋面积之和 ┌────┰────┬──┐ ρmin=────────────── │设计烈度┃中、边柱│角柱│ 柱截面积 ┝━━━━╋━━━━┿━━┥ │ Ⅳ级 ┃ 0.5% │0.7%│ 对剪力墙结构的框支层柱,按角柱的规 ├────╂────┼──┤ 定采用。 │ Ⅲ级 ┃ 0.6% │0.8%│ ├────╂────┼──┤ │ Ⅱ级 ┃ 0.7% │0.9%│ ├────╂────┼──┤ │ Ⅰ级 ┃ 0.8% │1.0%│ └────┸────┴──┘

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 35.为什么要考虑刚度折减系数? 钢筋混凝土是非弹性材料,在较低应力下一般也会出现弹塑性变形,而影响混凝土弹性模量E值有所降低;应力稍大时还会开裂,加之以装配式结构的接头还不可避免地有所松动。因此结构刚度小于其弹性刚度。在计算结构的水平位移时,应考虑这种刚度的降低而使实际水平位移加大的现象。

而在结构内力分析时,在超静定结构中,内力分布只与各构件刚度的相对值有关,与其绝对值无关。所以,实际上如果各构件均采用相同的刚度折减系数,在计算内力时,EI值可不必折减,这并不影响计算弹性内力的结果。

刚度折减系数用于层间位移及顶点位移结果的折减。即:位移理论计算值除以刚度折减系数β。

位移理论计算值: 框架层间位移δi=Qi/ΣDi; 框架顶点位移Δ=Σδi 。

刚度折减系数β: 使用阶段不开裂的构件β=0.85; 使用阶段开裂的构件 β=0.65。

对于装配式结构,考虑附加接头松动的影响,β值还要更

小一些。

一般情况下,结构单元中所有梁、柱、墙均应取相同的刚度折减系数。但框架剪力墙之间的连梁容许采用较小的β,因为它两端连接刚度很大的墙肢,或一端连着刚度很小的框架柱,此梁的梁端弯矩和剪力计算值很大,完全照此去配筋往往使设计与施工都很困难;而且这些梁比其它构件较早进入塑性阶段。

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 36.框架梁截面惯性矩增大系数如何考虑?

框架结构中,由于楼板参加梁的工作,使得梁的截面惯性矩增大。但要精确地确定梁截面的惯性矩是一个复杂的问题,因此考虑采取在梁的截面惯性矩上乘以一个增大系数的方法

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