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钢筋混凝土结构

发布时间:2013-10-30 09:32:02  

A模块 钢筋混凝土结构

1A:钢筋混凝土结构材料及基本构件构造要求及钢筋混凝土结构构造要求

1. 绘制有明显屈服点钢筋的应力应变曲线,并指出各个阶段的特征以及特征点所对应的应

力名称?

答:

从拉伸应力-应变曲线中可以看出,应力值在a点以前,应力与应变按比例增加,其关系符合虎克定律,a点对应的应力称为比例极限;过a点以后,应变增长速度比应力快,到达b点后钢筋开始流塑,进入屈服阶段,b点称屈服上限点,它与加载速度、断面形式、试件表面光洁度等因素有关,故显不稳定状态。过了b点后,应力与应变曲线出现上下波动,即应力不再增加,而应变且迅速发展,形成一个明显的屈服台阶,整个屈服台阶的下限点c所对应的应力称为“屈服强度”。当钢筋屈服塑流到一定程度,即到达c点以后,应力-应变曲线又开始上升,说明经过流幅后,其内部结构重新排列,抗拉能力有所提高,随着曲线上升到最高点d,相应的应力称为钢筋的极限强度,cd段称为钢筋的强化阶段。过了d点以后,钢筋在薄弱处的断面将显著缩小,发生局部颈缩现象,变形迅速增加,应力随之下降,到过e点时试件被拉断。

2. 无明显屈服点的钢筋(也称硬钢),其应力-应变曲线的特点,其屈服强度如何取值? 答:

从高强度碳素钢丝的应力-应变曲线可以看出,这类钢筋没有明显的屈服台阶(流幅),其强度很高,但伸长率小,塑性较差,破坏时呈脆性。对该类钢筋通常取相应于残余应变为0.2%的应力0.85?b作为假想屈服点(或称条件屈服点),其值约为0.85倍抗拉强度值。

3.建筑上利用钢筋的强度只取屈服强度作为钢筋设计强度的依据,其理由是什么?

答: 屈服强度作为钢筋混凝土构件计算时钢筋的强度限值,即钢筋强度设计指标,这是因为钢筋屈服后所出现的屈服台阶(流幅)是一个不可恢复的塑性变形,

会使构件变形和裂缝

大大增加以致无法使用;另一个强度指标是d点的钢筋极限强度,这是钢筋所能达到的最大强度,而极限强度与屈服强度之比作为钢筋强度的安全储备。

4.什么叫钢筋的冷拉、冷拔、冷拉时效?钢筋经过冷加工后其力学性能会发生什么变化? 答:冷拉是将钢筋拉至超过屈服强度,即强化阶段中的某一应力值。冷拉能提高钢筋屈服强度,使钢筋伸长,起到节省钢材、调直钢筋、自动除锈、检查焊接质量的作用。冷拔是将直径为6-8mm的HPB235级热轧钢筋用强力拔过比其直径要小的硬质合金拔丝的模具,在模具中钢筋除了受拉外还受到很大的侧向挤压力,从而使钢筋在长度和直径两个方向都产生塑性变形,截面积减小,长度增加。冷拔钢筋可同时提高抗拉及抗压强度。

5.混凝土立方体抗压强度是如何确定?混凝土强度等级如何?

答:混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准确定。我国《规范》规定的标准测试方法是:以150×150×150mm的立方体试件,在于8d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度(单位为N/mm2)作为混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k。如混凝土强度等级为C25

表示混凝土的立方体抗压强度标准值为25N/mm2,C表示混凝土。《规范》规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等十四级。钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15;当采用HRB335级钢筋时,混凝土强度等级不宜低于C20;当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件,混凝土强度等级不得低于C20。目前我们的局部地区仍有采用200mm和100mm边长的立方体试块,可通过换算系数换算成边长为150mm立方体的试块强度,换算系数分别为1.05和0.95。

6.混凝土轴心抗压强度、轴心抗拉强度是什么?它们与混凝土立方体抗压强度的关系是什么?

答:按照与立方体试件相同条件下制作和试验方法测得的棱柱体试件(150×150×300)的极限抗压强度值,称为混凝土轴心抗压强度。

混凝土轴心抗拉强度ft通常采用100×100×500mm3的两端预埋钢筋的棱柱体在试验机上受

拉,当试件拉裂时测得的平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度。

混凝土的轴心抗压强度是立方体抗压强度的0.7倍。 混凝土的轴心抗拉强度与立方体抗压强度关系为ft?0.23f23cu,k3。

7.绘制混凝土在一次短期荷载下的应力-应变曲线,并指出曲线的特点及、、cu等特征值。 答:

上升段(OC):在曲线的上升段中的OA段,混凝土应力?≤0.3f

c,此时混凝土处于弹性阶

段,应力-应变关系基本呈现线性;AB段中?大约(0.3-0.8)fc之间,混凝土内裂缝不断

发展,但能保持稳定,即应力不增加,裂缝也不发展;BC段为?>0.8fc的情况,内裂缝

发展很快已进入不稳定状态,塑性变形显著增大,体积应变逐步由压缩转为扩张;当?=fc时(应力达到峰值点),此时所对应的应变大约在(1.5-2.5)×10-3之间波动,其平均值一般取?0=0.002。

下降段(CE):当混凝土强度到达fc (C点)后,混凝土承载力开始下降,一般情况下,开

始下降得较快,曲线较陡,当应变增到?cu=0.0033左右时曲线出现反弯点(D点),预示着

混凝土彻底压碎。

8.什么叫混凝土的弹性模量?什么叫混凝土的变形模量(也称割线模量)?它们两者之间有何关系?

答:混凝土的弹性模量是根据混凝土应力-应变曲线,取曲线的原点的切线斜率,叫做混凝土弹性模量,也称混凝土原点弹性模量。混凝土的变形模量:当混凝土的应力超过0.5fc时,混凝土的弹性模量EC已不能反映应力-应变的关系,因此,要用变形模量来反映。混凝土的

变形模量是在混凝土的应力-应变曲线上取得一点K,作曲线原点O的直线,此直线的斜率定义为混凝土的变形模量Ec(也称混凝土的割线模量)。

关系是Ec=?EC (ν—是混凝土受压时弹性特征系数,与应力值有关)。

9.什么叫混凝土的徐变、收缩?徐变和收缩的区别是什么?如何防止?

答:混凝土的徐变:混凝土在荷载长期作用下,即使应力维持不变,它的应变也会随时间继续增长,这种现象称为混凝土的徐变。

收缩:混凝土在硬结过程中,体积会发生变化。当混凝土在空气中硬结时,体积会收缩;而在水中硬结时,体积会膨胀。是混凝土在不受力的情况下的自由变形。

防止徐变措施:(1)适当的水灰比;(2)增加混凝土骨料的含量,徐变将变小;(3)养护条件好,水泥水化作用充分,徐变就小;(4)混凝土加荷前,混凝土强度愈高,徐变就愈小;

(5)控制截面应力。

防止收缩措施:(1)水泥品种方面:选择适宜水泥标号;(2)水泥用量适当;(3)骨料的性质:骨料的量大,收缩小;(4)养护条件:在硬结过程中周围温湿度大,收缩愈小;(5)混凝土制作方法:混凝土愈密实,收缩小;(6)使用环境的影响:使用环境温湿度大时,收缩小;(7)构件的体积与表面积的比值:比值大,收缩小。

10.钢筋与混凝土之间的粘结锚固作用有哪些方面?影响粘结强度的因素是什么?

答:粘结锚固作用有以下方面(1)由于混凝土颗粒的化学吸附作用,在钢筋与混凝土的接触面上产生一种胶结力。此力数值很小,在整个粘结锚固力中不起明显作用;(2)混凝土硬化时体积收缩,将钢筋紧紧握固而产生一种能抵制相互滑移的摩阻力.此力的大小与接触面''

的粗糙度及侧压力有关,并随滑移的发展和混凝土碎粒磨细而逐渐衰减;(3)由于钢筋(主要指变形钢筋)表面凹凸不平,变形钢筋横肋对肋前混凝土挤压而产生的咬合力。此力的作用方向是斜向的,因此产生锥楔作用,在周围混凝土中会引起环向拉应力并导致纵向劈裂裂缝;(4)机械锚固力。是指弯钩,弯折及附加锚固措施(如焊横钢筋,焊角钢和钢板等)所提供的粘结锚固作用。

影响因素主要为混凝土强度、浇注位臵、保护层厚度及钢筋净间距等。

11.试述少筋梁、适筋梁和超筋梁的破坏特征,在设计中如何防止少筋梁和超筋梁破坏? 答:由于适筋梁在破坏前钢筋先达到屈服强度,所以构件在破坏前裂缝开展很宽,挠度较大,这就给人以破坏的预兆,这种破坏称为塑性破坏;如果钢筋过多(超筋梁),这种梁在破坏时,受拉钢筋还没有达到屈服强度,而受压混凝土却因达到极限压应变先被压碎,而使整个构件破坏,这种破坏称为超筋破坏。超筋梁的破坏是突然的,破坏前没有明显预兆,这种破坏称为脆性破坏;如果配筋过少(少筋梁),所以只要受拉区混凝土一开裂,钢筋就会随之达到屈服强度,构件将发生很宽的裂缝和很大的变形,最终因钢筋被拉断而破坏,这也是一种脆性破坏,破坏前没有明显预兆,工程中不得采用少筋梁。

为了保证钢筋混凝土受弯构件配筋适当,不出现超筋和少筋破坏,就必须控制截面的配筋率。为避免少筋梁破坏,必须确定最小配筋率;为避免超筋梁破坏,必须确定受压区高度界限系数。

12.箍筋的作用有哪些?其主要构造要求是什么?

答:箍筋的主要作用是用来承受由剪力和弯矩在梁内引起的主拉应力,同时还可固定纵向受力钢筋并和其他钢筋绑扎在一起形成一个空间的立体骨架。

(1) 箍筋的数量 箍筋的数量应通过计算确定。如按计算不需要时,对截面高度大于300mm的梁,仍应按构造要求沿梁的全长设臵;对于截面高度为150~300mm的梁,可仅在构件端部各1/4跨度内设臵箍筋;但当在构件中部1/2跨度范围内有集中荷载时,则应沿梁全长设臵箍筋;对截面高度为150mm 以下的梁,可不设臵箍筋。(2)箍筋的直径 箍筋的最小直径与梁高有关:当梁高h《250mm时,箍筋直径不小于4mm;当250mm〈h《800mm时,不应小于6mm;当h》800mm时,不应小于8mm。梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时,箍筋直径还应不小于d/4(d为纵向受压钢筋最大直径)。(3) 箍筋的形式和肢数 箍筋的形式有封闭式和开口式两种(图3—3a、b),对现浇T形梁,当不承受扭矩和动荷载时,在跨中截面上部受压的区段内,可采用开口式,一般采用封闭式。箍筋肢数有单肢、双肢和四肢等。

13.筋混凝土的最小配筋率ρmin是如何确定的?

答:最小配筋率是少筋梁与适筋梁的界限,可按照下列原则确定:配有最小配筋率的钢筋混凝土梁在破坏时正截面承载力Mu等于同样截面尺寸、同样材料的素混凝土梁正截面开裂弯

矩的标准值。同时,应考虑到温度变化、混凝土收缩应力的影响以及过去的设计经验。

14.T形截面有何优点?

答:矩形截面受弯构件在破坏时,受拉区混凝土早已开裂,不能再承担拉力,所以可考虑将受拉区混凝土挖去一部分,将受拉钢筋集中布臵在肋内,形成如图3—20所示的T形截面,它和原来的矩形截面所能承受的弯矩是相同的。这样即可节约材料,又减轻了自重。

15.纵筋在支座内的锚固有何要求?

答:在受弯构件的简支支座边缘,当斜裂缝出现后,该处纵筋的拉力会突然增加。为了避免钢筋被拔出导致破坏,《规范》规定简支梁、板下部纵向受力钢筋伸入支座的锚固长度las应符合下列要求:

(一)、简支板

简支板的下部纵向受力钢筋应伸入支座,其锚固长度las不应小于5d。

当采用焊接网配筋时,其末端至少应有一根横向钢筋配臵在支座边缘内;如不能符合该要求时,应在受力钢筋末端制成弯钩或加焊附加的横向锚固钢筋。当板中的剪力V>0.7ftbh0,配臵在支座边缘内的横向锚固钢筋不应少于二根,其直径不应小于纵向受力钢筋直径的一半。

(二)、简支梁

钢筋混凝土简支梁的下部纵向受力钢筋伸入梁的支座范围内的锚固长度las。应符合下列条

件:

当V《0.7ftbh0时 las》5d

V〉0.7ftbh0时 带肋钢筋 las》12d

光面钢筋 las》15d

d——纵向受力钢筋的直径

16.为什么箍筋和弯起钢筋间距S要满足一定要求?

答:梁内箍筋和弯起钢筋间距不能过大,以防止斜裂缝发生在箍筋或弯起钢筋之间,避免降低梁的受剪承载力。

17.什么是腰筋?作用是什么?

答:当梁高h>700mm时,应在梁的两侧沿梁高每隔300~400mm处各设一根直径不小于10mm的腰筋,并用拉筋联系,拉筋间距一般取箍筋间距的2倍。设臵腰筋的作用,是防止当梁太高时由于混凝土收缩和温度变形而产生的竖向裂缝,同时也是为了加强钢筋骨架的刚度。

18.试说明普通箍筋柱和螺旋箍筋柱的区别。

答:配有螺旋筋或焊接环式钢筋的柱,不但提高了柱的承载力,而且提高了延性。对于配有普通箍筋的柱,由于箍筋间距较大,不能有效约束混凝土的横向变形,因而对提高柱的受压承载力作用不大。因此,当柱承担很大的轴压荷载时,若采用普通箍筋柱,即使提高了混凝土强度等级,加大了截面尺寸,也不足以承担该荷载时,可采用螺旋式或焊接环式钢筋柱以提高承载力。此外,在地震区,由于此种柱的延性较好,故在抗震设计中常有应用。此种柱也有缺点,主要是施工复杂,用钢量大。柱的截面形状一般为圆形或正多边形。

19.在轴心受压构件中,钢筋抗压强度设计值取值应注意什么问题?

答:在设计中,若受压钢筋的强度过高,则不能充分发挥抗压作用,故不宜选择高强度钢筋作为受压钢筋,工程中一般常采用Ⅰ级、Ⅱ级或Ⅲ级钢筋。

20.受压构件中的纵向钢筋和箍筋有什么构造要求?

答:柱中纵向受压钢筋一般采用Ⅱ级、Ⅲ级,直径不宜小于12mm,通常在16~32mm之间选用。一般宜采用较粗的钢筋,以形成较刚劲的骨架,受荷后不宜被压屈。

轴心受压构件的纵向钢筋宜沿截面四周均匀布臵,纵筋根数:矩形截面不得小于4根,圆柱中纵筋根数不宜小于8根,且不应小于6根。配筋率不得小于0.4%,也不得大于5%,常用配筋率为0.5%~2%。

偏心受压构件的纵向钢筋设臵在垂直于弯矩作用平面的两边,最小配筋率应满足《规范》规定,总配筋率也不宜超过5%。

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