《混凝土规范》理解—白绍良教授课堂笔记(51~101)

时间:2016/01/10 | 作者: | 分类:技术储备 | 浏览:144 ℃ | 发表评论

混凝土结构

51.试说明一根带肋钢筋在受力逐步增大的过程中其粘接-滑移的基本规律(画粘接-滑移曲线,并请关注该曲线的纵、横坐标物理量是什么?),并说明其中的各个关键点和与这些关键点对应的物理现象(其中应着重说明:后藤幸正发现的肋前角向斜外向发展的裂缝;肋前混凝土局部压碎区;局压区的形成对钢筋劈裂力的形成起什么作应,劈裂力如何作应给钢筋周围的混凝土,其后果是什么?)为什么说锚固段周围的配箍对锚固能力有重要作用?
答:
○1拉力较小,钢筋与混凝土间的化学粘接没有破坏。
○2拉力增大,出现后藤裂缝。
○3拉力继续增大,肋前混凝土局部压碎。
○4拉力再增大,曲线坡度减小,后藤裂缝继续扩展,件劈效应更加明显。在没有箍筋的情况下,将形成通长的劈裂裂缝导致粘接破坏。
○5若有箍筋约束,则劈裂裂缝不能充分发展,这时钢筋肋纹间的混凝土将全部被压碎,在肋纹的外表面形成一粗糙的破坏面,钢筋与混凝土间的粘接应力逐渐减小。
钢筋被拔出(三校合编《混凝土结构》上册31页)。
肋前的混凝土压碎成粉末的时候,尖劈效应更加明显,如果保护层太薄且没有箍筋保护,则会产生劈裂裂缝。因为箍筋可以限制辟裂裂缝开展,有效提高粘接应力。所以。
52.说明带90度弯折的锚固端的受力机理,水平直段的长度对弯弧及尾段的受力有影响吗?带90度弯折锚固端的总锚长为什么不需要满足直线锚固长度的要求?其水平段过短会形成什么样的失效方式?试举例说明什么地方要用到这种锚固形式?
答:带90度弯折的锚固端的粘接力由三部分提供,一是直段与混凝土之间的粘接力,二是弯钩处因“缆索效应”而产生的拉力,三是弯折段与混凝土之间的粘接力。因为“缆索效应”加强了钢筋与混凝土之间粘接能力,所以带90度弯折的钢筋的总锚长取0.7倍的直线锚长。如果水平段过小将会形成拉脱型锚固失效。这种锚固形式主要应用在梁和边柱的接点和错层处的梁柱接点。(个人意见)
53.钢筋受拉锚固长度是用什么样的试验确定的?它与那些主要因素有关(参看GB50010-2002规范)?为什么它与混凝土保护层厚度不小于钢筋直径的规定有关?受拉锚固长度考虑了可靠度问题吗?用什么思路考虑的?
答:《规范》规定的纵向受拉钢筋的最小锚固长度( )是根据拔出试件试验结果的统计分析给出的。它与混凝土强度等级、钢筋的强度、钢筋的直径、混凝土保护层的厚度等有关。因《规范》在确定锚固长度所做的试验取偏心至边缘的距离为d(钢筋直径),故规定保护层厚度不得小于d(笔记)。受拉锚固长度是考虑了可靠度的,具体体现在钢筋的外形系数α内,α是经对各类钢筋进行系统粘接锚固试验及可靠度分析得出的(《规范》294页9.3.1)。
54什么是钢筋的机械连接接头?你知道哪几种机械连接接头?
答:钢筋的机械连接是通过连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用将一根钢筋中的力传至另一根钢筋的连接方法;
机械连接接头有带肋钢管套筒挤压连接,钢筋锥螺纹连接
55钢筋搭接接头是如何传力的?为什么搭接长度比锚固长度要长些?为什么同一连接区段内搭接钢筋占总受拉钢筋面积的百分比越高,规范规定的搭接长度越大?
解:
○1.钢筋的搭接接头传力方式: 位于两根搭接钢筋之间的混凝土受到肋的斜向挤压作用,有如一斜压杆,通过钢筋与混凝土之间的粘结力来逐步传递。
○2. 因为搭接区段内除了粘接应力外还有其他外力作用使钢筋受拉,而钢筋锚固段内只有粘接应力存在,不存在其他外力.
○3.因为搭接取段内搭接钢筋占受拉钢筋面积的百分率越高,是因为搭接接头受力后,相互搭接的两根钢筋将产生相对滑移,且搭接接头长度越小,滑移越大。为了使接头充分受力的同时,刚度不致过差,就需要相应增大搭接长度。
56什么是“同一连接区段”搭接接头“同一连接区段”如何定义(参考《混凝土结构设计规范》及条文说明)
解:钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度,凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段。(《规范》116页9。4。3条)
(搭接钢筋接头中心距不大于1.3倍搭接接头长度,或搭接钢筋端部距离不大于0.3倍搭接接头长度时,均属位于同一连接区段的搭接接头)(见规范296)
57请对比一下机械连接接头、焊接接头和搭接接头各自的优缺点。
解:机械连接节省钢材,施工方便。机械连接在保护层设定时应该注意套筒的影响。锥螺纹的加工要求很精细,但现在国内很难保证。在冷扎螺纹的时候会使接头处产生残余应力,回火可以降低残余应力,但成本就会上升。
焊接连接可以达到较好的连接效果,节省钢材。但由于施工水平的限制,很难保证质量
搭接废钢。
58为什么搭接接头区要加密箍筋?为什么受压搭接接头两个端头的外面还要增设两个间距较小的构造箍筋。
解: 搭接的传力方式是通过搭接的钢筋与混凝土之间的粘接力将一根钢筋的力传给另外一根钢筋。位于两根钢筋之间的混凝土受到肋的挤压作用,肋对混凝土的斜向挤压力的径向分力同样使外围混凝土产生横向拉力。故搭接区段外围混凝土受到两根钢筋所产生的辟裂力。为了防止纵向辟裂,提高粘接强度,在搭接范围内,须将箍筋加密。
受压搭接接头两端头外面增设两个间距较小的构造箍筋是为了防止钢筋端头因存在压力而导致的局部挤压裂缝。(《混凝土规范》297页9.4.5条)
59请再简要回忆一下矩形单筋、矩形双筋、T形(两类T形)和I形(两类I形)受弯构件正截面基本平衡方程的建立和截面设计步骤。
解:略
60请以单筋矩形截面为例重点说明受拉配筋率的大小、受压配筋率的大小对混凝土受压区高度有什么影响?同时利用平截面假定说明:
① 和 对受拉钢筋恰好屈服时受压边混凝土达到的压应变有什么影响?(即对屈服曲率 的影响)
② 和 对受压边缘达到极限压应变时的截面曲率(极限曲率 )有什么影响?
解:受拉配筋率大,受压区越高;受压配筋率越大受压区高度越小。
越大 越小,受压边缘达到极限压应变时截面曲率越小,否则越大
61请画出受弯构件弯矩最大截面从开始受力到受压区混凝土压碎的m- 曲线(一条对应 较大的情况,一条对应 较小的情况)并说明该曲线上有即个控制点。如果要用多折线对这条曲线进行简化,你认为可以采用几折线。
解:图见江见鲸p203(b)
曲线上有3个控制点:构件受拉区出现第一条裂缝时曲线有一个拐点,钢筋屈服时有一个拐点,达到极限承载力时的点.
我认为可以采用三折线,及连接原点和第一个拐点,连接第一个拐点和屈服点,屈服点后采用水平线.
62大偏心受压截面和小偏压截面的M- 又有什么特征?大偏压截面的M- 曲线与轴压力大小有什么关系?
答:图见江见鲸p207(b)
大偏压的M- 曲线有明显的弹性阶段,屈服点,以及屈服后构件表现出较好的延性,小偏压的M- 曲线没有屈服点,构件的延性较差.
大偏压截面的M- 曲线随着轴力的增大(不进入小偏压阶段)屈服点随着增大,延性随着降低;若进入小偏压阶段,则随着轴力的增大承载力降低.(个人意见)
63请说明大偏压截面和小偏心受压截面破坏状态的控制特征的主要区别。
解:大偏压截面破坏始自受拉区钢筋屈服,最后受压区混凝土被压碎;小偏压截面破坏时受压区混凝土被压碎,另一侧钢筋没有受拉屈服,可能是受拉或受压。
64请说明大偏心受拉截面和小偏心受拉截面破坏状态的控制特征的主要区别。
解:大偏心受拉破坏时,截面一侧混凝土受压破坏,另一侧钢筋受拉屈服;小偏拉破坏时,全截面混凝土被拉段,两侧钢筋都受拉,靠近拉力的一侧钢筋屈服,另一侧钢筋没有屈服。
65从大小偏心受压到轴心受压状态之间时小偏心受压状态。请问在这个范围内受拉一侧(或受力较小一侧)的钢筋应力、受压边缘的极限压应变随偏心矩的减小会有什么变化?修订后的混凝土结构设计规范是如何解决小偏心受压构件的截面设计问题的?
解:解:
在这一过程中受力较小一侧的钢筋应力受拉屈服——受拉不屈服——受压屈服;受压边缘的极限压应变依次减小。
规范规定:对非对称配筋的小偏心受压构件,当偏心距很小时,为了防止As产生受压破坏,尚应按公式(7.3.4—5)进行验算,此处,不考虑偏心具增大系数,并引进了初始偏心距
66试说明当已经知道混凝土的应力-应变关系,钢筋受拉、受压的应力-应变关系后,利用平截面假定对截面受力状态(受弯构件)进行计算机模型的基本思路(试举一种模拟思路,并能说出其具体步骤——可画出程序的粗框图)
67当把上述模拟方法用于模拟偏心受压截面时,与受弯构件有什么不同?
68当把上述模拟方法用于截面不同高度都配有纵向钢筋的情况时,又有什么不同?
69模拟双向偏心受压截面时又有什么不同?
70当受压区为 时,混凝土受压边缘纤维的极限压应变有什么不同
答:四个截面的受压区极限应变依次增大.
71在做正截面受力性能的计算机模拟时,你认为可以取什么样的混凝土应力-应变曲线?为什么?
答:我认为使用Rüsch模型就可以
72.结合以下四个典型简单结构说明在a、c在无侧移情况下b、d的有侧移情况下结构中的二阶内力(二阶弯矩)的分布规律。哪些是p-δ效应,哪些是P-Δ效应?
答:在无侧移框架中,二阶效应是由柱轴力在柱轴线产生挠曲变形后的结构中引起的,一般也称p-δ效应。由楼层附加水平力在各柱中引起的附加弯矩通常称为P-Δ效应。在同层各柱最终P-Δ效应中,包含了p-δ效应的影响。a、c中为p-δ效应,b,d中为P-Δ效应。
73在美国ACI318-99规范中使用了三种考虑二阶效应的方法,即
(1)采用构件折减刚度的结构弹性有限元分析法;
(2)层增大系数法求 ,
(3) – 法,
请把三种方法的意思了解清楚。
答:自己仔细看一下资料来的好些
74什么是模型柱,或者说两端等偏心距偏心压杆?在这个压杆上,偏心距增大系数 或者美国弯矩增大系数 表示的是什么关系?
答:在研究和建立钢筋混凝土偏心受压柱的偏心距增大系数表达式的时候,世界各国最初所用的基本构件形式都是两端铰支的便感偏心距压杆,也称标准柱。表示的是标准柱柱高中点截面考虑柱子挠曲后的偏心距与未考虑柱子挠曲的偏心距的比值。(二阶效应资料p8)
75中国用与美国 不同的 计算 ,然后用 考虑二阶效应,为什么在一般规则的框架中于美国 – 法相差不太显著?
答:因为上文建议使用 曲率表达式的改进 法以及美国ACI318规范的使用 轴力表达式的 法均采用 来计算考虑二阶效应后的截面总弯矩,而原规范使用 极限曲率表达式的用于一般多层框架的 法则式由 统乘 来计算考虑二阶效应后的截面总弯矩的。但前一个式子中 采用能够的计算长度l0偏大(采用框架柱侧向失稳时挠曲线反弯点之间的竖向距离),而原规范 法所用的后一个式子中对一般多层房屋采用的计算长度l0则取用根据工程经验确定的较小值。所以总体结果尚差别不大。
76中国的 取用极限曲率表达式,美国 用轴力表达式,请问这两种表达式有什么区别?请说明中国的 的计算公式如何得来的。(二阶效应资料p17)
77请说明美国偏心受压细长柱有效长度 的定义。中国的计算长度 与美国 含义相同吗?
答:美国取用有侧移框架侧向失稳弹性挠曲线反弯点之间的竖向距离。它是直接从挠曲线微分方程中算出来的,并只受该柱段上、下节点处分别汇集的所有柱段线刚度之和与所有梁段线刚度之和的比值的影响。(二阶效应资料p12)在中国规范中可以通过对不同结构中不同柱段采用不同的计算长度来反应结构柱段因约束条件和受力特点不同而与标准柱存在的差别。在这里柱段的计算长度可以理解为,有一根与所考虑的结构柱段控制截面具有完全相同的截面特征和材料特征的标准柱,其轴力和一阶弯矩也与该结构柱段控制截面中的轴力和一阶弯矩完全相同。但该标准柱的长度取为l0时,恰能使其高度重点的一阶与二阶附加玩具之和与所考虑结构柱段控制截面中的真实一阶与二阶附加弯矩之和相等,则该长度l0既为所考虑柱段的计算长度。因此,计算长度l0实质上是一个等效长度。在这种情况下,柱计算长度取值是根据长度计算规律和其他国家规范的取值方法集体商定的。(二阶效应资料p13)
78请从第一条到第二条裂缝形成的机理说明有哪些因素影响裂缝间距(参考《混凝土结构设计规范》中受弯构件裂缝间距计算公式P283~284)
答:在临近开裂前,混凝土和钢筋的应变值相等,无相对滑移。当构件的最薄弱截面上出现首批裂缝 后,混凝土退出工作,全部拉力由钢筋承担,应力突然增大,裂缝两侧的局部发生相对滑移。此时,钢筋和混凝土的应力沿轴线发生变化。在二者的截面产生相应的黏结应力分布。离第一条裂缝一段距离之外,混凝土的应力仍维持 。相应的,钢筋应力和粘结应力也都和裂缝出现之前相同。这一长度称为粘结长度或应力传递长度,可根据平衡条件确定。若钢筋和混凝土之间的平均粘结应力取 ,则 ,其中 为截面配筋率。在裂缝两侧各 范围内,混凝土的应力 。一般不会出现裂缝。而在此粘结长度范围之外的各截面都可能出现第二条裂缝,同样也发生的薄弱截面。第二条裂缝出现后,钢筋和混凝土的应力,以及粘结应力沿轴线的变化与第一条裂缝出现时相似。如果相邻裂缝的间距 ,其间混凝土的拉应力必然为 ,一般不出现裂缝,可见裂缝间距离的最小值时 ,最大时2 。由此可知,混凝土裂缝间距主要取决于混凝土的抗拉强度、钢筋的配筋率与直径,以及二者间的平均粘结应力。(《钢筋混凝土原理》p229)
79受力裂缝宽度的计算公式按什么思路建立起来的?(参考《混凝土结构设计规范》中受弯构件裂缝间距计算公式P283~284)
答:裂缝宽度应该时裂缝间距范围内钢筋和混凝土的受拉伸长差。二者的应变(应力)沿轴线分布不均匀,若平均应变分别为 和 ,则平均的裂缝宽度 。取 ,( 、 为裂缝截面上的钢筋应力、应变。)。取 为 的15%,取混凝土伸长对裂缝宽度影响系数 ,取短期裂缝宽度扩大系数 ,长期作用影响的扩大系数 6。故得规范100页公式(8.1.2-1)(8.1.2-2)(8.1.2-3)(8.1.2-4)。
80请说明沿构件纵向当已经出现多条裂缝后纵向受拉钢筋的应力在裂缝截面和裂缝之间的各个截面中有什么不同?什么是钢筋应力的不均匀系数 , 为什么随着梁受荷的增大而逐渐变大,并最终趋近于1.0?
答:波浪状变化,裂缝之间的钢筋应力稍小于裂缝截面应力。
不均匀系数反映裂缝间受拉混凝土对纵向受拉钢筋应变的影响。
裂缝出现后, 〈 ,这说明受拉混凝土是参加工作的,随荷载增加,使 与 间的差距逐渐减小,也就是说,随荷载的增加,裂缝间受拉混凝土是逐渐推出工作的。可知, ,当 = 时,则ψ=1,表明此时裂缝的受拉混凝土全部推出工作,当然这是不可能的。
81如何你计算出来的裂缝过宽时,你有什么办法可以让它变小?为什么?
答:首先见效钢筋直径增加根数,然后可将三级钢筋改为二级,最后的办法是增加钢筋用量。理由看下公式就知道了撒。
82请看一下规范规定的正截面裂缝的三个控制等级(规范P12~13)和它们的具体控制方法(规范P99)
答:自己去看看吧
83请简要说明一下裂缝宽度限值是怎么确定的。
答:
84规范裂缝宽度计算公式计算出的裂缝宽度具有什么统计含义?
答:实际上相当于构件等弯区段所出的裂缝宽度统计结果的95%的分位值。
85.请用一根跨度相等的两跨连续梁说明当自重和活荷载都是均布时的弯矩包络图。
答:
86.请用同一个例子说明为什么在中间支座可以按比弯矩包络图的最大负弯矩小一些的负弯矩计算支座所需要的负弯矩钢筋,而跨中截面仍按弯矩包络图的跨中正弯矩计算跨中正弯矩钢筋。这样配筋的梁如果受两跨满布的全部自重和全部活荷载作用,请问哪个截面将首先屈服(受拉钢筋屈服)?该截面屈服后,后续荷载的作用下梁的计算模型(计算简图)将发生什么变化?所有荷载作用在梁上后,跨中截面的正弯矩会超过该截面的抗弯能力吗?超不过抗弯能力与什么有关?
答:此种配筋方法考虑了连续梁中的内力重分布(孙会郎)。这样配筋的梁受两跨满布的全部自重和全部活荷载作用时中间支座截面将首先屈。该截面屈服后,后续荷载的作用下梁的计算模型(计算简图)将变成两跨简支梁(三校合编《混凝土结构》上册303页)。所有荷载作用在梁上后,跨中截面的正弯矩不会超过该截面的抗弯能力,主要是由于调幅后不存在活荷载的不利布置,挖掘了构件的潜力(白老师)。
87.有一根两端固定的单跨梁,如下图:
如果在支座截面用 的负弯矩来确定截面的负弯矩钢筋,跨中截面也用 的正弯矩来确定截面的正弯矩钢筋.请问这根梁按上一问题的思路能承担得起满布的g q吗?( 为梁的跨度)
答:能。
88.请说明这种在超静定结构中某些截面少配些钢筋,另一些截面相应多配一些钢筋,结构仍能承担原有结构的性能,或利用内力包络图而把某些截面有意识少配些钢筋,但也不影响结构的安全性的思路(即结构“内力重分布”的思路)对钢筋混凝土结构有什么意义?
答:(1)挖掘了构件的承载潜力,可以取得一定的经济效益。(2)按弹性方法设计,连续梁内支座截面弯矩通常较大,造成配筋拥挤、施工不便。考虑内力重分布的设计方法,可以降低支座截面弯矩的设计值,减少配筋量,改善施工条件(三校合编《混凝土结构》上册304页)。
89.在利用结构的内力重分布的性能时,为什么要对少配了钢筋截面的受拉钢筋屈服后的塑性转动能力提出要求?请结合前面的第60个问题再想一遍什么情况下截面的屈服后塑性转动能力大?什么时候塑性转动能力小?
答:因为如果截面受拉钢筋屈服后的塑性转动能力较小,以致完成充分的内力重分布过程所需要的转角超过塑性铰的转动能力,则在尚未完成预期的破坏机构以前,早出现的塑性铰将因受压区混凝土达到极限压应变而过早破坏。塑性铰的转动能力主要取决于纵筋的配筋率、钢材品种和混凝土的极限压应变。纵筋的配筋率越低、钢材的性能越好、混凝土的极限压应变越大,则塑性铰的转动能力越好。反之则不好(三校合编《混凝土结构》上册304页)。
90.在利用结构的内力重分布性能时,对少配了钢筋的截面的正截面裂缝宽度会不会有不利影响?请结合前面的第78问的裂缝宽度计算公式想一想,少配了钢筋是否会影响裂缝宽度?
答:由第78问的裂缝宽度计算公式可知少配纵筋对正截面裂缝宽度将会有不利影响,裂缝宽度将有所增大(孙会郎)。
91.在一栋房屋的砌体结构或钢筋混凝土墙面上最易出现温度裂缝的部位在哪里?
答:顶层两端出现八字缝,底层两端出现倒八字缝(孙会郎)。
92.为什么说温度和混凝土收缩引起的应力都是约束应力?请以下面两端完全固定的梁来说明为什么混凝土会在构件中产生拉应力.构件中加了通常纵向钢筋,而且钢筋一直伸到约束支座中去(锚固牢固)时,纵向钢筋对约束力有没有影响(请用严密的力学概念来分析这个问题,不要想当然!)
答:
93请以一个多跨排架结构为例,说明当屋盖因升温而伸长,或因为降温而缩短时,将在各根柱和各屋盖梁(排架水平系杆)中产生什么样的温度内力。什么地方温度内力大?什么地方温度内力小?
答:
94此次修订《混凝土结构设计规范?增强了板中的分布钢筋,增加了板中温度配筋的条文,增加了对梁纵向构造钢筋和“简支支座”上部构造纵筋的规定,增大了墙的分布钢筋以及增加了板与周边梁和墙相连处的上部负弯矩筋的规定(见规范p126第10.1.7条和第127页10.1.8条和第10.1.9条,第131页第10.2.6条,第135页第10.2.16条,第144页的第10.5.9条和这些条的条文说明.)请把这些修订的理由再认真考虑一遍,理解清楚。
答:自己去看看规范
95请考虑一下导致混凝土收缩加大有哪些原因?
答:影响混凝土收缩变形的主要因素:
水泥的品种和用量:
早强水泥比普通水泥的收缩大;混凝土中的水泥用量和水灰比越大,收缩量越大
骨料的性质、粒径和含量:
骨料含量大,弹性模量值高者,收缩量小;粒径大者,对水泥浆体收缩的约束大,且达到相同稠度所需的用水量小,收缩量也小。
养护条件:
养护不完善,存放期的干燥环境加大收缩
使用期的环境条件:
构件周围所处的温度高,湿度低,都增大水分的蒸发,收缩量大
构件的形状和尺寸:
混凝土中水分的蒸发必须经由结构的表面。故结构的体积和表面积之比,或线性构件的截面积和截面周界长度之比增大,水分蒸发量减小,表面碳化层面积也小,收缩量减小。
其他因素:
配制混凝土时的各种添加剂、构件的配筋率、混凝土的受力状态等在不同程度上影响收缩量。(过镇海)
96结构构件中增加了上述温度钢筋或加强了上述构造钢筋能防止出现裂缝吗?如果不能,哪能起什么作用?
答:对开裂强度提高不多。增加裂缝根数,减少裂缝宽度。
97为什么修订后的规范强调板内温度钢筋的端部可靠锚固?
答:
98修订后规范对墙内水平分布钢筋配筋率的规定已经到位了吗?为什么?
答:没有到位。因为还没达到工程经验所得出的保证墙体不开裂的配筋率水平。
99请注意规范第144页的第10.5.12条对墙内水平分布筋在横、纵墙接头处的构造规定,并考虑一下之所以需要这样做的理由。
答:
100在以下两种情况下请说明柱右边纵筋是应按搭接思路处理还是应按锚固思路处理?
答:前者应该按锚固思路处理,因为梁柱节点处柱的弯矩最大。
而后者则应按搭接思路处理,因为搭接接头原则上在最小弯矩处。
101请全面考虑一下,你认为混凝土结构(特别是超静定结构)的非线性、非弹性性质主要表现在哪些方面,这些性质会给结构设计带来什么影响?
答:混凝土的非线性,非弹性随应力提高而明显,应力特别大时非弹性明显;
钢筋没有屈服前时理想弹性的,屈服后塑性伸长,非弹性明显;
混凝土抗拉强度低,抗压强度高,受拉区开裂,裂缝发展,也时非弹性,非线性的一个表现;
粘接应力非弹性,越到后期非弹性越明显
在设计中利用非弹性非线性产生的内力重分布。



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