钢筋混凝土结构设计原理复习资料.docx

1、钢筋混凝土结构设计原理复习资料13.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

2、。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。5.判别大、小偏心受压破坏的条件是什么?大、小偏心受压的破坏特征分别是什么?答:(1b ,大偏心受压破坏;b ,小偏心受压破坏;(2破坏特征:大偏心受压破坏:破坏始自于远端钢筋的受拉屈服,然后近端混凝土受压破坏;小偏心受压破坏:构件破坏时,混凝土受压破坏,但远端的钢筋并未屈服;7.裂缝宽度与哪些因素有关,如不满足裂缝宽度限值,应如何处理?答:与构件类型、保护层厚度、配筋率、钢筋直径和钢筋应力等因素有关。如不满足,可以采取减小钢筋应力或减小钢筋直径等措施。3.混凝土结构有

3、哪些优缺点?答:优点:(1可模性好;(2强价比合理;(3耐火性能好;(4耐久性能好;(5适应灾害环境能力强,整体浇筑的钢筋混凝土结构整体性好,对抵抗地震、风载和爆炸冲击作用有良好性能;(6可以就地取材。钢筋混凝土结构的缺点:如自重大,不利于建造大跨结构;抗裂性差,过早开裂虽不影响承载力,但对要求防渗漏的结构,如容器、管道等,使用受到一定限制;现场浇筑施工工序多,需养护,工期长,并受施工环境和气候条件限制等。4.简述混凝土立方体抗压强度。答:混凝土标准立方体的抗压强度,我国普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T50081-2002规定:边长为150mm 的标准立方体试件在标准条件(温度203,

4、相对温度90%下养护28天后,以标准试验方法(中心加载,加载速度为0.31.0N/mm 2/s,试件上、下表面不涂润滑剂,连续加载直至试件破坏,测得混凝土抗压强度为混凝土标准立方体的抗压强度f ck ,单位N/mm 2。A Ff ck =f ck 混凝土立方体试件抗压强度F 试件破坏荷载;A 试件承压面积。7.简述混凝土三轴受压强度的概念。答:三轴受压试验是侧向等压2=3=r 的三轴受压,即所谓常规三轴。试验时先通过液体静压力对混凝土圆柱体施加径向等压应力,然后对试件施加纵向压应力直到破坏。在这种受力状态下,试件由于侧压限制,其内部裂缝的产生和发展受到阻碍,因此当侧向压力增大时,破坏时的轴向抗

5、压强度相应地增大。根据试验结果分析,三轴受力时混凝土纵向抗压强度为f cc = f c +r式中:f cc 混凝土三轴受压时沿圆柱体纵轴的轴心抗压强度;f c 混凝土的单轴圆柱体轴心抗压强度; 系数,一般普通混凝土取4;r 侧向压应力。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?2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

6、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min 。是根据M u =M cy 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

7、坏,设计时应当避免。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;1.判别大、小偏心受压破坏的条件是什么?大、小偏心受压的破坏特征分别是什么?答:(1b ,大偏心受压破坏;b ,小偏心受压破坏;(2破坏特征:大偏心受压破坏:破坏始自于远端钢筋的受拉屈服,然后近端混凝土受压破坏;小偏心受压破坏:构件破坏时,混凝土受压破坏,但远端的钢筋并未屈服;2.偏心受压短柱和长柱有何本质的区别?偏心距增大系数的物理意义是什么?答:(1偏心

8、受压短柱和长柱有何本质的区别在于,长柱偏心受压后产生不可忽略的纵向弯曲,引起二阶弯矩。(2偏心距增大系数的物理意义是,考虑长柱偏心受压后产生的二阶弯矩对受压承载力的影响。2.裂缝宽度与哪些因素有关,如不满足裂缝宽度限值,应如何处理?答:与构件类型、保护层厚度、配筋率、钢筋直径和钢筋应力等因素有关。如不满足,可以采取减小钢筋应力(即增加钢筋用量或减小钢筋直径等措施。1. 轴心受压普通箍筋柱与螺旋箍筋柱受力性能的区别答:一、普通箍筋柱中配有纵向受压钢筋和普通箍筋,而螺旋箍筋柱中配有纵向受压钢筋和螺旋式箍筋。二、普通箍筋柱。(1轴心短柱:(a 受力时,全截面应变相等,即s =c =(b 受力时,侧向

9、弯曲可忽略不计。(c 破坏时,砼压碎,纵筋外鼓呈灯笼状。(d 破坏时,混凝土应变取0 ;应力取f c (2轴心长柱:(a 受力时,N 不可避免的初始偏心,引起的侧向弯曲、附加弯矩不可忽略。(b 破坏时,凸边出现横向裂缝,砼拉裂;凹边出现纵向裂缝,砼压碎,构件破坏。(c 长柱的承载力小于相同条件短柱的承载力。三、螺旋箍筋柱。压应力较小时,箍筋对核心混凝土的横向约束变形作用不明显,而当混凝土的压应力超过0.8f c 时,混凝土横向变形急剧增大,使螺旋箍筋中产生拉应力,从而有效的约束核心混凝土,提高抗压强度。2. 大小偏压破坏特征及发生条件答:一、大偏心受压构件破坏为受拉破坏。(1发生条件:偏心距e

10、 0较大,As 的数量合适。(2破坏特征:As 先屈服;压区混凝土后压碎。延性破坏。破坏特征与适筋梁相似。二、小偏心受压构件破坏为受压3破坏。(1发生条件:(a 相对偏心距e 0 /h 0较小;(b 相对偏心距e 0/h 0较大,但As 的数量过多。(2受压破坏的特征:离纵向力较近一侧的混凝土压碎,钢筋屈服;离纵向力较远一侧的钢筋不屈服。脆性破坏。破坏特征与超筋梁相似。三、判别条件:b 时,为大偏心受压,反之则为小偏心受压。1.已知梁的截面尺寸为bh=200mm500mm,混凝土强度等级为C25,f c =11.9N/mm 2,2/27.1mm N f t =,钢筋采用HRB335,2/300

11、mm N f y =截面弯矩设计值M=165KN.m 。环境类别为一类。求:受拉钢筋截面面积解:采用单排布筋 mm h 465355000=-=将已知数值代入公式 s y c A f bx f =1 及 2/(01x h bx f M c -=得1.011.9200x=300s A 165106=1.011.9200x (465-x/2两式联立得:x=186mm A s =1475.6mm 2验算 x=186mm=所以选用325 A s =1473mm 22.已知梁的截面尺寸为bh=200mm500mm,混凝土强度等级为C25,22/9.11,/27.1mm N f mm N f c t =,

12、截面弯矩设计值M=125KN.m 。环境类别为一类。 求:(1当采用钢筋HRB335级2/300mm N f y =时,受拉钢筋截面面积;(2当采用钢筋HRB400级2/360mm N f y =时,受拉钢筋截面面积.解:(1由公式得26204652009.110.110125=bh f Mc s =0.243283.00.243211211=-=-=s 858.0243.0211(5.02-1(15.0s =-+=+=s26010*.030010125/mm h f M A s y s =选用钢筋421017,18mm A s =2min 200500200%2.01044mm bh A s

13、 =4(22870360/1044300mm A s =。3.已知梁的截面尺寸为bh=250mm450mm;受拉钢筋为4根直径为16mm 的HRB335钢筋,即级钢筋,2/300mm N f y =,A s =804mm 2;混凝土强度等级为C40,22/1.19,/71.1mm N f mm N f c t =;承受的弯矩M=89KN.m 。环境类别为一类。验算此梁截面是否安全。解:f c =19.1N/mm 2,f t =1.7 N/mm 2,f y =300 N/mm 2。由表知,环境类别为一类的混凝土保护层最小厚度为25mm ,故设a=35mm ,h 0=450-35=415mm2mi

14、n 293450250%26.0804mm bh A s =则 ,满足适用条件。55.0121.01.190.13000077.01=-=-=4.已知梁的截面尺寸为bh=200mm500mm,混凝土强度等级为C40,22/1.19,/71.1mm N f mm N f c t =,钢筋采用HRB335,即级钢筋,2/300mm N f y =,截面弯矩设计值M=330KN.m 。环境类别为一类。受压区已配置320mm 钢筋,A s =941mm 2,求受拉钢筋A s解:(60103.11435440941300=-=-=a h A f M s y KN m 则6661107.215103.11

15、410330=-=-=M M M KN m 已知后,就按单筋矩形截面求A s1。设a=60mm 、h 0=500-60=440mm 。292.04402001.190.1107.21526201=bh f M c s ,满足适用条件。55.0355.0292.0211211=-+-=-+ -=注意,在混凝土结构设计中,凡是正截面承载力复核题,都必须求出混凝土受压区高度x 值。6.已知T 形截面梁,截面尺寸如图所示,混凝土采用C30,2/3.14mm N f c =,纵向钢筋采用HRB400级钢筋,2/360mm N f y =,环境类别为一类。若承受的弯矩设计值为M=700kNm,计算所需的受

16、拉钢筋截面面积A S (预计两排钢筋,a s =60mm 。解:1、确定基本数据由表查得2/3.14mm N f c =;2/360mm N f y =;a 1=1.0;518.0=b 。2、判别T 形截面类 2120640(1206003.140.12(01-=-ff f c h h h b f a m kN M m kN mm N =70017.5971017.5976 故属于第二类T 形截面。3、计算受拉钢筋面积A S 。20112(bh f a h h h b b f a M a c ff f c s -=如图4=266403003.140.12120640(120300600(3.1

17、40.110700-2012-5-9 =0.228 混凝土结构设计原理 x = 1 - 1 - 2a s = 1 - 1 - 2 0.228 = 0.262 p x b = 0.518 AS = = a1 f c bxh0 + a1 f c (b f - bh f fy 1.0 14.3 300 0.262 640 + 1.0 14.3 (600 - 300 120 360 = 3428 m m2 选用 4 28 + 2 25（AS=2463+982=3445mm2） 7 某钢筋混凝土 T 形截面梁，截面尺寸和配筋情况（架立筋和箍筋的配置情况略）如图所示。混凝 土强度等级为 C30， 6 f

18、c = 14.3N / mm2 ，纵向钢筋为 HRB400 级钢筋， f y = 360N / mm2 ， as =70mm。若截面承受的弯矩设计值为 M=550kNm，试问此截面承载力是否足够？ 解：1、确定基本数据 由表查得， f c = 14.3N / mm2 ； f y = 360N / mm2 ； a1 =1.0； x b = 0.518；AS=2945mm2。 h0 = h - as = 700- 70 = 630mm 2、判别 T 形截面类型 如图 5 a f b h = 1.0 14.3 600100 = 858000 N 1 c f f f y AS = 360 2945=

19、1060200 N f 858000 N 故属于第二类 T 形截面。 3、计算受弯承载力 M u 。 x= = f y AS - a1 f c (b f - bh f a1 f c b 360 2945 - 1.0 14.3 (600 - 250 100 1.0 14.3 250 =156.56mm x 0.15, 取r min = 0.167% f sd 280 = 500- 65 =435mm。 采用绑扎骨架，按两层布置钢筋，假设 as=65mm， h0 求受压区高度 相关数据代入式得 x r0 M d = f cd bx (h0 - ，有 2 x 165 10 6 = 11.5 200

20、x(435 - 2 解得 取 x = 221 .1mm或648 .9mm x = 221.1mm p x b h0 = 0.56 435 = 243.6mm f cd bx = f sd A 求所需钢筋数量 AS 有关数据代入公式 As = f cd 11.5 bx = 200 221.1 f sd 280 =1816.2mm2 选配钢筋并满足最小配筋率 由表查得 620，AS 实=1884mm2，考虑按两层布置，20 钢筋的外径为 22mm，梁侧混凝土 保护层采用 c 钢筋净间距为 = 25mm 。 S n= 200 - 2 25 - 3 (20 + 2 = 42 mm 3 满足要求。 实际

21、配筋率 r = As 1884 = = 2.2% f r min = 0.167% bh0 200 435 2012-5-9 3. 偏心受压构件的 M-N 相关曲线 混凝土结构设计原理 Nu N0 A(N0 0 B(Nb Mb 8 C(0 M0 Mu 答： （1）曲线上的一点：表示截面处于极限状态。曲线内侧的一点：表示截面未达到极限状态。曲线外侧 的一点：表示截面承载力不足。 （2）三个特征点：A 点： Mu0， Nu 最大，轴心受压。B 点： Mu 最 大，界限破坏。C 点： Nu0 ，纯弯。CB 段：为受拉破坏；AB 段：为受压破坏。 （3）Mu 的变化规律： CB 段：Mu 随 N 的增加而增加；AB 段：Mu 随 N 的增加而减小。 （4）曲线变化趋势：随配筋率的增加， 曲线向外侧增大（5）Nb 与配筋率无关（指对称配筋时）