(第三版)结构设计原理课后习题答案(1--9章)

第三版 结构设计原理课后习题答案 1 9 章 第一章 1 1 配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用是什么 答 当荷载超过了素混凝土的梁的破坏荷载时 受拉区混凝土开裂 此时 受拉区混凝土虽退出工作 但配置在受拉区的钢筋将承担几乎全部的拉力 能 继续承担荷载 直到受拉钢筋的应力达到屈服强度 继而截面受压区的混凝土 也被压碎破坏 1 2 试解释一下名词 混凝土立方体抗压强度 混凝土轴心抗压强度 混凝土 抗拉强度 混凝土劈裂抗拉强度 答 混凝土立方体抗压强度 我国国家标准 普通混凝土力学性能试验方 法标准 GB T 50081 2002 规定以每边边长为 150mm 的立方体为标准试件 在 20 2 的温度和相对湿度在 95 以上的潮湿空气中养护 28d 依照标准制 作方法和试验方法测得的抗压强度值 以 MPa 为单位 作为混凝土的立方体抗 压强度 用符号 表示 cuf 混凝土轴心抗压强度 我国国家标准 普通混凝土力学性能试验方法标准 GB T 50081 2002 规定以 150mm 150mm 300mm 的棱柱体为标准试件 在 20 2 的温度和相对湿度在 95 以上的潮湿空气中养护 28d 依照标准制作 方法和试验方法测得的抗压强度值 以 MPa 为单位 称为混凝土轴心抗压强度 用符号 表示 cf 混凝土劈裂抗拉强度 我国交通部部颁标准 公路工程水泥混凝土试验规 程 JTJ 053 94 规定 采用 150mm 立方体作为标准试件进行混凝土劈裂抗拉 强度测定 按照规定的试验方法操作 则混凝土劈裂抗拉强度 按下式计算 tsf 20 637tsFfA 混凝土抗拉强度 采用 100 100 500mm 混凝土棱柱体轴心受拉试验 破 坏时试件在没有钢筋的中部截面被拉断 其平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉 强度 目前国内外常采用立方体或圆柱体的劈裂试验测得的混凝土劈裂抗拉强 度值换算成轴心抗拉强度 换算时应乘以换算系数 0 9 即 0 9ttsff 1 3 混凝土轴心受压的应力 应变曲线有何特点 影响混凝土轴心受压应力 应变曲线有哪几个因素 答 完整的混凝土轴心受拉曲线由上升段 OC 下降段 CD 和收敛段 DE 三个 阶段组成 上升段 当压应力 左右时 应力 应变关系接近直线变化 OA 段 0 3cf 混凝土处于弹性阶段工作 在压应力 后 随着压应力的增大 应力 0 3cf 应变关系愈来愈偏离直线 任一点的应变 可分为弹性应变和塑性应变两部 分 原有的混凝土内部微裂缝发展 并在孔隙等薄弱处产生新的个别裂缝 当 应力达到 0 8 B 点 左右后 混凝土塑性变形显著增大 内部裂缝不断延伸cf 拓展 并有几条贯通 应力 应变曲线斜率急剧减小 如果不继续加载 裂 缝也会发展 即内部裂缝处于非稳定发展阶段 当应力达到最大应力 时cf C 点 应力应变曲线的斜率已接近于水平 试件表面出现不连续的可见裂缝 下降段 到达峰值应力点 C 后 混凝土的强度并不完全消失 随着应力 的减小 卸载 应变仍然增加 曲线下降坡度较陡 混凝土表面裂缝逐渐贯 通 收敛段 在反弯点 D 点之后 应力下降的速率减慢 趋于残余应力 表面 纵缝把混凝土棱柱体分为若干个小柱 外载力由裂缝处的摩擦咬合力及小柱体 的残余强度所承受 影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素 混凝土强度 应变速率 测试技术和试验条件 1 4 什么叫混凝土的徐变 影响徐变有哪些主要原因 答 在荷载的长期作用下 混凝土的变形将随时间而增加 亦即在应力不 变的情况下 混凝土的应变随时间继续增长 这种现象称为混凝土的徐变 主要影响因素 1 混凝土在长期荷载作用下产生的应力大小 2 加荷时混凝土的龄期 3 混凝土的组成成分和配合比 4 养护及使用条件下的温度与湿度 1 5 混凝土的徐变和收缩变形都是随时间而增长的变形 两者有和不同之处 答 徐变变形是在持久作用下混凝土结构随时间推移而增加的应变 收缩 变形是混凝土在凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象 是一种不受力情况下的自由变形 1 7 什么是钢筋和混凝土之间粘结应力和粘结强度 为保证钢筋和混凝土之间 有足够的粘结力要采取哪些措施 答 1 粘结应力 变形差 相对滑移 沿钢筋与混凝土接触面上产生的 剪应力 2 粘结强度 实际工程中 通常以拔出试验中粘结失效 钢筋被拔出 或者混凝土被劈裂 时的最大平均粘结应力作为钢筋和混凝土的粘结强度 3 主要措施 光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度均随混凝土等级的提高 而提高 所以可以通过提高混凝土强度等级来增加粘结力 水平位置钢筋比 竖位钢筋的粘结强度低 所以可通过调整钢筋布置来增强粘结力 多根钢筋 并排时 可调整钢筋之间的净距来增强粘结力 增大混凝土保护层厚度 采 用带肋钢筋 第二章 2 1 桥梁结构的功能包括哪几方面的内容 何谓结构的可靠性 答 桥梁结构的功能由其使用要求决定的 具体有如下四个方面 1 桥梁结构应能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种荷载 外加变形 约束变形等的作用 2 桥梁结构在正常使用条件下具有良好的工作性能 例如 不发生影响 正常使用的过大变形和局部损坏 3 桥梁结构在正常使用和正常维护条件下 在规定的时间内 具有足够 的耐久性 例如 不出现过大的裂缝宽度 不发生由于混凝土保护层碳化导致 钢筋的修饰 4 在偶然荷载 如地震 强风 作用下或偶然事件 如爆炸 发生时和 发生后 桥梁结构仍能保持整体稳定性 不发生倒塌 结构的可靠性 指结构的安全性 适用性和耐久性 2 2 结构的设计基准期和使用寿命有何区别 答 设计基准期是指对结构进行可靠度分析时 结合结构使用期 考虑各 种基本变量与时间的关系所取用的基准时间参数 设计基准期可参考结构使用 寿命的要求适当选定 但二者不完全等同 当结构的使用年限超过设计基准期 表面它的失效概率可能会增大 不能保证其目标可靠指标 但不等于结构丧失 了所要求的基本功能甚至报废 一般来说 使用寿命长 设计基准期也可以长 一些 使用寿命短 设计基准期应短一些 通常设计基准期应该小于寿命期 2 3 什么叫极限状态 我国 公路桥规 规定了哪两类结构的极限状态 答 极限状态 当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一 功能要求时 此特定状态成为该功能的极限状态 承载能力极限状态和正常使用极限状态 2 4 试解释一下名词 作用 直接作用 间接作用 抗力 作用 是指使结构产生内力 变形 应力和应变的所有原因 直接作用 是指施加在结构上的集中力和分布力 间接作用 是指引起结构外加变形和约束变形的原因 抗力 是指结构构件承受内力和变形的能力 2 5 我国 公路桥规 规定了结构设计哪三种状况 答 持久状况 短暂状况和偶然状况 2 6 结构承载能力极限状态和正常使用极限状态设计计算原则是什么 我国 公路桥规 采用的是近似概率极限状态设计法 承载能力极限状态的计算以塑性理论为基础 设计的原则是作用效应最 不利组合 基本组合 的设计值必须小于或等于结构抗力设计值 即 0dSR 正常使用状态是以结构弹性理论或弹塑性理论为基础 采用作用 或荷 载 的短期效应组合 长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合的影 响 对构建的抗裂 裂缝宽度和挠度进行验算 并使各项计算值不超过 公路 桥规 规定的各相应限值 设计表达式为 1SC 2 7 什么叫材料强度的标准值和设计值 材料强度标准值 是由标准试件按标准试验方法经数理统计以概率分布 的 0 05 分位值确定强度值 即取值原则是在符合规定质量的材料强度实测值的 总体中 材料的强度的标准值应具有不小于 95 的保证率 材料强度设计值 是材料强度标准值除以材料性能分项系数后的值 2 8 作用分为几类 什么叫作用的标准值 可变作用的准永久值可变作用的频 遇值 答 作用分为永久作用 恒载 可变作用和偶然作用三类 作用的标准值 是结构和结构构件设计时 采用的各种作用的基本代表值 可变作用的准永久值 指在设计基准期间 可变作用超越的总时间约为设 计基准期一半的作用值 可变作用频遇值 在设计基准期间 可变作用超越的总时间为规定的较小 比率或超越次数为规定次数的作用 它是指结构上较频繁出现的且量值较大的 荷载作用取值 2 9 钢筋混凝土梁的支点截面处 结构重力产生的剪力标准值 187 0GkVN 汽车荷载产生的剪力标准值 冲击系数 人群荷载126 7QkVN 9 产生的剪力标准值 温度梯度作用产生的剪力标准值25 k 参照例题 2 3 试进行正常使用极限状态设计时的作用效应组341 5QkVN 合计算 解 作用短期效应组合 汽车荷载不计冲击系数的汽车荷载剪力标准值为 1 26 7 192 7QkkVkN 431 39kN118 0 05 841 5mnsdGikjQjkijSS 作用长期效应组合 331 08kN21187 01429 7045 2841 5mnldGikjQjkijSS 第三章 3 1 试比较图 3 4 和 3 5 说明钢筋混凝土板和钢筋混凝土梁钢筋布置的特点 答 板 单向板内主钢筋沿板的跨度方向布置在板的受拉区 钢筋数量由计算 决定 受力主钢筋的直径不宜小于 10mm 行车道板 或 8mm 人行道板 近梁 肋处的板内主钢筋 可沿板高中心纵轴线的 1 4 1 6 计算跨径处按 30 45 弯起 但通过支承而不弯起的主钢筋 每米板宽内不应少于 3 根 并不少于主钢筋截面积的 1 4 在简支板的跨中和连续梁的支点处 板内主钢筋间距不大于 200mm 行车道板受力钢筋的最小混凝土保护层厚度 c 应不小于钢筋的公称直径且 同时满足附表 1 8 的要求 在板内应设置垂直于板受力钢筋的分布钢筋 分布钢筋是在主筋上按一定 间距设置的横向钢筋 属于构造配置钢筋 即其数量不通过计算 而是按照设 计规范规定选择的 梁 梁内的钢筋常常采用骨架形式 一般分为绑扎钢筋骨架和焊接钢筋骨 架两种形式 梁内纵向受拉钢筋的数量由数量决定 可选择的钢筋数量直径一般为 12 32 mm 通常不得超过 40mm 在同一根梁内主钢筋宜用相同直径的钢筋 当采用两种以上直径的钢筋时 为了便于施工识别 直径间应相差 2mm 以上 3 2 什么叫受弯构件纵向受拉钢筋的配筋率 配筋率的表达式中 含义是什0h 么 答 配筋率是指所配置的钢筋截面面积与规定的混凝土截面面积的比值 化为百分数表达 是指截面的有效高度 0h 3 3 为什么钢筋要有足够的混凝土保护层厚度 钢筋的最小混凝土保护层厚度 的选择应考虑哪些因素 答 设置保护层是为了保护钢筋不直接受到大气的侵蚀和其他环境因素的 作用 也是为了保证钢筋和混凝土有良好的粘结 影响因素 环境类别 构件形式 钢筋布置 3 4 参照图 3 7 试说明规定各主钢筋横向净距和层与层之间的竖向净距的原 因 答 1 为了保证钢筋与混凝土之间的握裹力 增强两者的粘结力 2 保 证钢筋之间有一定间隙浇注混凝土 3 方便钢筋的布置 3 5 钢筋混凝土适筋梁正截面受力全过程可划分为几个阶段 各阶段受力主要 特点是什么 答 第 阶段 混凝土全截面工作 混凝土的压应力和拉应力基本上都呈 三角形分布 第 阶段末 混凝土受压区的应力基本上仍是三角形分布 但由于受拉区 混凝土塑性变形的发展 拉应变增长较快 根据混凝土受拉时的应力 应变图 曲线 拉区混凝土的应力图形为曲线形 这时 受拉边缘混凝土的拉应变临近 极限拉应变 拉应力达到混凝土抗拉强度 表示裂缝即将出现 梁截面上作用 的弯矩用 表示 crM 第 阶段 荷载作用弯矩到达 后 在梁混凝土抗拉强度最弱截面上出现crM 了第一批裂缝 这时 在有裂缝的截面上 拉区混凝土退出工作 把它原承担 的拉力传递给钢筋 发生了明显的应力重分布 钢筋的拉应力随荷载的增加而 增加 混凝土的压应力不再是三角形分布 而是形成微曲的曲线形 中和轴位 置向上移动 第 阶段末 钢筋拉应变达到屈服值时的应变值 表示钢筋应力达到其屈 服强度 第 阶段结束 第 阶段 在这个阶段里 钢筋的拉应变增加的很快 但钢筋的拉应力一 般仍维持在屈服强度不变 这时 裂缝急剧开展 中和轴继续上升 混凝土受 压区不断缩小 压应力也不断增大 压应力图成为明显的丰满曲线形 第 阶段末 这时 截面受压上边缘的混凝土压应变达到其极限压应变值 压 应力图呈明显曲线形 并且最大压应力已不在上边缘而是在距上边缘稍下处 这都是混凝土受压时的应力 应变图所决定的在第 阶段末 压区混凝土的抗 压强度耗尽 在临界裂缝两侧的一定区段内 压区混凝土出现纵向水平裂缝 随即混凝土被压碎 梁破坏 在这个阶段 纵向钢筋的拉应力仍维持在屈服强 度 3 6 什么叫钢筋混凝土少筋梁 适筋梁和超筋梁 各自有什么样的破坏形态 为什么吧少筋梁和超筋梁都成为脆性破坏 答 实际配筋率小于最小配筋率的梁称为少筋梁 大于最小配筋率且小于 最大配筋率的梁称为适筋梁 大于最大配筋率的梁称为超筋梁 少筋梁的受拉区混凝土开裂后 受拉钢筋达到屈服点 并迅速经历整 个流幅而进入强化阶段 梁仅出现一条集中裂缝 不仅宽度较大 而且沿梁高 延伸很高 此时受压区混凝土还未压坏 而裂缝宽度已经很宽 挠度过大 钢 筋甚至被拉断 适筋梁受拉区钢筋首先达到屈服 其应力保持不变而应变显著增大 直到受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变时 受压区出现纵向水平裂缝 随之因混凝土压碎而破坏 超筋梁的破坏是受压区混凝土被压坏 而受拉区钢筋应力尚未达到屈 服强度 破坏前的挠度及截面曲率曲线没有明显的转折点 受拉区的裂缝开展 不宽 破坏突然 没有明显预兆 少筋梁和超筋梁的破坏都很突然 没有明显预兆 故称为脆性破坏 3 7 钢筋混凝土适筋梁当受拉钢筋屈服后能否再增加荷载 为什么 少筋梁能 否这样 答 适筋梁可以再增加荷载 因为当受拉区钢筋屈服后 钢筋退出工作 受压区混凝土开始受压 直到受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变时 受 压区出现纵向水平裂缝 随之因混凝土压碎而破坏 这时不能再增加荷载 少筋梁裂缝出现在钢筋屈服前 此时构件已不再承受荷载 若继续增 加荷载 迅速经历整个流幅而进入强化阶段 梁仅出现一条集中裂缝 不仅宽 度较大 而且沿梁高延伸很高 此时受拉区混凝土还未压坏 而裂缝宽度已经 很宽 挠度过大 钢筋甚至被拉断 3 8 答 基本假定有 1 平截面假定 2 不考虑混凝土的抗拉强度 3 材 料应力与物理关系 对于钢筋混凝土受弯构件 从开始加荷到破坏的各个阶段 截面的平 均应变都能较好地符合平截面假定 对于混凝土的受压区来讲 平截面假定是 正确的 而对于混凝土受压区 裂缝产生后 裂缝截面处钢筋和相邻的混凝土 之间发生了某些相对滑移 因此 在裂缝附近区段 截面变形已不能完全符合 平截面假定 3 9 什么叫做钢筋混凝土受弯构件的截面相对受压区高度和相对界限受压区高 度 在正截面承载力计算中起什么作用 取值与哪些因素有关 b b 答 相对受压区高度 相对受压区高度 其中 为受压区高度 0hxii i 为截面有效高度 0h 相对界限受压区高度 当钢筋混凝土梁受拉区钢筋达到屈服应变 而开始y 屈服时 受压区混凝土边缘也同时达到其极限压应 变而破坏 此时受压区高cu 度为 被称为相对界限混凝土受压区高度 0hxb 作用 在正截面承载能力计算中通常用 来作为界限条件 来判断hxb 截面的破坏类型 是始筋破坏还是少筋破坏 相关因素 受拉区钢筋的抗拉强度值 受拉区钢筋的弹性模量 sdf sE 混凝土极限压应变 以及无量纲参数 有关 cu 3 16 解 基本公式法 查附表可得 则01 5 1 23 280 56 1 cdtdsdbfMPafafMPa 弯矩计算值 04kNm 采用绑扎钢筋骨架 按一层钢筋布置 假设 则有效高度4s 056sha 1 求受压区高度 x 有公式 3 14 得 61401 52 460 x 81x 10267 5 7 4 bxmhxm 舍 2 求所需钢筋数 sA21 26 13780cdsfx 钢筋布置可选 2 32 21608sAm 混凝土保护层厚度 且满足附表要求3cd 取 45mm5 1304 sa 2286 430nS d 及 最小配筋率计算 所以配筋率不应小于 0 2 5 5 12 8 tdsf 实际配筋率 013 24sAbh 查表法 查附表可得 01 5 1 23 280 56 1 cdtdsdbfMPafafMPa 假设 则有效高度 40sam 054shm 查附表 1 5 得 60220 4 9815cdAfbh 0 37 815b 20013 86ssdMf 3 17 解 查附表可得 9 2 1 06 280cdtdsdfPafMafPa 最小配筋率计算 故取45 45 17ts min0 2 由配筋图计算得混凝土保护层厚度 2018 230 86scadmd 钢筋净距 满足41nS 实际配筋率 满足6 7 201 求受压区高度 080391 8 5641230 2sd bcfAxmhmb 抗弯承载能力 0 9 0 4 226158615ucdMfbxhNmkM 不满足承载能力要求 3 18 解 查附表可得 01 5 1 23 280 56 1 cdtdsdbfMPafafMPa 弯矩计算值 上侧受拉 09 kNm 取 1m 宽来进行截面配筋 即 b 1000mm 采用绑扎钢筋骨架 按一层钢筋布置 假设 则有效高度25sa 014025sham 1 求受压区高度 x 有公式 3 14 得 6 910 50 1 2x 2 48x 102 6 9 bxmhxm 舍 2 求所需钢筋数 sA21 50 41928cdsfx 钢筋布置可选 4 12 或者 6 10 钢筋布置在受sAm 27sAm 拉一侧 即上缘 混凝土保护层厚度 且满足附表要求3012cd 取 35mm1 925sa 最小配筋率计算 所以配筋率不应小于 0 2 4 45 3 80 2tdsf 实际配筋率 02 1sAbh 3 19 解 查附表可得 09 2 1 06 280 56 1 cdtdsdbfMPafafMPa 则弯矩计算值 092kNm 设 受拉钢筋按两层钢筋布置 假设 则有效高度 35sam 65sam 0064sh 取 b 2620 1 5 2091 0435 6 10 5 612 8 cdsssMfhA ma 2 9 43 8cdssfbx m 3 21 解 内梁 1 简支梁计算跨径的 1 3 即 0 324 8067l m 2 取相邻两梁平均间距 2200mm 3 60 1 1 hhhbmb 满足2 602530fb 取三个中的最小值 即 2200mm f 不满足承载能力要求 边梁 又外侧悬臂板实际宽201650616 2602ffbh m 度为 2200mm 所以边梁有效宽度为 2200mm 3 22 受压区高度在翼板厚度内 即 为第一类 T 形截面 受压区已进入 fxh 梁肋 即 为第二类 T 形截面 fxh 第一类 T 形截面 中和轴在受压翼板内 受压区高度 此时 截面 fxh 虽为 T 形 但受压区形状为宽 的矩形 而受拉截面形状与截面抗弯承载能力 fb 无关 故以宽度为 的矩形来进行抗弯承载力计算 f 3 23 解 查附表可得 01 5 1 23 280 56 1 cdtdsdbfMPafafMPa 弯矩计算值 087kNm 保护层厚度 且大于钢筋直径 d2 4 0c 钢筋净距 且大于直径 d35623 5nS 则2968 sam 0181 hm T 形截面有效宽度 1 计算跨径的 1 3 02 34l 2 相邻两梁的平均间距为 2100mm 3 61 561079hfb m 所以 T 梁截面有效宽度 厚度 79fb 104 2fh 1 判断 T 形截面类型 5102 4cdfbhkN 284 6sAm 为第一类 T 形截面 2 求受压区高度 x801425 3 79sd fcfx hb 3 正截面抗弯能力 0 51 3 1 01 28 26 2ucdfxMh kNmM 满足承载能力要求 3 24 先将空心板的圆孔换算成 的矩形孔kbh 面积相等 22380143754kbhda 惯性矩相等 312314222956480 40 968045kbhIIdd 解得 0356khmb 故上翼板厚度 982kfh 下翼板厚度 0f 腹板厚度 35627fkbm 第四章 4 1 钢筋混凝土受弯构件沿斜截面破坏的形态有几种 各在什么情况下发生 答 斜拉破坏 发生在剪跨比比较大 时 3 剪压破坏 发生在剪跨比在 时 1 m 斜压破坏 发生在剪跨比 时 4 2 影响钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯能力的主要因素有哪些 答 主要因素有剪跨比 混凝土强度 纵向受拉钢筋配筋率和箍筋数量及强度等 4 3 钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯承载力基本公式的适用范围是什么 公式 的上下限物理意义是什么 答 适用范围 1 截面尺寸需满足 0 3d015 bhfVkcu 2 按构造要求配置箍筋 2td 物理意义 1 上限值 截面最小尺寸 2 下限值 按构造要求配置钢筋 4 5 解释以下术语 答 剪跨比 剪跨比是一个无量纲常数 用 来表示 此处 M 和 V0 mVh 分别为剪弯区段中某个竖直截面的弯矩和剪力 为截面有效高度 配筋率 v sbSA 剪压破坏 随着荷载的增大 梁的剪弯区段内陆续出现几条斜裂缝 其中 一条发展成临界斜裂缝 临界斜裂缝出现后 梁承受的荷载还能继续增加 而 斜裂缝伸展至荷载垫板下 直到斜裂缝顶端的混凝土在正应力 剪应力及荷载 引起的竖向局部压应力的共同作用下被压酥而破坏 这种破坏为剪压破坏 斜截面投影长度 是纵向钢筋与斜裂缝底端相交点至斜裂缝顶端距离的水 平投影长度 其大小与有效高度和剪跨比有关 充分利用点 所有钢筋的强度被充分利用的点 不需要点 不需要设置钢筋的点 弯矩包络图 沿梁长度各截面上弯矩组合设计值的分布图 抵抗弯矩图 又称材料图 是沿梁长度各个正截面按实际配置的总受拉钢 筋面积能产生的抵抗弯矩图 即表示各正截面所具有的抗弯承载力 4 6 钢筋混凝土抗剪承载力复核时 如何选择复核截面 答 公路桥规 规定 在进行钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪承载力复核 时 其复核位置应按照下列规定选取 1 距支座中心 h 2 处的截面 2 受拉区弯起钢筋弯起处的截面以及锚于受拉区的纵向受拉钢筋开始不 受力处的截面 3 箍筋数量或间距有改变处的截面 4 梁的肋板宽度改变处的截面 4 7 试述纵向钢筋在支座处锚固有哪些规定 答 公路桥规 有以下规定 1 在钢筋混凝土梁的支点处 应至少有两根且不少于总数 1 5 的下层受 拉主钢筋通过 2 底层两外侧之间不向上弯曲的受拉主钢筋 伸出支点截面以外的长度 应不小于 10d 对环氧树脂涂层钢筋应不小于 12 5d d 为受拉钢筋直径 4 9 解 纵向受拉钢筋 查附表可得 则09 2 1 06 280 56 1 cdtdsdbfMPafafMPa 弯矩计算值 20 47ll kNm 采用绑扎钢筋骨架 按两层层钢筋布置 假设 则有效高度5s 05635sham 单筋截面最大承载能力为 2 20 2 1 9 0435 6 10 56 140 ucdbb lMfh kNM 所以采用双面配筋 取 0 56b 3sam 2620 1 47109 4350 6 1 5 9 1 8 cdsssMfhA m 2 9 35 2 78cdssfbx m 受压钢筋选择 2 12 受拉钢筋选择 3 22 3 16 26sAm1743sA 取受拉钢筋层距为 55mm 净距为 满足要求 则51 4 25 1405307sa 钢筋间净距 2 3 nS 满 足 要 求 取05643hm 40sa 配筋率 17 22 箍筋 取混凝土和箍筋共同的抗剪能力 不考虑弯起钢筋作用 则 0 6 csV 解得3130 0 6 0 45 2 uksvVbhpf 62130 1 780 min 2 sv svcuksvVbhpf 由此可得 26 213 02 0 5 cuksvv pfAbhSV 采用直径 8 的双肢箍筋 箍筋截面积 215 3 6svsnm 跨中截面 20 21 5 ldlVkN 支点截面 4820 2 0 14 825 14 3lLh kN 1p 26 23 026 22 51 0 0 1 695436 5 4 3 cuksvv pfAbhSVm 由构造要求得 去 箍筋配筋率50vhSm 0vS 满足要求 根据要求 1 6 2 1820svAb 在支座中心向跨径长度方向的 500mm 范围内 设计箍筋间距 尔后至跨中截 10vSm 面统一采用 5vSm 第六章 6 1 配有纵向钢筋和普通钢筋的轴心受压短柱与长注的破坏形态有何不同 什 么叫作柱的稳定系数 影响稳定系数 的主要因素有哪些 解 1 短柱 当轴向力 P 逐渐增加时 试件也随之缩短 试验结果证明混凝 土全截面和纵向钢筋均发生压缩变形 当轴向力 P 达到破坏荷载的 90 左右时 柱中部四周混凝土表面出现纵 向裂缝 部分混凝土保护层剥落 最后是箍筋间的纵向钢筋发生屈服 向外鼓 出 混凝土被压碎而整个试验柱破坏 钢筋混凝土短柱的破坏是材料破坏 即 混凝土压碎破坏 2 长柱 在压力 P 不大时 也是全截面受压 但随着压力增大 长柱不 紧发生压缩变形 同时长柱中部发生较大的横向挠度 凹侧压应力较大 凸u 侧较小 在长柱破坏前 横向挠度增加得很快 使长柱的破坏来得比较突然 导致失稳破坏 破坏时 凹侧的混凝土首先被压碎 混凝土表面有纵向裂缝 纵向钢筋被压弯而向外鼓出 混凝土保护层脱落 凸侧则由受压突然转变为受 拉 出现横向裂缝 3 稳定系数 钢筋混凝土轴心受压构件计算中 考虑构件长细比增大 的附加效应使构件承载力降低的计算系数 4 主要影响因素 构件的长细比 6 5 解 短边 计算长细比 查表得250bm 052lb 00 75 1 8 1 cdsdfMPafPa 09 975 5084 637 156ucds dNA kNk 则满足承载能力要求 6 7 解 查表得混凝土抗压强度设计值 HRB335 级钢筋抗压01 5 1 cdfMPa 强度设计值 R235 级钢筋抗拉强度设计值 轴心压力计 280sdfMPa 95sdfa 算值 01 5671NkN 1 截面设计 长细比 可按螺旋箍筋柱设计 03 24ld 1 计算所需纵向钢筋截面积 由附表 1 8 取纵向钢筋的混凝土保护层厚度为 则 40cm 核心面积直径 245037cor 柱截面面积 223 1896 5dA 核心面积 222 47014 corcor m 假定纵向钢筋配筋率 则可得到 1 2 0 12746 5190scorAm 选用 7 根 16 的 2 sA 2 确定箍筋直径和间距 S 取 可得螺旋箍筋换算截面面积 为 16uNk 0sA0 2 2 9 176 5074 281470 5 31 721cdorsdss sfAfA mm 选 10 单肢箍筋的截面积 这时箍筋所需的间距为 201 5sA 由构造要求 间距 S 应满足013 478 corsdSmA 和 故取 57corm S 70S 2 截面复核 21046 corA 2 14sA 14 076 513 0 5 3708 53rssdmS 00 9 9 29281407 12416ucdorsdsdNfkffN 满足承载力要求 检查混凝土保护层是否会剥落 0 9 0 91 58962 0147 9 83ucdsNfA kN 故混凝土保护层不会剥落 1 5 1832 754ukNk 第七章 7 2 试简述钢筋混凝土偏心受压构件的破坏形态和破坏类型 答 破坏形态 1 受拉破坏 大偏心受压破坏 当偏心距较大时 且受拉钢筋配筋率不高时 偏心 受压构件的破坏是受拉钢筋先达到屈服强度 然后受压混凝土压坏 临近破坏时有明显的 预兆 裂缝显著开展 构件的承载能力取决于受拉钢筋的强度和数量 2 受压破坏 小偏心受压破坏 小偏心受压构件的破坏一般是受压区边缘混凝土的 应变达到极限压应变 受压区混凝土被压碎 同一侧的钢筋压应力达到屈服强度 破坏前 钢筋的横向变形无明显急剧增长 正截面承载力取决于受压区混凝土的抗压强度和受拉钢 筋强度 破坏类型 1 短柱破坏 2 长柱破坏 3 细长柱破坏 7 3 由式 7 2 偏心距增大系数与哪些因素有关 由公式 可知 偏心距增大系数与构件的计算长度 偏2100 e41 hl 心距 截面的有效高度 截面高度 荷载偏心率对截面曲率的影响系数 构件长细比对截 面曲率的影响系数 7 4 钢筋混凝土矩形截面偏心受压构件的截面设计和截面复核中 如何判断是 大偏心受压还是小偏心受压 答 截面设计时 当 时 按小偏心受压构件设计 时 按大偏心受03 he 03 he 压构件设计 截面复核时 当 时 为大偏心受压 时 为小偏心受压 b b 7 5 写出矩形截面偏心受压构件非对称配筋的计算流程图和截面复核的计算流 程图 注意是流程图 7 6 解 查表得 0 1 280 5 1 MPafPaf sdcd mkNkNNd 6 320 16 54 10 偏心距 弯矩作用平面内的长细比 故应me6028 30 5 hl 考虑偏心距增大系数 设 则as4 ahs50 0 1 627 7 2001 取he 5 01 51 5 22 取l 所以偏心距增大系数 07 1560 214 140 2210 hle 1 大小偏心受压的初步判断 故可先按照大偏心受压来进行配筋计算 00 3 67 m mahess 9442 2 计算所需的纵向钢筋面积 56 0b 取 2min2202 360 374 4056 8 56 01 3 1948 52 bhahfNeAssdbbcs 所以 取 4 根 12 的钢筋 27 mAs 2 mAs20 37288 542056 35 1 fNbhfsdcds 取 4 根 28 的钢筋 7 7 解 查表得 0 1 280 2 9 MPafPafsdcd mkNkNNd 120 1 0 偏心距 弯矩作用平面内的长细比 故应me6380 54 hl 考虑偏心距增大系数 设 则as4 ahs600 1 387 27 2001 取he 0 05 401 51 5 22 取l 所以偏心距增大系数 4 1360 81 140 2210 hle 1 大小偏心受压的初步判断 故可先按照大偏心受压来进行配筋计算 00 3 638 m mahess 82442 ss 5 0 2 计算所需的纵向钢筋面积 294 mAs 28 79302 9 406 84108 2360 0 scdsss ambfahANehx 2 0158 436 281 mahfeAssd 取 3 根 22 的钢筋 20As 7 8 解 查表得 0 1 280 2 9 MPafPafsdcd mkNkNNd 8 540 1174 0 偏心距 弯矩作用平面内的长细比 故应me35 0 5 73 hlx 考虑偏心距增大系数 则as4 ahs4100 357 27 20101 取e 0 1 07 450 1 5 22 取hl 所以偏心距增大系数 6 8 10 31 140 2210 lhem356 maess 5194022 0 hss 弯矩作用平面内截面承载力复核 1 大小偏心受压的初步判断 2 0 ssdsdscd eAffxebf 代入整理得 解得 036417283 305 8721 舍mx 为大偏心受压 bhx 1 0470 2 求截面承载能力 所以 截面承载能力为maxs8 kNAfbxfNssdcu 4 2319803287302 9 满足承载能力要求 垂直于弯矩作用平面的截面承载力复核 垂直弯矩作用平面的长细比 查附表得 306bly 75 0 则得 满足承载力要求 kNAfhfNssdcu 63 9 8 28452 9 75 0 7 9 解 查表得 1 280 2 90 MPafPafsdcd mkNkNNd 9 130 5 91 64500 偏心距 弯矩作用平面内的长细比 故应me 230 56 hl 考虑偏心距增大系数 设 则as4 ahs5600 417 7 27 2001 he 0 1 05 60 15 5 22 取l 所以偏心距增大系数 37 4 50 41 140 2210 hle 截面设计 1 大小偏心受压的初步判断 故可先按照小偏心受压来进行配筋计算 00 3 62537 hme mahss 24 ess 198 0 2 计算所需的纵向钢筋面积 取 4 根 12 的钢筋 2min 36002 mbhAs 245s02 CBx728056302 95 bhfAcd 1567045603 96 4 00 scdsdbsaffa 04285601985 2063280 56048 00 hNeAfhCssd bs 求得 321 舍mxx 截面为全截面受压 取00 15 4 hh mhx602630 347 405 128 6 3 95 9 afbNeAssdcs 取 6 根 28 的钢筋 2 mAs 截面复核 1 垂直弯矩作用平面 垂直弯矩作用平面的长细比 查附表得 20360 bly 75 0 则得 不满足承载力要求 kNAfhfNssdcu 6 19 345 82 9 75 0 2 弯矩作用平面内的复核 大小偏心受压的初步判断 2 0 ssdsdscd eAffxhebf 代入整理得 解得 02456316813 取 246 721 舍mxx mx60 为小偏心受压 bh 02 CBxA728056302 95 0 bfcd 2361808 056 32 03 5602 9 0 bsdscdeAfhef 0175396860 198365280 560328 heAffCssdbsd 求得 4 21 舍mxx 截面为全截面受压 取00 hh 07 1 60 hmhx 25 8 7 1 56 8 压 应 力MPafbsds kNAfxfNssdcdu 32 781602390632 9 1 keahfhssdu 4 262150 056 38 6 302 9 0 maehs4 0 不满足承载力要求 kNu4 26 7 10 与非对称布筋的矩形截面偏心受压构件相比 对称布筋设计时的大 小偏 心受压的判别方法有何不同之处 答 对称布筋时 由于 由此可得 sdsfA bxfNcd 可直接求出 00 bhfNxcd 然会根据 判断为大偏心受压 判断为小偏心受压 b 非对称布筋时 无法直接求出 0 hx 判断依据为 可先按小偏心受压构件计算 可先按大偏心03 e 003 he 受压构件计算 第九章 9 1 对于钢筋混凝土构件 为什么 公路桥规 规定必须进行持久状况正常使 用极限状态计算和短暂状况应力计算 与持久状况承载能力极限状态计算有何 不同之处 答 1 钢筋混凝土构件除了可能由于材料强度破坏或失稳等原因达到承载能力极限状 态以外 还可能由于构件变形或裂缝过大影响了构件的适用性及耐久性 而达不到结构正 常使用要求 因此 钢筋混凝土构件除要求进行持久状况承载能力极限状态计算外 还要 进行持久状况正常使用极限状态的计算 以及短暂状况的构件应力计算 2 不同之处 1 钢筋混凝土受弯构件的承载能力极限状态是取构件破坏阶段 而使用阶段一般取 梁带裂缝工作阶段 2 在钢筋混凝土受弯构件的设计中 其承载能力计算决定了构件设计尺寸 材料 配 筋数量及钢筋布置 以保证截面承载能力要大于最不利荷载效应 计算内容udM 0 分为截面设计和截面复核两部分 使用阶段计算是按照构件使用条件对已设计的构件进行 计算 以保证在正常使用状态下得裂缝宽度和变形小于规范规定的各项限值 这种计算称 为 验算 3 承载能力极限状态计算时汽车荷载应计入冲击系数 作用 或荷载 效应及结构 构件抗力均应采用考虑了分项系数的设计值 在多种作用 或荷载 效应情况下 应将各 效应设计值进行最不利组合 并根据参与组合的作用 或荷载 效应情况 取用不同的效 应组合系数 正常使用极限状态计算时作用 或荷载 效应应取用短期效应和长期效应的一种或两 种组合 并且 公路桥规 明确规定这是汽车荷载可不计冲击系数 9 2 什么是钢筋混凝土构件的换算截面 将钢筋混凝土开裂截面化为等效的换 算截面基本前提是什么 答 换算截面 将受压区的混凝土面积和受拉区的钢筋换算面积所组成的截面称为钢筋混 凝土构件开裂截面的换算截面 基本前提 1 平截面假定 即认为梁的正截面在梁受力并发生弯曲变形以后 仍保持为明面 2 弹性体假定 混凝土受压区的应力分布图可近似看作直线分布 3 受拉区混凝土完全不能承受拉应力 拉应力完全由钢筋承受 9 3 引起钢筋混凝土构件出现裂缝的主要因素有哪些 答 1 作用效应 如弯矩 剪力 扭矩及拉力等 2 外加变形或约束变形 3 钢筋锈蚀 9 4 影响混凝土结构耐久性的主要因素有哪些 混凝土结构耐久性设计应考虑 哪些问题 答 主要因素 影响混凝土结构耐久性的因素主要有内部和外部两个方面 内部因素主要有混 凝土的强度 渗透性 保护层厚度 水泥品种 等级和用量 外加剂用量等 外部条件则 有环境温度 湿度 二氧化碳含量等 设计应考虑的问题 1 耐久混凝土的选用 2 与结构耐久性有关的结构构造措施与 裂缝控制措施 3 为使用过程中的必要检测 维修和部件更换设置通道和空间 并作出 修复时施工荷载作用下的结构承载力核算 4 与结构耐久性有关的施工质量要求 特别是 混凝土的养护 包括温度和湿度控制 方法与期限以及保护层厚度的质量要求与质量保证 措施 在设计施工图上应标明不同钢筋 如主筋或箍筋 的混凝土保护层厚度及施工允差 5 结构使用阶段的定期维修与检测要求 6 对于可能遭受氯盐引起钢筋锈蚀的重要 混凝土工程 宜根据具体环境条件和材料劣化模型 按 混凝土结构耐久性设计与施工指 南 的要求进行结构使用年限验算 9 5 解 1 构件的最大裂缝宽度 1 带肋钢筋系数 0 1 c 荷载短期效应组合弯矩计算值为 mkNMQGs 5 017 40 荷载长期效应组合弯矩计算值为 kQGl 4615 042 系数 456 105 2 slMc 系数 非板式受弯构件3 3c 2 钢筋应力 的计算s mahs46050 MPaAMss 3 2091387 5 0 3 d16 4 纵向受拉钢筋配筋率 的计算 06 420 bhs 5 最大裂缝宽度 的计算fkW 满足要求mW dEc fsfk 2 0 20 6 0128 3 0 9 1456 0 3 32 1 配筋改后 1 带肋钢筋系数 1 c 荷载短期效应组合弯矩计算值为 mkNMQGs 5 017 40 荷载长期效应组合弯矩计算值为 kQGl 4615 042 系数 456 105 2 slMc 系数 非板式受弯构件3 3c 2 钢筋应力 的计算s mahs46050 MPaAMss 9 201287 5 8 90 3 d2 4 纵向受拉钢筋配筋率 的计算 068 4260 bhAs 5 最大裂缝宽度 的计算fkW 不满足要mW dEc fsfk 2 0 21 0 68 1028 3 09 1456 0 3 32 求 9 6 解 在进行梁变形计算时 应取梁与相邻梁横向连接后截面的全宽度受压翼板计算 即 mbf160 1 T 梁换算截面的惯性矩 和 计算crI0143 708 25 csE 180 63 62 xx mhf 7 梁跨中为第二类 T 形截面 这时受压区高度 由下面的方法计算求得 x107180 1806 634 1 bAfsE60275180 1806 34 2212 bhABffsE 则 mhABxf 2 开裂截面的换算截面惯性矩 为 crI 46 233 20310 429 6180 634 7 126 80 mxhAhxbxbI sEfffcr T 梁的全截面换算截面面积 为 0A20478 6031 14 7 0 1860 138 hbAsEsff 受压区高度 m AhAhbx sEsff4784278180634 10 160 3102 22 02 全截面换算惯性矩 为 0I410 22 323 20232062 8 47810 634 780 1 7810 1 2m xhAxhbhbxhbI sEsfffff 2 计算开裂构件的抗弯刚度 全截面抗弯刚度 21510400 29 6 810 295 mNIEBc 开裂截面抗弯刚度 21564 3 8 Icrcr 全截面换算截面受拉区边缘的弹性地抗拒为 381005 47362 mxhIW 全截面换算截面的面积矩为 37 2221106 8 10478 06 42 mhxbxbSfff 塑性影响系数为 650 105 1870 WS 开裂弯矩 mkNfMtkcr 38 7 80 开裂构件的抗弯刚度为 QGs 12470 51 215215022008 847 479 mNBMBcrsrscr 3 受弯构件跨中截面处的长期挠度值 对 C25 混凝土 挠度长期增长系数 60 1 受弯构件在使用阶段的跨中截面的长期挠度值为 mBLMwsl62 60 11028 59 4785485 262 在结构自重作用下跨中截面的长期挠度值为 LGl37 60 11028 59 7548485 262 则按可变荷载频遇值计算的长期挠度值 为 Qw 符合 公路桥规 的要求 mLwGlQ 36025376 4 预拱度设置 在荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应影响下梁跨中处产生的长期挠度值为 故跨中截面需设置预拱度 mLc1601 梁跨中截面处的预拱度为 mwQG5 4921372