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当前位置:首页 > 财经/贸易 > 资产评估/会计 > 第4章思考题答案xm-syj-2012混凝土设计原理-邵永健
1思考题答案4.1荷载作用下,受弯构件可能发生哪两种破坏形式?答:荷载作用下,受弯构件可能发生两种破坏形式:一种是沿弯矩最大截面的破坏,由于破坏截面与构件的轴线垂直,故称为受弯构件的正截面破坏。另一种是沿剪力最大截面或剪力和弯矩都较大截面的破坏,由于破坏截面与构件的轴线斜交,故称为受弯构件的斜截面破坏。4.2为什么要规定梁中纵向钢筋的净间距?梁中纵向钢筋的净间距具体有哪些规定?答:规定梁中纵向钢筋的净间距是为了便于浇注混凝土,保证钢筋周围混凝土的密实性,以及保证钢筋与混凝土粘结在一起共同工作。具体规定有:梁上部纵向钢筋水平方向的净间距不应小于30mm和1.5d(d为钢筋的最大直径);下部纵向钢筋水平方向的净间距不应小于25mm和d。梁的下部纵向钢筋配置多于两层时,两层以上钢筋水平方向的中距应比下面两层的中距增大一倍。各层钢筋之间的净间距不应小于25mm和d。4.3什么是混凝土保护层厚度?为什么要规定混凝土保护层厚度?混凝土保护层厚度的取值与哪些因素有关?答:结构构件中最外层钢筋的外边缘至混凝土表面的垂直距离,称为混凝土保护层厚度。为保证结构的耐久性、耐火性和钢筋与混凝土的粘结性能,须对混凝土保护层厚度进行规定。混凝土保护层厚度的取值与构件类型、混凝土强度等级、环境类别设计使用年限和钢筋直径有关。4.4板中分布钢筋的概念与作用。答:分布钢筋是指垂直于板的受力钢筋方向上布置的构造钢筋。分布钢筋的作用是:与受力钢筋绑扎或焊接在一起形成钢筋骨架,固定受力钢筋的位置;将板面的荷载更均匀地传递给受力钢筋;以及抵抗温度应力和混凝土收缩应力等。4.5适筋梁从开始受荷到破坏需经历哪几个受力阶段?各阶段的主要受力特征是什么?答:适筋梁从开始受荷到破坏需经历未开裂阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段。未开裂阶段的主要受力特征是构件没有裂缝,钢筋应力小,混凝土基本处于弹性阶段,荷载-挠度关系基本为线性。带裂缝工作阶段的主要受力特征是构件已有裂缝,但裂缝宽度和挠度尚不明显,钢筋应力小于屈服强度,裂缝截面处受拉区混凝土已大部分退出工作,受压区混凝土的应力已呈曲线分布,荷载-挠度已呈曲线关系。破坏阶段的主要受力特征是构件裂缝宽,挠度大,钢筋已屈服,受压区混凝土高度进一步减小,混凝土压应力图形为愈加丰满的曲线,混凝土压应力峰值下移,荷载-挠度曲线接近水平。4.6什么叫配筋率?配筋率对梁的正截面承载力和破坏形态有什么影响?答:纵向受拉钢筋的面积(As)与截面有效面积(bh0)的比值,称为纵向受拉钢筋的配筋率,简称配筋率,用ρ表示。配筋率不仅影响梁的正截面承载力,而且影响梁的正截面破坏形态。一般来说,配筋率越大,梁的正截面承载力越高。随着配筋率从零开始不断增大,梁依次出现少筋破坏、适筋破坏和超筋破坏三种破坏形态。4.7适筋梁、超筋梁、少筋梁的破坏各有什么特征?在设计中如何防止超筋破坏和少筋破坏?答:(1)适筋破坏的破坏特征:当梁配筋适中,即ρminh/h0≤ρ≤ρmax时发生适筋破坏。其破坏特征是纵向受拉钢筋先屈服,然后受压区混凝土压碎,破坏时两种材料的强度均得到充分利用。破坏以前,梁的裂缝宽度大,挠度大,有明显的破坏预兆。因此,适筋梁的破坏性质是“延性破坏”。(2)超筋破坏的破坏特征:当梁配筋过多,即ρ>ρmax时发生超筋破坏。其破坏特征是受压区混凝土先压碎,纵向受拉钢筋不屈服。破坏时梁的裂缝细而密,挠度不大,无明显的破坏预兆。因此,超筋梁的破坏性质是“脆性破坏”,设计中不得使用超筋梁。(3)少筋破坏的破坏特征:当梁配筋过少,即ρ<ρminh/h0时发生少筋破坏。其破坏特征是一旦受拉区混凝土开裂,受拉钢筋立即屈服或强化或被拉断,梁迅速破坏。破坏时混凝土的抗压强度没有得到利用,破坏后的梁通常只有一条长而宽度大的裂缝。破坏前夕少筋梁无裂缝,挠度很小,无破坏预兆。因此,少筋梁的破坏性质是“脆性破坏”,设计中不得使用少筋梁。设计时,通过控制ξ≤ξb来避免超筋破坏,通过控制ρ≥ρminh/h0来避免少筋破坏。4.8受弯构件正截面承载力计算中引入了哪些基本假定?为什么要引入这些基本假定?答:受弯构件正截面承载力计算中引入了四个基本假定。具体是:(1)截面应变保持平面;(2)不考虑混凝土的抗拉强度;(3)混凝土受压的应力-应变关系曲线上升段为抛物线下降段为水平线;2(4)钢筋的应力-应变关系曲线上升段为斜直线下降段为水平线。因为第Ⅲa阶段的截面应力分布复杂,不便于工程应用,所以引入这些基本假定。4.9等效矩形应力图的等效原则是什么?答:等效矩形应力图的等效原则是:(1)等效前后,受压区混凝土合力C的大小相等;(2)等效前后,受压区混凝土合力C的作用位置不变。4.10什么是相对受压区高度?什么时相对界限受压区高度?ξb的取值仅与哪些因素有关?答:等效矩形应力图的受压区高度x与截面有效高度h0的比值称相对受压区高度,用ξ表示。界限破坏时,矩形应力图的混凝土受压区高度x用xb表示,则xb与截面有效高度h0的比值称相对界限受压区高度,用ξb表示。ξb的取值仅与混凝土及钢筋的强度等级有关。4.11单筋矩形截面受弯钩件正截面受弯承载力的基本计算公式是如何建立的?为什么要规定公式适用条件?答:以单筋矩形截面适筋梁第Ⅲa阶段的截面应力图为依据,经过四个基本假定的简化,再经过受压区混凝土合力的等效,得到矩形应力图,以矩形应力图为计算简图,对该计算简图建立的平衡方程就是正截面受弯承载力计算所需的基本计算公式。因为计算公式是以适筋破坏为依据建立的,所以为避免超筋破坏和少筋破坏,公式应有适用条件。4.12在截面复核时,当实际纵向受拉钢筋的配筋率小于最小配筋率或大于最大配筋率时,应分别如何计算截面所能承担的极限弯矩值?答:在截面复核时,当实际纵向受拉钢筋的配筋率小于最小配筋率时,应按素混凝土受弯构件计算截面所能承担的极限弯矩值。当实际纵向受拉钢筋的配筋率大于最大配筋率时,应按最大配筋率计算截面所能承担的极限弯矩值。4.13什么是双筋矩形截面梁?双筋矩形截面梁中受压钢筋起什么作用?什么情况下采用双筋矩形截面梁?答:在矩形截面的受拉区和受压区均配置受力钢筋的截面称为双筋矩形截面。双筋截面由于受压区纵向钢筋的截面面积较大,承载力计算时应考虑其协助混凝土承受压力的作用。诚然,双筋截面采用纵向受压钢筋协助混凝土承受压力是不经济的。因此,双筋截面只适用于下列情况:(1)按单筋截面计算出现ξξb,而截面尺寸和混凝土强度等级又不能提高时;(2)在不同荷载组合作用下(如风荷载、地震作用),梁截面承受异号弯矩时;(3)由于构造、延性等方面的需要,在截面受压区已配有截面面积较大的纵向钢筋时。4.14为什么规定T形截面受压翼缘的计算宽度?受压翼缘计算宽度b'f的确定应考虑哪些因素?答:试验表明,T形截面受弯构件受压翼缘上的压应力沿翼缘宽度方向的分布是不均匀的,离梁肋越远压应力越小。因此,与梁肋共同工作的翼缘宽度是有限的。为简化计算,《规范》GB50010采用“有效翼缘计算宽度b'f”来表示,并假定在有效翼缘计算宽度b'f范围内受压区混凝土的压应力均匀分布,b'f范围以外的混凝土不受力。受压区有效翼缘计算宽度b'f的确定应考虑以下因素:梁的形式(独立梁还是现浇肋形楼盖梁)、梁的计算跨度l0、梁肋净距sn和翼缘高度h'f等因素。4.15什么是深受弯构件?什么是深梁?什么是短梁?什么是浅梁?答:跨高比l0/h5的简支单跨梁和多跨连续梁称为深受弯构件。又将其分为深梁和短梁。深梁是指l0/h≤2的简支单跨梁和l0/h≤2.5的简支多跨连续梁;短梁是指2l0/h5的简支单跨梁和2.5l0/h5的简支多跨连续梁。浅梁是指跨高比l0/h≥5的梁,浅梁又称为一般梁或一般受弯构件。4.16与一般梁相比,钢筋混凝土深梁的受力特点是什么?答:深梁因其高度与跨度接近,应视为二维平面构件,受力性能与一般梁有较大差异,在竖向荷载作用下,其内力及截面应力分布比较复杂,截面应变沿截面高度的分布不再符合平截面假定。因此,深梁不能按一维杆件的概念及平截面假定进行内力分析和截面配筋计算。在裂缝出现前的弹性阶段,其荷载通过拱作用和梁作用共同传递;裂缝出现后,多数深梁将形成拉杆拱受力体系,荷载传递将以拱作用为主,梁作用大为减少。4.17深受弯构件何时发生弯曲破坏?何时发生剪切破坏?其弯曲破坏又有哪两种破坏形式?答:当下部纵向钢筋配筋率小于弯剪界限配筋率时,将发生弯曲破坏。当下部纵向钢筋配筋率大于弯剪界限配筋率时,将发生剪切破坏。深梁的弯曲破坏又有正截面弯曲破坏与斜截面弯曲破坏两种破坏形式。34.18《规范》JTGD62中受弯构件正截面承载力计算时引入的基本假定与《规范》GB50010的基本假定有哪些相同与不同之处?答:两本《规范》引入的基本假定的相同之处有(1)截面应变保持平面;(2)不考虑混凝土的抗拉强度;(3)纵向钢筋的应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积,但不大于其强度设计值。不同之处有:(1)对受压区混凝土应力取值的方法有所不同。《规范》JTGD62直接规定:截面受压区混凝土的应力图形简化为矩形,其压力强度取混凝土轴心抗压强度设计值fcd。《规范》GB50010则规定混凝土受压的应力-应变关系曲线,而将通过压力合力等效得到的矩形应力图放在基本假定以外。(2)对受压钢筋应力取值的方法有所不同。《规范》JTGD62直接规定:受压区或受压较大边钢筋应力取其抗压强度设计值f’sd;《规范》GB50010则与公式条件x≥2a’s结合在一起考虑。(3)《规范》GB50010规定受拉钢筋的极限拉应变为0.01。而《规范》JTGD62在基本假定中对受拉钢筋的极限拉应变没有规定。总之,尽管两本《规范》对基本假定的表述上有所区别,但将《规范》GB50010中矩形应力图的概念结合进来后,两本《规范》的基本假定实无本质区别。最后反映在正截面受弯承载力计算上,《规范》GB50010中的矩形应力图系数用α1、β1表示;而《规范》JTGD62中的矩形应力图系数用γ、β表示,并取γ恒等于1.0,故计算公式中没有γ出现。4.19《规范》JTGD62中纵向受力钢筋的最小配筋率与《规范》GB50010中的最小配筋率有何区别?答:两本《规范》均规定:受弯构件一侧受拉钢筋的最小配筋率为0.2℅和0.45ft/fy(0.45ftd/fsd)中的较大值。但《规范》JTGD62的最小配筋率是按有效截面面积bh0计算的,而《规范》GB50010中的最小配筋率是按全截面面积bh计算的。
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