第二章 结构上的作用与作用效应
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第一章简答题1.试述混凝土棱柱体试件在单向受压短期加载时应力一应变曲线的特点。
在结构计算中,峰值应变和极限压应变各在什么时候采用?2.什么是混凝土的徐变?影响混凝土徐变的主要因素有哪些?徐变会对结构造成哪些影响? 3.画出软钢和硬钢的受拉应力一应变曲线?并说明两种钢材应力一应变发展阶段和各自特点。
4.混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求?1.图1-1是一次短期加载下混凝土的应力-应变曲线。
oa段,ζc-εc关系接近直线,主要是骨料和结晶体受里产生的弹性变形。
ab段,ζc大约在(0.3~0.8)cf之间,混凝土呈现明显的塑性,应变的增长快与应力的增长。
bc段,应变增长更快,直到峰值应变0,应力此时达到最大值----棱柱体抗压强度fc。
cd段,混凝土压应力逐渐下降,当应变达εcu时,应力下降趋缓,逐渐稳定。
峰值应变ε0,是均匀受压钩件承载力计算的应变依据,一般为0.002左右。
极限压应变,是混凝土非均匀受压时承载力计算的应变依据,一般取0.0033左右。
2.在不变的应力长期持续作用下,混凝土的变形岁时间的增长而徐徐增长的现象称为徐变。
徐变主要与应力大小、内部组成和环境几个因素有关。
所施加的应力越大,徐变越大;水泥用量越多,水灰比越大,则徐变越大;骨料越坚硬,徐变越小;振捣条件好,养护及工作环境湿度大,养护时间长,则徐变小。
徐变会使构件变形增加,是构件的应力发生重分布。
在预应力混凝土结构中徐变会造成预应力损失。
在混凝土超静定结构中,徐变会引起内力重分布3.图1-2是软钢(有明显流幅的钢筋)的应力-应变曲线。
在A点(比例极限)之前,应力与应变成比例变化;过A点后,应变较应力增长快,到达B’点(屈服上限)钢筋开始塑流;B点(屈服下限)之后,钢筋进入流幅,应力基本不增加,而应变剧增,应力-应变成水平线;过C点后,应力又继续上升,到达D点(极限强度);过D点后钢筋出现颈缩,应变迅速增加,应力随之下降,在E点钢筋被拉断。
3.1.1 结构上的作用作用——是结构产生内力或变形的原因。
作用分为: 1)直接作用:荷载。
2)间接作用:砼收缩、温度变化、基础沉降、地震等。
作用效应:结构上的作用使结构产生的内力、变形、裂缝等。
1 、荷载的分类永久荷载:在结构设计使用期间,其值不随时间而变化,或变化与平均值相比可以忽略不计,或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。
可变荷载:在结构设计使用期内其值随时间而变化,其变化与平均值相比不可忽略的荷载。
偶然荷载:在结构设计使用期内不一定出现,一旦出现其值很大且持续时间很短的荷载。
2 、荷载的标准值:荷载的基本代表值荷载的不定性——随机变量统计——具有一定概率的最大荷载值——荷载的标准值3.1.2 结构的功能要求1.结构的安全等级建筑物的重要程度、破坏时可能产生的后果严重与否,为三个安全等级。
2.结构的设计使用年限计算结构可靠度所依据的年限称为结构的设计使用年限。
结构的设计使用年限,是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。
一般建筑结构的设计使用年限可为50 年。
总体而言,桥梁应比房屋的设计使用年限长,大坝的设计使用年限更长。
3.建筑结构的功能(1) 安全性建筑结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载和变形,在偶然事件( 如地震、爆炸等) 发生时和发生后保持必需的整体稳定性,不致发生倒塌。
(2) 适用性结构在正常使用过程中应具有良好的工作性。
(3) 耐久性结构在正常维护条件下应有足够的耐久性,完好使用到设计规定的年限,即设计使用年限。
3.1.3 结构功能的极限状态极限状态——整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求,这一特定状态称为该功能的极限状态。
极限状态是有效状态和失效状态的分界。
是结构开始失效的界限。
极限状态分为:(1)承载能力极限状态:结构、构件达到最大承载能力或不适宜继续承载的变形状态(2)正常使用极限状态:结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态3.1.4 极限状态方程结构的极限状态可以用极限状态函数来表达:Z = R — SS ——荷载效应,它代表由各种荷载分别产生的荷载效应的总和;R ——结构构件抗力当构件每一个截面满足S ≤R 时,认为构件是可靠的,否则认为是失效的。
⼀、荷载和效应概念(⼀)结构上的作⽤、作⽤效应和结构抗⼒结构产⽣各种效应的原因,统称为结构上的作⽤。
结构上的作⽤包括直接作⽤和间接作⽤。
直接作⽤指的是施加在结构上的集中⼒或分布⼒,例如结构⾃重、楼⾯活荷载和设备⾃重等,引起的效应⽐较直观。
间接作⽤指的是引起结构外加变形或约束变形的作⽤,例如温度的变化、混凝⼟的收缩或徐变、地基的变形和地震等,这类作⽤引起的效应⽐较复杂,例如地震会引起建筑物产⽣裂缝、倾斜下沉以⾄倒塌,但这些破坏效应不仅仅与地震震级、烈度有关,还与建筑物所在场地的地基条件、建筑物的基础类型和上部结构体系有关。
考虑到⼴⼤设计⼈员的现状及习惯上的衔接,⽬前还未将两类作⽤严格划分,⽽将其简称为荷载。
作⽤在结构上的直接作⽤或间接作⽤,将引起结构或结构构件产⽣内⼒(如轴⼒、弯矩、剪⼒、扭矩等)和变形(如挠度、转⾓、侧移、裂缝等),这些内⼒和变形总称为作⽤效应,其中由直接作⽤产⽣的作⽤效应称为荷载效应。
结构或结构构件承受内⼒和变形的能⼒,称为结构的抗⼒,如构件的承载能⼒、刚度的⼤⼩、抗裂缝的能⼒等。
结构抗⼒与结构构件的截⾯形式、截⾯尺⼨及材料强度等级等因素有关。
(⼆)荷载的分类荷载是⼀个不确定的随机变量。
在《建筑结构可靠度设计统⼀标准》 (GB50068—2001)以下简称《统⼀标准》中,规定设计基准期为50年,在这段期间内,荷载不仅在量值上是变化的,并且,作⽤在结构上的时间持续性也是变化的。
因此在荷载规范中,将荷载按以下原则进⾏了分类。
1.按随时间变异分类(1)永久荷载(亦称恒载)。
在设计基准期内,其量值不随时间变化,或即使有变化,其变化与平均值相⽐可以忽略不计的荷载。
如结构的⾃重、⼟压⼒、预应⼒等。
(2)可变荷载(亦称活载)。
在设计基准期内,其量值随时间变化,且其变化与平均值相⽐不能忽略的荷载。
如楼(屋)⾯活荷载、屋⾯积灰荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。
(3)偶然荷载。
在设计基准内,可能出现,也可能不出现,但⼀旦出现,其量值很⼤且持续时间很短的荷载。
第一章建筑结构设计方法与荷载第一节建筑结构设计方法根据《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)所确定的建筑结构可靠度设计的基本原则,应用我国现行设计规范进行结构设计时,采用的是以概率理论为基础的极限状态设计方法,使建筑结构符合技术先进、经济合理,安全适用、确保质量的要求。
一、建筑结构基本功能结构在规定的时间(设计使用年限),在规定的条件下(正常设计、施工、使用、维修)必须保证完成预定的功能,这些功能包括:(1)安全性在正常施工和正常使用时,能承受可能出现的各种作用。
并且在设计规定的偶然事件(如地震、爆炸)发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性所谓整体稳定性。
系指在偶然事件发生时及发生后,建筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。
(2)适用性在正常使用时具有良好的工作性能。
如不产生影响使用的过大的变形或振幅,不发生足以让使用者产生不安的过宽的裂缝。
(3)耐久性在正常维护下具有足够的耐久性能。
结构在正常维护条件应能在规定的设计使用年限满足安全、实用性的要求。
上述对结构安全性、适用性、耐久性的要求总称为结构的可靠性。
结构的可靠性的概率度量称为结构的可靠度。
也就是说,可靠度是指在规定的时间内和规定的条件下,结构完成预定功能的概率。
结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修,即可按预定目的使用的时期,我国现行规范规定的设计使用年限应按表11-1采用。
由此可见,我国通常的建筑结构设计的使用年限是50年。
对于按照我国现行设计规范选用的可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数则称为设计基准期。
它不等同于建筑结构的设计使用年限。
《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50086-2001)规定的设计基准期为50年。
相应的《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)所考虑的荷载统计参数都是按设计基准期为50年确定的,如设计时需采用其他设计基准期,则必须另行确定在设计基准期内最大荷载的概率分布及相应的统计参数。
第一章钢筋混凝土材料的力学性能(1)第二章钢筋混凝土结构设计方法(2)第三章钢筋混凝土受弯构件(3)第四章受扭构件(4)第五章受压构件()第六章梁板结构()第七章预应力混凝土结构()第八章单层工业厂房()第九章多层框架结构()第十章砌体结构基本知识()绪论一、钢筋混凝土结构主要优缺点有哪些?二.钢筋与混凝土两种物理力学性能不同的材料,为何能共同工作?第 1 章钢筋和混凝土材料的力学性能本章提要1.掌握混凝土的各种强度、强度等级、影响混凝土强度的因素;了解混凝土的应力-应变曲线、混凝土的弹性模量的概念;掌握混凝土的收缩与徐变等特性及其对结构的影响。
2.了解钢筋的品种、级别,熟悉钢筋的力学性能及强度、和变形;掌握钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求及钢筋的选用原则。
3.掌握钢筋与混凝土之间的粘结力的组成及其保证措施,熟悉受力钢筋的锚固与连接构造。
一、填空题1.混凝土立方体抗压强度标准值系指按标准方法制作养护的边长为的立方体试件,在龄期,用标准试验方法测得的具有保证率的抗压强度。
2.钢筋混凝土结构的砼强度等级不应低于,当采用HRB335级钢筋时,混凝土强度等级不宜低于,当采用HRB400或RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件,混凝土强度等级。
3.预应力混凝土结构的砼强度等级不应低于,当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作为预应力钢筋时,混凝土强度等级不宜低于。
4.现行规对钢筋选用的规定如下:①普通钢筋(指用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋)宜采用和钢筋,也可采用和钢筋。
②预应力钢筋宜采用、,也可采用。
5.钢筋的连接方式有、、。
6.混凝土的强度指标有、、等几种。
7 .混凝土在长期不变荷载作用下,应变随时间的增长而的现象称为。
8.混凝土在时,随时间的增长其体积不断的现象称为收缩。
9.钢筋和混凝土之间的粘结力是由、、等主要部分组成。
10.钢筋与混凝土两种材料能在一起共同工作的原因是它们之间、二、判断题1.混凝土的轴心抗压强度比作为混凝土标志强度的立方体抗压强度大。