同济大学《混凝土结构基本原理》第十一章 混凝土构件的使用性能
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第十一章思考题参考答案11.1 现浇单向板肋梁楼盖中的主梁按连续梁进行内力分析的前提条件是什么?答:(1)次梁是板的支座,主梁是次梁的支座,柱或墙是主梁的支座。
(2)支座为铰支座--但应注意:支承在混凝土柱上的主梁,若梁柱线刚度比<3,将按框架梁计算。
板、次梁均按铰接处理。
由此引起的误差在计算荷载和内力时调整。
(3)不考虑薄膜效应对板内力的影响。
(4)在传力时,可分别忽略板、次梁的连续性,按简支构件计算反力。
(5)大于五跨的连续梁、板,当各跨荷载相同,且跨度相差大10%时,可按五跨的等跨连续梁、板计算。
11.2 计算板传给次梁的荷载时,可按次梁的负荷范围确定,隐含着什么假定?答:假定板、次梁非连续,并且仅短向传力。
11.3 为什么连续梁内力按弹性计算方法与按塑性计算方法时,梁计算跨度的取值是不同的?答:两者计算跨度的取值是不同的,以中间跨为例,按考虑塑性内力重分布计算连续梁内力时其计算跨度是取塑性铰截面之间的距离,即取净跨度;而按弹性理论方法计算连续梁内力时,则取支座中心线间的距离作为计算跨度,即取。
11.4 试比较钢筋混凝土塑性铰与结构力学中的理想铰和理想塑性铰的区别。
答:1)理想铰是不能承受弯矩,而塑性铰则能承受弯矩(基本为不变的弯矩);2)理想铰集中于一点,而塑性铰有一定长度;3)理想铰在两个方向都能无限转动,而塑性铰只能在弯矩作用方向作一定限度的转动,是有限转动的单向铰。
11.5 按考虑塑性内力重分布设计连续梁是否在任何情况下总是比按弹性方法设计节省钢筋?答:不是的11.6 试比较内力重分布和应力重分布答:适筋梁的正截面应力状态经历了三个阶段:弹性阶段--砼应力为弹性,钢筋应力为弹性;带裂缝工作阶段--砼压应力为弹塑性,钢筋应力为弹性;破坏阶段--砼压应力为弹塑性,钢筋应力为塑性。
上述钢筋砼由弹性应力转为弹塑性应力分布,称为应力重分布现象。
由结构力学知,静定结构的内力仅由平衡条件得,故同截面本身刚度无关,故应力重分布不会引起内力重分布,而对超静定结构,则应力重分布现象可能会导:①截面开裂使刚度发生变化,引起内力重分布;②截面发生转动使结构计算简图发生变化,引起内力重分布。
第九章混凝土结构的使用性能—开裂和挠度一、概述二、裂缝的类型三、构件的开裂内力四、裂缝宽度的计算理论五、裂缝的控制六、受弯构件的变形与刚度结构构件的可靠性具有足够的承载力和变形能力安全性:适用性:耐久性:在使用荷载下不产生过大的裂缝和变形在一定时期内维持其安全性和适用性的能力极限状态设计理论承载能力极限状态:正常使用极限状态:混凝土结构的使用性能包括裂缝、挠度、振动、疲劳等裂缝控制、变形控制和振动控制混凝土结构的极限荷载下的强度产生裂缝的原因:在混凝土结构中裂缝通常是由拉应力引起的。
因混凝土的极限拉伸应变εt u 随混凝土品种、配合比、添加剂、养护条件、加载速度、截面上的应力梯度等不同会发生变化。
严格地说,只有当混凝土的拉伸应变εt 达到某处混凝土的极限拉应变εt u 时才会出现裂缝。
1. 受力裂缝:拉、弯、剪、扭、粘结等引起的裂缝斜裂缝!!垂直裂缝!目前,只有拉、弯状态下混凝土横向裂缝宽度的计算理论比较成熟钢筋混凝土轴心受拉构件,贯穿整个截面宽度的裂缝为“主裂缝”;用变形钢筋钢筋配筋的构件,在主裂缝之间还出现有位于钢筋附近的短的“次裂缝”,有人称之为“粘结裂缝”。
当钢筋应力接近屈服时,将出现沿钢筋的纵向裂缝。
在梁中,主裂缝首先从受拉区边缘开始向中和轴发展,同样在主裂缝之间可以看到短的次裂缝。
梁高较大的T形梁或工字形梁中,钢筋附近的次裂缝可发展成与主裂缝相交的“枝状裂缝”(图c)。
在厚度较大的单向板或墙中(图d所示为板底面的裂缝)同样会产生这种“枝状裂缝”。
枝状裂缝在梁腹或钢筋间距中间处的裂缝宽度要比钢筋处的裂缝宽度大得多。
承受剪力和扭矩的构件,将出现垂直于主拉应力方向的裂缝。
钢筋混凝土结构在轴压力或压应力作用下也可能产生裂缝,例如梁受压区顶部的水平裂缝、薄腹梁端部连接集中荷载和支座的斜向受压裂缝、螺旋箍筋柱沿箍筋外沿的纵向裂缝、局部承压和预应力筋锚固端的局部裂缝等。
发生受压裂缝时,混凝土的应变值一般都超过了单轴受压峰值应变,临近破坏,使用阶段中应予避免。
第九章混凝土结构的使用性能—开裂和挠度一、概述二、裂缝的类型三、构件的开裂内力四、裂缝宽度的计算理论五、裂缝的控制六、受弯构件的变形与刚度结构构件的可靠性具有足够的承载力和变形能力安全性:适用性:耐久性:在使用荷载下不产生过大的裂缝和变形在一定时期内维持其安全性和适用性的能力极限状态设计理论承载能力极限状态:正常使用极限状态:混凝土结构的使用性能包括裂缝、挠度、振动、疲劳等裂缝控制、变形控制和振动控制混凝土结构的极限荷载下的强度产生裂缝的原因:在混凝土结构中裂缝通常是由拉应力引起的。
因混凝土的极限拉伸应变εt u 随混凝土品种、配合比、添加剂、养护条件、加载速度、截面上的应力梯度等不同会发生变化。
严格地说,只有当混凝土的拉伸应变εt 达到某处混凝土的极限拉应变εt u 时才会出现裂缝。
1. 受力裂缝:拉、弯、剪、扭、粘结等引起的裂缝斜裂缝!!垂直裂缝!目前,只有拉、弯状态下混凝土横向裂缝宽度的计算理论比较成熟钢筋混凝土轴心受拉构件,贯穿整个截面宽度的裂缝为“主裂缝”;用变形钢筋钢筋配筋的构件,在主裂缝之间还出现有位于钢筋附近的短的“次裂缝”,有人称之为“粘结裂缝”。
当钢筋应力接近屈服时,将出现沿钢筋的纵向裂缝。
在梁中,主裂缝首先从受拉区边缘开始向中和轴发展,同样在主裂缝之间可以看到短的次裂缝。
梁高较大的T形梁或工字形梁中,钢筋附近的次裂缝可发展成与主裂缝相交的“枝状裂缝”(图c)。
在厚度较大的单向板或墙中(图d所示为板底面的裂缝)同样会产生这种“枝状裂缝”。
枝状裂缝在梁腹或钢筋间距中间处的裂缝宽度要比钢筋处的裂缝宽度大得多。
承受剪力和扭矩的构件,将出现垂直于主拉应力方向的裂缝。
钢筋混凝土结构在轴压力或压应力作用下也可能产生裂缝,例如梁受压区顶部的水平裂缝、薄腹梁端部连接集中荷载和支座的斜向受压裂缝、螺旋箍筋柱沿箍筋外沿的纵向裂缝、局部承压和预应力筋锚固端的局部裂缝等。
发生受压裂缝时,混凝土的应变值一般都超过了单轴受压峰值应变,临近破坏,使用阶段中应予避免。
混凝土结构基本原理同济混凝土结构是指采用混凝土作为主要材料构成的建筑结构。
混凝土结构的基本原理包括混凝土的力学特性、混凝土与钢筋的复合力学特性、结构受力分析与设计以及施工过程中的质量控制等方面。
下面将依次介绍这些基本原理。
首先是混凝土的力学特性。
混凝土是一种复合材料,由水泥、骨料、粉煤灰等组成。
混凝土具有较高的抗压强度和较低的抗拉强度,因此在结构中常使用混凝土承受压力的构件,如柱、梁等。
混凝土的力学特性可以通过试验获得,如抗压试验、抗拉试验等。
其次是混凝土与钢筋的复合力学特性。
混凝土具有较好的抗压性能,但抗拉强度较低,容易产生裂缝。
钢筋则具有较高的抗拉强度,能够抵抗混凝土的拉力。
因此,在混凝土结构中常将钢筋嵌入混凝土中,构成混凝土与钢筋的复合结构。
这种复合结构能够充分发挥混凝土和钢筋的优势,提高结构的抗震和抗裂性能。
第三是结构受力分析与设计。
混凝土结构的设计要满足力学平衡和强度要求。
在结构受力分析中,需要考虑结构的荷载、支座反力、截面强度等因素,进行力学计算。
根据结构的受力状态和设计要求,确定合适的截面尺寸和布置钢筋。
设计要合理选取混凝土的等级、强度,以保证结构在使用寿命内满足使用要求。
最后是施工过程中的质量控制。
混凝土结构的施工过程中,需要保证混凝土的配合比、浇筑质量和养护条件等,以保证混凝土结构的质量。
配合比是指混凝土中水泥、骨料和水的比例关系,不同的配合比能够获得不同的混凝土性能。
浇筑质量包括浇筑工艺、浇筑过程中的震捣和养护等,要保证混凝土的致密性和强度。
养护条件包括温度、湿度等,能够促进混凝土的水化反应,提高强度和耐久性。
总结起来,混凝土结构的基本原理包括混凝土的力学特性、混凝土与钢筋的复合力学特性、结构受力分析与设计以及施工过程中的质量控制。
混凝土结构的设计和施工要根据这些原理进行,以保证结构的安全和可靠性。
《混凝土结构基本原理》课程教学大纲课程编号: 030036 学分:3 总学时:51大纲执笔人:朱军大纲审核人:屈文俊一、课程性质与目的本课程主要面向工程力学专业,是针对该专业修读专业方向二(现代工程结构方向)课群组的学生开设的专业特色课程内的限定选修课(F2),教学目的是使学生掌握由钢筋及混凝土这两种材料所组成的结构构件的基本力学性能及计算方法,从而为后继课程——《建筑混凝土结构设计》的学习打下基础。
二、课程基本要求(一) 绪论了解钢筋混凝土结构的一般概念与特点,了解其工程应用及发展概况。
(二)混凝土结构材料的物理力学性能熟悉钢筋混凝土材料的特点,掌握钢筋和混凝土的强度及应力应变关系,熟悉混凝土的收缩和徐变特性,熟悉混凝土与钢筋的粘结。
(三) 按近似概率理论的极限状态设计法熟悉极限状态的概念,了解按近似概率的极限状态设计法,掌握实用设计表达式。
(四) 受弯构件的正截面受弯承载力熟悉主要试验结果,熟练掌握单筋、双筋及T形截面受弯构件的正截面受弯承载力计算方法,熟悉受弯构件的一般构造。
(五) 受弯构件的斜截面承载力熟悉主要试验结果,熟练掌握梁的斜截面受剪承载力的计算方法,熟悉保证斜截面受弯承载力的构造措施。
(六) 受压构件的截面承载力熟悉主要试验结果,熟练掌握轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算方法,熟练掌握偏心受压构件对称及不对称配筋正截面受压承载力计算方法,了解偏心受压构件斜截面受剪承载力计算,熟悉受压构件一般构造。
(七) 受拉构件的截面承载力熟悉主要试验结果,熟悉轴心受拉及偏心受拉构件正截面受拉承载力计算方法,了解偏心受拉构件斜截面受剪承载力计算(八) 受扭构件的扭曲截面承载力熟悉主要试验结果,熟练掌握纯扭构件及弯、剪、扭构件的扭曲截面承载力计算方法,熟悉受扭构件一般构造。
(九) 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性熟悉变形及裂缝控制计算的理论和方法,了解混凝土结构耐久性的基本概念。
第1章绪论思考题1.1什么是钢筋混凝土结构?配筋的主要作用和要求是什么?以混凝土为主要材料的结构。
在混凝土中配置适量的受力钢筋,并使得混凝土主要承受压力,钢筋主要承受拉力,就能起到充分利用材料,提高结构承载力和变形能力的作用。
要求:受力钢筋与混凝土之间必须可靠地粘结在一起,以保证两者共同变形、共同受力。
同时受力钢筋的布置和数量都应由计算和构造要求确定,施工也要正确。
保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力的构造措施有:1)对不同等级的混凝土和钢筋,要保证最小搭接长度和锚固长度;2)为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结,必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求;3)在钢筋的搭接接头范围内应加密箍筋;4)为了保证足够的粘结在钢筋端部应设臵弯钩。
1.2 钢筋混凝土结构的优点有:1)经济性好,材料性能得到合理利用;2)可模性好;3)耐久性和耐火性好,维护费用低;4)整体性好,且通过合适的配筋,可获得较好的延性;5)刚度大,阻尼大;6)就地取材。
缺点有:1)自重大;2)抗裂性差;3)承载力有限;4)施工复杂;5)加固困难。
1.3结构有哪些功能要求?简述承载能力极限状态和正常使用能力极限状态的概念。
(1)结构的安全性(Safety):在正常施工和正常使用时,能承受可能出现的各种作用;在设计规定的偶然事件发生时及发生后,仍然能保持必要的整体稳定性。
(2)结构的适用性(Serviceability):结构在正常使用时具有良好的工作性能,不致产生过大的变形以及过宽的裂缝等。
(3)结构的耐久性(Durability):结构在正常的维护下具有足够的耐久性。
(即结构能正常使用到规定的设计使用年限)。
它根据环境类别和设计使用年限进行设计。
承载力极限状态(ultimate limit state):结构或构件达到最大承载能力或变形达到不适于继续承载的状态;其主要表现为材料破坏、丧失稳定或结构机动。
正常使用极限状态(serviceability limit state):结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限值的状态;其主要表现为过大变形、裂缝过宽或较大振动。