钢筋混凝土结构.doc

A模块 钢筋混凝土结构 1A钢筋混凝土结构材料及基本构件构造要求及钢筋混凝土结构构造要求 1． 绘制有明显屈服点钢筋的应力应变曲线，并指出各个阶段的特征以及特征点所对应的应力名称 答 从拉伸应力-应变曲线中可以看出，应力值在点以前，应力与应变按比例增加，其关系符合虎克定律，点对应的应力称为比例极限；过点以后，应变增长速度比应力快，到达点后钢筋开始流塑，进入屈服阶段，点称屈服上限点，它与加载速度、断面形式、试件表面光洁度等因素有关，故显不稳定状态。过了点后，应力与应变曲线出现上下波动，即应力不再增加，而应变且迅速发展，形成一个明显的屈服台阶，整个屈服台阶的下限点所对应的应力称为“屈服强度”。当钢筋屈服塑流到一定程度，即到达点以后，应力-应变曲线又开始上升，说明经过流幅后，其内部结构重新排列，抗拉能力有所提高，随着曲线上升到最高点，相应的应力称为钢筋的极限强度，cd段称为钢筋的强化阶段。过了点以后，钢筋在薄弱处的断面将显著缩小，发生局部颈缩现象，变形迅速增加，应力随之下降，到过点时试件被拉断。 2． 无明显屈服点的钢筋（也称硬钢），其应力-应变曲线的特点，其屈服强度如何取值 答 从高强度碳素钢丝的应力-应变曲线可以看出，这类钢筋没有明显的屈服台阶（流幅），其强度很高，但伸长率小，塑性较差，破坏时呈脆性。对该类钢筋通常取相应于残余应变为0.2％的应力0.85作为假想屈服点（或称条件屈服点），其值约为0.85倍抗拉强度值。 3．建筑上利用钢筋的强度只取屈服强度作为钢筋设计强度的依据，其理由是什么 答 屈服强度作为钢筋混凝土构件计算时钢筋的强度限值，即钢筋强度设计指标，这是因为钢筋屈服后所出现的屈服台阶（流幅）是一个不可恢复的塑性变形，会使构件变形和裂缝大大增加以致无法使用；另一个强度指标是d点的钢筋极限强度，这是钢筋所能达到的最大强度，而极限强度与屈服强度之比作为钢筋强度的安全储备。 4．什么叫钢筋的冷拉、冷拔、冷拉时效钢筋经过冷加工后其力学性能会发生什么变化 答冷拉是将钢筋拉至超过屈服强度，即强化阶段中的某一应力值。冷拉能提高钢筋屈服强度，使钢筋伸长，起到节省钢材、调直钢筋、自动除锈、检查焊接质量的作用。冷拔是将直径为6-8的HPB235级热轧钢筋用强力拔过比其直径要小的硬质合金拔丝的模具，在模具中钢筋除了受拉外还受到很大的侧向挤压力，从而使钢筋在长度和直径两个方向都产生塑性变形，截面积减小，长度增加。冷拔钢筋可同时提高抗拉及抗压强度。 5．混凝土立方体抗压强度是如何确定混凝土强度等级如何 答混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准确定。我国规范规定的标准测试方法是以150150150mm3的立方体试件，在于8d龄期用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度（单位为N/mm2）作为混凝土立方体抗压强度标准值。如混凝土强度等级为C25表示混凝土的立方体抗压强度标准值为25N/mm2，C表示混凝土。规范规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等十四级。钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于C20。目前我们的局部地区仍有采用200mm和100mm边长的立方体试块，可通过换算系数换算成边长为150mm立方体的试块强度，换算系数分别为1.05和0.95。 6．混凝土轴心抗压强度、轴心抗拉强度是什么它们与混凝土立方体抗压强度的关系是什么 答按照与立方体试件相同条件下制作和试验方法测得的棱柱体试件（150150300）的极限抗压强度值，称为混凝土轴心抗压强度。 混凝土轴心抗拉强度通常采用100100500mm3的两端预埋钢筋的棱柱体在试验机上受拉，当试件拉裂时测得的平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度。 混凝土的轴心抗压强度是立方体抗压强度的0.7倍。 混凝土的轴心抗拉强度与立方体抗压强度关系为。 7．绘制混凝土在一次短期荷载下的应力-应变曲线，并指出曲线的特点及、、cu等特征值。 答 上升段（OC）在曲线的上升段中的OA段，混凝土应力≤0.3，此时混凝土处于弹性阶段，应力-应变关系基本呈现线性；AB段中大约（0.3-0.8）之间，混凝土内裂缝不断发展，但能保持稳定，即应力不增加，裂缝也不发展；BC段为＞0.8的情况，内裂缝发展很快已进入不稳定状态，塑性变形显著增大，体积应变逐步由压缩转为扩张；当时（应力达到峰值点），此时所对应的应变大约在（1.5-2.5）10-3之间波动，其平均值一般取0.002。 下降段（CE）当混凝土强度到达 C点后，混凝土承载力开始下降，一般情况下，开始下降得较快，曲线较陡，当应变增到0.0033左右时曲线出现反弯点D点，预示着混凝土彻底压碎。 8．什么叫混凝土的弹性模量什么叫混凝土的变形模量（也称割线模量）它们两者之间有何关系 答混凝土的弹性模量是根据混凝土应力-应变曲线，取曲线的原点的切线斜率，叫做混凝土弹性模量，也称混凝土原点弹性模量。混凝土的变形模量当混凝土的应力超过0.5时，混凝土的弹性模量C已不能反映应力-应变的关系，因此，要用变形模量来反映。混凝土的变形模量是在混凝土的应力-应变曲线上取得一点，作曲线原点的直线，此直线的斜率定义为混凝土的变形模量（也称混凝土的割线模量）。 关系是C （ν是混凝土受压时弹性特征系数，与应力值有关）。 9．什么叫混凝土的徐变、收缩徐变和收缩的区别是什么如何防止 答混凝土的徐变混凝土在荷载长期作用下，即使应力维持不变，它的应变也会随时间继续增长，这种现象称为混凝土的徐变。 收缩混凝土在硬结过程中，体积会发生变化。当混凝土在空气中硬结时，体积会收缩；而在水中硬结时，体积会膨胀。是混凝土在不受力的情况下的自由变形。 防止徐变措施（1）适当的水灰比；（2）增加混凝土骨料的含量，徐变将变小；（3）养护条件好，水泥水化作用充分，徐变就小；（4）混凝土加荷前，混凝土强度愈高，徐变就愈小；（5）控制截面应力。 防止收缩措施（1）水泥品种方面选择适宜水泥标号；（2）水泥用量适当；（3）骨料的性质骨料的量大，收缩小；（4）养护条件在硬结过程中周围温湿度大，收缩愈小；（5）混凝土制作方法混凝土愈密实，收缩小；（6）使用环境的影响使用环境温湿度大时，收缩小；7构件的体积与表面积的比值比值大，收缩小。 10．钢筋与混凝土之间的粘结锚固作用有哪些方面影响粘结强度的因素是什么 答粘结锚固作用有以下方面（1）由于混凝土颗粒的化学吸附作用，在钢筋与混凝土的接触面上产生一种胶结力。此力数值很小，在整个粘结锚固力中不起明显作用；（2）混凝土硬化时体积收缩，将钢筋紧紧握固而产生一种能抵制相互滑移的摩阻力.此力的大小与接触面的粗糙度及侧压力有关,并随滑移的发展和混凝土碎粒磨细而逐渐衰减；（3）由于钢筋（主要指变形钢筋）表面凹凸不平,变形钢筋横肋对肋前混凝土挤压而产生的咬合力。此力的作用方向是斜向的，因此产生锥楔作用，在周围混凝土中会引起环向拉应力并导致纵向劈裂裂缝；（4）机械锚固力。是指弯钩，弯折及附加锚固措施（如焊横钢筋，焊角钢和钢板等）所提供的粘结锚固作用。 影响因素主要为混凝土强度、浇注位置、保护层厚度及钢筋净间距等。 11．试述少筋梁、适筋梁和超筋梁的破坏特征，在设计中如何防止少筋梁和超筋梁破坏 答由于适筋梁在破坏前钢筋先达到屈服强度，所以构件在破坏前裂缝开展很宽，挠度较大，这就给人以破坏的预兆，这种破坏称为塑性破坏；如果钢筋过多（超筋梁），这种梁在破坏时，受拉钢筋还没有达到屈服强度，而受压混凝土却因达到极限压应变先被压碎，而使整个构件破坏，这种破坏称为超筋破坏。超筋梁的破坏是突然的，破坏前没有明显预兆，这种破坏称为脆性破坏；如果配筋过少（少筋梁），所以只要受拉区混凝土一开裂，钢筋就会随之达到屈服强度，构件将发生很宽的裂缝和很大的变形，最终因钢筋被拉断而破坏，这也是一种脆性破坏，破坏前没有明显预兆，工程中不得采用少筋梁。 为了保证钢筋混凝土受弯构件配筋适当，不出现超筋和少筋破坏，就必须控制截面的配筋率。为避免少筋梁破坏，必须确定最小配筋率；为避免超筋梁破坏，必须确定受压区高度界限系数。 12.箍筋的作用有哪些其主要构造要求是什么 答箍筋的主要作用是用来承受由剪力和弯矩在梁内引起的主拉应力，同时还可固定纵向受力钢筋并和其他钢筋绑扎在一起形成一个空间的立体骨架。 （1） 箍筋的数量 箍筋的数量应通过计算确定。如按计算不需要时，对截面高度大于300mm的梁，仍应按构造要求沿梁的全长设置；对于截面高度为150300mm的梁，可仅在构件端部各1/4跨度内设置箍筋；但当在构件中部1/2跨度范围内有集中荷载时，则应沿梁全长设置箍筋；对截面高度为150mm 以下的梁，可不设置箍筋。（2）箍筋的直径 箍筋的最小直径与梁高有关当梁高h250mm时，箍筋直径不小于4mm；当250mm〈h800mm时，不应小于6mm；当h800mm时，不应小于8mm。梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时，箍筋直径还应不小于d/4（d为纵向受压钢筋最大直径）。（3） 箍筋的形式和肢数 箍筋的形式有封闭式和开口式两种（图33a、b），对现浇T形梁，当不承受扭矩和动荷载时，在跨中截面上部受压的区段内，可采用开口式，一般采用封闭式。箍筋肢数有单肢、双肢和四肢等。 13.筋混凝土的最小配筋率ρmin是如何确定的 答最小配筋率是少筋梁与适筋梁的界限，可按照下列原则确定配有最小配筋率的钢筋混凝土梁在破坏时正截面承载力等于同样截面尺寸、同样材料的素混凝土梁正截面开裂弯矩的标准值。同时，应考虑到温度变化、混凝土收缩应力的影响以及过去的设计经验。 14．T形截面有何优点 答矩形截面受弯构件在破坏时，受拉区混凝土早已开裂，不能再承担拉力，所以可考虑将受拉区混凝土挖去一部分，将受拉钢筋集中布置在肋内，形成如图320所示的T形截面，它和原来的矩形截面所能承受的弯矩是相同的。这样即可节约材料，又减轻了自重。 15．纵筋在支座内的锚固有何要求 答在受弯构件的简支支座边缘，当斜裂缝出现后，该处纵筋的拉力会突然增加。为了避免钢筋被拔出导致破坏，规范规定简支梁、板下部纵向受力钢筋伸入支座的锚固长度las应符合下列要求 （一）、简支板 简支板的下部纵向受力钢筋应伸入支座，其锚固长度las不应小于5d。 当采用焊接网配筋时，其末端至少应有一根横向钢筋配置在支座边缘内；如不能符合该要求时，应在受力钢筋末端制成弯钩或加焊附加的横向锚固钢筋。当板中的剪力V＞0.7ftbh0，配置在支座边缘内的横向锚固钢筋不应少于二根，其直径不应小于纵向受力钢筋直径的一半。 （二）、简支梁 钢筋混凝土简支梁的下部纵向受力钢筋伸入梁的支座范围内的锚固长度las。应符合下列条件 当V0.7ftbh0时 las5d V〉0.7ftbh0时 带肋钢筋 las12d 光面钢筋 las15d d纵向受力钢筋的直径 16．为什么箍筋和弯起钢筋间距S要满足一定要求 答梁内箍筋和弯起钢筋间距不能过大，以防止斜裂缝发生在箍筋或弯起钢筋之间，避免降低梁的受剪承载力。 17．什么是腰筋作用是什么 答当梁高h700mm时,应在梁的两侧沿梁高每隔300400mm处各设一根直径不小于10mm的腰筋，并用拉筋联系，拉筋间距一般取箍筋间距的2倍。设置腰筋的作用，是防止当梁太高时由于混凝土收缩和温度变形而产生的竖向裂缝，同时也是为了加强钢筋骨架的刚度。 18．试说明普通箍筋柱和螺旋箍筋柱的区别。 答配有螺旋筋或焊接环式钢筋的柱，不但提高了柱的承载力，而且提高了延性。对于配有普通箍筋的柱，由于箍筋间距较大，不能有效约束混凝土的横向变形，因而对提高柱的受压承载力作用不大。因此，当柱承担很大的轴压荷载时，若采用普通箍筋柱，即使提高了混凝土强度等级，加大了截面尺寸，也不足以承担该荷载时，可采用螺旋式或焊接环式钢筋柱以提高承载力。此外，在地震区，由于此种柱的延性较好，故在抗震设计中常有应用。此种柱也有缺点，主要是施工复杂，用钢量大。柱的截面形状一般为圆形或正多边形。 19．在轴心受压构件中，钢筋抗压强度设计值取值应注意什么问题 答在设计中，若受压钢筋的强度过高，则不能充分发挥抗压作用，故不宜选择高强度钢筋作为受压钢筋，工程中一般常采用Ⅰ级、Ⅱ级或Ⅲ级钢筋。 20．受压构件中的纵向钢筋和箍筋有什么构造要求 答柱中纵向受压钢筋一般采用Ⅱ级、Ⅲ级，直径不宜小于12mm，通常在16～32mm之间选用。一般宜采用较粗的钢筋，以形成较刚劲的骨架，受荷后不宜被压屈。 轴心受压构件的纵向钢筋宜沿截面四周均匀布置，纵筋根数矩形截面不得小于４根，圆柱中纵筋根数不宜小于８根，且不应小于６根。配筋率不得小于0.4，也不得大于5，常用配筋率为0.52。 偏心受压构件的纵向钢筋设置在垂直于弯矩作用平面的两边，最小配筋率应满足规范规定，总配筋率也不宜超过5。 柱中纵向钢筋的净距不应小于50mm，对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋最小净距可参照梁的有关规定采用。偏心受压柱中，垂直于弯矩作用平面的纵向受力钢筋以及轴心受压柱中各边的纵向受力钢筋，其中距不应大于350mm。 当偏心受压柱的截面高度h≥600mm时，在侧面应设置直径为1016mm的纵向构造钢筋，并相应地设置复合箍筋或拉筋。纵向钢筋的混凝土保护层厚度与梁相同钢筋压屈，应设置复合箍筋，其间距与基本箍筋相同。 21．工程中哪些构件属于受扭构件 答雨篷梁、螺旋楼梯和曲梁、折梁等 22．预应力混凝土构件的主要优点是什么 答（一）与普通混凝土结构相比，预应力混凝土结构主要有以下优点 延迟了裂缝的出现，提高了结构的抗裂性能、刚度和耐久性能，因而扩大了混凝土结构的适用范围； （二）可合理地利用高强钢材和混凝土。与钢筋混凝土相比，可节约钢材约3050，减轻自重达30左右； （三）通过预加应力，使结构经受了一次检验，因此从某种意义上讲，预应力混凝土结构可称为事先检验过的结构； （四）预加应力还可做为结构的一种拼装方法和加固措施。 23．试比较先张法和后张法的不同点。 答（一）工具、实用范围不同 先张法是指首先在台座上或钢模上张拉预应力钢筋，然后浇筑混凝土的一种施工方法。其主要工序有（1）在台座或钢模上穿入预应力钢筋，一端用夹具锚固，另一端用千斤顶张拉，张拉到规定的拉力后，用夹具锚固在台座横梁上； 2 支模绑扎非预应力钢筋，浇筑混凝土并进行养护;（3）待混凝土达到设计强度的75以上时，切断或放松钢筋，通过钢筋与混凝土之间的粘结力，挤压混凝土，使构件产生预压应力。. 后张法是指先浇筑混凝土构件，预留孔道，然后直接在构件上张拉预应力钢筋的一种施工方法。其主要工序有（1）浇筑混凝土构件，预留孔道和灌浆孔；（2）待混凝土达到一定强度后，将预应力筋穿入孔道，安装固定端锚具，然后在另一端用张拉机具张拉预应力筋，在张拉的同时挤压混凝土；（3）在预应力筋张拉到符合设计要求后，用锚具将预应力筋锚固在构件上，使之保持张拉状态；（4）最后在孔道内灌桨，使构件形成整体。 两种方法的适用范围是，先张法张拉工序简单，不需永久性工作锚具，但需要台座或钢模设施，适用于成批生产中小型构件；后张法工序多，工艺较复杂，需永久性锚具，成本高，适用于现场浇筑的大型构件及整个结构，可布置曲线预应力钢筋，并可作为连续结构的拼装手段。为改善后张法的缺点，可采用无粘结预应力来代替。 24．预应力混凝土构件对混凝土和钢筋有何要求 答（一）与普通混凝土构件不同，钢筋在预应力构件中，始终处于高应力状态，故对钢筋有较高的质量要求。有以下几方面 （1）高强度。为使混凝土构件在发生弹性回缩、收缩及徐变后内部仍能建立较高的预压应力，就需要较高的初始张拉力，故要求预应力筋有较高 的抗拉强度。 （2）与混凝土间有足够的粘结强度。在受力传递长度内钢筋与混凝土间的粘结力是先张法构件建立预压应力的前提 ，必须保证两者之间有足够的粘结强度。 （3）良好的工作性能。如可焊性、冷镦性、热镦性等。 （4）具有一定的塑性。这是为了避免构件发生脆性破坏 ，要求预应力筋在拉断时具有一定的延伸率，当构件处于低温环境或冲击荷载作用下，更应注意到钢筋的塑性和冲击韧性。 （二）预应力混凝土构件对混凝土的要求 （1）高强度。预应力混凝土必须具有较高的抗压强度，才能建立起较高 的预压应力，并可减小构件截面尺寸，减轻结构 自重,节约材料。对于先张法构件，高强混凝土具有较高的粘结强度。 （2）收缩徐变小。这样可减小预应力损失。 （3）快硬、早强。这样可以尽早地施加预应力，以提高台座、模具的周转率，加快施工进度，降低间接费用。 25．什么叫单向板什么叫双向板 答板的四边支承在次梁、主梁或砖墙上，称四边支承的板；对于两边支承的板，板上的荷载通过板的受弯传到两边支承的梁或墙上。而四边支承板，是通过板的双向受弯传到四边的支承梁或墙上的。根据试验及理论分析，四边支承板的长边尺寸L2与短边尺寸L1的比例大小，对板的受力方式有很大关系。当L2/L1＞2时，在荷载作用下，板在L1方向上的弯曲曲率远大于L2方向的弯曲曲率，这表明荷载主要沿L1方向传递到支承梁或墙上（沿L2方向传递的荷载甚小，可略去不计，板基本上是单向受力工作，故称之为单向板；当L2/L1≤２时，则板在两个方向的弯曲曲率相当，这表明板在两个方向都传递荷载，故称之为双向板。 26．单向板肋梁楼盖的结构布置应考虑哪些因素 答（1）由于墙柱间距和柱网尺寸决定着主梁和次梁的跨度，因此它们的间距不宜过大，也不能太小，根据设计经验，主梁的跨度一般为５m--8m，次梁为4m--6m。 （2）梁格布置力求规整，梁系尽可能连续贯通，板厚和梁的截面尺寸尽可能统一，在较大孔洞的四周、非轻质隔墙下和较重设备下应设置梁，避免楼规整，梁系尽可能连续贯通，板厚和梁的截面尺寸尽可能统一，在较大孔洞的四周、非轻质隔墙下和较重设备下应设置梁，避免楼）为增强房屋横向刚度，主梁一般沿房屋的横向布置，并与柱构成平面内框架或平面框架，这样可使整个结构具有较大的侧向刚度，这就是通常所说的“短主梁、长次梁”。此外，由于主梁与外墙面垂直，窗扇高度较大，对室内采光有利。 27．板式楼梯与梁式楼梯有何区别各适用于何种情况 答板式楼梯是由梯段斜板、平台板和平台梁组成。现浇梁式楼梯由踏步板、斜边梁、平台板和平台梁及楼层梁等组成，踏步板支承在斜边梁及墙上，也可在靠墙处加设斜边梁。斜边梁支承在平台梁和楼层梁上（底层楼梯下端支承在地垄墙上）。一般当楼梯使用荷载不大，且梯段的水平投影长度小于3m时，通常采用板式楼梯（在公共建筑中为了符合卫生和美观的要求大量采用板式楼梯）；当使用荷载较大，且梯段的水平投影长度大于3m时，则宜采用梁式楼梯较为经济。