钢筋混凝土复习题.doc

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第1章 钢筋混凝土结构的材料
1.1 钢筋的品种和力学性能
1.1.1 钢筋的品种
1、分类
v 　按用途分：
Ø 　普通钢筋 —— 热轧钢筋。
Ø 　预应力钢筋 ——钢丝、钢绞线、螺纹钢筋及钢棒。
v 　按化学成分区分：
Ø 　碳素钢——钢筋的碳素钢主要是低碳钢和中碳钢。HPB235。
Ø 　普通低合金钢——碳素钢基础上加入少量合金元素而成。 强度高、塑性好，应用广泛。HRB335、HRB400 　
v 　按外形分：
Ø 　光圆钢筋
Ø 　带肋钢筋。目前常用的是月牙肋钢筋。
v 　按力学性能分：
Ø 　软钢
Ø 　硬钢
Ø 　冷拉钢筋。不提倡采用。
2、常用钢筋
Ø 　HPB235：
　　光圆低碳钢，塑性好、强度低。多作为厚度不大楼板的受力钢筋和箍筋、架立钢筋、分布钢筋。
Ø 　HRB335 、 HRB400
　　月牙肋、低合金钢，强度较高。多作为钢筋混凝土构件受力钢筋。尺寸较大的构件，为增强与混凝土的粘结可用HRB335钢筋作箍筋。
Ø 　HRB500
　我国新生产的热轧钢筋种类，强度高，强度价格比好。
Ø 　钢丝：
　　直径＜6mm，外形有光面、刻痕和螺旋肋三种。一般用于预应力混凝土结构。
Ø 　钢绞线
　　由多根高强光圆或刻痕钢丝捻制成，分为2股、3股和7股三种。用于预应力混凝土结构。
Ø 　螺纹钢筋
主要用作为预应力锚杆。
Ø 　钢棒
螺旋槽钢棒和螺旋肋钢棒两种。公称直径6～14mm之间。用于预应力混凝土结构。
1.1.2 力学性能
1、软钢力学性能：
Ø 　应力应变曲线
Ø 　强度越高、塑性越差
Ø 　受拉强度限值以屈服强度为准，为什么？
2、硬钢力学性能： 　　　　　　　
Ø 　应力应变曲线
Ø 　协定流限
Ø 　以协定流限为设计标准
3、钢筋的疲劳强度
Ø 　疲劳强度与应力特性 （重复荷载作用时钢筋受到的最小应力与最大应力的比值 ）有关。
Ø 　应力特性越低 ，疲劳强度越低 。
Ø 　当荷载重复作用二百万次以上时，钢筋的疲劳强度约为静力拉伸强度的44%～55%。这时使用荷载作用下的材料应力就不能过高。
1.2 混凝土物理力学性能
1、 fcu和混凝土强度等级
v 　影响 fcu 的因素：
Ø 内因：水泥标号、水泥用量、水灰比、龄期、施工方法、养护条件
Ø 　外因：试验方法、试件尺寸、加载速度
v 　标准：边长150mm立方体、养护28天、表面不涂油。
v 　混凝土强度等级：95%保证率的fcu，即fcuk。
v 对混凝土的要求：
Ø 　钢筋混凝土：不应低于C15；
Ø 　HRB335 ：不宜低于C20；
Ø 　HRB400、RRB400钢筋或承受重复荷载：混凝土强度等级不应低于C20；
Ø 　预应力混凝土：不应低于C30；
　钢绞线、钢丝作预应力钢筋 ：不宜低于C40
混凝土多轴强度
Ø 　双压：抗压强度提高
Ø 　双拉：基本不变
Ø 　一拉一压：抗拉强度与抗压强度下降
Ø 　剪应力存在降低法向抗压强度
Ø 　压应力不大时，抗剪强度提高；压应力过大时，抗剪强度降低。
4、混凝土短期一次加载曲线
Ø 　应力应变曲线
Ø 　强度越低，曲线越平缓；强度越高，曲线越陡，εcu越小。
Ø 　加载速度越快，σ0提高（但不多），ε0、 εcu有较大减小。
Ø 　配置了横向钢筋，σ0 、εcu提高，对抗震有利。
Ø 　弹性模量，取0.3fc 。
5、混凝土重复荷载下的应力应变曲线
Ø 　应力应变曲线
Ø 　疲劳强度
Ø 　弹性模量，取0.4fc ，重复加载卸载5次。
6、混凝土受压极限应变：
Ø 　和混凝土本身性质有关；
Ø 　和试验方法有关（速度）；
Ø 　和应力状态有关：轴压构件小，偏压构件大。
7、混凝土受拉极限应变：
Ø 　数值小；
Ø 　抗拉强度高，极限拉应变大；
Ø 　潮湿养护大于干燥养护。
8、混凝土长期荷载下应力应变曲线
Ø 　应力应变曲线
Ø 　线性徐变、≤0.5～0.55fc；
Ø 　非线性徐变、 ≥0.5 ～ 0.55fc

9、徐变与塑性变形区别
v 　徐变：
Ø 　混凝土受力后，水泥石中的凝胶体产生的粘性流动要持续一段时间引起的；
Ø 　不管应力大小均会发生；
Ø 　徐变能恢复一部分（徐回）。
v 　塑性变形：
Ø 　混凝土中的裂缝面裂缝扩展引起的；
Ø 　只有当应力超过材料弹性极限后才发生；
Ø 　塑性变形不可恢复。
10、徐变特点
Ø 　龄期越短、徐变越大；
Ø 　外界相对湿度越高，内部水分不易外逸，徐变减小；
Ø 　结构越薄，徐变越大。
Ø 　徐变恢复一部分。　
11、松驰与徐变利弊
Ø 　应变不变，应力减小；
Ø 　减小温度应力，减小应力集中；
Ø 　结构挠度增大；
Ø 　预应力损失。　
12、温度与干缩
Ø 　温度变形对水工是十分重要。当变形受到约束时，温度变化就会引起温度应力。
Ø 　温度应力与温差及线胀系数有关。
Ø 　线胀系数与混凝土骨料有关。　
Ø 　干缩是混凝土水分散失（湿度降低）引起，当变形受到约束时，干缩就会引起干缩应力。
Ø 　湿度的变化规律与温度是相同的，但变化缓慢，因而干缩一般只引起表面裂缝。对薄壁结构，干缩的危害就大了。
Ø 　干缩的主要影响因素是：外界相对湿度，水灰比。水灰比越大，干缩越大。
Ø 　在大体积混凝土中，企图用钢筋来防止温度裂缝或干缩裂缝的出现是不可能的。
Ø 　在素混凝土一旦出现裂缝，则裂缝的数目不多，但裂缝宽度很大。
Ø 　适当配置钢筋，能有效使裂缝分散，限制裂缝宽度。
1.3 钢筋与混凝土粘结
1、光面钢筋与变形钢筋粘结组成区别
Ø 　水泥凝胶体与钢筋表面之间的胶着力；
Ø 　混凝土收缩将钢筋紧紧握固产生的摩擦力（握裹力）；
Ø 　钢筋表面不平整与混凝土之间产生的机械咬合力；
Ø 　钢筋表面横肋对混凝土的挤压力。
2、钢筋锚固长度的确定原则
　 钢筋达到设计强度，钢筋正好被拨动的条件确定。
3、钢筋搭接时力如何传递？搭接长度与锚固长度之间关系？
4、光面钢筋作为受力钢筋时，两端要做弯钩。
钢筋砼设计理论经历了三个阶段：
Ø 容许应力法：线弹材料，要求使用荷载作用下的钢筋与砼应力小于各自容许应力。　
Ø 破损阶段法：荷载引起的内力值不大于极限内力值除以安全系数。 　
Ø 极限状态法：二种极限状态，目前多用概率极限状态设计方法。
结构设计要保证结构的可靠性。
可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称。
v 安全性
Ø 正常工况：能承受可能出现的各种作用。
Ø 偶然工况：结构仍能保持必要的整体稳定。即，要求结构仅产生局部损坏而不致发生整体倒塌。
v 适用性
　　结构在正常使用荷载下，具有良好的工作性能。
v 耐久性
　　在正常维护、规定的环境条件下，预定设计使用年限内，材料性能的劣化不导致结构正常使用的失效。
2.2.2 作用（荷载）与荷载效应
1、荷载分类：
Ø 　按作用的性质分：直接作用 、间接作用。 为了方便，统称为荷载。
Ø 　按随时间的变异分类：永久荷载、 可变荷载 、偶然荷载。
Ø 　按随空间位置的变异分类：固定荷载 、移动荷载
Ø 　按结构的反应分类 ：静态荷载、 动态荷载
2、荷载效应（ S ） ：
　　荷载在结构构件上引起的内力和变形、裂缝。荷载都是不确定的随机变量 ， 荷载效应也是一个随机变量。
2.2.3 结构抗力（ R ）
v 　结构抗力：
　　指结构构件的抵抗作用效应的能力。包括构件截面的承载力、构件的刚度、截面的抗裂度等 。
　　如：受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、
　　　　 容许挠度[f]、　 容许裂缝宽度[w]。
v 　截面尺寸和材料强度是决定结构抗力的主要因素。
v 　由于材料强度的离散性、构件几何特征的不定性和计算模式的不定性，结构抗力是一个随机变量。
2.3 按概率极限状态设计的基本概念
v 　可靠度：指结构的可靠度程度。
　　　↓
　　失效概率：　　　　　，结构可靠。
　　 　↓ 　
　　可靠指标：
　　 　↓
　　实用表达式：
电口：五个分项系数，只要五个系数按规范取用，就能满足可靠度要求。
　　水口：安全系数
v 　可靠指标
Ø 　不同安全要求的构件（结构安全级别），目标可靠指标不同。
Ø 　不同破坏形态的构件，目标可靠指标不同。延性破坏，要求低；脆性破坏，要求高。
Ø 不同极限状态，可靠指标不同。承载能力极限状态高，正常使用极限状态低。
　因为：承载能力关系到结构安全。正常使用是承载能力得到满足的前提下进行的验算，只影响到结构的正常使用。若不满足造成的危害小于承载能力极限状态。
1、荷载代表值有：
　永久荷载或可变荷载标准值
　　　　　　可变荷载组合值、频遇值及准永久值
2、荷载标准值Sk（ Gk、 gk、 Qk、 qk）
Ø 　结构构件在使用期间的正常情况下可能出现的最大荷载值。
Ø 　由《水工建筑物荷载规范》给出。 　
Ø 　荷载标准值应由设计基准期内荷载最大值概率分布的某一分位值来确定。
　　但，水利工程中能对其概率分布作出估计的荷载还只是很小一部分，大部分荷载都缺乏或根本无法取得正确的实测统计资料，所以其标准值主要还是根据历史经验确定或由理论公式推算得出的。即：
　对有统计资料的荷载，取最大值概率分布一个分位值表示。
　对无统计资料的荷载，凭经验取。
3 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算
3.1 截面形式与构造
1、受弯构件设计内容
Ø 　弯矩→正截面破坏→正截面设计→纵向受力钢筋
Ø 　剪力、弯矩→斜截面破坏→斜截面设计→腹筋（箍筋、弯起钢筋）
Ø 　有弯起钢筋或负弯矩切断钢筋→斜截面受弯承载力→MR
2、保护层
Ø 　作用：粘结力、防止钢筋生锈；
Ø 　量度：混凝土外表面到钢筋表面。
3.2 正截面试验研究
1、适筋梁三个破坏阶段
Ø 　未裂阶段：
　　特征点：混凝土拉应变达到εtu；
　　图形：　受压区线性，受拉区非线性；
　　用途：　抗裂验算。　
Ø 　裂缝阶段：
　特征点：开始于混凝土εtu，终于钢筋fy；
　图形：　受压非线性，最大应力在截面边缘；受拉区局部
　　　　　混凝土受拉，裂缝混凝土不承受拉力；
　用途：　裂缝宽度计算。
Ø 　破坏阶段：
　　特征点：开始钢筋 fy，终于混凝土 εcu ；
　　图形：　受压非线性，最大应力移至截面内部；受拉区
　　　　　　局部混凝土受拉，裂缝混凝土不承受拉力；
　　用途：　承载力计算。　

2、受弯构件破坏特征
　　适筋、超筋、少筋破坏过程，特征，M－f 曲线。
3.3 正截面受弯构件承载力计算原则
1、基本假定：
Ø 　内容：平截面假定
　　　　　不考虑受拉混凝土的工作
　　　　　混凝土受压应力-应变曲线
　　　　　钢筋受拉应力-应变曲线
Ø 　用途：应力图形变化、界限高度。
2、适筋与超筋的界限
Ø 　超筋： εs< εy， εc=εcu=0.0033
Ø 适筋： εs> εy， εc= εcu
Ø 界限： εs= εy， εc= εcu
3.5 双筋承载力计算
v 　双筋截面的用途
Ø 　单筋时超筋，无法改变截面尺寸与强度；
Ø 　承受正负弯矩。
v 　钢筋抗压强度设计值
　　由混凝土 εcu =0.002决定，σs ≤ 400MPa。
v 　基本公式及适用范围（公式推导）
v 　截面设计与复核的步骤
3.4 T形承载力计算
v 　何时按T形截面计算：翼缘在受压区。
v 　翼缘计算宽度：在翼缘计算宽度 b’f 内，混凝土应力= fc。
v 　计算简图
v 基本公式与适用范围（二种情况）
　　　x<hf 按矩形计算，验算最小配筋时宽度用 b；
　　x>hf 分成宽度为 b 的矩形与 (b’f-b)h’f 二块。
v 　二种情况的判别条件
　　取x=h’f 写平衡方程。
v 　截面设计与复核的步骤
v 4 钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算
v 4.1 无腹筋梁斜截面应力状态及破坏形态
v 1、剪切破坏时隔离体上的作用力
v 　　外力：弯矩、剪力
v 　　内力：纵向钢筋拉力、混凝土剪压面承担剪力与压力
v 　　　　　骨料咬合力、纵筋的销栓力
v 2、斜裂缝出现后应力的变化
v 　　混凝土：剪力主要由余留截面混凝土来承担，剪应力增大。
v 　　钢筋：斜裂缝出现前，钢筋拉力由该截面弯矩决定；出　　　　　现裂缝后，钢筋拉力由该斜裂缝端的弯矩决定，拉力增大。引起斜截面抗弯问题。
3、三种破坏形态、破坏出现的条件、引起的原因
Ø 　斜拉破坏：
　　特征：斜裂缝一出现就临界斜裂缝，临界斜裂缝指向、到达荷载作用点，梁裂通成二半。
　　条件：a/h0＞3
　　原因：主拉应力超过抗拉强度而破坏。
Ø 　剪压破坏：
　　特征：临界斜裂缝指向、未到达荷载作用点，梁顶保留一部分剪压区，剪压区在正应力与剪应力作用下达到混凝土强度，梁破坏。　
　　条件：1＜a/h0＜3
　　原因：斜裂缝端混凝土压碎而破坏。
Ø 　斜压破坏：
　　特征：斜裂缝将梁腹分成若干斜压柱体，梁腹压坏梁破坏。
　　条件：a/h0＜1
　　原因：梁腹压坏破坏。
4、影响斜截面承载力的主要因素，为什么？
Ø 　剪跨比
Ø 　立方体强度
Ø 　配筋率
4.2 有腹筋梁斜截面受剪承载力计算
1、剪切破坏时隔离体上的作用力
Ø 　外力：弯矩、剪力
Ø 　内力：纵向钢筋拉力、混凝土剪压面承担剪力与压力
　　　　 骨料咬合力、纵筋的销栓力、箍筋与弯起钢筋拉力
2、破坏形态、特征与条件
Ø 　条件：斜拉破坏，a/h0大且腹筋过少
　　　　　斜压破坏，a/h0小或腹筋过多
　　　　　剪压破坏，腹筋适当
Ø 　特征：
3、影响斜截面承载力的主要因素，为什么？
Ø 　腹筋数量：占决定性地位
Ø 　剪跨比
Ø 　立方体强度
Ø 　配筋率
4、箍筋作用
Ø 　直接承担剪力
Ø 　阻止斜裂缝过宽、过长，余留混凝土截面增大，Vc↑与Va ↑
Ø 　限制纵向钢筋位移，阻止混凝土沿纵向撕裂， Vd ↑
Ø 7、为什么规定截面尺寸和混凝土强度下限
Ø 　　
Ø 　　一般梁：
Ø 　
Ø 　 防止斜压破坏及避免构件在使用阶段过早地出现斜裂缝及斜裂缝开展过大。
Ø 8、为什么要规定Smax和ρsvmin
Ø 　　防止腹筋过稀过少。
4.3 钢筋