水工钢筋混凝土结构[第十二章水工大体积混凝土结构设计中的若干问题]山东大学期末考试知识点复习.doc

山东大学 期末考试 知识点复习
第十二章 水工大体积混凝土结构设计中的若干问题
1．纵向钢筋的最小配筋率
因为水工结构截面尺寸很大，按承载力计算所需的纵向钢筋配筋率常常会小于最小配筋率,所以合理确定最小配筋率是水工混凝土结构设计中的一个相当关键的问题.和《水工混凝土结构设计规范》（SL／T 191—96)(简称“水工96规范”）一样，现行规范一方面对一般钢筋混凝土结构构件采用了固定的最小配筋率，另一方面对承受垂直荷载为主、卧置在地基上厚度大于2．5m的厚板，以及厚度大于2．5m的厚墩墙采用了随内力设计值与承载力比值变化的最小配筋率.但现行规范适当提高了一般钢筋混凝土结构构件的最小配筋率，取值更为合理,与国际主流规范的差距也有所缩小；对厚板与厚墩墙直接给出纵向钢筋最小截面面积的计算表达式,使计算更为简单明了。要求同学们认真阅读教材，了解现行规范最小配筋率的确定原则,并在设计中正确掌握。
2．温度作用下混凝土抗裂验算及温度配筋
大体积混凝土的温度抗裂验算是水工混凝土大坝坝体结构设计和施工设计中的一个专门性问题，内容众多，问题复杂，在专业课程中还会有详细的讲述。
本节内容仅限于对现行《水工混凝土结构设计规范》中有关条文的简明介绍，内容包括混凝土的热学性能指标、浇筑温度、水化热绝热温升、块体温度场、热传导基本方程式、板块的温度分布概念、块体温度应力的变化、温度应力的松弛等。
本节教材字数虽不多,但内容却极为丰富。对本节内容不要求全面掌握，只要求能够看懂教材，了解基本概念。但对一些关键性的概念和问题则应该有清晰的了解，例如表层温度裂缝与深层基础裂缝的区分，控制温度和改善约束的措施，混凝土的弹性模量Ec随时间变化对温度应力的影响，混凝土徐变对温度应力的松弛作用，温度钢筋不能提高结构的抗裂性只能起到限制裂缝宽度的作用等，在一些概念上不要搞混弄错。
3．非杆件体系结构的配筋设计
水工结构的型体十分复杂，常常不能用结构力学的方法求得截面的内力(M、N、V等），因此无法按教材第3章～第7章的极限内力理论计算配筋用量,也无法用第8章介绍的裂缝宽度公式来验算裂缝宽度。对这种非杆件体系的结构，目前的配筋设计方法有三种，其中深梁、牛腿一类小型非杆件体系结构构件,已根据试验结果总结出极限承载力配筋计算公式；教材对另外两种设计方法“按弹性应力图形面积配筋法”和“钢筋混凝土非线性有限单元法”作了概略性的阐述。
应力图形法的概念是：结构在使用荷载作用下，按弹性理论求得的截面主拉应力在配筋方向分量所形成的总拉力扣除混凝土能承担的拉力后，剩余的拉力全部由钢筋来承担。当弹性应力图形的受拉区高度大于结构截面高度的2／3时，应按总拉力计算受拉钢筋截面积.应力图形法的概念比较简单，也比较容易掌握,但学习时应注意该方法存在的问题和它的局限性。
在水工96规范中，总拉力是指主拉应力的合力。由于在结构截面上，各点的主拉应力方向不同，且也不可能与配筋方向一致,用主拉应力的合力来计算钢筋用量,是无法确定各方向的配筋量的。因而现行水工混凝土结构设计规范将总拉力改成主拉应力在配筋方向分量的合力,即用主拉应力在配筋方向分量的合力来计算钢筋用量，解决了水工96规范这一缺陷。
钢筋混凝土非线性有限单元法是一种全新的设计方法，理论比较深，涉及面很广。它是一门研究生的专业课程。在本课程中,限于学时,对此只要求了解该方法的大概以及该方法在目前的发展情况。
12．1．2本章的难点及学习时应注意的问题
本章的难点主要是温度作用下的抗裂验算和钢筋混凝土非线性有限元计算两部分，但对于这两部分只要求了解其基本概念，详细的内容将在后续课程或研究生课程中学习。
在学习本章内容时应注意下列几个问题：
（1)最小配筋率的确定实际上与当时的经济发展水平有关，它是一个政策性很强的指标.关于最小配筋率确定的理论基础至今尚有较大的争议，并没有一个公认的准则。因此，同学们在学习时可以敞开思想，深入讨论，提出自己的看法。
(2）按弹性应力图形面积配筋方法是工程设计中常用的传统设计方法，但应注意其方法本身在理论上是不严密的。虽然在一般情况下，按应力图形法计算得到的配筋量偏于保守,但对开裂前后应力状态有明显改变的结构有时也会偏于不安全。同时，应力图形法还无法对裂缝控制作出应有的估计，而裂缝的控制在水工结构中常常是十分关键的。对开裂前后应力状态有显著变化的结构，按弹性应力图形面积配筋方法有时会偏于不安全，因此,对于配有钢筋的非杆件的混凝土结构,合理的设计应该是采用弹性应力图形面积配筋与钢筋混凝土非线性有限元相结合的方法,即首先按弹性应力图形面积配筋方法初步得到钢筋用量，再采用钢筋混凝土有限单元法进行计算，根据计算结果调整钢筋布置与用量。虽然钢筋混凝土有限单元法是目前非杆件体系结构的配筋设计最有发展前途的方法，但它需要专门的程序，计算量大，且本构关系、强度准则、迭代方式,特别是有限元网格的大小与形态都会影响计算结果，这就要求计算者不但要熟悉有限单元法，而且要精通钢筋混凝土结构学，能对计算结果进行判断。因而目前按钢筋混凝土有限单元法配筋还不够方便，也不便于大面积应用。但对于重要的、需严格控制裂缝宽度的非杆件体系结构，还必须采用钢筋混凝土有限单元法进行正常使用期的验算。对开裂前后应力状态有明显改变的非杆件体系结构，承载力所需钢筋用量按弹性应力图形面积确定后,也还宜用钢筋混凝土有限单元法进行分析与调整。