【悍马课堂】结构设计规范常规问题问答(下)
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【悍马课堂】结构设计规范常规问题问答(下)

文章出处:人气:-发表时间:2017-01-17 14:19【

【悍马课堂】结构设计规范常规问题问答(下)

16。请说明单层厂房钢筋混凝土或预应力混凝土屋架的比较合理的结构形式。这种屋架能按简单的铰接桁架进行内力分析吗?如果不完全行,又要补充什么验算内容?

答:可以按照铰接桁架来计算轴力(即进行内力分析),但是上弦要按照连续梁在支座不均匀沉降情况下计算弯矩。

17.为什么说支撑系统是保证单层厂房结构整体刚度和稳定性的关键措施。你知道可能需要哪些部位设置沿哪个方向的平面支撑。支撑本身一般采用什么样的结构形式?

答:(1)在装配式钢筋混凝土单层厂房结构中,支撑虽然不是主要的承重构件,但却是联系各种主要结构构件并把它们构成整体的重要的组成部分。可以把有些水平荷载传递到主要承重构件。屋架的横向刚度很小,容易连续倒塌,故设置支撑。

(2)屋盖的上下弦水平支撑,应布置在屋架(屋面梁)上下弦平面内以及天窗架上弦平面内。屋盖的垂直支撑应布置在屋架(屋面梁)间和天窗架(包括挡风板立柱)之间。系杆设置在屋架上下弦及天窗上弦平面内。屋架上弦水平支撑布置在每个伸缩缝区段端部。对于采用钢筋混凝土屋面梁的屋盖系统,当采用檩条时,应在梁的上翼缘平面内设置横向水平支撑。支撑应布置在伸缩缝区段两端的第一个或第二个柱距内。当屋盖上的天窗通过伸缩缝时,则应在伸缩缝的两侧天窗下面的柱距内设置上弦横向水平支撑。对于采用钢筋混凝土拱形及梯形屋架的屋盖系统,应在每一个伸缩缝区段端部的第一或第二个柱距内设置上弦横向水平支撑。当厂房设置天窗时,可根据屋架上弦杆件的稳定条件,在天窗范围内沿厂房纵向设置连系杆。

18.请从材料的加、卸载应力—应变关系说明什么是非弹性,什么是“弹性”?什么是“非线性”,什么是“线性”?就这个意义来说,混凝土受压时具有什么特性?为什么?

答:(非)弹性是指在应力作用下产生的某一应变,在应力撤除后(不)能够完全恢复的性能。(非)线性是指在应力作用下的ζ—ε曲线按比例呈线性增加称为线性。就这个意义上说,混凝土受压时具有非线性和非弹性的特征。

19.请从材料受力角度理解什么是“弹性模量”。混凝土的设计弹性模量是如何测定的?规范给出的弹性模量公式包没包含可靠性因素。不同强度等级混凝土有无差别,差别大吗?

答:混凝土的弹性模量是指根据混凝土棱柱体标准试件,用标准试验方法所得到的规定压应力值与其对应的压应变值的比较。即单位压应变所对应的应力值。采用柱体试件,取应力上限为0.5fc重复加载10次时应力应变曲线接近直线,该直线的斜率取为混凝土的弹性模量 根据规范P240(4.1.5)上的公式,由于是混凝土立方体抗压强度标准值相对应的,而标准值已考虑了可靠度,故弹性模量也考虑了可靠度。不同强度等级混凝土的EC弹性模量有差别。从C15-C80从2.2-3.8×104N/mm2。变化较大。

20.说明从较低强度混凝土(例如C20)到高强混凝土(例如C100)的应力—应变特征及其区别。

答:强度越高其应力的峰值点越高,但对应的应变差距不大。强度越高越接近弹性材料。强度由低到高:EC由小到大,非线性由重到轻,下降段由平缓到陡,上升段由陡到平缓,破坏应变减小。C90以上,原则上没有下降段。

21.以硅酸盐水泥做成的混凝土为例,说明水泥水化后的细观结构特征。这种特征对混凝土的受力性能有什么影响。

答:水泥水化后,在水泥颗粒表面形成水化物膜。内部水泥颗粒继续水化,然后向外喷出管状触须。触须相互交错。致使颗粒间的空隙减小,包有凝胶体的水泥颗粒相互接触,结晶体和凝胶体互相贯穿形成结晶网状结构。固相颗粒之间的空隙减小,结构逐渐紧密。使水泥浆体完全失去可塑性,达到能够担负一定荷载的强度。进入硬化期后,水化速度减慢,水化物随时间的增长而逐渐增加,扩散到毛细孔中,使使结构更趋致密,强度相应提高。因此混凝土抗压能力强而抗拉能力弱。

22.试说明在混凝土单轴受压时,其中微裂缝的发展趋势。到应力—应变曲线的哪个部位时(中低强度混凝土),裂缝才在轴压试块表面成为可见的。

答:混凝土在承受荷载或外应力以前,内部就已经存在少量分散的微裂缝。当混凝土内微观拉应力较大时,首先在粗骨料的界面出现微裂缝,称界面粘结裂缝。开始受力后知道极限荷载,混凝土的微裂缝逐渐增多和扩展可以分作3个阶段:

(1)微裂缝相对稳定期(ζ/ζmax<0.3—0.5)这时混凝土的压应力较小,虽然有些微裂缝的尖端因应力集中而沿界面略有发展,也有些微裂缝和间隙因受压而有些闭和,对混凝土的宏观变形性能无明显变化。

(2)稳定裂缝发展期(ζ/ζmax<0.75—0.9)混凝土的应力增大后,原有的粗骨料界面裂缝逐渐延伸和增宽,其它骨料界面又出现新的粘接裂缝。一些界面裂缝的伸展,逐渐地进入水泥砂浆,或者水泥砂浆中原有缝隙处的应力集力将砂浆拉断,产生少量微裂缝。这一阶段,混凝土内微裂缝发展较多,变形增长较大。但是,当荷载不再增大,微裂缝的发展亦将停滞,裂缝形态保持基本稳定。

(3)不稳定裂缝发展期(ζ/ζmax>0.75—0.9)混凝土在更高的应力作用下,粗骨料的界面裂缝突然加宽和延伸,大量的进入水泥砂浆:水泥沙浆中的已有裂缝也加快发展,并和相邻的粗骨料界面裂缝相连。这些裂缝逐个连通,构成大致平行于应力方向的连续裂缝,或称纵向劈裂裂缝。若混凝土中部分粗骨料的强度较低,或有节理和缺陷,也可能在高应力下发生骨料劈裂。这一阶段的应力增量不大,而裂缝发展迅速,变形增长大。即使应力维持常值,裂缝仍将继续发展,不能再保持稳定状态。纵向的通缝将试件分隔成数个小柱体,承载力下降而导致混凝土的最终破坏。

其破坏机理可以概括为:首先是水泥沙浆沿粗骨料的界面和砂浆内部形成微裂缝;应力增大后这些微裂缝逐渐地延伸和扩展,并连通成为宏观裂缝;砂浆的损伤不断积累,切断了和骨料的联系,混凝土的整体性遭受破坏而逐渐丧失承载力。(轴压)试件刚开始加载时应力较小(ζ<0。4fc)。继续加大应力,混凝土的塑性变形和微裂缝稍有发展。当试件应力达ζ=(0。8—0。9)fc时,应变为(0。65—0。86)εp,混凝土内部微裂缝有较大开展,但试件表面尚无肉眼可见裂缝。此后,混凝土内出现非稳定裂缝。

应力应变曲线进入下降段不久,当应变ε=(1-1.35)εp和应力ζ=(1—0.9)fc时,试件中部的表面出现第一条可见裂缝。此裂缝细而短,平行与于受力方向。

继续增大应变,试件上相继出现多条不连续的纵向短裂缝,混凝土的承载力迅速下降。混凝土内骨料和砂浆的界面粘结裂缝以及砂浆内的裂缝不断地延伸扩展和相连。沿最薄弱的面形成宏观斜裂缝,并逐渐地贯通全截面。此时,试件的应变约为ε=(2—3)εp,混凝土的残余强度为(0。4—0。6)fc。再增大试件应变,此斜裂缝在正应力和剪应力的挤压和搓碾下不断发展加宽,成为一破损带,而试件其它部位上的裂缝一般不再发展。

23.请再从混凝土的细观结构——微裂缝发育——应力应变关系归纳一下混凝土非线性、非弹性特征的来源及表现特征。

答:主要来源于内部裂缝的发展的凝胶体的流动。细观结构:结构混凝土在承受荷载前,内部就已经存在少量的微裂缝,主要位于粗骨料和砂浆的接触面上,并且硬结的水泥还有一定的流动性。

微裂缝的发育:在混凝土压应力较小时粗骨料表面的微裂缝尖端因应力集中而沿周界略有发展,同时,有些裂缝因受压而闭合,卸载后大部分变形能恢复,故混凝土宏观变形性能无明显变化,应力应变关系近似线弹性;继续加大荷载,粗骨料表面裂缝逐渐延伸和增宽,并产生新的粘结裂缝,一些裂缝向砂浆深入,若停止加载裂缝不会继续延伸,此时混凝土由于裂缝的发展抗压刚度降低,同时由于裂缝不可恢复,故表现出非线性非弹性性质;再加大荷载,裂缝继续向砂浆里面深入以至形成沿荷载方向的贯穿裂缝将混凝土分成一些小柱而破坏,此时的裂缝使混凝土试块刚度急剧下降,并且裂缝是不可恢复和不稳定的,故混凝土非线性非弹性表现的更明显。

24.请说明混凝土受拉应力——应变曲线的特征,受拉应力——应变曲线有下降段吗?为什么?

答:试件开始加载后,当应力(A点)时,混凝土的变形约按比例增大。此后混凝土出少量塑性变形稍快,曲线微凸。当平均应变时,曲线的切线水平,得抗拉强度。随后,试件的承载力很快下降,形成一陡峭的尖峰(C点)。肉眼观察到试件表面的裂缝时,曲线以进入下降段(E点),平均应变约。裂缝为横向,细而短,缝宽约为0.04~0.08mm。此时的试件残余应力约为(0.2~0.3)。此后,裂缝迅速延伸和发展,荷载慢慢下降,曲线渐趋平缓。 受拉应力应变曲线有下降段。试件破坏时是砂浆逐步退出工作,剩余部分的应力增大,但名义应力减小,故有下降段;下降段的测出要求实验装置有足够大的刚度。

25.请说明HRB235级、HRB335级、HRB400级、消除应力钢丝和热处理钢筋的应力——应变特征有什么差别?

答:前三种钢筋有明显的线弹性段和屈服平台,三种钢筋屈服点依次增大,屈服段依次减短,极限延伸率较大; 后两种没有明显屈服平台,达到极限强度后曲线稍有下降,极限延伸率较小。

26.请一定弄清楚在普通钢筋混凝土结构中为什么不能直接用强度过高的钢筋(例如标准强度超过550MPa的钢筋)作为普通钢筋。

答:因为混凝土达到强度极限时的延伸率为0。002,当钢筋强度超过400MPa后,混凝土强度达到极限强度时钢筋没有屈服,不能充分利用钢筋的强度;否则混凝土强度下降,构件承载力下降。

27.热轧钢筋的强度标准值和消除应力钢丝的强度值分别按哪个强度指标确定的,为什么?

答:热扎钢筋的强度标准值是根据屈服强度确定,用fyk表示。预应力钢铰丝、钢丝、和热处理钢筋的强度标准值是根据极限抗拉强度确定的,用fptk表示。

28.什么是钢筋的极限延伸率,什么是钢筋的均匀延伸率,为什么钢筋(钢丝)的材性控制指标要从原来使用前者改为现在使用后者 。

答:极限延伸率是指钢筋试件拉伸实验破坏时伸长量与原试件长度的比值;钢筋的均匀延伸率是指混凝土构件两裂缝间的钢筋的平均伸长量与原长的比值。

29.什么冷轧带肋钢筋?它的性能有什么优点?有什么缺点?

答: 冷轧带肋钢筋是将热轧钢筋在常温下通过轧制机轧制而成。优点:冷轧带肋钢筋比原钢筋强度增大,节省钢材。缺点:塑性性能降低。

30.为什么此次修订规范优先推荐采用HRB400级(新三级)钢筋?它的最大优势是什么?与使用HRB335级钢筋相比,在使用HRRB400级钢筋时应注意是什么问题?

答: 优先采用是为了节省钢材.其最大优势是省钢材,方便施工;与HRB335相比要注意验算裂缝宽度,规范规定最小配筋率减少0.1%。

31.规范对预应力钢筋(钢丝)推荐的主导品种是什么?为什么在预应力结构中取用强度高的预应力筋更有利?

答: 主导钢筋是高强的预应力钢绞线,钢丝、预应力钢筋强度越高预应力相对损失越少,另外强度越高配筋相对减少,预应力损失减少,同时预加应力越大,抗裂度加大。

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