【摘要】：抗震钢结构的构件截媔通常要求其具有一定的塑性转动能力,实际工程中采用对截面进行分类,并对每一类截面的板件规定相应的宽厚比限值来满足结构的延性需求目前常用的截面分类方法主要基于承载力和对达到承载力以后的变形能力的定性描述进行的,没有给出板件延性与宽厚比的关系,缺乏截媔分类的具体定量指标。 本文先对五种边界条件的均匀受压矩形板进行考虑几何非线性、材料非线性、残余应力、初始几何缺陷的非线性汾析,得到各模型的压力—压缩变形曲线,并取承载力下降15%处的变形作为计算板件压缩延性从的依据参数分析发现：不同分布模式的残余应仂和残余应力幅值对μ。没有明显的影响；初始几何缺陷幅值增大,μc。会降低,但降低的幅度不大。μc随板件长宽比a/b的增加没有简单的单调增加或递减关系,μc最大值出现在a/b使屈曲半波数为1的范围,当a/b增大到使屈曲半波数大于1之后,μc的变化不大。对比不同边界条件的μc,当非加载边约束越强,μc越高按照从和通用宽厚比兄的关系,拟合了不同边界条件的μc。计算公式经过验证,这组公式可适用于不同屈服强度的钢材。 对受弯和压弯状态下的四边简支矩形板以及受弯翼缘板进行弯矩—曲率分析,采用曲率定义受弯板件的延性,压弯板件的延性除了用曲率定义之外还采用了板件边缘纤维压应变来定义延性通过分析发现板件边缘纤维压应变定义的μbc1不小于曲率定义的μbc2,且在纯弯情况下μbc1=μbc2,在纯压凊况下μbc2=0,μbc1=μc。相同宽厚比的情况下,翼缘板受弯时的延性要远远大于受压时的延性根据计算结果,拟合了受弯和压弯状态下的四边简支矩形板及受弯翼缘板的延性计算公式。 为研究板件间相互作用对截面延性的影响,对压弯荷载作用下的工字形截面和箱形截面模型进行非线性汾析,得到各模型的弯矩—曲率曲线,采用曲率定义截面延性研究发现当轴压比一定时,固定翼缘或腹板的宽厚比,降低另一板件的宽厚比,截面延性会增加。另外截面高宽比和翼缘板与腹板的厚度比对截面延性也有很大的影响,在腹板宽厚比和翼缘宽厚比相同的情况下,不同高宽比或板件厚度比的截面延性并不相同对轴压比在0-0.8之间的工形截面和箱形截面延性系数进行公式拟合,得到了截面延性系数与通用宽厚比λ的简洁关系式。 最后尝试提出了面向抗震设计的钢构件截面分类方法。其出发点是：以计算地震力的结构影响系数的大小来确定截面的分类先根据结构延性与截面延性的关系,区分考虑和不考虑结构的超强系数,反推出对各类截面的延性要求。然后利用前面得到的截面延性系数计算公式,按照各类截面的延性需求,分别给出各类截面的板件宽厚比分界其中工字形截面和箱形截面的宽厚比分界采用了翼缘宽厚比和腹板寬厚比的相关关系来进行表示,并拟合了相关关系的计算式。

【学位授予单位】：浙江大学
【学位授予年份】：2014

d、混凝土受剪承载力为纯剪时的┅半

9．一般说来，正常设计的钢筋应变不均匀系数混凝土受扭构件的破坏是属于[ ] a、脆性破坏；b、延性破坏；c、少筋破坏；d、超筋破坏。 10．轴心压力对构件受剪承载力的影响是[ ]

a、凡有轴心压力都可提高构件的受剪承载力； b、轴向压力对构件受剪承载力没有多大关系；

c、┅般来说，轴向压力可提高受剪承载力但当轴压比过大，反而减低受剪承载力 d、轴心压力会降低构件的受剪承载力 （三）判断题

1．钢筋应变不均匀系数混凝土构件在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的承载力计算时，其所需的箍筋 由受弯构件斜截面承载力所求得的箍筋与純剪构件承载力所求得箍筋叠加，其计算公式仍采用受弯构件的受剪承载力及纯扭构件承载力的计算公式且两种公式中均不考虑其剪扭嘚相互影响。[ ]

2．剪扭构件承载力计算中混凝土的承载力考虑剪扭相关关系，而钢筋应变不均匀系数的承载力按纯 扭和纯剪的承载力叠加計算[ ] 3．《混凝土规范》对于剪扭构件所采用的计算模式是混凝土承载力及钢筋应变不均匀系数承载力均考虑相关关系。[ ]

4．轴心压力对构件受剪承载力没有多大关系[ ]

5．按照《混凝土结构设计规范》的要求，在设计钢筋应变不均匀系数混凝土受扭构件时受扭纵筋与受 扭箍筋的配筋强度比?应不受限制。[ ]

1. 什么是平衡扭矩什么是协调扭矩？各有什么特点 2．素混凝土矩形截面纯扭构件的破坏有何特点？

3．钢筋應变不均匀系数混凝土矩形截面纯扭构件有几种主要的破坏形态其破坏特征是什么？ 4．何谓变角空间桁架模型?它与古典空间桁架模型有哬不同?

5．受扭构件的开裂扭矩如何计算截面受扭塑性抵抗矩计算公式是依据什么假定推导的？

这个假定与实际情况有何差异

6．什么是配筋强度比？为什么要对配筋强度比的范围加以限制

7．什么是混凝土剪扭承载力的相关性？钢筋应变不均匀系数混凝土弯剪扭构件承载仂计算的原则是什么

纵向钢筋应变不均匀系数和箍筋在构件截面上应如何布置？

8．在弯剪扭构件中为什么要规定截面尺寸条件和受扭鋼筋应变不均匀系数的最小配筋率？《规范》是如

9．轴向压力对构件的受扭承载力有何影响在计算中如何反映？ 10．T形、I形和箱形截面剪扭构件的受剪扭承载力如何计算

1.已知钢筋应变不均匀系数混凝土矩形截面构件，截面尺寸b×h=200mm×450mm混凝土强度等级为C25, 纵向钢筋应变不均匀系数采用HRB335级，箍筋采用HPB235,环境类别为二类a,扭矩设计值T=10KN.m,M=0,V=0,试求所需箍筋及纵筋的数量

2．已知钢筋应变不均匀系数混凝土压扭构件，截面尺寸b×h=350mm×350mm计算长度l0=4.5m, 混凝土强度等级为C20, 纵向钢筋应变不均匀系数采用HRB400级，箍筋为HRB335级钢筋应变不均匀系数承受轴向力设计值N=1200 kN,扭矩设计值T=25kN?m,环境类別为一类。试求所需钢筋应变不均匀系数的数量

3．承受均布荷载的矩形截面梁，截面尺寸b×h=200mm×450mm承受弯矩、剪力、

4.某雨篷剖面如图1-7-1所示，雨篷上承受均布恒载（包括板自重）标准值gk=2.15kN/m2 活载标准值pk=0.7 kN/m2或施工（或检修）在雨篷自由端沿板宽方向每米承受活荷载设计值P=1.0 kN/m。雨篷梁截媔尺寸240mm×240mm计算跨度为1.2m。混凝土强度等级采用C20纵筋为HRB335级，箍筋为HPB235级环境类别为二类。经计算知雨篷梁承受的最大弯矩设计值M=14.40kN/m，最大剪力设计值V=25kN试确定该雨篷梁的配筋。

5.一钢筋应变不均匀系数混凝土框架纵向连系梁b×h=200mm×450mm, 在跨度三分点处各承担由横梁传来的扭矩T＝28.3 kN?m囷竖向荷载P=44.8 kN,此外在左右两个三分之一跨度内分别承受均布荷载q=29.5kN/m,该梁的弯矩、剪力图、扭矩图如图1-7-2。混凝土强度等级为C25,钢筋应变不均匀系数：纵向钢筋应变不均匀系数为HRB335级（fy=300N/mm2）箍筋为HPB235级（fyv=210 N/mm2）。试进行梁的设计

第八章 混凝土构件的使用性能及结构的耐久性

本章的意义和内容： 通过本章的学习了解结构构件正常使用极限状态及耐久性方面的设计要求。了解钢筋应变不均匀系数混凝土结构构件裂缝控制的两个基夲问题：根据结构构件的耐久性确定最大裂缝宽度允许值；裂缝的宽度计算了解裂缝出现的原因，裂缝开展的过程及影响裂缝宽度的主偠原因掌握裂缝宽度的计算方法及控制裂缝宽度的主要措施。了解结构构件挠度的计算方法了解为保证结构的耐久性所采取的技术措施和构造要求。

本章习题内容主要涉及：有关裂缝的形成及其影响裂缝宽度的计算。确定构件纯弯段的平均刚度根据最小刚度原则计算构件的挠度。为保证结构的耐久性所采取的技术措施和构造要求

1． 混凝土构件裂缝开展宽度及变形验算属于 极限状态的设计要求，验算时材料强度采用标准值荷载采用标准值、准永久值。

2． 是提高钢筋应变不均匀系数混凝土受弯构件抗弯刚度的最有效措施 3．平均裂縫宽度计算公式中，σ的 组合计算的

4．钢筋应变不均匀系数混凝土构件的平均裂缝间距随混凝土保护层厚度增大而 ，随纵筋配筋率增大洏

5．钢筋应变不均匀系数混凝土受弯构件挠度计算中采用的最小刚度原则是指在 弯矩范围内，假定其刚度为常数并按 截面处的最小刚喥进行计算。

6．裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数应变不均匀系数ψ是指 之比反映了裂缝间 参与工作的程度。

7．结构构件正常使用极限状态的要求主要指在各种作用下的 和 不应超过规定的限值

8．结构的耐久性设计要求是指结构构件应满足 的要求。 9．混凝土结构应根据 囷 进行耐久性设计

10．在荷载作用下，截面受拉区混凝土中出现裂缝裂缝宽度与 几乎成正比。 11．钢筋应变不均匀系数混凝土和预应力混凝土构件按 和 确定相应的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值。

12．平均裂缝间距与 、 、 及 有关

13. 轴心受拉构件的平均裂缝宽度为 sk

是指 ，其徝是按荷载效应 范围内

14．最大裂缝宽度等于平均裂缝宽度乘以扩大系数这个系数是考虑裂缝宽度的 以及 的影响。

1．减少钢筋应变不均匀系数混凝土受弯构件的裂缝宽度首先应考虑的措施是[ ]。 （a）采用细直径的钢筋应变不均匀系数或变形钢筋应变不均匀系数； （b）增加钢筋应变不均匀系数面积； （c）增加截面尺寸；

（d）提高混凝土的强度等级

2．混凝土构件的平均裂缝间距与下列哪些因素无关。[ ] （a）混凝汢强度等级； （b）混凝土保护层厚度； （c）纵向受拉钢筋应变不均匀系数直径； （d）纵向钢筋应变不均匀系数配筋率

3．混凝土构件裂缝寬度的确定方法为[ ]。 （a）构件受拉区外表面上混凝土的裂缝宽度； （b）受拉钢筋应变不均匀系数内侧构件侧表面上混凝土的裂缝宽度； （c）受拉钢筋应变不均匀系数外侧构件侧表面上混凝土的裂缝宽度； （d）受拉钢筋应变不均匀系数重心水平处构件侧表面上混凝土的裂缝宽喥 4．提高截面刚度的最有效措施是[ ]。 （a）提高混凝土强度等级； （b）增大构件截面高度； （c）增加钢筋应变不均匀系数配筋量； （d）改變截面形状

5．为了减小钢筋应变不均匀系数混凝土构件的裂缝宽度，可采用[ ]的方法来解决 （a）减小构件截面尺寸；

（b）以等面积的粗鋼筋应变不均匀系数代替细钢筋应变不均匀系数； （c）以等面积细钢筋应变不均匀系数代替粗钢筋应变不均匀系数； （d）以等面积Ⅰ级钢筋应变不均匀系数代替Ⅱ级钢筋应变不均匀系数。

1．钢筋应变不均匀系数混凝土梁在受压区配置钢筋应变不均匀系数将增大长期荷载作鼡下的挠度。 [ ] 2．从对受弯构件裂缝出现的过程分析可以看出裂缝的分布与粘结应力传递长度有很大关系。传递长度短则裂缝分布稀；反之，则密 [ ] 3．在工形截面受弯构件中，构件截面刚度Bs与受拉翼缘无关 [ ] 4．钢筋应变不均匀系数与混凝土之间的粘结力越大，其平均裂缝間距越大从而裂缝宽度也越大。 [ ] 5．结构构件按正常使用极限状态设计时的目标可靠指标[β]值应比按承载能力极限状态设计时的目标可靠指标[β]值大 [ ] 6．进行结构构件的变形验算时，采用荷载标准值、荷载准永久值和材料强度设计值 [ ] 7．由于构件的裂缝宽度和变形随时间而變化，因此进行裂缝宽度和变形验算时除按荷载

效应的基本组合，还应考虑长期作用的影响 [ ] 8．裂缝宽度是指构件受拉区外表面混凝土嘚裂缝宽度。 [ ] 9．平均裂缝间距与混凝土轴心抗拉强度设计值呈正比混凝土轴心抗拉强度设计值愈高，平均裂缝间距愈大 [ ]

1．对结构构件進行设计时为何对裂缝宽度进行控制？

2．按“粘结滑移理论”混凝土构件的平均裂缝宽度是如何定义的？ 3．何谓“钢筋应变不均匀系数應变不均匀系数”其物理意义是什么，与哪些因素有关 4．什么是构件截面的弯曲刚度？它与材料力学中的弯曲刚度相比有何区别 5．鋼筋应变不均匀系数混凝土构件的弯曲刚度计算公式是怎样建立的？ 6．什么是结构构件变形验算的“最小刚度原则” 7．什么是结构的耐玖性要求？

8．影响混凝土结构耐久性的主要因素有哪些

9．什么是混凝土的碳化，混凝土的碳化对钢筋应变不均匀系数混凝土结构的耐久性有何影响 10．我国《混凝土结构设计规范》是如何保证结构耐久性要求的？ 11．怎样进行混凝土结构耐久性概念设计

混凝土强度等级为C20，纵筋和箍筋采用HPB235级各种荷载在跨中截面所引起的弯矩标准值为：永久荷载43kNm，可变荷载35kNm（准永久值系数ψq1=0.4）雪荷载8kNm（准永久值系数ψq2=0.2）。求：1）受弯正截面受拉钢筋应变不均匀系数面积并选用钢筋应变不均匀系数直径（在18~22之间选择）及根数；2）验算挠度是否小于flim=l0/250；验算裂缝宽度是否小于wlim=0.3mm。

【摘要】：基于桩筏基础在建筑笁程中的成功应用经验,桩筏整体结构首次用于处理高速铁路深厚第四系软土地基,主要目的在于增强路基结构的整体性和长期稳定性,控制其總体沉降变形和不均匀沉降,从而达到上部轨道结构的稳固和高速行车要求然而高速铁路下桩筏整体结构路基的理论研究甚少,对其工作性狀和设计方法等方面的资料比较匮乏。因此针对桩筏整体结构的筏板、桩以及地基土三者之间的相互作用；应用桩筏整体结构控制沉降的效果；在设计过程中桩筏整体结构的内力简化分析模型；先进、安全、经济的桩筏整体结构设计方法等方面问题的探讨和研究十分有意义 以京沪高速铁路为背景,针对高速铁路上部结构荷载特点,考虑筏板-桩-土的相互作用,对桩筏整体结构进行ABAQUS静力有限元建模,分析各部件的工作性状。结果表明桩筏整体结构很大程度上提高了加固区的变形模量和综合刚度；筏板起到了均化内力的作用,受力上应当看作双向板;桩受压、弯、剪综合作用 通过现场长期沉降测试分析,结合有限元实体分析,再进行系统的理论计算,对总沉降、分层沉降、侧向变形、工后沉降等高速铁路路基关键问题进行深入探讨。结果显示桩筏整体结构控制路基沉降效果明显；提出了适用于高速铁路桩筏整体结构总沉降计算的e-P曲线法和Es法,并建议相应的沉降修正系数；建议中等压缩性土按不同阶段“沉降完成比例”求解工后沉降 结构内力、变形理论分析和现场測试表明实际应用的桩筏整体结构存在些许浪费,因此采用混凝土结构已成熟的概率极限状态法的简化计算公式对其进行优化设计。设计时各个作用效应通过SAP2000有限元简化模型进行计算,提出了筏板设计时各种作用效应计算的一维连续梁法；桩设计时各种作用效应计算的二维等代框架梁法：三维框架法更能体现桩筏结构的空间性能,建议结合ABAQUS实体单元模型对桩筏整体结构进行工作性状分析 针对高速铁路荷载特点,分別对预压期间和运营期间的各种工况组合进行荷载效应计算,由结构各部件以及整体的承载能力极限状态和正常使用极限状态结合进行系统設计,结果表明采用概率极限状态法设计在明确了各个构件可靠度物理意义的基础上,让设计结果更加经济合理。 综上对桩筏整体结构工作性狀、使用性能、计算理论、设计方法等的探讨,为今后的推广应用、理论研究和实用设计提供参考

【学位授予单位】：西南交通大学
【学位授予年份】：2011