高等混凝土復習題.doc

精品文檔高等混凝土結構理論復習題一 、在鋼筋混凝土受剪構件的力學性能分析中，推導內力臂Z為，式中:I為慣性矩，So為截面面積。二 、簡要說明混凝土結構抗彎強度理論的基本假定。三、描述混凝土結構的碳化機理及影響因素?；炷潦且环N多孔的結構材料，其內部存在著大量的微孔，這些微孔大多通過直接或間接的方式連通。混凝土暴露在室外時，空氣中的CO2 滲透入混凝土的表面以及微孔中，在有水存在的情況下，與其中的堿性物質Ca(OH)2 和C-S-H 凝膠等發(fā)生反應，生成CaCO3 和H2O，是在氣相、液相和固相中進行的一個復雜的多相連續(xù)的物理化學過程。碳化的結果，一方面，生成的CaCO3 和其它固態(tài)物質堵塞在混凝土孔隙中，使混凝土的孔隙率下降，大孔減少，從而減弱了后續(xù)的CO2 的擴散，使混凝土的密實度增加，強度得以提高；而另一方面，孔隙水中的Ca(OH)2 濃度以及pH 值降低，導致鋼筋鈍化膜破壞，會引起鋼筋銹蝕。材料因素（1）水灰比水灰比是決定混凝土孔結構與孔隙率的主要因素，其中游離水的多少還關系著孔隙飽和度（孔隙水體積與孔隙總體積之比）的大小。由于CO2 的擴散是在混凝土內部的氣孔和毛細孔中進行的，水灰比在一定程度上決定了CO2 的散系數，因此是混凝土碳化速率的主要影響因素之一。一般說來，水灰比增大，混凝土的孔隙率就增大，CO2的擴散系數增加，混凝土的碳化速率加大。（2）水泥的品種與用量水泥的品種決定著各種礦物成分在水泥中的含量，水泥的用量決定著單位混凝土中水泥熟料的多少，兩者加起來決定了水化后單位體積混凝土中水化產物的含量，即有多少可以碳化的物質。因此可以看出，水泥的品種與用量也是影響混凝土碳化的主要因素之一。另外，水泥的品種不同，混凝土的滲透性能也不同，對混凝土的碳化速率也有一定的影響。試驗表明，在快速試驗條件下，礦渣水泥混凝土的碳化比一般普通硅酸鹽水泥混凝土快1020，在室外暴露條件下快5090。在水泥品種確定的情況下，水泥用量越大，單位體積混凝土中可碳化的水化產物就越多，可以消耗的CO2 也就越多，從而碳化速率也就越小。（3）骨料的品種及粒徑骨料粒徑的大小對骨料水泥漿粘結有很大的影響，而骨料水泥漿的界面有一個過渡層，過渡層內結構疏松，孔隙較多。不同骨料，不同的粒徑對界面層有影響，自然也會影響CO2 的擴散，從而對混凝土的碳化速率造成影響。一般說來，骨料的粒徑太大會使得其與水泥漿結合較差，粒徑太小又會使結合面的面積增大，因此，只有選擇較為合適粒徑的骨料，才會使碳化速率小。另外，具有堿活性的骨料在混凝土的養(yǎng)護過程中會發(fā)生堿骨料反應，消耗Ca(OH)2，從而使碳化速率加快。（4）混凝土摻合料在普通水泥混凝土中，摻入粉煤灰后，由于水泥中的熟料量相應的減少了，致使混凝土吸附CO2 的能力降低，但同時，由于粉煤灰混凝土的早期強度比較低，孔結構差，加速了CO2 的擴散速度，從而使得碳化速度加快。Pagataki 研究了砂漿與混凝土中摻加粉煤灰對碳化的影響，結果表明，當粉煤灰摻量為10、20和30時的混凝土的碳化速率與不摻粉煤灰的混凝土相比，其碳化速率分別提高了1.06、1.13 和1.19 倍。（5）外加劑混凝土中加了減水劑后，能直接減少用水量；摻引氣劑能使混凝土中的毛細孔形成封閉的互不連通的氣孔，切斷毛細管的通路，兩者都可以使CO2 的擴散系數顯著減小，從而大大降低混凝土的碳化速率。（6）混凝土自身的強度混凝土的強度是其最基本的性能指標，也是衡量混凝土品質的綜合參數，它能反映密實度、孔隙率的大小，因此也能宏觀的反映其抗碳化性能?？偟恼f來，混凝土強度越高，內部結構越致密，碳化速率就越小.環(huán)境因素（1）CO2 的濃度環(huán)境中的CO2 濃度越大，混凝土內外CO2 的濃度梯度就越大，CO2 向混凝土內部擴散的動力也就越大，越容易擴散進混凝土孔隙中；同時，CO2 的濃度越大，發(fā)生碳化的各個反應的反應速度就越大。因此，CO2 的濃度也是決定混凝土碳化速率的一個重要因素。一般來講，大氣中的CO2 濃度較低，鄉(xiāng)村約為0.03，城市約為0.04，碳化速度近似與CO2 的平方根成正比。（2）相對濕度環(huán)境濕度對混凝土的碳化速率有著比較大的影響。相對濕度決定著混凝土孔隙水飽和度的大小，它一方面影響CO2 的擴散速率，另一方面影響碳化化學反應的進行（混凝土的碳化的化學反應均需在溶液中或溶液和固體的接觸面上進行）。若是在濕度較?。春芨稍铮┒鳦O2 濃度又較大的情況下，雖然CO2 的擴散較快，但由于提供反應的溶液較少，碳化速率還是較慢；濕度較高時，混凝土的含水率較高，微孔中充滿了水，阻礙了CO2 氣體在混凝土中的擴散，碳化速率也較慢。研究表明，相對濕度在7080左右的中等濕度時，碳化速率最快。（3）溫度溫度對化學反應的影響通常用Arrhenius 方程來表示，即：k=Zexp(-Ea/RT)其中，k化學反應的反應速率常數；Z活化能；R氣體常數；T絕對溫度。對于一般的化學反應，溫度每升高10，反應速率約加快23 倍。溫度對混凝土的碳化的影響有兩方面：溫度的升高使CO2 的溶解度降低，但有使反應常數增大。目前各國學者在CO2 對混凝土碳化速率影響方面的意見不太一致。（4）應力狀態(tài)試驗表明，當f 不超過0.7fc（fc 為混凝土的抗壓強度）時，壓應力對碳化起延緩作用；壓應力為0.7fc 時的碳化速率與無壓應力時相當；當壓應力超過0.7fc 時會使碳化速率加快。在拉應力作用下，當拉應力f 不超過0.3ft（ft 為混凝土的抗拉強度）時，應力作用不明顯；當拉應力為0.7ft 時，碳化速率增加近30%。施工因素（1）施工質量施工質量直接影響混凝土的力學性能和耐久性，當然對混凝土的碳化也有很大的影響。在相同材料、相同環(huán)境條件下，實際工程中的混凝土碳化深度往往比實驗室大得多，這主要是由于施工質量的問題?；炷翝沧?、振搗養(yǎng)護不僅影響混凝土的強度，而且直接影響混凝土的密實度。因此，施工質量也是影響混凝土碳化的一個重要方面。實際調查結果表明，在其他條件相同時，施工質量好，混凝土強度高，密實度好，其抗碳化性能強；施工質量差，混凝土表面不平整，內部有裂縫、蜂窩、孔洞等，增加了混凝土中的擴撒路徑，混凝土的碳化速度加快。（2）養(yǎng)護狀況混凝土的養(yǎng)護狀況對其碳化也有一定的影響?；炷恋脑缙陴B(yǎng)護不良，水泥水化不充分，使表層混凝土孔隙率增大，碳化加快。四、說明常用鋼筋混凝土結構的有限元模型。鋼筋混凝土有限元模型包括實體單元模型和桿系單元模型。實體單元模型包括分離式、組合式和整體式。三種模型，只有分離式能考慮粘結和滑移。分離式模型：將混凝土和鋼筋作為不同的單元來處理，可以插入聯結單元模擬鋼筋和混凝土之間的粘結和滑移，也可以不用聯結單元，直接將鋼筋和混凝土單元共節(jié)點或進行耦合。根據需要決定。組合式模型：包括分層組合式、帶鋼筋的四邊形單元、帶鋼筋膜的8節(jié)點六面體單元。這種模型運用較少。整體式模型：將鋼筋分布于整個單元中，并把單元視為連續(xù)均勻材料，單元剛度矩陣綜合了混凝土與鋼筋單元的剛度矩陣，將鋼筋化為等效的混凝土，然后計算單元剛度。一般實際工程均采用這種模型，單元劃分少，計算量小，可適應復雜配筋。缺點是只能求得鋼筋的平均應力，不能計算粘結應力。鋼筋混凝土桿系單元模型：通常用梁單元模擬結構中的梁柱構件，用帶剛域的梁單元模擬剪力墻和連梁，用桁架單元模擬支撐。根據各個桿件的類型、尺寸和材料組成（混凝土強度、鋼筋強度、配筋率、鋼筋布置方式）、受力工況，設定相應的非線性恢復力關系（滯回曲線），然后輸入荷載工況，得到整個結構的非線性行為。桿系有限元分析要解決兩個核心問題：選擇合適的桿件剛度模型，選擇合適的恢復力關系。【比較公認的有分離式模型(discrete model), 分布式模型(smeared model)(也有稱整體式模型)，組合式模型(也有稱埋藏式模型embedded model)三種 (上述三種也稱xxx鋼筋模型)。 分離式模型把鋼筋和混凝土作為不同的單元處理，例如混凝土采用solid65，而鋼筋采用link8等，可以根據不同的單元類型進行組合。在該模型中可以插入聯結單元考慮粘結和滑移，當然如果認為粘結很好，也可以不考慮聯結單元問題。該模型是唯一可以考慮鋼筋和混凝土之間的粘結特性的。眾所周知，鋼筋混凝土是存在裂縫的(否則鋼筋難以發(fā)揮作用)，而開裂必然導致鋼筋和混凝土變形不協調，也就是說必然存在粘結失效和滑移的產生，因此這種模型被廣泛的應用。單元剛度矩陣的推導與一般有限元相同。 分布式模型是把鋼筋以一定的角度分布于整個單元中，并認為二者粘結很好，單元是連續(xù)均勻的材料。單元剛度矩陣推導時，先組合彈性矩陣D，然后求得K。 組合式模型也認為二者之間粘結很好，沒有相對滑移；又分為分層組合式、帶鋼筋膜的單元等方式。與分布式模型不同，該單元剛度矩陣推導時分別求出各自的單剛，然后組合起來，此為二者的差異?！课?、試論述鋼筋混凝土矩形截面偏心受壓短柱，軸力的變化對其抗彎承載力及彎矩的變化對其抗壓承載力的影響。對于大