混凝土第六章答案

混凝土第六章问题1， 光圆钢筋与变形钢筋相比较，粘结能力有何不同，为什么？答：光圆钢筋与混凝土的粘结作用主要有三部分组成：（1） 钢筋与混凝土基础面上的胶结力。（一般很小）（2） 混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩擦力。（3） 钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力。粘结强度在滑动前主要取决于化学胶结力，发生滑动后则取决于摩擦力钢筋表面状况有关的咬合力。对于变形钢筋，虽然也有胶结力和摩擦力，但变形钢筋的粘结力主要来自钢筋表面突出的肋与混凝土的机械咬合作用。主要区别：光圆钢筋的粘结力主要来自胶结力和摩阻力，而变形钢筋的粘结力主要来自机械咬合作用，这种差别可用类似于钉入木料中的普通钉与螺丝钉的差别来理解。2， 钢筋的直径对黏结应力有何影响，为什么？答：影响：钢筋与混凝土的粘结性能随着钢筋直径的增大而减弱。在其它条件相同的情况下, 钢筋直径越大,构件破坏时所需的外力越大,而极限粘结强度相对较小,同样大小的粘结应力产生的钢筋滑移值较大。*当直径比较小的时候，混凝土发生拔出破坏。混凝土表面均不会被破坏，均没有裂纹，当直径比较大的时后，混凝土发生拔出破坏，拔出破坏的同时混凝土表面可能出现裂缝，混凝土发生劈裂破坏。原因：（1）随直径的加大，相对肋高降低而相对肋距变大，这就使得机械咬合力减小，从而减小了粘结强度。（2）随着钢筋直径的增加，包裹在钢筋表面的混凝土泌水越严重，钢筋的表面就会产生较大的空隙，致使钢筋与混凝土之间粘结性能降低。（3）直径越大，相对粘结面积减小，从而粘结强度也就越小。（钢筋的粘结面积与截面周界长度成正比，而拉力与截面面积成正比，二者的比值为4/d。其比值反应了钢筋的相对粘结面积。）看看文献：钢筋直径与活性粉末混凝土粘结性能的关系钢筋直径对粉煤灰混凝土粘结性能的影响3， 图6-5，应力发展的变化规律市是什么？答：在拔出试验中，随着荷载的增大，钢筋与混凝土从加荷端开始逐渐脱开，粘结力即由摩擦咬合力所负担，而随着相对滑动逐渐向自由端发展，应力峰值也逐渐向自由端移动，由图6-5可以看出，随荷载增大，粘结应力所起作用越来越小，而摩擦阻力所占比重则越来越大。随滑移增大，荷载逐渐减小，曲线出现下降段。因为混凝土细颗粒被磨平，摩擦阻力减小。4， 图6-10，有何区别，这种区别反应到粘结滑移曲线上有什么变化？答：有横向配筋可以对混凝土保护层的开裂起到很好的约束和限制作用，从而能够提高初始滑移粘结强度和极限粘结强度的作用。从图6-10a)、b）图可以分析出在内裂缝出现前，有无横向配筋对曲线影响不大，这时横向钢筋中应力还很小，基本上不起作用，但随着内裂缝的出现，有横向钢筋的a）图的曲线的斜率比无横向钢筋更陡一些，同时开裂粘结应力比无横向配筋的有较大提高，到达时的相对滑动也显著增大。有横向配筋的极限粘结应力比无横向配筋的极限粘结应力明显提高很多。5， 图6-11，劈裂反应有什么不同，影响因素是什么？答：图中劈裂反应显著不同即为当劈裂裂缝达到一定长度并发生突然脆性破坏，达到极限粘结应力时，图a无横向配筋试件中值比图b有横向配筋试件要大。影响因素是配置的横向钢筋。 有横向钢筋的试件，混凝土开裂后承担大部分的应力，则混凝土的应力反而减小，无横向钢筋的混凝土承担的应力比有横向钢筋的应力大。6， 埋长对粘结力影响规律是什么？答：针对不同钢筋埋长的粉煤灰混凝土，通过钢筋内贴应变片的拉拔试验分析，可以得到如下结论1) 钢筋埋长越长，构件破坏时所需的外力越大，但粘结应力相对减小，同样大小的粘结应力产生的钢筋滑移值较大2) 在荷载较小时，粘结应力主要集中在加载端，靠近自由端的应力很小 随着荷载的增大，各点粘结应力均相应的增大3) 钢筋埋长为98 mm的拉拔试件应变主要集中在加载端，而钢筋埋长为42 mm的拉拔试件在自由端的应变也较大，表明该试件应力峰值向自由端漂移较明显4) 钢筋埋长为98 mm的试件粘结应力主要集中在加载端并且受力后的粘结应力分布更加不均匀; 钢筋埋长为70 mm的试件粘结应力峰值有向自由端漂移的趋势; 钢筋埋长为42 mm的试件粘结应力峰值有明显向自由端漂移的趋势并且受力后的粘结应力分布较均匀7， 横向钢筋的存在对粘结应力的影响以及受力形态的改变有何影响？答：横向钢筋的存在延缓了径向内裂缝向试件表面发展，使开裂粘结应力较无横向配筋者高，劈裂到达试件表面后，横向钢筋限制了劈裂裂缝的开展，因此提高了极限粘结强度，避免了劈裂破坏。使纵向钢筋承受的径向压力增大，提高抗剪能力8， 粘结残余应力是谁提供的？答：变形钢筋的粘结强度主要为钢筋表面凸出的肋与混凝土的机械咬合力。在拔出过程中，随加荷增大，肋间混凝土剪切强度耗尽，钢筋被徐徐拔出。但混凝土颗粒间存在有很大的咬合力及摩擦阻力，阻碍钢筋拔出，粘结残余应力由混凝土颗粒与钢筋间的摩阻力提供9， 剪切型破坏的粘结强度比劈裂粘结强度大，其原因是什么？答：构件发生变形时，剪切型破坏的粘结强度主要来源于带肋钢筋与混凝土之间形成的机械咬合力，其次是摩阻力及粘结力，最后是混凝土的剪切强度。在构件中配置横向带肋钢筋，能有效提高试件的抗拉强度，即钢筋与混凝土的粘结强度。而在发生劈裂破坏时，试件的粘结强度主要是混凝土的抗压强度，内置的带肋钢筋几乎不发挥作用，所以其强度低于剪切型破环的粘结强度。10， 图6-14（b）有什么用？答：钢筋的滑动达到一定数值后，荷载不再下降，而是保持稳定的残余粘结应力r，若继续加力荷载将不再上升，而是被r克服，最后钢筋被缓缓拔出。-S曲线用图6-14(b)表示，特征值A、0、u及相应的滑动S，以及粘结刚度K1、K2等与混凝土强度、横向配筋、相对粘结长度L/d和相应的保护层厚度c/d有关。残余粘结应力r的大小及过度曲线的型态，则与横向配筋有关。11， 光圆钢筋与变形钢筋的粘结机理是什么，二者有何不同？答:1光圆钢筋与混凝土粘结作用：1、混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶着力；2、钢筋与混凝土接触面上的摩擦力；3、钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。其中胶着力所占比例很小，发生相对滑移后，粘结力主要由摩擦力和咬合力提供。光圆钢筋的粘着强度较低，约为（1.5-3.5）MP。光圆钢筋拔出实验的破坏形态是钢筋自混凝土中被拔出的剪切破坏，其破坏面就是钢筋与混凝土的接触面。2带肋钢筋由于表面轧有肋纹，能与混凝土犬牙交错紧密结合，其胶着力和摩擦力仍然存在，但主要是钢筋表面突起的肋纹与混凝土的机械咬合力作用。带肋钢筋的肋纹对混凝土的斜向挤压力现成滑移阻力，斜向挤压力沿钢筋轴向的分力使带肋钢筋表面肋纹之间混凝土犹如悬臂梁受弯、受剪；斜向挤压力的径向分力使外围混凝土犹如受内压的管壁，产生环向拉力。因此，变形钢筋的外围混凝土处于复杂的三向应力状态，剪应力及拉应力使横肋混凝土产生内部斜裂缝，而其外围混凝土中的环向拉应力则使钢筋附近的混凝土产生径向裂缝。 区别：螺纹钢与光圆钢筋的区别是表面带有纵肋和横肋，通常带有二道纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋。螺纹钢属于小型型钢钢材，主要用于钢筋混凝土建筑构件的骨架。在使用中要求有一定的机械强度、弯曲变形性能及工艺焊接性能。生产抗震螺纹钢的原料钢坯为经镇静熔炼处理的碳素结构钢或低合金结构钢，成品钢筋为热轧成形、正火或热轧状态交货12， 图6-23，倒锥形形成原因是什么？答：钢筋混凝土中的钢筋受拉力作用下发生受力变形，在加荷端变形较大，钢筋表面的齿状体对周围接触的混凝土产生剪切应力和拉应力，混凝土就出现与拉应力一致的斜裂缝，即内裂缝；钢筋应变越大，混凝土的斜裂缝就越长。所以，当钢筋拉应力较小时，内裂缝在加荷端较多，随距加荷端距离的增大而消失，当拉应力增大时，钢筋拔出时内裂缝的发展使试件加荷端出现圆锥体的破坏。13， 6个因素对粘结应力的影响规律是什么？原因是什么？在结构设计中是如何考虑的？答：混凝土强度和组成成分：随混凝土标号的提高，粘结强度提高，但比值，则随的提高而降低。光圆钢筋的粘结强度主要取决于摩擦力，而摩擦力并不与混凝土强度成正比。图6-24为清华大学试验的不同标号粘结强度的结果。表明粘结强度与劈拉强度近乎成正比例关系，内裂缝出现粘结应力,开裂粘结应力均随的提高相应地增大。-曲线的斜率及有所增大。图6-25，为清华大学试验的不同标号拨出试件的-曲线的对比。随的提高，粘结刚度增大，亦即给定滑动量下的平均粘结应力均随提高而增大。浇注位置：混凝土浇注后有下沉及泌水现象。处于水平浇注位置的钢筋，其上部的混凝土比较密实； 而直接位于钢筋下面的混凝土，由于水分、气泡的逸出及混凝土的下沉，并不与钢筋紧密接触，形成一强度很低的空隙层。空隙层削弱了钢筋与混凝土间的粘结作用，使平位浇注比竖位浇注的粘结强度及抵抗滑动的能力显著降低。同样是水平钢筋，钢筋下混凝土浇注深度越大，粘结强度的降低也越多。变形钢筋外形特征：大量的粘结试验表明，在同样浇注位置情况下，变形钢筋的外形变化对于粘结强度的影响不太敏感。相对肋面积愈大，钢筋的粘结性能越好。但是，把相对肋面积作为评价钢筋外形特征的唯一指标，却存在着导致钢筋外形“过分变形”的危险，肋高的过分增大将增加由于劈裂作用产生的纵向裂缝的可能性。而相对肋面积的概念并不能反映钢筋外形特征的劈裂效应。保护层厚度和钢筋净间距：增加保护层混凝土厚度，可以提高外围混凝土的劈裂抗力，因而使开裂粘结应力及极限粘结强度均有相应地提高。钢筋混凝土梁中钢筋的净间距同样对混凝土的劈裂抗力有影响。图6-35为Untrauer所做的不同净间距的梁中钢筋粘结强度的试验结果。同样梁宽仅配23根钢筋的梁，其劈裂裂缝为保护层混凝土的竖向开裂；而配置4、5及6根钢筋的梁(净间距之半2小于保护层厚度5.4cm)，则形成水平劈裂，粘结强度显著降低。钢筋根数越多，净间距越小，粘结强度降低的就越多，发挥的钢筋应力也越小。横向配筋：横向钢筋的存在延缓了径向内裂缝向试件表面发展，使开裂粘结应力较无横向配筋者提高。劈裂到达试件表面后，横向钢筋限制了劈裂裂缝的开展，因此极限粘结强度有较大的提高，避免了脆性的劈裂破坏。在混凝土标号基本相同条件下，横向配筋试件到达、时的相对滑动及，均较无横向配筋者有明显的增大。垂直压应力：显然垂直于钢筋的压应力对锚固粘结是有利的，可使钢筋与混凝土间抵抗滑动的摩擦阻力增大。压应力愈大，破坏时加荷端的滑动也愈大。图6-39为不同压应力下的粘结滑动曲线的比较，当压应力0.35时粘结强度及极限滑动均较0时提高约一倍。因为压应力约束了混凝土的横向变形，使局部变形有很大增长，同时也增大了挤压抗力，使粘结强度提高。极限滑动越大，粘结强度提高也越多。14， 三种试验目的和特征是什么？答：中心拔出实验的试件制作及试验装置比较简单，试验敏感，常用作对钢筋黏结性能进行相对比较的基准。梁式试验一般有全梁式试验和半梁式试验两种，试件尺寸和构造有多种。因为其与实际构件受力相符，常用于确定梁纵筋的延伸长度等构造要求。半梁式试验，可以减少构件尺寸和试验成本，同时可以调整弯矩与建立的比例，甚至可以施加“销栓力”。局部粘结滑移试验是为了建立局部粘结应力与局部滑移的本构关系。其中，短埋长拔出试验比较简单不需要特殊的量测装置，但是存在压应力的影响。长埋长局部粘结滑移试验一般也叫钢筋内贴应力片试验。其量测粘结滑移的方法独特，能够研究粘结应力和滑移的关系随锚长的变化。15， 图6-50，可以用于什么样的情况，原理是什么？答案：图6-50可以模拟梁剪跨区的偏心拔出试验以及模拟梁纯弯段受拉区的拉伸试验。图b由于没有支座反力和支座点压应力的影响，随着荷载增加，由于裂缝过早出现，局部的粘结应力发挥主要作用，可以较好地研究反弯点及跨中钢筋切断处的粘结应力。图c考察段位于纯弯段，预留的人工裂缝使粘结应力受其他因素的影响较少。16， 图6-51与图6-50比较有何区别？答案：图6-50a为美国混凝土协会建议的试验方法，为避免支座反力带来的影响，梁端做成了T形。图6-50b的梁式试件采用伸臂梁的形式，用来研究反弯点及跨中钢筋切断处的粘结应力，试验钢筋锚固长度设置在跨中反弯点至切断点间的负弯矩区，不受支座反力和加荷点的压应力的影响。图6-50c为钢筋搭接试验梁，最先出现受弯裂缝，然后在两个钢筋端部出现劈裂，沿钢筋搭接长度发展，破坏时在整个搭接长度上发生混凝土保护层崩裂，钢筋应变沿搭接长度接近直线变化。图6-51a为RILEM-FIPCEB梁式粘结实验，实验梁分为两半，钢筋粘结长度为10d，钢筋支座及加荷端各有一段无粘结长度，同时埋长较短。图6-51b为模拟梁剪跨区半梁式试件，这种方法比RILEM的试验制造和安装均较简单，它可以调整弯矩与剪力的比值，还可以施加“销栓力”。17， 图6-51b，如何来施加“销栓力”？答：从梁式粘结试验的试件构造中我们可以看到下部钢筋受到拉力的作用，在梁的底部钢筋加荷载端部处出现劈裂，随荷载增大劈裂向内发展，其次，出现受弯裂缝，沿梁侧斜向发展，此时通过施加在钢筋上的力来提高销栓作用。18， 图6-56，位移及应变分布有何关系？相互之间有何影响？答：由于应力而产生位移时，在物体内各部分之间同时产生相互作用的内力，以抵抗这种因位移而产生的变形的作用，应变分布随位移产生的变形相一致，应变分布受位移直接影响19， Nilsion试验方法中是否把钢筋和混凝土局部粘结滑移问题解决？如没解决为什么？答：Nilsion的试验并没有解决钢筋和混凝土局部粘结滑移问题。Nilsion的试验中应变计是埋在距钢筋表面13mm处，而不是接触面上，因此求得的相对滑动并不是钢筋与混凝土在接触面上的相对滑动SX。只有准确测得试件内部钢筋与混凝土在接触面上的相对滑动SX,才能解决局部粘结滑移问题。20， 疲劳试验为什么会使钢筋混凝土的粘结强度显著下降？答：粘结退化的基本原因是钢筋与混凝土接触面附近“边界层”混凝土的破坏。破坏由加荷端(或开裂截面边缘处)逐步向内发展，因为该处的粘结应力最大。当粘结应力达到临界值时，产生较大的非弹性变形和局部挤碎，这时出现“边界层”的破坏。低于临界值的粘结应力，由摩擦力及咬合作用来传递。重复荷载次数的增加，最大粘结应力向内移，“边界层”的破坏也随之向内发展，同时，由于混凝土局部挤碎及内裂缝的发展，钢筋与混凝土的相对滑动增长。应力水平越高，“边界层”的破坏程度和范围也越大，相对滑动也越大。粘接面减小，粘接力退化。21， 四种因素是如何影响粘结强度降低的？答：混凝土的粘结强度与最粘结大应力，循环特征，荷载重复系数以及钢筋的类型有关。a.当循环特征等于零得情况下，最大粘结应力与静载粘结强度的比值小于40%时，粘结强度没有显著降低，当其比值达到50%时，粘结强度降低显著，可达到原值的50%;b.当最小应力保持不变时，随荷载重复次数的增大，粘结疲劳强度与静载粘结强度的比值降低c.提高重复应力的下限与降低重复应力的上限一样，均可使荷载的重复次数增加，亦即循环特征越大，粘结疲劳强度越高d.光圆钢筋的粘结强度主要取决于摩擦力，在重复荷载作用下，钢筋与混凝土之间的摩阻力减小，使光圆钢筋的粘结强度要比变形钢筋降低更多。22， 为什么在重复荷载下，光圆钢筋降低程度大于变形钢筋？答： 光圆钢筋的粘结强度主要取决于摩擦力，粘结力主要是胶结力，在低应力状态下产生的滑移就是导致粘结力破坏的主要原因，但变形钢筋的粘结强度主要取决于横肋同混凝土间的机械咬合作用。在重复荷载下，钢筋与混凝土间的摩擦阻力减小比他们之间的机械咬合作用的减小明显，所以光圆钢筋的粘结强度比变形钢筋有更多的降低。23， 图6-65粘结应力与哪些因素有关？这些因素是如何影响的，为什么？答：粘结应力与钢筋应力变化、超出工作应力的应力峰值有关。随钢筋应力的增大，试件两端粘结应力局部出现破坏，最大粘结应力内移；在加荷历史中若出现应力峰值，粘结应力会发生退化，加荷过程中出现的应力峰值水平越高，对以后低应力下的粘结破坏影响就越大。24， 图6-68出现这两种现象的机理和原因是什么？答：重复加载后再加静载，加荷的-s曲线的坡度很陡。这是因为绝大部分滑动在重复荷载下已经出现，肋前混凝土得到强化压实，随荷载增加-s曲线将基本上单调加载的最大应力较大，同时荷载重复次很多，达到了强化极限，相反将出现软化。重复荷载后，静载加荷-s曲线将达不到单调加荷的-s曲线，粘结强度降低，刚度下降。25， 图6-71在重复荷载作用下，自由端破坏与哪些因素有关？答：自由端的破坏与荷载的重复次数n、荷载的大小、应力水平、粘结疲劳强度、粘结应力和加荷速度（钢筋的直径和混凝土的强度）。重复荷载粘结实验表明（1）相对滑动的增长与荷载重复次数的对数有线性关系，自由端滑动S0与荷载重复次数n的关系：当加荷应力水平max与s小于粘结疲劳强度时，S0与n为一组平行直线，当出现疲劳破坏时，直线的坡度显著增大。（2） 随着荷载次数的增加，S0逐渐减小，但滑动总量由于残余滑动的积累而增长，增长率是逐渐减小的，最后趋于稳定。（3） 当给定的与应力上限max的比值越小，重复荷载下滑动的增长越大。（4） 如果经受的重复荷载的最大应力较大，同时荷载重复次数很多，肋前混凝土得到强化极限，出现软化，重复荷载后，钢筋和混凝土间滑动的增长使构件的变形增大，裂缝扩展，粘结强度降低，刚度下降，卸荷后的残余滑动使构件产生不可恢复的变形，裂缝不能闭合。26， 图6-72加载和卸荷时应力分布不同，原因是什么？答：可以看出，卸载荷过程中除加荷端外，钢筋应力并不退回到加荷时相应钢筋的应力，而是高于加荷时的应力，愈靠近试件的中间应力高出的就越多。说明：近加荷端处，钢筋的反向移动受到接触面反向摩擦力的阻止，形成了反向滑动阻力。卸荷开始时此阻力大于加荷的阻力，反应在曲线上，曲线曲线斜率较陡。进一步卸荷时，咬合作用被削弱，曲线斜率略缓。外荷拉力全部卸掉时，钢筋的拉伸变形不能完全恢复，出现残余拉力。27， 森田实验粘结滑移曲线有何特点？它与普通混凝土构件的滞回曲线相比，有何不同？答：森田实验第一循环：开始加荷时，曲线沿单调加载的曲线上升，当滑动达到控制滑动量0.5mm是，卸载曲线近乎直线的下降。卸载至零时，滑动量的绝大部分为残余滑动。反向加荷时，反向粘接应力卸载曲线的坡度增大，当反向粘接应力约相当于加荷最大粘接应力的20%时，应力不再增大，直到滑动量减小至零，再继续反向加荷，出现反向滑动，曲线沿着单调加载的曲线下降。当反向滑动达到控制的滑动量-0.5mm时，相应的粘接应力应为-0.8.卸载，卸载曲线仍近乎直线上升，有很大残余滑动。第二循环以后，曲线开始反映出粘接力特有的滞回特征。粘接应力的退化以滑动增长的形式表现，为达到所控制的粘接应力，随循环次数的增加，滑动量急剧增大。普通混凝土滞回曲线特点：加载曲线：每次加载过程中，曲线的斜率随荷载的增大而减小，且减小的程度加快；比较各次同向加载，后次曲线比前次曲线斜率减小，表明：反复荷载下构件的刚度退化。卸载曲线：刚开始卸载时，回复变形很小；荷载减小后曲线趋向平缓，恢复变形逐渐加快。恢复变形滞后现象。曲线斜率比随反复加载次数而减小，表明卸载刚度退化。28， 图6-81，总结反复循环荷载下，产生这样循环特征的原因？答：反复荷载作用下钢筋与混凝土的粘结退化与肋和挤压区混凝土间的空隙有关。随着荷载循环次数的增加，由于混凝土局部挤碎及内裂缝的发展，使接触面边界层混凝土破坏范围由加载端向内扩散。而且正反向加载产生的两组由裂缝反复开闭，使裂缝逐渐相交，使钢筋周围边界层混凝土很快被压碎，导致粘结能力显著退化。同时，正反两方向的反复滑移使钢筋表面与混凝土骨料间的摩擦咬合作用比单向重复荷载下有很大的降低。控制滑移越大，交叉裂缝引起加载端边界层破坏越严重，沿钢筋长度上的摩擦咬合作用越小，粘结退化越显著。