混凝土结构设计原理复习答案

1.结构有哪些功能要求？简述承载能力极限状态和正常使用极限状态的概念。 结构的功能要求：安全性，适用性，耐久性。承载力极限状态：结构或构件达到最大承载能力或者变形达到不适于继续承载的状态；正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态。2.单向受力状态下，混凝土的强度与哪些因素有关?混凝土轴心受压应力-应变曲线有何特点?常用的表示应力-应变关系的数学模型有哪几种? 适筋梁正截面受弯全过程可划分为三个阶段混凝土开裂前的未裂阶段、混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段和钢筋开始屈服前至截面破坏的破坏阶段。第阶段的特点是：1）混凝土没有开裂；2）受压区混凝土的应力图形是直线，受拉区混凝土的应力图形在第阶段前期是直线，后期是曲线；3）弯矩与截面曲率基本上是直线关系。阶段可作为受弯构件抗裂度的计算依据。第阶段的特点是：1）在裂缝截面处，受拉区大部分混凝土推出工作，拉力主要由纵向受拉钢筋承担，但钢筋没有屈服；2）受压区混凝土已有塑性变形，但不充分，压应力图形为只有上升段的曲线；3）弯矩与截面曲率是曲线关系，截面曲率与挠度的增长加快了。阶段相当于梁使用时的受力状态，可作为使用阶段验算变形和裂缝开展宽度的依据。第阶段的特点是：1）纵向受拉钢筋屈服，拉力保持为常值；裂缝截面处，受拉区大部分混凝土已退出工作，受压区混凝土压应力曲线图形比较丰满，有上升曲线，也有下降段曲线；2）由于受压区混凝土合压力作用点外移使内力臂增大，故弯矩还略有增加；3）受压区边缘混凝土压应变达到其极限压应变实验值时，混凝土被压碎，截面破坏；4）弯矩曲率关系为接近水平的曲线。第阶段末可作为正截面受弯承载力计算的依据。3.什么是混凝土的徐变?徐变对混凝土构件有何影响?通常认为影响徐变的主要因素有哪些?如何减少徐变? 结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象称为徐变。徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大影响，它会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分布的现象，在预应力混凝土结构中会造成预应力损失。影响混凝土徐变的主要因素有：1）时间参数；2）混凝土的应力大小；3）加载时混凝土的龄期；4）混凝土的组成成分；5）混凝土的制作方法及养护条件；6）构件的形状及尺寸；7）钢筋的存在等。减少徐变的方法有：1）减小混凝土的水泥用量和水灰比；2）采用较坚硬的骨料；3）养护时尽量保持高温高湿，使水泥水化作用充分；4）受到荷载作用后所处的环境尽量温度低、湿度高。4.软钢和硬钢的应力-应变曲线有何不同？两者的强度取值有何不同？热轧钢筋按强度分为几种？钢筋的应力-应变曲线有哪些数学模型？ 软钢的应力应变曲线有明显的屈服点和流幅，而硬钢则没有。对于软钢，取屈服下限作为钢筋的屈服强度；对于硬钢，取极限抗拉强度b 的85作为条件屈服点，取条件屈服点作为钢筋的屈服强度。热轧钢筋按强度可分为HPB235 级（级，符号 ）、HRB335 级（级，符号）、HRB400 级（级，符号）RRB400 级（余热处理级，符号）四种类型。常用的钢筋应力应变曲线的数学模型有以下三种：1）描述完全弹塑性的双直线模型；2）描述完全弹塑性加硬化的三折线模型；3）描述弹塑性的双斜线模型。5.国产普通钢筋有哪几个强度等级?牌号HRB400的钢筋是指什么钢筋，它的抗压抗拉强度设计值是多少？有四个强度等级：300MPa、335MPa、400MPa、500MPa；HRB400为热轧带肋钢筋，屈服强度标准值是400MPa，抗压强度设计值为360N/mm，抗拉强度设计值为360N/mm。6.光面钢筋与混凝土的粘结作用是由哪几部分组成的，变形钢筋的粘结机理与光面钢筋的有什么不同？钢筋和变形钢筋的S-i关系曲线格式怎样的？ 光面钢筋与混凝土粘结作用组成部分：1）钢筋与混凝土接触面上得胶结力；2）混凝土收缩握裹钢筋而产生摩阻力；3）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间的机械咬合力； 光圆钢筋的粘结机理与变形钢筋的主要差别：光圆钢筋的粘结力主要来自胶结力和摩擦阻力；变形钢筋的粘合力主要来自机械咬合作用；曲线见书p317.受拉钢筋的基本锚固长度是指什么？它是怎样确定的？受拉钢筋的锚固长度是怎样计算的？ 受力钢筋依靠其表面与混凝土的粘结作用或端部构造的挤压作用而达到设计 承受应力所需的最小的理论长度为受拉钢筋的基本锚固长度；受拉钢筋的锚固长度应按下列公式计算：La=a(fy/ft)d式中La受拉钢筋的锚固长度，fy普通钢筋的抗拉强度设计值，HPB235级钢筋为210N/mm2,HRB335级为300N/mm2,HRB440，RRB400级为360N/mm2 ft混凝土轴心抗拉强度设计值，混凝土强度等级C20为1.10N/ mm2, C25为1.27N/ mm2, C30为1.43N/ mm2, C35为1.57N/ mm2, C40时取1.71N/mm2 a钢筋的外形系数，光面钢筋为0.16，带肋钢筋为0.14.8.适筋梁正截面受弯全过程可划分为几个阶段？各阶段的主要特点是什么？与计算或验算有何联系? 适筋梁正截面受弯全过程可划分为三个阶段混凝土开裂前的未裂阶段、混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段和钢筋开始屈服前至截面破坏的破坏阶段。第阶段的特点是：1）混凝土没有开裂；2）受压区混凝土的应力图形是直线，受拉区混凝土的应力图形在第阶段前期是直线，后期是曲线；3）弯矩与截面曲率基本上是直线关系。阶段可作为受弯构件抗裂度的计算依据。第阶段的特点是：1）在裂缝截面处，受拉区大部分混凝土推出工作，拉力主要由纵向受拉钢筋承担，但钢筋没有屈服；2）受压区混凝土已有塑性变形，但不充分，压应力图形为只有上升段的曲线；3）弯矩与截面曲率是曲线关系，截面曲率与挠度的增长加快了。阶段相当于梁使用时的受力状态，可作为使用阶段验算变形和裂缝开展宽度的依据。第阶段的特点是：1）纵向受拉钢筋屈服，拉力保持为常值；裂缝截面处，受拉区大部分混凝土已退出工作，受压区混凝土压应力曲线图形比较丰满，有上升曲线，也有下降段曲线；2）由于受压区混凝土合压力作用点外移使内力臂增大，故弯矩还略有增加；3）受压区边缘混凝土压应变达到其极限压应变实验值时，混凝土被压碎，截面破坏；4）弯矩曲率关系为接近水平的曲线。第阶段末可作为正截面受弯承载力计算的依据。9.什么叫少筋梁、适筋梁和超筋梁?在实际工程中为什么应避免采用少筋梁和超筋梁? 当纵向配筋率适中时，纵向钢筋的屈服先于受压区混凝土被压碎，梁是因钢筋受拉屈服而逐渐破坏的，破坏过程较长，有一定的延性，称之为适筋破坏，相应的梁称为适筋梁。当纵向配筋率过高时，纵向钢筋还未屈服，受压区混凝土就被压碎，梁是因混凝土被压碎而破坏的，破坏过程较短，延性差，破坏带有明显的脆性，称之为超筋破坏，相应的梁称为超筋梁。当纵向配筋率过低时，梁一旦开裂，纵向钢筋即屈服，甚至进入强化阶段，梁的承载力与同截面的素混凝土梁相当，梁是因配筋率过低而破坏的，破坏过程短，延性差，称之为少筋破坏，相应的梁称为少筋梁。超筋梁配置了过多的受拉钢筋，造成钢材的浪费，且破坏前没有预兆；少筋梁的截面尺寸过大，故不经济，且是属于脆性破坏，故在实际工程中应避免采用少筋梁和超筋梁。10.什么叫是纵向受拉钢筋的配筋率？它对梁的正截面受弯的破坏形态和承载力有何影响？的物理意义是什么，b是怎样求得的？ 纵向受拉钢筋总截面面积与正截面有效面积的比值即为纵向受拉钢筋的配筋率，随着配筋率由小到大的变化梁的破坏由少筋破坏转变为适筋破坏以至于超筋破坏.11.在什么情况下可采用双筋截面梁？为什么其基本计算公式要有适用条件x2as、?x2as、的双筋梁出现在什么情况下？这时应当如何计算？12.T形截面梁的受弯承载力计算公式与单筋矩形截面梁及双筋矩形截面梁计算公式有何异点？13. 试述剪跨比的概念及其对无腹筋梁斜截面受剪破坏形态的影响. 剪跨比为集中荷载到支座的距离与梁有效高度地比值 ，某截面的广义剪跨比为该截面弯矩与剪力和截面有效高度乘积的比值，它们都反映了梁中正应力与剪应力的比值。随着剪跨比的增大，斜截面破坏形态的变化趋势是从斜压破坏转变为剪压破坏以至斜拉破坏。3）时，或箍筋配置不足时出现。此破坏系由梁中主拉应力所致，其特点是斜裂缝一出现梁即破坏，破坏呈明显脆性，类似于正截面承载力中的少筋破坏。斜压破坏：当剪跨比较小（0.3h0且NNb时，为大偏心受压；当ei0.3h0或当ei0.3h0且NNb时，为小偏心受压。26. 简述钢筋混凝土纯扭和剪扭构件的扭曲截面承载力的计算步骤.略.太多 不考27.在钢筋混凝土构件纯扭实验中，有少筋破坏、适筋破坏、超筋破坏和部分超筋破坏，它们各有什么特点?在受 扭计算中如何避免少筋破坏和超筋破坏?1 ） 少筋破坏 ：当纵筋和箍筋中只要有一种配置不足时便会出 现。斜裂缝一旦出现，其中配置不足的钢筋便会因混凝土卸载很 快屈服，使构件突然破坏，属脆性破坏。设计中通过规定抗扭纵 筋和箍筋的最小配筋率来防止少筋破坏。 2 ） 适筋破坏 ：当纵筋和箍筋中都配置适中时出现。从斜裂缝 出现到构件破坏要经历较长一个阶段，有较明显的破坏预兆，属 延性破坏。 3 ） 部分超筋破坏 ：当纵筋或箍筋其中之一配置过多时会出现。破 坏时混凝土被压碎，配置过多的钢筋达不到屈服，破坏过程有一 定的延性，但较适筋破坏的延性差。 4 ） 超筋破坏 ：当纵筋和箍筋中都配置过多时出现。破坏时混 凝土被压碎，而纵筋和箍筋都不屈服，破坏突然，因而延性差， 设计中通过规定最大配筋率或限制截面最小尺寸来避免。28. 我国规范受扭承载力计算公式中的 t的物理意义是什么 ? 其表达式表示了什么关系 ? 此表达式的取值考虑了哪些因素 ? 规范对剪扭构件采用的是箍筋按剪扭构件的受剪承载力和受扭承载力分别计算其所需的箍筋量，用叠加方法配箍。至于混凝土 部分为了避免重复利用其强度而使计算的承载力超过了实际承载力，因此需在受剪及受扭承载力计算公式中的混凝土部分分别引用混凝土 强度降低系数 t ，以考虑其相关关系。即： Vc =0.7(1.5- t ) ftbh0 ( 对均布荷载 ) 及 Tc =0.35 tft Wt。 将 t的计算值界定在 0.5 1.0 之间可以简化计算。若 t1.0 ，则在 进行配筋计算时可不考虑剪力对混凝土受扭承载力的影响，故取 t=1.0 ；29.何谓构件截面的弯曲刚度？它与材料力学中的刚度相比有何区别和特点？怎样建立受弯构件刚度的计算公式？ 构件截面的弯曲刚度就是使截面产生单位曲率需要施加的弯矩值，即B=M/ 。它是度量截面抵抗弯曲变形能力的重要指标。当梁的截面形状尺寸和材料已知时，材料力学中梁的截面弯曲刚度EI 是一个常数，因此，弯矩与曲率之间都是始终不变的正比例关系。钢筋混凝土受弯构件的截面弯曲刚度B 不是常数而是变化的，即使在纯弯段内，沿构件跨度各个截面承受的弯矩相同，但曲率也即截面弯曲刚度却不相同。且它不仅随荷载增大而减小，还将随荷载作用时间的增长而减小。受弯构件刚度计算公式的建立过程为：首先，由纯弯段内的平均曲率导得短期刚度Bs 的计算公式，式中的各系数根据试验研究推导得出。由于受弯构件挠度计算采用的刚度B，是在短期刚度Bs 的基础上，用荷载效应的准永久组合对挠度增大的影系数来考虑荷载效应的准永久组合作用的影响，即荷载长期作用部分的影响，因此令f =S 2 ( M k - M q )l0 Bs +S M q l02 Bs =S M k l02 B 即得到受弯构件刚度B 的计算公式：B= Mk Bs M q (-1) + M k 其中，当 0 时，2.0；当 时， 1.6；当 为中间数值时， 按直线内插法取值。 和 分别为受拉及受压钢筋的配筋率。30.何谓“最小刚度原则”？试分析应用该原则的合理性。“最小刚度原则”就是在受弯构件全跨长范围内，可都按弯矩最大处的截面弯曲刚度，亦即按最小的截面弯曲刚度，用材料力学方法中不考虑剪切变形影响的公式来计算挠度。当构件上存在正、负弯矩时，可分别取同号弯矩区段内|Mmax|处截面的最小刚度计算挠度。试验分析表明，虽然按最小截面弯曲刚度Bmin 计算的挠度值偏大，但由于受弯构件剪跨段内的剪切变形会使梁的挠度增大，而这在计算中是没有考虑的，这两方面的影响大致可以相互抵消，因此，采用“最小刚度原则”是合理的，可以满足实际工程要求。31.最大裂缝宽度计算公式是怎样建立起来的? 为什么不用裂缝宽度的平均值而用最大值作为评论指标？ 规范采用了一个半理论半经验的方法，即根据裂缝出现和开展的机理，先确定具有一定规律性的平均裂缝间距和平均裂缝宽度，然后对平均裂缝宽度乘以根据统计求得的扩大系数来确定最大裂缝宽度Wmax。对“扩大系数”，主要考虑两种情况，一是荷载短期效应组合下裂缝宽度的不均匀性；二是荷载长期效应组合的影响下，最大裂缝宽度会进一步加大。规范要求计算的Wmax具有95的保证率。因为混凝土带裂缝工作，只控制平均裂缝宽度是没有意义的，只有控制最大裂缝宽度，才能保证安全.32. 为什么要对构件施加预应力？预应力混凝土结构的优缺点是什么？为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，可以设法在结构构件受荷载作用前，通过外加预应力，使它受到预压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而使结构构件截面的拉应力不大，甚至处于受压状态，以达到控制受拉混凝土不过早开裂的目的。优点：延缓混凝土构件的开裂提高构件的抗裂度和刚度高强度钢筋和混凝土的应用，可节约钢材、减轻结构自重克服了钢筋混凝土的主要缺点.缺点：构造、施工和计算均较钢筋混凝土复杂，且延性也差些。33.什么是张拉控制应力？为什么不能取得太高也不能太低？为何先张法的控制应力大于后张法？ 张拉控制应力是指预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。它的取值直接影响预应力混凝土的使用效果。过低，则预应力钢筋经过各种损失后对混凝土产生的预压应力过小，不能有效地提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度；过高，会使构件开裂、构件破坏无预兆和预应力钢筋脆断。它的取值与施加预应力的方法有关。先张法是在浇注混凝土之前在台座上张拉钢筋，故在预应力钢筋中建立的拉应力就是张拉控制应力。后张法是在混凝土构件上张拉钢筋，在张拉的同时混凝土被压缩，张拉设备所指示的张拉控制应力已扣除混凝土弹性压缩后的钢筋应力。34.预应力损失有哪些？分别是由什么原因产生的？如何减少？锚具变形导致预应力钢筋内缩引起的预应力损失。可通过选择变形小的锚具和减少垫板个数或是增加台座长度来减小该损失。预应力钢筋与孔道摩擦引起的。可通过两端张拉或超张拉来减少。养护构件时预应力钢筋与台座之间的温差引起的。可通过两次升温和在钢模上张拉钢筋来减小预应力钢筋应力松弛引起的。可通过超张拉来减小混凝土收缩、徐变引起的预应力损失。可通过采用高强度等级水泥、减小水泥用量、减低水灰比、采用干硬性混凝土；采用级配良好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；加强养护，以减小混凝土的收缩等措施来减小。由于螺旋预应力钢筋对混凝土的挤压产生的预应力损失。可避免采用小直径构件.36.对受弯构件的纵向受拉钢筋施加预应力后，是否能提高正截面受弯承载力？受弯构件受拉预应力钢筋对正截面受弯承载力影响不明显。因为破坏时，预应力已经抵消，与非预应力混凝提受弯构件破坏特性相似，首先钢筋达到屈服，然后受压区混凝土受压边缘达到极限压应变而破坏。但其可提高斜截面受剪承载力，因为预应力钢筋有约束斜裂缝开展的作用，增加了混凝土剪压区高度，从而提高了混凝土剪压区所承担的剪力。37.略