混凝土简答题

第2章 混凝土结构材料的物理力学性能

2.1 问:混凝土的强度等级是根据什么确定的?我国《混凝土结构设计规范》规定的混凝土强度等级有哪

些?什么样的混凝土强度属于高强混凝土范畴?

混凝土的强度等级是根据立方体抗压强度标准值确定的。

我国新《规范》规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80,共14个等级。

C50---C80属于高强度混凝土范畴;

2.2 某方形钢筋混凝土短柱浇筑后发现混凝土强度不足,根据约束混凝土原理如何加固该柱?

根据约束原理,要提高混凝土的抗压强度,就要对混凝土的横向变形加以约束,从而限制混凝土内部微裂缝的发展。因此,工程上通常采用沿方形钢筋混凝土短柱高度方向环向设臵密排矩形箍筋的方法来约束混凝土,然后沿柱四周支模板,浇筑混凝土保护层,以此改善钢筋混凝土短柱的受力性能,达到提高混凝土的抗压强度和延性的目的。

2.3 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

小徐变?

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。

2.4 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;

(附图)

钢筋混凝土受力后会沿钢筋和混凝土接触面上产生剪应力,通常把这种剪应力称为钢筋和混凝土之间的粘结力。

影响钢筋与混凝土粘结强度的主要因素有:混凝土强度、保护层厚度及钢筋净间距、横向配筋及侧向压应力、钢筋表面形状以及浇筑混凝土时钢筋的位臵等。

保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力的构造措施有:1)对不同等级的混凝土和钢筋,要保证最小搭接长度和锚固长度;2)为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结,必须满足钢筋最小间距和混凝

土保护层最小厚度的要求;3)在钢筋的搭接接头范围内应加密箍筋;4)为了保证足够的粘结在钢筋端部应设臵弯钩。此外,对高度较大的混凝土构件应分层浇注或二次浇捣,另外,对于锈蚀钢筋,一般除重锈钢筋外,可不必除锈。

第4章 受弯构件的正截面受弯承载力

思 考 题

4.1 混凝土弯曲受压时的极限压应变εcu 取多少?

混凝土弯曲受压时的极限压应变εcu 的取值如下:当正截面处于非均匀受压时,εcu 的取值随混凝土强度等级的不同而不同,即εcu =0.0033-0.5(f cu,k -50) ×10-5,且当计算的εcu 值大于0.0033时,取为0.0033;当正截面处于轴心均匀受压时,εcu 取为0.002。

4.2 什么叫“界限破坏”?“界限破坏”时的εs 等于多少?

所谓“界限破坏”,是指正截面上的受拉钢筋的应变达到屈服的同时,受压区混凝土边缘纤维的应变也正好达到混凝土极限压应变时所发生的破坏。

此时,受压区混凝土边缘纤维的应变εc =εcu =0.0033-0.5(f cu,k -50) ×10-5,受拉钢筋的应变εs =εy =f y /E s 。

4.3 为什么要掌握钢筋混凝土受弯构件正截面受弯全过程中各阶段的应力状态?它与建立正截面受弯承

载力计算公式有何关系?

因为受弯构件正截面受弯全过程中第Ⅰ阶段末(即Ⅰa 阶段) 可作为受弯构件抗裂度的计算依据;第Ⅱ阶段可作为使用荷载阶段验算变形和裂缝开展宽度的依据;第Ⅲ阶段末(即Ⅲa 阶段) 可作为正截面受弯承载力计算的依据。所以必须掌握钢筋混凝土受弯构件正截面受弯全过程中各阶段的应力状态。 正截面受弯承载力计算公式正是根据Ⅲa 阶段的应力状态列出的。

4.4 什么叫少筋梁、适筋梁和超筋梁?在工程中为什么应避免采用少筋梁和超筋梁?

当纵向受拉钢筋配筋率ρ满足ρmin ≤ρ≤ρb 时发生适筋破坏形态;当ρρb 时发生超筋破坏形态。与这三种破坏形态相对应的梁分别称为适筋梁、少筋梁和超筋梁。

由于少筋梁在满足承载力需要时的截面尺寸过大,造成不经济,且它的承载力取决于混凝土的抗拉强度,属于脆性破坏类型,故在实际工程中不允许采用。由于超筋梁破坏时受拉钢筋应力低于屈服强度,使得配臵过多的受拉钢筋不能充分发挥作用,造成钢材的浪费,且它是在没有明显预兆的情况下由于受压区混凝土被压碎而突然破坏,属于脆性破坏类型,故在实际工程中不允许采用。

4.5 ' ' 在什么情况下可采用双筋截面梁,双筋梁的基本计算公式为什么要有使用条件x ≥2a s ?x <2a s 的双

筋梁出现在什么情况下?这时应当如何计算?

双筋截面梁只适用于以下两种情况:1) 弯矩很大,按单筋矩形截面计算所得的ξ又大于ξb ,而梁截面尺寸受到限制,混凝土强度等级又不能提高时;2) 在不同荷载组合情况下,梁截面承受异号弯矩时。

' 应用双筋梁的基本计算公式时,必须满足x ≤ξb h 0和 x ≥2a s 这两个适用条件,第一个适用条件是为

了防止梁发生脆性破坏;第二个适用条件是为了保证受压钢筋在构件破坏时达到屈服强度。

' ' x ≥2a s 的双筋梁出现在受压钢筋在构件破坏时达到屈服强度f y 的情况下,此时正截面受弯承载力按

' ' ' 公式:M u =α1f c bx (h 0-x /2) +f y A s (h 0-a s ) 计算;x <2a s ' 的双筋梁出现在受压钢筋在构件破坏

' ' 时不能达到其屈服强度f y 的情况下,此时正截面受弯承载力按公式:M u =f y A s (h 0-a s ) 计算。

4.6 T 形截面梁的受弯承载力计算公式与单筋矩形截面及双筋截面梁的受弯承载力计算公式有何异同

点?

T 形截面梁有两种类型,第一种类型为中和轴在翼缘内,即x ≤h f ' ,这种类型的T 形梁的受弯承载力计算公式与截面尺寸为b f ' ×h 的单筋矩形截面梁的受弯承载力计算公式完全相同;第二种类型为

' 中和轴在梁肋内,即x >h f ' ,这种类型的T 形梁的受弯承载力计算公式与截面尺寸为b ×h ,a s =h f '

' /2,A s =A s1(A s1满足公式f y A s1=α1f c (b f ' -b ) h f ' ) 的双筋矩形截面梁的受弯承载力计算公式完全相

同。

第5章 受弯构件的斜截面承载力

思 考 题

5.1 试述梁斜截面受剪破坏的三种形态及其破坏特征?

梁斜截面受剪破坏主要有三种形态:斜压破坏、剪压破坏和斜拉破坏。斜压破坏的特征是,混凝土被腹剪斜裂缝分割成若干个斜向短柱而压坏,破坏是突然发生的。剪压破坏的特征通常是,在剪弯区段的受拉区边缘先出现一些垂直裂缝,它们沿竖向延伸一小段长度后,就斜向延伸形成一些斜裂缝,而后又产生一条贯穿的较宽的主要斜裂缝,称为临界斜裂缝,临界斜裂缝出现后迅速延伸,使斜截面剪压区的高度缩小,最后导致剪压区的混凝土破坏,使斜截面丧失承载力。斜拉破坏的特征是当垂直裂缝一出现,就迅速向受压区斜向伸展,斜截面承载力随之丧失,破坏荷载与出现斜裂缝时的荷载很接近,破坏过程急骤,破坏前梁变形亦小,具有很明显的脆性。

5.2 影响斜截面受剪性能的主要因素有哪些?

影响斜截面受剪性能的主要因素有:1) 剪跨比;2) 混凝土强度;3) 箍筋配箍率;4) 纵筋配筋率;5) 斜截面上的骨料咬合力;6) 截面尺寸和形状。

5.3 在设计中采用什么措施来防止梁的斜压和斜拉破坏?

梁的斜压和斜拉破坏在工程设计时都应设法避免。为避免发生斜压破坏,设计时,箍筋的用量不能太多,也就是必须对构件的截面尺寸加以验算,控制截面尺寸不能太小。为避免发生斜拉破坏,设计时,对有腹筋梁,箍筋的用量不能太少,即箍筋的配箍率必须不小于规定的最小配箍率;对无腹筋板,则必须用专门公式加以验算。

5.4 什么是正截面受弯承载力图?如何绘制?为什么要绘制?

由钢筋和混凝土共同作用,对梁各个正截面产生的受弯承载力设计值M u 所绘制的图形,称为材料抵抗弯矩图M R 。

以确定纵筋的弯起点来绘制M R 图为例,首先绘制出梁在荷载作用下的M 图和矩形M R 图,将每根纵筋所能抵抗的弯矩M Ri 用水平线示于M R 图上,并将用于弯起的纵筋画在M R 图的外侧,然后,确定每根纵筋的M Ri 水平线与M 图的交点,找到用于弯起的纵筋的充分利用截面和不需要截面,则纵筋

的弯起点应在该纵筋充分利用截面以外大于或等于0.5h 0处,且必须同时满足在其不需要截面的外侧。该弯起纵筋与梁截面高度中心线的交点及其弯起点分别垂直对应于M R 图中的两点,用斜直线连接这两点,这样绘制而成的M R 图,能完全包住M 图,这样既能保证梁的正截面和斜截面的受弯承载力不致于破坏,又能将部分纵筋弯起,利用其受剪,达到经济的效果。同理,也可以利用M R 图来确定纵筋的截断点。

因此,绘制材料抵抗弯矩图M R 的目的是为了确定梁内每根纵向受力钢筋的充分利用截面和不需要截面,从而确定它们的弯起点和截断点。

5.5 为了保证梁的斜截面受弯承载力,纵筋的弯起、锚固、截断以及箍筋的间距,有哪些主要的构造要

求?

为了保证梁的斜截面受弯承载力,纵筋的弯起、锚固、截断以及箍筋的间距应满足以下构造要求:

1) 纵筋的弯起点应在该钢筋充分利用截面以外大于或等于0.5h 0处,弯终点到支座边或到前一排弯起钢筋弯起点之间的距离,都不应大于箍筋的最大间距。2) 钢筋混凝土简支端的下部纵向受拉钢筋伸入支座范围内的锚固长度l as 应符合以下条件:当V ≤0.7f t bh 0时,l as ≥5d ;当V >0.7f t bh 0时,带肋钢筋l as ≥12d ,光面钢筋l as ≥15d ,d 为锚固钢筋直径。如l as 不能符合上述规定时,应采取有效的附加锚固措施来加强纵向钢筋的端部。3) 梁支座截面负弯矩区段内的纵向受拉钢筋在截断时必须符合以下规定:当V ≤0.7f t bh 0时,应在该钢筋的不需要截面以外不小于20d 处截断,且从该钢筋的充分利用截面伸出的长度不应小于1.2l a ;当V >0.7f t bh 0时,应在该钢筋的不需要截面以外不小于h 0且不小于20d 处截断,且从该钢筋的充分利用截面伸出的长度不应小于1.2l a +h 0;当按上述规定的截断点仍位于负弯矩受拉区内,则应在该钢筋的不需要截面以外不小于1.3h 0且不小于20d 处截断,且从该钢筋的充分利用截面伸出的长度不应小于1.2l a +1.7h 0。4) 箍筋的间距除按计算要求确定外,其最大间距应满足《规范》规定要求。箍筋的间距在绑扎骨架中不应大于15d ,同时不应大于400mm 。当梁中绑扎骨架内纵向钢筋为非焊接搭接时,在搭接长度内,箍筋的间距应符合以下规定:受拉时,间距不应大于5d ,且不应大于100mm ;受压时,间距不应大于10d ,且不应大于200mm ,d 为搭接箍筋中的最小直径。采用机械锚固措施时,箍筋的间距不应大于纵向箍筋直径的5倍。

第6章 受压构件的截面承载力

思 考 题

6.1 轴心受压普通钢筋短柱与长柱的破坏形态有何不同?轴心受压长柱的稳定系数ϕ如何确定?

轴心受压普通箍筋短柱的破坏形态是随着荷载的增加,柱中开始出现微细裂缝,在临近破坏荷载时,柱四周出现明显的纵向裂缝,箍筋间的纵筋发生压屈,向外凸出,混凝土被压碎,柱子即告破坏。而长柱破坏时,首先在凹侧出现纵向裂缝,随后混凝土被压碎,纵筋被压屈向外凸出;凸侧混凝土出现垂直于纵轴方向的横向裂缝,侧向挠度急剧增大,柱子破坏。

l s l s 《混凝土结构设计规范》采用稳定系数ϕ来表示长柱承载力的降低程度,即ϕ=N u ,N u 和N u /N u

分别为长柱和短柱的承载力。根据试验结果及数理统计可得ϕ的经验计算公式:当l 0/b =8~34时,

《混凝土结构设计规范》中,对ϕ=1.177-0.021l 0/b ;当l 0/b =35~50时,ϕ=0.87-0.012l 0/b 。

于长细比l 0/b 较大的构件,考虑到荷载初始偏心和长期荷载作用对构件承载力的不利影响较大,ϕ的取值比按经验公式所得到的ϕ值还要降低一些,以保证安全。对于长细比l 0/b 小于20的构件,考虑到过去使用经验,ϕ的取值略微抬高一些,以使计算用钢量不致增加过多。

6.2 简述偏心受压短柱的破坏形态。偏心受压构件如何分类?

钢筋混凝土偏心受压短柱的破坏形态有受拉破坏和受压破坏两种情况。受拉破坏形态又称大偏心受压破坏,它发生于轴向力N 的相对偏心距较大,且受拉钢筋配臵得不太多时。随着荷载的增加,首先在受拉区产生横向裂缝;荷载再增加,拉区的裂缝随之不断地开裂,在破坏前主裂缝逐渐明显,受拉钢筋的应力达到屈服强度,进入流幅阶段,受拉变形的发展大于受压变形,中和轴上升,使混凝土压区高度迅速减小,最后压区边缘混凝土达到极限压应变值,出现纵向裂缝而混凝土被压碎,构件即告破坏,破坏时压区的纵筋也能达到受压屈服强度,这种破坏属于延性破坏类型,其特点是受拉钢筋先达到屈服强度,导致压区混凝土压碎。受压破坏形态又称小偏心受压破坏,截面破坏是从受压区开始的,发生于轴向压力的相对偏心距较小或偏心距虽然较大,但配臵了较多的受拉钢筋的情况,此时构件截面全部受压或大部分受压。破坏时,受压应力较大一侧的混凝土被压碎,达到极限应变值,同侧受压钢筋的应力也达到抗压屈服强度,而远测钢筋可能受拉可能受压,但都达不到屈服。破坏时无明显预兆,压碎区段较大,混凝土强度越高,破坏越带突然性,这种破坏属于脆性破坏类型,其特点是混凝土先被压碎,远测钢筋可能受拉也可能受压,但都不屈服。

偏心受压构件按受力情况可分为单向偏心受压构件和双向偏心受压构件;按破坏形态可分为大偏心受压构件和小偏心受压构件;按长细比可分为短柱、长柱和细长柱。

6.3 长柱的正截面受压破坏与短柱的破坏有何异同?什么是偏心受压长柱的二阶弯矩?

偏心受压长柱的正截面受压破坏有两种形态,当柱长细比很大时,构件的破坏不是由于材料引起的,而是由于构件纵向弯曲失去平衡引起的,称为“失稳破坏”,它不同于短柱所发生的“材料破坏”;当柱长细比在一定范围内时,虽然在承受偏心受压荷载后,偏心距由e i 增加到e i +f ,使柱的承载能力比同样截面的短柱减小,但就其破坏本质来讲,与短柱破坏相同,均属于“材料破坏”,即为截面材料强度耗尽的破坏。

轴心受压长柱所承受的轴向压力N 与其纵向弯曲后产生的侧向最大挠度值f 的乘积就是偏心受压长柱由纵向弯曲引起的最大的二阶弯矩,简称二阶弯矩。

6.4 怎样区分大、小偏心受压破坏的界限?

大、小偏心受压破坏的界限破坏形态即称为“界限破坏”,其主要特征是:受拉纵筋应力达到屈服强度的同时,受压区边缘混凝土达到了极限压应变。相应于界限破坏形态的相对受压区高度设为ξb ,则当ξ≤ξb 时属大偏心受压破坏形态,当ξ>ξb 时属小偏心受压破坏形态。

6.12什么是偏心受压构件正截面承载力N u —M u 的相关曲线?

偏心受压构件正截面承载力N u —M u 的相关曲线是指偏心受压构件正截面的受压承载力设计值N u 与正截面的受弯承载力设计值M u 之间的关系曲线。整个曲线分为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两个曲线段,其

特点是:1)M u =0时,N u 最大;N u =0时,M u 不是最大;界限破坏时,M u 最大。2)小偏心受压时,N u 随M u 的增大而减小;大偏心受压时,N u 随M u 的增大而增大。3)对称配筋时,如果截面形状和尺寸相同,混凝土强度等级和钢筋级别也相同,但配筋数量不同,则在界限破坏时,它们的N u 是相同的(因为N u =α1f c bx b ),因此各条N u —M u 曲线的界限破坏点在同一水平处。应用N u —M u 相关曲线,可以对一些特定的截面尺寸、特定的混凝土强度等级和特定的钢筋类别的偏心受压构件,通过计算机预先绘制出一系列图表,设计时可直接查表求得所需的配筋面积,以简化计算,节省大量的计算工作。

第7章 受拉构件的截面承载力

思 考 题

7.1 怎样区别偏心受拉构件所属的类型?

偏心受拉构件按纵向拉力N 的位臵不同,分为大偏心受拉与小偏心受拉两种情况:当纵向拉力N 作用在钢筋A s 合力点及A s 合力点范围以外时,属于大偏心受拉情况;当纵向拉力N 作用在A s 合力点及A s 合力点范围以内时,属于小偏心受拉情况。

7.2 偏心受拉和偏心受压杆件斜截面承载力计算公式有何不用?为什么?

偏心受拉构件的斜截面受剪承载力V u 等于混凝土和箍筋承担的剪力V cs 扣掉轴向拉力的不利作用,而偏心受压构件的斜截面承载力V u 等于混凝土和箍筋承担的剪力V cs 加上轴向压力的有利作用。

这是因为轴向拉力的存在有时会使斜裂缝贯穿全截面,导致偏心受拉构件的斜截面受剪承载力比无轴向拉力时要降低一些。而轴向压力的存在则能推迟垂直裂缝的出现,并使裂缝宽度减小,从而使得偏心受压构件的斜截面受剪承载力比无轴向压力时要高一些,但有一定限度,当轴压比N /f c bh =0.3~0.5时,再增加轴向压力就将转变为带有斜裂缝的小偏心受压的破坏情况,斜截面受剪承载力达到最大值,因此,在计算偏心受压构件的斜截面受剪承载力时,注意当轴向压力N >0.3f c A 时,取N =0.3f c A ,A 为构件的截面面积。

第8章 受扭构件的扭曲截面承载力

思 考 题

8.1 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。(需简化,太多,不要全抄)

(1)实用上,《混凝土结构设计规范》对钢筋混凝土纯扭构件的扭曲承载力计算,根据截面形式的不同,采用

了不同的计算公式,步骤如下:

1) 对h w /b ≤6的矩形截面钢筋混凝土纯扭构件,其受扭承载力T u 的计算公式为: ' '

T u =0. 35f t W t +1. 2f yv A st1A cor

s (1)

ζ=

式中 f y A st l ⋅s f yv A st1⋅u cor (2) ζ——受扭纵筋与箍筋的配筋强度比值,《混凝土结构设计规范》取ξ的限制条件为0.3≤ζ≤

1.7,当ζ>1.7时,按ζ=1.7计算。

2)对h w /t w ≤6的箱形截面钢筋混凝土纯扭构件,其受扭承载力T u 的计算公式为:

T u =0. 35αn f t W t +1. 2式中 f yv A st1A cor s (3) αn ——箱形截面壁厚影响系数,αn =(0.25tw /b h ) ,当αn >1时,取αn =1。

3)对T 形和I 形截面钢筋混凝土纯扭构件,可将其截面划分为几个矩形截面进行配筋计算,矩形截面划分的原则是首先满足腹板截面的完整性,然后再划分受压翼缘和受拉翼缘的面积。划分的各矩形截面所承担的扭矩值,按各矩形截面的受扭塑性抵抗矩与截面总的受扭塑性抵抗矩的比值筋分配的原则确定,并分别按式(1)计算受扭钢筋。注意:为了避免发生少筋破坏,受扭构件的配筋应有最小配筋量的要求;为了避免发生超筋破坏,构件的截面尺寸应满足《规范》规定。

(2)《混凝土结构设计规范》对构件混凝土剪扭构件的扭曲截面承载力计算,类似于纯扭构件的截面承载力计算,亦根据截面形式的不同,采用不同的计算公式,步骤如下:

1) 对矩形截面钢筋混凝土剪扭构件

a. 对一般剪扭构件

受剪承载力:

V u =0. 7(1. 5-βt ) f t bh 0+1. 25f yv

受扭承载力: A sv h 0 (4) s

V u =0. 35βt f t W t +1. 2式中 f yv A st1A cor s (5) βt 为剪扭构件混凝土受拉承载力降低系数,一般剪扭构件的βt 值按下式计算:

βt =1. 5t 1+0. 5Tbh 0 (6)

b. 对集中荷载作用下独立的钢筋混凝土剪扭构件(包括作用有多种荷载,且其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况)

受剪承载力:

V u =

受扭承载力: A 1. 75(1. 5-βt ) f t bh 0+f yv sv h 0 (7) λ+1s

同式(5)。

式中 βt 应改为按下式计算:

βt =1. 5VW t 1+0. 2(λ+1) Tbh 0 (8)

按式(6)及式(8)计算得出的βt 值,若小于0.5,取βt =0.5;若大于1.0,取βt =1.0。

2) 对箱形截面钢筋混凝土剪扭构件

a .对一般剪扭构件

受剪承载力:

V u =0. 7(1. 5-βt ) f t bh 0+1. 25f yv

受拉承载力: A sv h 0 s

V u =0. 35αn βt f t W t +1. 2式中 f yv A st1A cor s (9) βt 近似按式(6)计算。

b .对集中荷载作用下独立的钢筋混凝土剪扭构件(包括作用有多种荷载,且其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况)

受剪承载力:

V u =

受拉承载力: A 1. 75(1. 5-βt ) f t bh 0+f yv sv h 0 λ+1s

同式(9)。

式中 βt 近似按式(8)计算。

3) 对T 形和I 形截面钢筋混凝土剪扭构件

a. 受剪承载力,按式(4)与式(6)或按式(7)与式(8)进行计算。

b. 受扭承载力,可按纯扭构件的计算方法,将截面划分为几个矩形截面分别进行计算;腹板可按式(5)及式(6)或式(8)进行计算;受压翼缘及受拉翼缘可安矩形截面纯扭构件的规定进行计算。

8.2 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,他们各有什么特

点?在受扭计算中如何避免少筋破坏和超筋破坏?

钢筋混凝土纯扭构件的适筋破坏是在扭矩的作用下,纵筋和箍筋先到达屈服强度,然后混凝土被压碎而破坏,属于延性破坏类型;部分超筋破坏主要发生在纵筋与箍筋不匹配,两者配筋率相差较大时,当纵筋配筋率比箍筋配筋率小得多时,则破坏时仅纵筋屈服,而箍筋不屈服;反之,则箍筋屈服,纵筋不屈服,这种破坏亦具有一定是延性,但较适筋受扭构件破坏时的截面延性小;超筋破坏主要发生在纵筋和箍筋的配筋率都过高时,破坏时纵筋和箍筋都没有达到屈服强度而混凝土先行压坏,属于脆性破坏类型;少筋破坏主要发生在纵筋和箍筋配臵均过少时,此时一旦裂缝出现,构件会立即发生破坏,破坏时纵筋和箍筋不仅达到屈服强度而且可能进入强化阶段,属于脆性破坏类型。

在受扭计算中,为了避免少筋破坏,受扭构件的配筋应有最小配筋量的要求,受扭构件的最小纵筋和箍筋配筋量,可根据钢筋混凝土构件所能承受的扭矩T 不低于相同截面素混凝土构件的开裂扭矩T cr 的原则确定;为了避免发生超筋破坏,构件的截面尺寸应满足一定的要求,即:

当h w /b (或h w /t w ) ≤4时,V T +≤0. 25βc f c ; bh 00. 8W t

V T +≤0. 2βc f c bh 00. 8W t 当h w /b (或h w /t w ) =6时,

当4<h w /b (或h w /t w ) <6时,按线性内插法确定。 第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性

思 考 题

9.1 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 /φ。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B s 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B s 的基础上,用荷载效应的准永久组合对挠度增大的影响系数θ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 ) l 0

B s 2M k l 0+S θ=S B s B 2M q l 0

即得到受弯构件刚度B 的计算公式:

B =M k B s 。 M q (θ-1) +M k

其中,当ρ' =0时,θ=2.0;当ρ' =ρ时,θ=1.6;当ρ' 为中间数值时,θ按直线内插法取值。ρ' 和ρ分别为受拉及受压钢筋的配筋率。

9.2 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|M max |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B min 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。

9.3 简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响。三者不能同时满足时采取什么措施?

在适筋范围内,当梁的尺寸和材料性能给定时,配筋率越高,受弯构件正截面承载力越大,最大裂缝宽度值越小,但配筋率的提高对减小挠度的效果不明显。

受弯构件在满足了正截面承载力要求的前提下,还必须满足挠度验算要求和裂缝宽度验算要求。若此时不满足挠度验算要求,不能盲目地用增大配筋率的方法来解决,可以采用增大截面有效高度h 0或施加预应力或采用T 形或I 形截面的方法来处理挠度不满足的问题。若满足了挠度验算的要求,而不满足裂缝宽度验算的要求,则可采用施加预应力或在保证配筋率变化不大的情况下减小钢筋直径和采用变形钢筋的方法来解决,必要时可适当增加配筋率。

9.4 何谓混凝土构件截面的延性?其主要的表达方式及影响因素是什么?

混凝土结构、构件或截面的延性是指从屈服开始至达到最大承载能力或达到以后而承载力还没有显著下降期间的变形能力。

延性通常是用延性系数来表达,受弯构件截面曲率延性系数表达式为:

μφ=φu εcu (1-k ) h 0=⨯φy εy x a

式中εcu ——受压区边缘混凝土极限压应变;

εy ——钢筋开始屈服时的钢筋应变,εy =f y /E s ;

k ——钢筋开始屈服时的受压区高度系数;

x a ——达到截面最大承载力时混凝土受压区的压应变高度。

影响受弯构件的截面曲率延性系数的主要因素是纵向钢筋配筋率、混凝土极限压应变、钢筋屈服强度及混凝土强度等,这些影响因素可以归纳为两个综合因素,即极限压应变εcu 以及受压区高度kh 0和x a 。影响偏心受压构件截面曲率延性系数的两个综合因素是和受弯构件相同的,除此之外,偏心受压构件的轴压比和配箍率对其截面曲率延性系数的影响较大。

9.5 什么是框架柱的轴压比?为什么要满足轴压比限值的要求?

轴压比的定义为柱的轴向压力与理论抗压强度的比值。公式是N/(fc*A)(c 为角标)。N 为柱的轴压力,fc 为砼抗压强度设计值,A 为柱的截面面积。或者说轴压比是框架柱抽向压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值fc 乘积的比值。

目的是防止梁截面尺寸过小而使斜截面产生脆性的斜压破坏形态。

第十章 混凝土结构设计的一般原则和方法

思考题

10.1 简述荷载的分类。

按照作用时间长短和性质:

永久荷载:设计试用期内,其值不随时间而变化,或其变化与平均值相比可以忽略不计,或其变化是单调的并能趋于限值的荷载;

可变荷载:在结构设计基准期内其值随时间而变化,其变化与平均值相比不可忽略的荷载;

偶然荷载:在设计基准期内不一定出现,一旦出现,其值很大且持续时间很短的荷载;

另外,按空间位臵的变异,可以分为:移动荷载,固定荷载;按结构对荷载的反应性质:静力荷载,动力荷载;

10.2 什么叫结构的可靠度和可靠指标?我国《建筑结构可靠度设计统一标准》对结构可靠

度是如何定义的?

结构的可靠度:在规定时间内规定条件下,完成预定功能的能力。

可靠指标:衡量结构可靠度的一个指标。

可靠度:是结构可靠性的概率度量,即在设计使用年限内,在正常条件下,完成预定功能的概率。

10.3 建筑结构应满足哪些功能要求?建筑结构安全等级是按什么原则划分的?结构的设

计使用年限如何确定?结构超过其设计使用年限是否意味着不能再使用?为什么?

根据我国《建筑结构可靠度设计统一标准》,建筑结构应满足的功能要求:

①安全性:建筑结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载和变形,在偶然事件(如爆炸地震等)发生时和发生后保持其整体稳定性;②使用性:结构在正常使用过程中应具有良好的工作性能,例如:不产生影响使用过大变形或者振幅,不发生足以让使用者不安的过宽裂缝等;③耐久性:结构在正常维护条件下应有足够的耐久性,完好使用到设计使用年限。

安全等级划分标准:建筑结构破坏后果的影响程度;分为三个安全等级:破坏后果很严重为一级,严重的为二级,不严重的为第三级;

设计使用年限的确定:按《建筑结构可靠度设计统一标准》或按业主的要求经主管部门同意的。

超过设计使用年限的结构并不意味着已损坏而不能使用,只是说明其完成预定功能的能力越来越低了。

10.4 什么是结构的极限状态?结构的极限状态分为几类,其含义各是什么?

极限状态:整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要

求,这个特定状态就称为该功能的极限状态。

分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。

承载能力极限状态对应于结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形状

态。 应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。

10.5我国《建筑结构荷载规范》规定的承载力极限状态设计表达式采用了何种形式?说明式中个符号的物理意义及荷载效应基本组合的取值原则。式中可靠指标体现在何处。

我国“规范”承载力极限状态设计表达式如下:

1) 对由可变荷载效应控制的组合,其表达式一般形式为:

γ0(γG C G G k +γQ 1C Q 1Q 1k +∑γQ i C Q i ψCi Q ik ) ≤R (f Sk /γS , f Ck /γC , a k ...) =R (f S , f C , a k ...)

i =2n

2) 对由永久荷载效应控制的组合,其表达式一般形式为:

γ0(γG C G G k +∑γQ i C Q i ψCi Q ik ) ≤R (f Sk /γS , f Ck /γC , a k ...) =R (f S , f C , a k ...)

式中,γ0——结构构件的重要性系数,与安全等级对应,对安全等级为一级或设计使用年限为100

年及以上的结构构件不应小于1.1;对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构

构件不应小于1.0;对安全等级为三级或设计使用年限为5年及以下的结构构件不应小

于0.9;在抗震设计中,不考虑结构构件的重要性系数;

G k ——永久荷载标准值; i =1n

Q 1k ——最大的一个可变荷载的标准值;

Q ik ——其余可变荷载的标准值;

γG 、γQ1、γQi ——永久荷载、可变荷载的分项系数,当永久荷载效应对结构不利时,对由可变荷载效应

控制的组合一般γG 取1.2;对由永久荷载效应控制的组合一般γG 取1.35,当永久荷载

效应对结构有利时,取γG =1.0;可变荷载的分项系数γQ1、γQi 一般取1.4;

C G 、C Q1、C Qi ——分别为永久荷载、第一种可变荷载、其他可变荷载的荷载效应系数,即由荷载求出荷载

效应(如荷载引出的弯矩、剪力、轴力和变形等) 须乘的系数;

ψCi ——可变荷载组合值系数。

不等式右侧为结构承载力,用承载力函数R (…) 表示,表明其为混凝土和钢筋强度标准值(f Ck 、f Sk ) 、分

γS ) 、项系数(γC 、几何尺寸标准值(a k ) 以及其他参数的函数。式中可靠指标体现在了承载力分项系数γC 、

γS 及荷载分项系数γG 、γQ 中。

第十一章 楼盖

思考题

11.4 试比较钢筋混凝土塑性铰与结构力学中的理想铰和理想塑性铰的区别。

答:1)理想铰是不能承受弯矩,而塑性铰则能承受弯矩(基本为不变的弯矩);

2)理想铰集中于一点,而塑性铰有一定长度;

3)理想铰在两个方向都能无限转动,而塑性铰只能在弯矩作用方向作一定限度的转动,是有限转动的单向铰。

11.6 试比较内力重分布和应力重分布。

答:适筋梁的正截面应力状态经历了三个阶段:

弹性阶段--砼应力为弹性,钢筋应力为弹性;

带裂缝工作阶段--砼压应力为弹塑性,钢筋应力为弹性;

破坏阶段--砼压应力为弹塑性,钢筋应力为塑性。

上述钢筋砼由弹性应力转为弹塑性应力分布,称为应力重分布现象。由结构力学知,静定结

构的内力仅由平衡条件得,故同截面本身刚度无关,故应力重分布不会引起内力重分布,而对超静定结构,则应力重分布现象可能会导:

① 截面开裂使刚度发生变化,引起内力重分布;

② 截面发生转动使结构计算简图发生变化,引起内力重分布。

英文部分

Member shear resistance

After cracking occurs, the shear resistance of the member is provided by the three

components:

• Vc= shear resistance provided by the concrete in the uncracked portion of the

beam. This may contribute 20 to 40 percent of the total shear capacity.

• Va= shear resistance provided by the interlocking of the aggregate particles

across the crack. This may contribute 33 to 50 percent of the total shear

capacity.

• Vd= shear resistance provided by the dowel action of the tension

reinforcement. This may contribute 15 to 25 percent of total shear capacity.

4—5Rectangular beam with shear reinforcement

When the design shear strength of the concrete is exceeded, it is necessary to

provide shear reinforcement. The nominal shear strength of the shear reinforcement

is derived from the truss analogy.

In applying the analogy, it is assumed that:

1.Diagonal cracking occurs along planes inclined at 45 degrees to the longitudinal

axis;

2.Compression diagonals are formed in the concrete between the cracks;

3.Tension reinforcement provides the tension chord of the truss;

4.Compression chord is provided by the top compression reinforcement and the

compression zone in the top of the beam. Stirrups provide the tension diagonals and

are inclined at an angle of degrees.

5

1.An arch-rib failure occurs, for small values of the a/d ratio, when a diagonal web

crack develops in the beam and extends from the support to the adjacent

concentrated load. Arch action develops with the flexural reinforcement acting as the

tie of a tied-arch and a compression strut forming between the support and the

concentrated load. The stress in the reinforcement is approximately constant along

the whole length of the beam with high bond stresses developing at the ends. As

loading is increased, eventual failure occurs by crushing of the concrete along the

compression strut.

2. A diagonal-tension failure with larger values of the a/d ratio, may be produced. A

the loading on the beam increases, one large web-shear crack develops in the vicinity

of the support and stuns in the direction of the loading point. The depth of concrete

above the crack, which provides the compression zone of the beam, is gradually

reduced until compression failure occurs under the load.

3.Shear-compression failure occurs at an a/d ratio of between three and five. With

increasing load, flexural cracks form in the soffit of the beam and propagate into the

web at 45 degrees to form flexural-shear cracks. Failure occurs when the concrete in

the compression zone above the crack crushes.

4. Shear bond failure occurs when the bottom of a flexural-shear crack propagates

along the tension reinforcement causing splitting of the concrete and bond failure.

蒋磊补充

Truss analogy.(桁架)

In applying the analogy, it is assumed that: 1.Diagonal cracking occurs at 45 degrees to that longitudinal axis; 2.Compression diagonals are formed in the concrete between the cracks;

3.Tension reinforcement provides the tension chord of the truss; 4.Compression chord is provided by the top compression reinforcement and the compression zone in the top of the beam. Stirrups provide the tension diagonals and are inclined at an angle of degrees.

结构功能要求的表达

Ultimate limit state procedure: Strength design requirement, Design strength and reduction factors.

Serviceability limit state procedure: Working stress design method, Serviceability criteria. 受弯破坏形式

Reinforced concrete beams may be classified either as under-reinforced or over-reinforced. Under-reinforced beam in ACI Code

The tension reinforcement yields at a load less than the ultimate load. As more load is applied, the reinforcement continues to yield, the neutral axis rises, and finally the concrete crushes at

the ultimate load. The characteristics of an under-reinforced beam are the development of large tensile strains and full utilization of the tension reinforcement. Wide cracks are produced with large deflections at ultimate load giving adequate warning of impending failure.

Reinforced concrete beams with flexure may be classified either as under-reinforced or over-reinforced. Please describe the main characteristic behaviors of them separately.

Answer:

•In an under-reinforced beam: the tension reinforcement yields at a load less than the ultimate load. As more load is applied, the reinforcement continues to yield, the neutral axis rises, and finally the concrete crushes at the ultimate load. The characteristics of an under-reinforced beam are the development of large tensile strains and full utilization of the tension reinforcement. Wide cracks are produced with large deflections at ultimate load giving adequate warning of impending failure.

In an over-reinforced beam: the reinforcement remains elastic at the ultimate load and failure is caused by the concrete crushing explosively. Cracks and deflections are small and a sudden, brittle failure occurs with little prior warning.

试简述弯剪扭构件的设计计算步骤

答:1. 按公式确定截面尺寸;2. 按受弯构件正截面计算抵抗弯矩所需纵向受力钢筋Asm 和Asm ’;3. 考虑剪扭相关性,计算抵抗剪力所需箍筋Asv/S;4. 考虑剪扭相关性,计算抵抗扭矩所需箍筋Asv/S;5. 计算抵抗扭矩所需纵向钢筋Astl ,并将Astl 分配到各边;

6. 计算各边纵向钢筋用量,据此选直径和根数;7. 计算构件箍筋总用量,据此选直径、间距和肢数。

晓峰补充

《混凝土结构基本原理》双语教学试卷1

一、填空题(每小题1分,共10分)

1. 立方体抗压强度,棱柱体抗压强度

2. 三类系数:结构重要性系数,荷载分项系数,材料分项系数

3. 一定程度的提高,降低

4. 远侧钢筋是否受拉且屈服,x ≤ξb h 0。

5.受扭纵筋和受扭箍筋,受扭纵筋

6. 最小截面尺寸,最小配箍率

7. 随着剪力的存在,构件抗扭承载力降低,反之亦然。 8.ultimate limit state , serviceability limit state.

9. 等效荷载

10. 增大

二、名词解释(每小题4分,共20分)

1. 极限状态:整个结构或结构的某一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求,这个特定状态称为该功能的极限状态。

2. 材料抵抗弯矩图:由钢筋和混凝土共同工作,对梁各个正截面产生的受弯承载力设计值Mu 所绘制的图形。

3. 偏心受压长柱的二阶弯矩:偏心受压构件由纵向弯曲f 引起的附加弯矩Nf.

4. 截面的延性:从屈服开始至达到最大承载能力或达到以后承载力无显著下降期间的变形能力。

5. under-reinforced beam in ACI code

The tension reinforcement yields at a load less than the ultimate load. As more load is applied, the reinforcement continues to yield, the neutral axis rises, and finally the concrete crushes at the ultimate load. The characteristics of an under-reinforced beam are the development of large tensile strains and full utilization of the tension reinforcement. Wide cracks are produced with large deflections at ultimate load giving adequate warning of impending failure.

三、简述题(每小题7分,共35分)

1. 试简述x ≤ξ'

b h o 和x >2a 的物理意义及其应用。

答:前者保证钢筋受拉屈服(受弯构件受拉区、大偏压构件远侧、大偏拉构件近侧); 后者保证钢筋受压屈服(受弯构件受压区、大偏压构件近侧、大偏拉构件远侧)。

2. 试简述弯剪扭构件的设计计算步骤。

答:1)按公式(8-51)确定截面尺寸;2)按受弯构件正截面计算抵抗弯矩所需纵向受力钢筋A 's , m 和 ,3)考虑剪扭相关性,计算抵抗剪力所需箍筋A sv , 剪 /s 剪;4)考虑剪扭相关性,计算抵抗扭矩所需箍筋A sv , 扭/s 扭 ;5)计算抵抗扭矩所需纵向钢筋A stl A stl 并将 分配到各边;6)计算各边纵向钢筋用量,据此选直径和根数;7)计算构件箍筋总用量,据此选直径、间距和肢数。

3.某后张法施工预应力混凝土简支梁,预压区配两排预应力筋A p1,A p2,预拉区

配预应力筋A p ’,预应力筋分两批张拉。 Ap1,A p ’先批张拉,A p2后张拉。张拉

A p2对A p1和A p ’预应力有何影响?为什么?

答:张拉A p2使A p1预应力减小,A p ’增加。

张拉A p2时预拉区产生弹性压缩变形,预拉区产生伸长变形,因此使预压区预应力筋A p1预A s , m

应力减小,预拉区预应力筋A p ’预应力增加。

4. 如增加受拉纵筋使适筋梁满足正截面受弯承载力要求,该梁是否一定满足挠度验算要求?为什么?

答:不一定。

增加受拉纵筋时,适筋梁正截面受弯承载力增长较快,而其抗弯刚度增长较慢,如梁跨高比较大,则通过增加钢筋其抗弯承载力满足要求时其挠度验算可能仍不满足要求。

5. Describe the following figure.

In applying the analogy, it is assumed that:

1)Diagonal cracking occurs along planes inclined at 45 degrees to the longitudinal axis;

2)Compression diagonals are formed in the concrete between the cracks;

3)Tension reinforcement provides the tension chord of the truss;

4)Compression chord is provided by the top compression reinforcement and the compression zone in the top of the beam. Stirrups provide the tension diagonals and are inclined at an angle of degrees.

四、计算题(共35分)

1. (15分)

解:M B =1/2ql 2=120KNm ;

2V B =ql =120KN , (2分) 1)M u max =α1f c bh 0ξb (1-0. 5ξb ) =11. 9⨯250⨯4652⨯0. 55(1-0. 5⨯0. 55) =256. 5KNm

αs =M =0. 1865 α1f c bh 02

ξ=1--2αs =0. 208

A s =α1f c b ξh 0/f y =959mm 2>ρmin bh (6分)

配筋图 (2分)

2)V u =0. 7f t bh 0+1. 25f yv A SV h 0 s

A SV

s ==0.579,ρ

按最小配箍率配箍。 (5分)

2. (10分)

解: e i =e a +e 0=20+200=220mm

ηe i =235. 4mm >0. 3h 0先按大偏心 (2分)

e =ηe i +h /2-a s =440. 4mm (1分)

A S ' 2Ne -α1f c bh 0ξb (1-0. 5ξb ) =' f y (h 0-a s ' )

800⨯103⨯440. 4-1. 0⨯9. 6⨯300⨯4552⨯0. 55⨯(1-0. 5⨯0. 55) (3分) =300(455-45)

' =929m m 2>ρmin bh

A S =α1f c bh 0ξb -N

f y +A ' S f y ' f y (2分)

=665m m 2>ρmin bh

3. (10分)

解:αEP =Ep/Ec=1.9×105/(4×104)=4.75, αEs =Es/Ec=2.1×105/(4×104)=5.25 A 0=(A-Ap-As)+ αEP Ap+αEs As=(300×200-1200-500)+4.75×1200+5.25×

500=66625mm2

σpc Ⅱ=[(σcon -σl )A p -σl5A s ]/A0=[(1500-200)1200-100×500]/66625=22.66N/mm2 σck =Nk /A0=(NGk +NQk )/A0=[(800+300)103]/66625=16.5N/mm2

σcq =Nq /A0=(NGk +ψqN Qk )/A0=[(800+0.5×300)103]/66625=14.26N/mm2

σck -σpc Ⅱ=16.5-22.66


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