混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理部分課后習(xí)題答案

1、第一章1.1 鋼筋混凝土梁破壞時(shí)有哪些特點(diǎn)？鋼筋和混凝土是如何共同工作的？ 鋼筋混凝土梁破壞時(shí)的特點(diǎn)是： 受拉鋼筋屈服，受壓區(qū)混凝土被壓碎， 破壞前變形較大，有 明顯預(yù)兆，屬于延性破壞類型。 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中， 利用混凝土的抗壓能力較強(qiáng)而抗拉能 力很弱，鋼筋的抗拉能力很強(qiáng)的特點(diǎn)， 用混凝土主要承受梁中和軸以上受壓區(qū)的壓力， 鋼筋 主要承受中和軸以下受拉區(qū)的拉力， 即使受拉區(qū)的混凝土開裂后梁還能繼續(xù)承受相當(dāng)大的 荷載，直到受拉鋼筋到達(dá)屈服強(qiáng)度以后，荷載再略有增加，受壓區(qū)混凝土被壓碎，梁才破 壞。由于混凝土硬化后鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生了良好的粘結(jié)力， 且鋼筋與混凝土兩種材料 的溫度線膨脹系數(shù)十分接

2、近，當(dāng)溫度變化時(shí)，不致產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力而破壞二者之間的 粘結(jié)，從 而保證了鋼筋和混凝土的協(xié)同工作。1.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有哪些主要優(yōu)點(diǎn)和主要缺點(diǎn)？鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有： 1經(jīng)濟(jì)性好，材料性能得到合理利用； 2可模性好； 3耐久性 和耐火性好，維護(hù)費(fèi)用低； 4整體性好，且通過適宜的配筋，可獲得較好的延性； 5剛度 大，阻尼大； 6就地取材。缺點(diǎn)有： 1自重大； 2抗裂性差； 3承載力有限； 4施工 復(fù)雜； 5加固困難。1.3 結(jié)構(gòu)有哪些功能要求？簡述承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的概念。 結(jié)構(gòu)功能：平安性、適用性、耐久性 承載能力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件到達(dá)最大承載力或者變形到達(dá)不適于繼續(xù)承

3、載的狀態(tài)， 稱為 承載能力極限狀態(tài)。正常使用極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件到達(dá)正常使用或耐久性中某項(xiàng)規(guī)定限度的狀態(tài)稱為正常使用 極限狀態(tài)。 第二章2.7 什么是混凝土的徐變？徐變對混凝土構(gòu)件有何影響？通常認(rèn)為影響徐變的主要因素有哪 些？如何減小徐變？結(jié)構(gòu)或材料承受的荷載或應(yīng)力不變，而應(yīng)變或變形隨時(shí)間增長的現(xiàn)象稱為徐變。徐變對混 凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的工作性能有很大影響，它會(huì)使構(gòu)件的變形增加，在鋼筋混凝土截面中引 起應(yīng)力重分布的現(xiàn)象， 在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中會(huì)造成預(yù)應(yīng)力損失。 影響混凝土徐變的主 要因素有： 1時(shí)間參數(shù)； 2混凝土的應(yīng)力大?。?3加載時(shí)混凝土的齡期； 4混凝土的 組成成分； 5混凝土的制作方法及養(yǎng)

4、護(hù)條件； 6構(gòu)件的形狀及尺寸； 7鋼筋的存在等。 減少徐變的方法 有： 1減小混凝土的水泥用量和水灰比；2采用較堅(jiān)硬的骨料； 3養(yǎng)護(hù)時(shí)盡量保持高溫 高濕，使水泥水化作用充分； 4受到荷載作用后所處的環(huán)境盡量溫度 低、濕度高。2.9 軟鋼和硬鋼的應(yīng)力 -應(yīng)變曲線有何不同？兩者的強(qiáng)度取值有何不同？熱軋鋼筋按強(qiáng)度分 為幾種？鋼筋的應(yīng)力 -應(yīng)變曲線有哪些數(shù)學(xué)模型？ 軟鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線有明顯的屈服點(diǎn)和流幅， 而硬鋼那么沒有。對于軟鋼，取屈服下限作 為 鋼筋的屈服強(qiáng)度；對于硬鋼，取極限抗拉強(qiáng)度 d b的85 %作為條件屈服點(diǎn)，取條件屈服點(diǎn) 作 為鋼筋的屈服強(qiáng)度。 熱軋鋼筋按強(qiáng)度可分為 HPB235級I級，

5、符號$ 、HRB335級H 級，符號、HRB400 級川級，符號 和RRB400 級余熱處理川級，符號 四種類型。常用的鋼筋應(yīng)力 應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型有以下三種： 1描述完全彈塑性的雙直 線模型； 2描述完全彈塑性加硬化的三折線模型； 3描述彈塑性的雙斜線模型。2.10 鋼筋主要有熱軋鋼筋、 高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋等多種形式。 鋼筋冷加 工的方法有冷拉和冷拔。 冷拉可提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度， 但冷拉后鋼筋的塑性有所降低。 冷拔 可同時(shí)提高鋼筋的抗拉及抗壓強(qiáng)度，但塑性降低很多。2.11 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的性能有哪些要求？鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求如下：1鋼筋的強(qiáng)度必須能保證平

6、安使用； 2鋼筋具有一定的塑性； 3鋼筋的可焊性較好； 4鋼筋的耐火性能較好； 5鋼筋與混凝土之間 有足夠的粘結(jié)力2.12第三章3.1混凝土彎曲受壓時(shí)的極限壓應(yīng)變£ CU的取值如下：當(dāng)正截面處于非均勻受壓時(shí)，£ CU的取值 隨混凝土強(qiáng)度等級的不同而不同，即£ cu = 0.0033 0.5fcu,k 50 X10-5，且當(dāng)計(jì)算的£cu值 大于0.0033時(shí)，取為 0.0033 ;當(dāng)正截面處于軸心均勻受壓時(shí)，£ cu取為 0.002。 3.2 所謂“界限破壞，是指正截面上的受拉鋼筋的應(yīng)變到達(dá)屈服的同時(shí)，受 壓區(qū)混凝土邊緣纖 維的應(yīng)變也正好到達(dá)混凝

7、土極限壓應(yīng)變時(shí)所發(fā)生的破壞。此時(shí)，受壓區(qū)混凝土邊緣纖維的應(yīng)變£ c = £ cu = 0.0033 0.5fcu,k 50 X10-5，受拉鋼筋的應(yīng)變£ s=£ y = fy/Es。3.4當(dāng)縱向受拉鋼筋配筋率p滿足p minw p w時(shí)發(fā)生適筋破壞形態(tài)；當(dāng) p <p min時(shí)發(fā)生少 筋破壞形態(tài)；當(dāng) p > p時(shí)發(fā)生超筋破壞形態(tài)。與這三種破壞形態(tài)相對應(yīng)的梁分別稱 為適筋梁、少筋梁和超筋梁。由于少筋梁在滿足承載力需要時(shí)的截面尺寸過大，造成不經(jīng) 濟(jì)，且它 的承載力取決于混凝土的抗拉強(qiáng)度，屬于脆性破壞類型，故在實(shí)際工程中不允許 采用。由于超筋梁破壞時(shí)

8、受拉鋼筋應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度， 使得配置過多的受拉鋼筋不能充分 發(fā)揮作用， 造成鋼材的浪費(fèi)， 且它是在沒有明顯預(yù)兆的情況下由于受壓區(qū)混凝土被壓碎 而突然破壞， 屬于脆性破壞類型，故在實(shí)際工程中不允許采用。3.5縱向受拉鋼筋總截面面積 As 與正截面的有效面積 bh0 的比值，稱為縱向受拉鋼筋的配 筋百分 率，簡稱配筋率，用 P表示。從理論上分析，其他條件均相同包括混凝土和鋼筋的強(qiáng)度等級與截面尺寸 而縱向受拉鋼筋的配筋率不同的梁將發(fā)生不同的破壞形態(tài)，顯然破 壞形態(tài)不 同的梁其正截面受彎承載力也不同，通常是超筋梁的正截面受彎承載力最大，適 筋梁次之， 少筋梁最小，但超筋梁與少筋梁的破壞均屬于脆性破壞類

9、型，不允許采用，而 適筋梁具有較 好的延性，提倡使用。另外，對于適筋梁，縱向受拉鋼筋的配筋率P越大，截面抵抗矩系數(shù) a S將越大，那么由M = a S a 1 f C bhO可知，截面所能承當(dāng)?shù)膹澗匾苍酱螅?即正截面受彎承載力越大。3.6單筋矩形截面梁的正截面受彎承載力的最大值Mu,max = a 1 f c bhO E b 1 ? 0.5 , b 由此式分析可知， Mu,max 與混凝土強(qiáng)度等級、鋼筋強(qiáng)度等級及梁截面尺寸有關(guān)。3.8雙筋截面梁只適用于以下兩種情況：1彎矩很大，按單筋矩形截面計(jì)算所得的E又大于Eb ，而梁截面尺寸受到限制，混凝土強(qiáng)度等級又不能提高時(shí)； 2在不同荷載組合情況下，

10、梁截面承受異號彎矩時(shí)。 應(yīng)用雙筋梁的根本計(jì)算公式時(shí)，必須滿足xw E b h和 x>2 as這兩個(gè)適用條件， 第一個(gè)適用條件是為了防止梁發(fā)生脆性破壞； 第二個(gè)適用條件是為了保證 受壓鋼筋在構(gòu)件破壞時(shí)到達(dá)屈服強(qiáng)度。x> 2 as的雙筋梁出現(xiàn)在受壓鋼筋在構(gòu)件破壞時(shí)到達(dá)屈服強(qiáng)度 f y' ' ' 的情況下，此時(shí)正截面受彎承載力按公式：M u = a1 f c bx h0 ? x / 2 + fy As h0 ? as 計(jì)算；x v 2 as的雙筋梁出現(xiàn)在受壓鋼筋在構(gòu)件破壞時(shí)不能到達(dá)其屈服 強(qiáng)度 f y' 的情況下， 此時(shí)正截 ' 面受彎承載力按公式

11、：M u = f y As h0 ? as 計(jì)算。第四章 受彎構(gòu)件的斜截面承載力4.4梁斜截面受剪破壞主要有三種形態(tài)：斜壓破壞、剪壓破壞和斜拉破壞。斜壓破壞的特征是， 混凝土被腹剪斜裂縫分割成假設(shè)干個(gè)斜向短柱而壓壞，破壞是突然發(fā)生的。 剪壓破壞的特征通常是，在剪彎區(qū)段的受拉區(qū)邊緣先出現(xiàn)一些垂直裂縫，它們沿豎向延伸一小段長度后， 就斜向延伸形成一些斜裂縫，而后又產(chǎn)生一條貫穿的較寬的主要斜裂縫，稱為臨界斜裂縫， 臨界斜裂縫出現(xiàn)后迅速延伸， 使斜截面剪壓區(qū)的高度縮小， 最后導(dǎo)致剪壓區(qū)的混凝土破壞， 使斜截面喪失承載力。斜拉破壞的特征是當(dāng)垂直裂縫一出現(xiàn)，就迅速向受壓區(qū)斜向伸展， 斜截面承載力隨之喪失，

12、破壞荷載與出現(xiàn)斜裂縫時(shí)的荷載很接近，破壞過程急驟，破壞前 梁變形亦 小，具有很明顯的脆性。4.6影響斜截面受剪性能的主要因素有： 1剪跨比； 2混凝土強(qiáng)度； 3箍筋配箍率； 4縱筋配筋 率； 5斜截面上的骨料咬合力； 6截面尺寸和形狀。4.7梁的斜壓和斜拉破壞在工程設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)設(shè)法防止。 為防止發(fā)生斜壓破壞， 設(shè)計(jì)時(shí)，箍筋的用 量不能太多，也就是必須對構(gòu)件的截面尺寸加以驗(yàn)算， 控制截面尺寸不能太小。 為防止發(fā)生 斜拉破壞，設(shè)計(jì)時(shí)，對有腹筋梁，箍筋的用量不能太少， 即箍筋的配箍率必須不小于規(guī)定的 最小配箍率；對無腹筋板，那么必須用專門公式加以驗(yàn)算。4.9連續(xù)梁與簡支梁的區(qū)別在于， 前者在支座截面附

13、近有負(fù)彎矩， 在梁的剪跨段中有反彎點(diǎn)， 因 此連續(xù)梁斜截面的破壞形態(tài)受彎矩比=M ? / M + 的影響很大。對于受集中荷載的連續(xù)梁，在彎矩和剪力的作用下， 由于剪跨段內(nèi)存在有正負(fù)兩向彎矩， 因而會(huì)出現(xiàn)兩條臨界斜裂 縫。并且在沿縱筋水平位置混凝土上會(huì)出現(xiàn)一些斷斷續(xù)續(xù)的粘結(jié)裂縫。臨近破壞時(shí)，上下粘結(jié)裂縫分別穿過反彎點(diǎn)向壓區(qū)延伸， 使原先受壓縱筋變成受拉， 造成在兩條臨界斜裂縫之 間的縱筋都處于受拉狀態(tài)， 梁截面只剩中間局部承受壓力和剪力，這就相應(yīng)提高了截面的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，降低了連續(xù)梁的受剪承載力， 因而，與相同廣義剪跨比的簡支梁相比， 其受剪 能力要低。對于受均布荷載的連續(xù)梁，當(dāng)彎矩比V 1.

14、0時(shí)，臨界斜裂縫將出現(xiàn)于跨中正彎矩區(qū)段內(nèi)，連續(xù)梁的抗剪能力隨 的加大而提高；當(dāng) 1.0時(shí)，臨界斜裂 縫的位置將移 到跨中負(fù)彎矩區(qū)內(nèi)，連續(xù)梁的抗剪能力隨 的加大而降低。另外，由于梁 頂?shù)木己奢d對 混凝土保護(hù)層起著側(cè)向約束作用，因而，負(fù)彎矩區(qū)段內(nèi)不會(huì)有嚴(yán)重的粘結(jié) 裂縫，即使在正彎 矩區(qū)段內(nèi)存在有粘結(jié)破壞，但也不嚴(yán)重。試驗(yàn)說明，均布荷載作用下連 續(xù)梁的受剪承載力不 低于相同條件下的簡支梁的受剪承載力。 由于連續(xù)梁的受剪承載力與 相同條件下的簡支梁相 比，僅在受集中荷載時(shí)偏低于簡支梁，而在受均布荷載時(shí)承載力是 相當(dāng)?shù)?。不過，在集中荷 載時(shí)，連續(xù)梁與簡支梁的這種比照，用的是廣義剪跨比，如果改 用計(jì)算剪跨比來比照，由于連 續(xù)梁