混凝土结构设计原理习题集答案.docx

第二部分 参考答案绪 论一、单选题B A B A C二、简答题1答：混凝土结构是以混凝土材料为主，并根据需要配置和添加钢筋、钢骨、钢管、预应力钢筋和各种纤维，形成的结构，有素混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构、预应力混凝土结构及纤维混凝土结构。混凝土结构充分利用了混凝土抗压强度高和钢筋抗拉强度高的优点。2答：混凝土和钢筋协同工作的条件是：（1）钢筋与混凝土之间产生良好的粘结力，使两者结合为整体；（2）钢筋与混凝土两者之间线膨胀系数几乎相同，两者之间不会发生相对的温度变形使粘结力遭到破坏；（3）设置一定厚度混凝土保护层；（4）钢筋在混凝土中有可靠的锚固。3. 答：优点：（1）可模性好；（2）强价比合理；（3）耐火性能好；（4）耐久性能好；（5）适应灾害环境能力强，整体浇筑的钢筋混凝土结构整体性好，对抵抗地震、风载和爆炸冲击作用有良好性能；（6）可以就地取材。缺点：如自重大，不利于建造大跨结构；抗裂性差，过早开裂虽不影响承载力，但对要求防渗漏的结构，如容器、管道等，使用受到一定限制；现场浇筑施工工序多，需养护，工期长，并受施工环境和气候条件限制等。4. 答：混凝土结构设计方法大体可分为四个阶段：（1）在20世纪初以前，钢筋混凝土本身计算理论尚未形成，设计沿用材料力学的容许应力方法。（2）1938年左右已开始采用按破损阶段计算构件破坏承载力，50年代，出现了按极限状态设计方法，奠定了现代钢筋混凝土结构的设计计算理论。（3）二战以后，设计计算理论已过渡到以概率论为基础的极限状态设计方法。（4）20世纪90年代以后，开始采用或积极发展性能化设计方法和理论。5答：1）优点：材料利用合理；可模性好；耐久性和耐火性较好，维护费用低；现浇混凝土结构的整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性，防振性和防辐射性能较好；刚度大、阻尼大，有利于结构的变形控制；易于就地取材。2）缺点：自重大；抗裂性差；承载力有限；施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护等），工期长，施工受季节、天气的影响较大；混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。6答：配置钢筋后，钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁大大提高，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用，且破坏过程有明显预兆。但从开裂荷载到屈服荷载，在很长的过程带裂缝工作。通常裂缝宽度很小，不致影响正常使用。但裂缝导致梁的刚度显著降低，使得钢筋混凝土梁不利于大跨度结构。钢筋与混凝土之所以能很好的协同工作，主要是由于：钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力；钢筋与混凝土的温度线膨胀系数（钢材为1.210-5，混凝土为(1.01.5)10-5）基本相同，因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。7答：学习本课程时，建议注意下面一些问题： 1）加强实验、实践性教学环节并注意扩大知识面 混凝土结构的基本理论相当于钢筋混凝土及预应力混凝土的材料力学，它是以实验为基础的，因此除课堂学习以外，还要加强实验的教学环节，以进一步理解学习内容和训练实验的基本技能。当有条件时，可进行简支梁正截面承载力、简支梁斜截面受剪承载力、偏心受压短柱正截面受压承载力的试验。 混凝土结构课程的实践性很强，因此要加强课程作业、课程作业和毕业设计等实践性教学环节的学习，并在学习过程中逐步熟悉和正确运用我国颁布的一些设计规范和设计规程。诸如，混凝土结构设计规范（GB500102002）、 建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068）、 建筑结构荷载规范（GB500092001）、 建筑抗震设计规范（GB500112001）、 钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规范（JGJ391）和 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ02385）等。以下简称混凝土结构设计规范（GB500102002）为混凝土结构设计规范， 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ02385）为公路桥规。2）突出终点，并注意难点的学习 本课程的内容多、符号多、计算公式多、构造规定也多，学习时要遵循教学大纲的要求，贯彻“少而精”的原则，突出重点内容的学习。3）深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功，切忌死记硬背对构造规定，也要着眼于理解，切忌死记硬背第1章 钢筋和混凝土的力学性能一、判断题15错；对；对；错；对； 613错；对；对；错；对；对;对；对；二、单选题15 DABCC 610 BDA AC 1114 BCAA三 、填空题1、答案：长期 时间 2、答案：摩擦力机械咬合作用 3、答案：横向变形的约束条件加荷速度 4、答案：越低较差 5、答案：抗压变形 四、简答题1答：有物理屈服点的钢筋，称为软钢，如热轧钢筋和冷拉钢筋；无物理屈服点的钢筋，称为硬钢，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。 软钢的应力应变曲线如图2-1所示，曲线可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段。有明显流幅的钢筋有两个强度指标：一是屈服强度，这是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形，这将使构件变形和裂缝宽度大大增加以致无法使用，所以在设计中采用屈服强度作为钢筋的强度极限。另一个强度指标是钢筋极限强度，一般用作钢筋的实际破坏强度。图2-1 软钢应力应变曲线硬钢拉伸时的典型应力应变曲线如图2-2。钢筋应力达到比例极限点之前，应力应变按直线变化，钢筋具有明显的弹性性质，超过比例极限点以后，钢筋表现出越来越明显的塑性性质，但应力应变均持续增长，应力应变曲线上没有明显的屈服点。到达极限抗拉强度b点后，同样由于钢筋的颈缩现象出现下降段，至钢筋被拉断。设计中极限抗拉强度不能作为钢筋强度取值的依据，一般取残余应变为0.2%所对应的应力0.2作为无明显流幅钢筋的强度限值，通常称为条件屈服强度。对于高强钢丝，条件屈服强度相当于极限抗拉强度0.85倍。对于热处理钢筋，则为0.9倍。为了简化运算，混凝土结构设计规范统一取0.2=0.85b，其中b为无明显流幅钢筋的极限抗拉强度。图2-2硬钢拉伸试验的应力应变曲线2答：目前我国用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的钢筋主要品种有钢筋、钢丝和钢绞线。根据轧制和加工工艺，钢筋可分为热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋。热轧钢筋分为热轧光面钢筋HPB235、热轧带肋钢筋HRB335、HRB400、余热处理钢筋RRB400（K 20MnSi，符号，级）。热轧钢筋主要用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力普通钢筋。3答：钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋，应按下列规定采用：（1）普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋,也可采用HPB235级和RRB400级钢筋；（2）预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。4答：混凝土标准立方体的抗压强度，我国普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2002）规定：边长为150mm的标准立方体试件在标准条件（温度203，相对温度90%）下养护28天后，以标准试验方法(中心加载，加载速度为0.31.0N/mm2/s)，试件上、下表面不涂润滑剂，连续加载直至试件破坏，测得混凝土抗压强度为混凝土标准立方体的抗压强度fck，单位N/mm2。fck混凝土立方体试件抗压强度；F试件破坏荷载；A试件承压面积。5. 答：我国普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2002）采用150mm150mm300mm棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件，混凝土试件轴心抗压强度fcp混凝土轴心抗压强度；F试件破坏荷载；A试件承压面积。6. 答：混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定，混凝土立方体抗压强度标准值fcu，k，我国混凝土结构设计规范规定，立方体抗压强度标准值系指按上述标准方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，根据立方体抗压强度标准值划分为C15、C20、 C25、C30、C35、C40、C45、C50、 C55、 C60、C65、 C70、 C75、 C80十四个等级。7. 答：三轴受压试验是侧向等压2=3=r的三轴受压，即所谓常规三轴。试验时先通过液体静压力对混凝土圆柱体施加径向等压应力，然后对试件施加纵向压应力直到破坏。在这种受力状态下，试件由于侧压限制，其内部裂缝的产生和发展受到阻碍，因此当侧向压力增大时，破坏时的轴向抗压强度相应地增大。根据试验结果分析，三轴受力时混凝土纵向抗压强度为fcc= fc+r式中：fcc混凝土三轴受压时沿圆柱体纵轴的轴心抗压强度； fc 混凝土的单轴圆柱体轴心抗压强度； 系数，一般普通混凝土取4； r 侧向压应力。8. 答：一般用标准棱柱体或圆柱体试件测定混凝土受压时的应力应变曲线。轴心受压混凝土典型的应力应变曲线如图,各个特征阶段的特点如下。混凝土轴心受压时的应力应变曲线1）应力0.3 fc sh当荷载较小时，即0.3 fc sh，曲线近似是直线（图2-3中OA段），A点相当于混凝土的弹性极限。此阶段中混凝土的变形主要取决于骨料和水泥石的弹性变形。2）应力0.3 fc sh 0.8 fc sh随着荷载的增加，当应力约为(0.30.8) fc sh，曲线明显偏离直线，应变增长比应力快，混凝土表现出越来越明显的弹塑性。3）应力0.8 fc sh 0表示结构处于可靠状态，Z0表示结构处于失效（破坏）状态，Z0时表示结构处于极限状态。16.答案： 对于承载力能力极限状态，结构构件应按荷载效应的基本组合或偶然组合，采用下列极限状态设计表达式： 式中 结构重要性系数； S 荷载效应组合的设计值； R 结构构件的承载力设计值； R（）结构构件的承载力函数； fc、fs混凝土、钢筋的强度设计值； ak几何参数的标准值；上式中的S，在规范各章中用内力设计值（N、M、V、T等）表示；对预应力混凝土结构，除应根据使用条件进行承载力计算及变形、抗裂、裂缝宽度和应力验算外，尚应按具体情况对制作、运输及安装等施工阶段进行验算。 建筑结构荷载规范规定：对于基本组合，荷载效应组合的设计值应从由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的两组组合中取最不利值确定。17.答案：从理论上讲，某一荷载的标准值应按其具有一定保证率的条件反推得出。例如，假定其服从正态分布，如果要求95%的保证率，则：荷载标准值=荷载平均值+1.645荷载标准差。但由于历史的原因和荷载的复杂性，现行荷载规范中的荷载标准值基本沿用原规范的标准值。可变荷载的频遇值系数，是根据在设计基准期内可变荷载超越的总时间或超越的次数来确定的。荷载的频遇值系数乘以可变荷载标准值所的乘积称为荷载的频遇值。荷载的准永久值为可变荷载标准值与其准永久值系数的乘积，荷载的准永久值系数是根据在设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时间与设计基准期内总持续时间的比值而确定。18.答案当结构或其构件承受两种或两种以上荷载作用时，它们同时达到其标准值的概率将有所降低。因此，将其标准值乘以相应的组合系数而得到其组合值。对标准组合，主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害的情况。对频遇组合，即主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损害、较大变形或短暂的情况；而准永久组合即主要用在当长期效应是决定性因素的情况。按荷载的标准组合时，荷载效应组合的设计值应按下式计算按荷载的准永久组合时，荷载效应组合的设计值应按下式计算第3章 受弯构件正截面承载力一、判断题15错；错；错；对；错； 69错；对；错；对；二、单选题15 CADBC 610 ACDCA 1115 BADBC 1619 BCCD三、 填空题1、答案：开裂弯矩屈服弯矩 2、答案：应力未达屈服即发生受压破坏 3、答案：适筋梁“塑性破坏”4、答案：弹性工作阶段屈服阶段 5、答案：C20级C25级 6、答案：平衡最大 三、简答题1答案适筋受弯构件正截面工作分为三个阶段。第阶段荷载较小，梁基本上处于弹性工作阶段，随着荷载增加，弯矩加大，拉区边缘纤维混凝土表现出一定塑性性质。第阶段弯矩超过开裂弯矩Mcrsh，梁出现裂缝，裂缝截面的混凝土退出工作，拉力由纵向受拉钢筋承担，随着弯矩的增加，受压区混凝土也表现出塑性性质，当梁处于第阶段末a时，受拉钢筋开始屈服。第阶段钢筋屈服后，梁的刚度迅速下降，挠度急剧增大，中和轴不断上升，受压区高度不断减小。受拉钢筋应力不再增加，经过一个塑性转动构成，压区混凝土被压碎，构件丧失承载力。第阶段末的极限状态可作为其抗裂度计算的依据。第阶段可作为构件在使用阶段裂缝宽度和挠度计算的依据。第阶段末的极限状态可作为受弯构件正截面承载能力计算的依据。2答案钢筋混凝土受弯构件正截面有适筋破坏、超筋破坏、少筋破坏。梁配筋适中会发生适筋破坏。受拉钢筋首先屈服，钢筋应力保持不变而产生显著的塑性伸长，受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变，混凝土压碎，构件破坏。梁破坏前，挠度较大，产生较大的塑性变形，有明显的破坏预兆，属于塑性破坏。梁配筋过多会发生超筋破坏。破坏时压区混凝土被压坏，而拉区钢筋应力尚未达到屈服强度。破坏前梁的挠度及截面曲率曲线没有明显的转折点，拉区的裂缝宽度较小，破坏是突然的，没有明显预兆，属于脆性破坏，称为超筋破坏。梁配筋过少会发生少筋破坏。拉区混凝土一旦开裂，受拉钢筋即达到屈服，并迅速经历整个流幅而进入强化阶段，梁即断裂，破坏很突然，无明显预兆，故属于脆性破坏。3答案最小配筋率是指，当梁的配筋率很小，梁拉区开裂后，钢筋应力趋近于屈服强度，这时的配筋率称为最小配筋率min。是根据Mu=Mcy时确定最小配筋率。控制最小配筋率是防止构件发生少筋破坏，少筋破坏是脆性破坏，设计时应当避免。4答案混凝土结构设计规范规定，将实际应力图形换算为等效矩形应力图形时必须满足以下两个条件：（1） 受压区混凝土压应力合力C值的大小不变，即两个应力图形的面积应相等；（2） 合力C作用点位置不变，即两个应力图形的形心位置应相同。等效矩形应力图的采用使简化计算成为可能。5答案在单筋截面受压区配置受力钢筋后便构成双筋截面。在受压区配置钢筋，可协助混凝土承受压力，提高截面的受弯承载力；由于受压钢筋的存在，增加了截面的延性，有利于改善构件的抗震性能；此外，受压钢筋能减少受压区混凝土在荷载长期作用下产生的徐变，对减少构件在荷载长期作用下的挠度也是有利的。双筋截面一般不经济，但下列情况可以采用：（1）弯矩较大，且截面高度受到限制，而采用单筋截面将引起超筋；（2）同一截面内受变号弯矩作用；（3）由于某种原因（延性、构造），受压区已配置；（4）为了提高构件抗震性能或减少结构在长期荷载下的变形。6答案双筋矩形截面受弯构件正截面承载力的两个基本公式：适用条件：（1）,是为了保证受拉钢筋屈服，不发生超筋梁脆性破坏，且保证受压钢筋在构件破坏以前达到屈服强度；（2）为了使受压钢筋能达到抗压强度设计值，应满足， 其含义为受压钢筋位置不低于受压应力矩形图形的重心。当不满足条件时，则表明受压钢筋的位置离中和轴太近，受压钢筋的应变太小，以致其应力达不到抗压强度设计值。7答案为了使受压钢筋能达到抗压强度设计值，应满足， 其含义为受压钢筋位置不低于受压应力矩形图形的重心。当不满足条件时，则表明受压钢筋的位置离中和轴太近，受压钢筋的应变太小，以致其应力达不到抗压强度设计值。此时,对受压钢筋取矩x时，公式中的右边第二项相对很小，可忽略不计，近似取，即近似认为受压混凝土合力点与受压钢筋合力点重合，从而使受压区混凝土合力对受压钢筋合力点所产生的力矩等于零，因此 8答案第二类型T形截面：（中和轴在腹板内） 适用条件： 规定适用条件是为了避免超筋破坏，而少筋破坏一般不会发生。9答案最小配筋率从理论上是由Mu=Mcy确定的，主要取决于受拉区的形状，所以计算T形截面的最小配筋率时，用梁肋宽度b而不用受压翼缘宽度bf 。10答案T形截面优于单筋截面、单筋截面优于双筋截面。11答案： 适用条件： ； 公路桥规和混凝土结构设计规范中，受弯构件计算的基本假定和计算原理基本相同，但在公式表达形式上有差异，材料强度取值也不同。12答案进行正截面承载力计算时引入了下列基本假设：1）截面在变形的过程中保持平面；2）不考虑混凝土抵抗拉力；3）混凝土轴心受压的应力与应变关系为抛物线，其极限应变0取0.002，相应的最大压应力取为混凝土轴心抗压强度设计值fc；对非均匀受压构件，当压应变c0.002时，应力与应变关系为抛物线，当压应变c0.002时，应力与应变关系为水平线，其极限应变cu取0.0033，相应的最大压应力取为混凝土弯曲抗压强度设计值1fc。4）钢筋应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但不大于其强度设计值。受拉钢筋极限应变取0.01。13答案：进行受弯构件截面受力工作阶段的分析，不但可以使我们详细地了解截面受力的全过程，而且为裂缝、变形以及承载力的计算提供了依据。截面抗裂验算是建立在第a阶段的基础之上，构件使用阶段的变形和裂缝宽度验算是建立在第阶段的基础之上，而截面的承载力计算则是建立在第a阶段的基础之上的。14答案：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。15答案：1）为了防止将受弯构件设计成少筋构件，要求构件的配筋量不得低于最小配筋率的配筋量，即：2）为了防止将受弯构件设计成超筋构件，要求构件截面的相对受压区高度不得超过其相对界限受压区高度，即： b。16答案 纵向受拉钢筋总截面面积与正截面的有效面积的比值，成为纵向受拉钢筋的配筋百分率，或简称配筋率。随着配筋率的由小到大变化，梁的破坏由少筋破坏转变为适筋破坏以致于超筋破坏。17答案：进行T形截面正截面承载力计算时，首先需要判别T形截面是属于第一类T形截面还是第二类T形截面。当中和轴位于翼缘内时，为第一类T形截面；当中和轴位于腹板内时，为第二类T形截面；当中和轴位于翼缘和腹板交界处时，为第一类T形截面和第二类T形截面的分界线。18答