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混凝土结构设计原理
简答、名词解释、计算题
简答、名词解释
1. 请简述变形钢筋与混凝土粘结作用的组成
钢筋与混凝土的黏结力由三部分组成，一是钢筋与混凝土接触处的化学吸附作用力，也称为胶结力。二是混凝土收缩将混钢筋紧紧包裹而产生的摩阻力。三是钢筋表面与混凝
土之间产生的机械咬合力。
2. 什么是结构的极限状态？极限状态可分为哪两类？
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。
3. 应用“平均应变符合平截面假定”推导受弯构件适筋梁的界限相对受压区高度计算公式
(应画出应变图) （P47）

平均应变符合平截面假定得到：
将带入上式：
于是：
4.请简述预应力混凝土的基本概念
在构件承受外荷载之前，对其受拉区预先施加压应力，即为预应力混凝土。
5.裂缝宽度与哪些因素有关，如不满足裂缝宽度限值，应如何让处理？
影响裂缝宽度因素构件类型、保护层厚度、配筋率、钢筋直径和钢筋应力等因素。如不满足，可以采取减小钢筋应力或减小钢筋直径等措施；必要时可适当增加配筋率。
6.什么是结构可靠度？
即结构在规定时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。
7.什么是结构的安全等级？建筑结构功能要求有哪些？
答：我国根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否，分为三个安全等级。
《统一标准》规定结构应满足下列功能要求：
(1)安全性的要求；（2）适用性的要求；（3）耐久性的要求
或： 1）在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用
2）在正常使用时保持良好的工作性能
3）在正常维护下具有足够的耐久性能
4）当发生火灾时，在规定的时间内可保持足够的承载力
5）当发证爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时，结构能保持必需的整体稳固性
8.什么是混凝土徐变？引起徐变的原因有哪些？
答： 混凝土结构或材料承受的荷载或应力不变，而变形或应变随时间增长的现象称为徐变。
产生的原因：水泥凝胶体的流动、滑移，混凝土中内部裂缝的发展。
影响混凝土徐变的因素主要可归结为三个方面：
1）内在因素。混凝土的组成成分是影响徐变的内在因素。
2）环境因素。混凝土养护及使用时的温度和湿度是影响徐变的环境因素。
3）应力因素。施加初应力的大小和加荷时混凝土的龄期是影响徐变的应力因素。
9.受弯构件斜截面承载力有哪些？各如何让保证？
答：受弯构件斜截面承载力有剪力和弯矩。
斜截面受剪承载力通过计算配箍筋或弯起钢筋来满足；
斜截面受弯承载力通过构造措施来保证；
10.钢筋冷加工的目的是什么？冷加工方法有哪几种？简述冷拉方法？
答：钢筋冷加工目的是为了提高钢筋的强度，以节约钢材。除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外，其余冷加工钢筋无屈服点或屈服台阶，冷加工钢筋的设计强度提高，而延性大幅度下降。
冷加工方法有冷拨、冷拉、冷轧、冷扭。
冷拉钢筋由热轧钢筋在常温下经机械拉伸而成，冷拉应力值应超过钢筋的屈服强度。钢
筋经冷拉后，屈服强度提高，但塑性降低，这种现象称为冷拉强化。冷拉后，经过一段时间
钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化。时效硬化和温度有很大关系，温度过高（450℃以上）强度反而有所降低而塑性性能却有所增加，温度超过 700℃，
钢材会恢复到冷拉前的力学性能，不会发生时效硬化。为了避免冷拉钢筋在焊接时高温软化，要先焊好后再进行冷拉。钢筋经过冷拉和时效硬化以后，能提高屈服强度、节约钢材，但冷拉后钢筋的塑性（伸长率）有所降低。为了保证钢筋在强度提高的同时又具有一定的塑性，冷拉时应同时控制应力和控制应变。
11.轴心受压构件设计时，如果用高强度钢筋，其设计强度应如何让取值？
答：纵向受力钢筋一般采用 HRB400 级、HRB335 级和 RRB400 级，不宜采用高强度钢
筋，因 为与混凝土共同受压时，不 能充分发挥其高强度的作用。混 凝土破坏时的压应变 0.002，此时相应的纵筋应力值бs’ =Esεs’=200×103 ×0.002=400 N/mm2 ；对于 HRB400 级、HRB335级、HPB235 级和 RRB400 级热扎钢筋已达到屈服强度，对于Ⅳ级和热处理钢筋在计算 fy’值时只能取 400 N/mm2 。
12.钢筋混凝土受弯构件正界面有哪几种形式？其破坏特征有何不同？
答： 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。
13. 影响斜截面受剪承载力的主要因素有哪些？
答：（1）剪跨比，随着剪跨比的增加，抗剪承载力逐渐降低；（2）混凝土强度等级，随着混凝土强度的提高，抗剪承载力增加；（3）纵筋配筋率，纵筋配筋率越大，抗剪承载力也越大；（4）箍筋的配箍率及箍筋强度的影响，随着箍筋的配箍率及箍筋强度的增加，抗剪承载力增加；（5）斜裂缝的骨料咬合力和钢筋的销栓作用；（6）加载方式的影响；（7）截面尺寸和形状的影响；
14.判别大、小偏心受压破坏的条件是什么？大、小偏心受压的破坏特征是什么？
答：（1）ξ ≤ξb ，大偏心受压破坏；ξ>ξb ，小偏心受压破坏；
（2）破坏特征：
大偏心受压破坏：破坏始自于远端钢筋的受拉屈服，然后近端混凝土受压破坏；
小偏心受压破坏：构件破坏时，混凝土受压破坏，但远端的钢筋并未屈服；
15.《混凝土结构设计规范》是如何考虑弯矩、剪力和扭矩共同作用的？βt 的意义是什么？起什么作用？上下限是多少？
答：实际工程的受扭构件中，大都是弯矩、剪力、扭矩共同作用的。构件的受弯、受剪和受扭承载力是相互影响的，这种相互影响的性质称为复合受力的相关性。由于构件受扭、受弯、受剪承载力之间的相互影响问题过于复杂，采用统一的相关方程来计算比较困难。为了简化计算，《混凝土结构设计规范》对弯剪扭构件的计算采用了对混凝土提供的抗力部分考虑相关性，而对钢筋提供的抗力部分采用叠加的方法。
（0.5≤ βt ≤1.0）
βt称为剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数，当βt小于0.5时,取βt 等于0.5;当βt 大
于1.0时,取βt 等于1.0。
16.为什么说裂缝条数不会无限增加？最终将趋于稳定?
答：直到距开裂截面为处，钢筋应力由σs1 降低到 σs2，混凝土的应力 σc 由零增大到 ，才有可能出现新的裂缝。显然，在距第一条裂缝两侧 的范围内，即在间距小于的两条裂缝之间，将不可能再出现新裂缝。
17.何为预应力混凝土？预应力混凝土结构的优缺点是什么？
答：①预应力混凝土：在结构构件使用前，通过先张法或后张法预先对构件混凝土施加的压
应力。
②优 点：提高构件的抗裂性、刚度及抗渗性，能够充分发挥材料的性能，节约钢
材。
③缺 点：构件的施工、计算及构造较复杂，且延性较差。
18.钢筋与混凝土共同工作的原因？
答：1）钢筋与混凝土之间存在良好的黏结力。因此，黏结力是二者能够共同作用的基础
2）钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数相；
3）混凝土对钢筋起到保护作用。
19.什么是作用效应？
由作用引起的结构或结构构件的反应称为作用效应，如内力（弯矩、剪力、轴力、扭矩）和变形（如挠度、裂缝、转角等）。
20.什么是消压弯矩？什么是消压轴力？
答：（1）当外荷弯矩产生的截面受拉边缘拉应力恰好抵消混凝土的预压应力时，这时的弯矩称为消压弯矩。（2）当施加的轴力恰好抵消混凝土的预压应力，构件处于消压状态，这时的轴力称为消压轴力。
21．例举各种预应力损失种类和减少各项预应力损失值的控制措施？
答：①锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失。可通过选择变形小锚具或增加台座长度、少用垫板等措施减小该项预应力损失；②预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失。可通过两端张拉或超张拉减小该项预应力损失；③预应力钢筋与承受拉力设备之间的温度差引起的预应力损失。可通过二次升温措施减小该项预应力损失；④预应力钢筋松弛引起的预应力损失。可通过超张拉减小该项预应力损失；⑤混凝土收缩、徐变引起的预应力损失。可通过减小水泥用量、降低水灰比、保证密实性、加强养互等措施减小该项预应力损失；⑥螺旋式预应力钢筋构件，由于混凝土局部受挤压引起的预应力损失。为减小该损失可适当增大构件直径。
22.什么是材料强度标准值？什么是荷载标准值？
答：（1）材料强度标准值的取值原则是在符合规定质量的材料强度实测值得总体中，标准强度应具有不小于95%的保证率，即按概率分布的0.05分数位确定。（2）指在结构的使用期间，在正常情况下出现的最大荷载值。
23.高强钢筋在普通钢筋混凝土中为何得不到充分利用?高强混凝土呢？
答：混凝土的极限拉应变很小，构件的抗裂能力很低，容易产生裂缝。对于使用时允许裂缝宽度为0.2-0.3mm的构件，受拉钢筋的应力也只能达到150-250Mpa左右，这与各种热轧钢筋的正常工作应力相当，而从结构耐久性出发，必须限制裂缝的开展宽度，这就使高强钢筋无法得到充分利用，相应的高强混凝土也不可充分发挥作用。

计算题
1.梁的正截面、斜截面承载力的计算
2.大偏心受压构件才承载力的计算
（要求作业的题目会做）
例：
1． T形截面梁，，承受弯矩设计值M=500 KN·m，混凝土选用C40，钢筋选用 HRB400，环境类别为二类。求：纵向受力钢筋截面面积AS。（10分）

解：

属于第一类截面

2． 如图所示简支梁，环境类别为一类，C=25mm，求受剪钢筋（只配箍筋），混凝土C30（），箍筋采用：HPB235级，双肢箍，直径为8（）；
解：
C30：，
箍筋采用：HPB235级，双肢箍，直径为8。；

集中力引起的：
所以按均布荷载考虑。
1． 支座边缘处剪力：

2． 验算最小截面尺寸

符合要求。
3. 配箍筋
计算配箍

取s=200 配箍筋φ8＠200
4. 验算最小配箍率

4×1500
600
250
4φ25
240
240
5760
q=34KN/m
P
P
P=70KN

3．已知：N=550KN，M=450KN.m；柱截面：；，混凝土C35，钢筋HRB400级，计算长度为7.2m。求钢筋截面面积
；钢筋HRB400级：；

20
0.75
22
0.70
24
0.65
26
0.60
28
0.56
附：钢筋混凝土构件的稳定系数
解：
钢筋HRB400级：
（1）；

；

（2）
所以按大偏心受压构件设计：

基本公式：

取，有：

取：

（3）弯矩作用平面外轴压验算

满足要求。

8