混凝土结构设计原理思考题答案1

混凝土结构基本设计原理

思考题与习题集

第1章 绪论

思考题

1．1钢筋混凝土结构有哪些优点和缺点？ 答：

混凝土结构有以下优点： (1) 材料利用合理； (2) 可模性好；

(3) 耐久性和耐火性较好；

(4) 现浇混凝土结构的整体性好； (5) 刚度大、阻尼大； (6) 易于就地取材。

混凝土结构有以下缺点： (1) 自重大； (2) 抗裂性差； (3) 承载力有限； (4) 施工复杂；

(5) 混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。

1．2钢筋和混凝土是如何共同工作的？ 答：

钢筋和混凝土两种材料能够结合在一起共同工作，除了二者具有相近的线膨胀系数外，更主要的是由于混凝土硬化后，钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力。保证钢筋不会从混凝土中拔出或压出，与混凝土更好地共同工作。粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体，是共同工作的基础。

1．3本课程主要包括哪些内容？学习本课程要注意哪些问题？ 答：

本课程主要包括内容有

材料物理力学性能、设计方法、钢筋混凝土基本构件包括受弯构件、受压构件、受扭构件、受拉构件、楼盖设计、（预应力混凝土基本构件主要为受拉构件和受弯构件）。 本课程要注意的问题

1．混凝土构件和结构设计是一个综合性问题。既要考虑安全适用，也要考虑经济合理。设计中有多种选择方案，因此设计结果不是唯一的。

2．工程项目的建设必须依照国家颁布的法规进行。对于结构设计来说，必须按各种结构类型的设计规范或规程进行。

3． 设计工作是一项创造性工作。一方面在设计工作中必须按照规范进行，另一方面只有深刻理解规范的理论依据，更好地应用规范，充分发挥设计者的主动性和创造性。 4．本课具有较强的实践性，混凝土结构设计理论是以实验为基础的。

5．东南大学混凝土结构设计理论的学者、老前辈丁大均先生的学习经验很贴切。他说：笔者一直用“四读”来学习新课题。

“粗读” ：以了解新问题的概略；“细读” ：以学习其细节；“精读” ：以吸取其精华；“熟读” ：以加深记忆；

第2章 混凝土结构材料的物理力学性能

思考题

2．l 混凝土的立方抗压强度fcuk、轴心抗压强度fck和抗拉强度ftk是如何确定的？为什么fck低于fcuk？

ftk与fcuk有何关系？fck与fcuk有何关系？

答：

1. fcuk的确定方法

标准试件：采用边长为15Omm的立方体；

标准制作：温度为20±3℃,相对湿度在90%以上的标准养护室中养护28天；

标准试验：加载速度C30以下控制在0.3～0.5 MPa /s范围内，C30以上控制在0.5～0.8 MPa /s范围内,两端不涂润滑剂。

测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，用符号fcuk表示，即为混凝土的强度等级。

fck的确定方法

采用15Omm×150mm×30Omm或15Omm×150mm×45Omm的棱柱体为标准试件。试件制作、养护和加载试验方法同立方体试件，具有95%保证率的棱柱体抗压强度即为混凝土轴心抗压强度标准值fck。 ftk的确定方法

采用轴心拉伸试验测定轴心抗拉强度。试件为100mm×100mm×500mm的柱体，两端设有埋长为150mm的 16的钢筋。试验机夹紧两端伸出的钢筋使试件受拉，破坏时试件中部产生横向裂缝，破坏截面上的平均拉应力即为轴心抗拉强度ft，具有95%保证率的轴心抗拉强度即为混凝土轴心抗拉强度标准值ftk。 2. fck低于fcuk的原因是它们的受力状态不同，立方体抗压强度实验受到试件上下端向心摩擦力的影响，抗压强度较高。

3．fck=k1k2fc,m(1?1.645?)=k1k2??fcu,m(1?1.645?)?k1k2??fcuk

ftk=k1k2ft,m(1?1.645?)=k1k2(0.395fcu,m)(1?1.645?)

0.550.55](1?1.645?)0.45 =k1k2[0.395fcu,m(1?1.645?)0.550.45=k1k2(0.395fcu ,k)(1?1.645?)0.55

2．2混凝土强度等级是根据什么确定的？我国《混凝土结构设计规范》（GB50010- 2001）规定的混凝土强度等级有哪些？

答：

具有95%保证率的立方体抗压强度，用符号fcuk表示，即为混凝土的强度等级。

《规范》（GB50010）根据强度范围,从fcuk=15～80Mpa，共划分为14个强度等级，级差为5Mpa，强度等级符号用C表示。

2．3方形截面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？ 答：

可以采用碳纤维布和环氧树脂缠裹于柱外，约束混凝土横向变形，提高混凝土抗压强度。

2．4单向受力状态下，混凝土的抗压强度与哪些因素有关？混凝土轴心受压应力一应变曲线有何特点？常用的表示应力一应变关系的数学模型有哪几种？ 答：

单向受力状态下，混凝土的抗压强度与

? (MPa) 30

加荷速度有关，加荷速度高，则强度高，

变形小。 C 混凝土轴心受压应力一应变曲线的特点

上升段 D 0.5fc 为弹性阶段上限，A点； B 0.8fc 为长期荷载作用下，混凝土

抗压强度值，B点； A

fc 为短期荷载作用下，混凝土抗压

强度值，C点。 E 下降段：

拐点D，?(?)?0 E 曲率最大点E。

常用的表示应力一应变关系的数学模型有两种。

Hognestad应力应变曲线 我国混凝土规范应力应变曲线

2．5混凝土的变形模量和弹性模量是怎样确定的？ 答：

（1）混凝土弹性模量（原点弹性模量，原点切线斜率）

d? Ec?tan??

d???0 （2）混凝土变形模量（割线模量） Ec/?tan?/= Ec/??Ec

//??e=Ec ??

弹性系数???e?f(?)，?[nju:]随应力增大而减小。在正常使用阶段???Ec?。 ?d? d? （3）混凝土切形模量

Ec//?tan?//?对于C50以下的混凝土取?1?0.5fc，在0～?1之间反复加载卸载5～10次，每次卸载的残余变形越来越小，从而不断消除塑性变形，直至应力-应变曲线逐渐稳定成为线弹性，该直线斜率即为混凝土弹性模量。根据试验统计分析，混凝土弹性模量与混凝土立方体强度的关系为(见图2-25)

105Ec?

34.742.2?fcuk

2．6什么是混凝土的疲劳破坏？疲劳破坏时应力一应变曲线有何特点？ 答：

混凝土的疲劳强度是混凝土在反复荷载作用下的强度。混凝土的疲劳强度与反复荷载作用时的应力变化幅度有关。

?cf,min混凝土疲劳应力比， ??f

?c,minfc

2．7什么是混凝土的徐变？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？ 答：

混凝土的徐变是指：在长期不变荷载作用下，混凝土应变（变形）随时间增长而增大的现象。 影响徐变的主要因素有水泥品种、水灰比、水泥用量、骨料级配和性质、加荷龄期、应力水平和持荷时间、环境温度和湿度、外加剂等。

混凝土徐变对结构的影响是：使结构变形增大；裂缝宽度增大；造成预应力损失；使结构或构件产生内力重分布。内力重分布可能是不利的，也可能是有利的。

2．8混凝土收缩对钢筋混凝土构件有何影响？收缩与哪些因素有关？如何减少收缩？ 答：

混凝土在空气中凝结硬化体积缩小的现象即为混凝土的收缩。

混凝土收缩对结构的影响是：在混凝土内部产生拉应力，可能造成混凝土开裂；造成预应力损失。混凝土收缩对结构是不利的，应采取措施减小收缩。

2．9软钢和硬钢的应力一应变曲线有何不同？二者的强度取值有何不同？我国《混凝土结构设计规范》（GB50010- 2001）中钢筋有哪几种类型？了解钢筋的应力一应变曲线的数学模型。 答：

软钢的应力一应变曲线有明显屈服点，而硬钢的应力一应变曲线无屈服点。 有明显屈服点的钢筋（软钢），其设计强度取值依据是钢筋的屈服强度。 无明显屈服点的钢筋（硬钢），其设计强度取值依据是钢筋的假定（条件）屈服强度。

硬钢的假定屈服强度也称为条件屈服强度?0.2，有两个指标：①极限抗拉强度?b的0.85倍，即

?0.2=0.85?b。②残余应变为0.2%时，相应的钢筋应力即为假定屈服强度?0.2。

我国《混凝土结构设计规范》（GB50010- 2001）中钢筋有两类 1.普通钢筋（热轧钢筋）

热轧钢筋是建筑工程中用量最大的钢材品种之一，主要用于钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的配筋。按力学性能热轧钢筋可分为4级，

Ⅰ级钢为HPB235，由Q235碳素结构钢热轧而成。

Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢由低碳合金钢热轧而成，分别为HRB335、HRB400、（RRB400为余热处理Ⅲ级钢）、HRB500，钢筋的形式有圆钢和变形钢筋。

HPB ( Hot rolled Plain Bar)，HRB( Hot rolled Ribbed Bar)，RRB( Rolled Ribbed Bar)。 2.预应力钢筋（钢丝、钢绞线、热处理钢筋） 预应力钢丝和钢绞线

预应力钢丝是以优质碳素结构钢圆盘条经等温淬火并拔制而成。若将预应力钢丝辊压出规律性凹痕，以增强与混凝土的粘结，则成刻痕钢丝。预应力钢丝应具有强度高、柔性好、松弛率低、耐腐蚀等特点，适用于各种特殊要求的预应力混凝土。

钢丝、刻痕钢丝及钢绞线均属于冷加工强化的钢材，没有明显的屈服点，材料检验只能以抗拉强度为依据。其具有强度高、塑性较好、使用时不需要接头等优点，适用于大荷载、大跨度及曲线配筋的预应力混凝土结构。 热处理钢筋

预应力混凝土用热处理钢筋，是指用热轧中碳低合金钢筋经淬火、回火调质处理的钢筋，代号为RB150。通常有直径为 6、8.2、10mm三种规格，为增加与混凝土的粘结力，钢筋表面常轧有通长的纵肋和均布的横肋，热处理钢筋没有明显的屈服点。热处理钢筋技术性能应符合《预应力混凝土用热处理钢筋》（GB4463—92）的规定。

普通钢筋的应力一应变曲线的数学模型为理想弹塑性材料。

2．10钢筋有哪些形式？钢筋冷加工的方法有哪几种？冷拉和冷拔后钢筋的力学性能有何变化？ 答：

钢筋有光圆和变形钢筋，变形钢筋有月牙型、人字纹和螺纹钢筋。

钢筋通过冷加工可以改变其物理力学性能。冷加工的方法有冷拉和冷拔。冷拉和冷拔必须使钢筋超过屈服强度，进入强化阶段。

冷拉可以提高钢筋的抗拉屈服强度，冷拔可以同时提高钢筋的抗拉和抗压屈服强度。但是塑性降低较大。

2．11钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求？ 答：

1．抗拉强度

钢筋的强度指标，通常用抗拉屈服强度?s和抗拉极限强度?b表示。

钢筋混凝土结构所用钢筋，不仅希望具有较高的屈服强度，而且应具有一定的强屈比（?b/?s），以保证有足够的安全储备。抗震等级为一、二级的框架结构要求强屈比大于1.25，一般热轧钢筋的屈强比为1.4～1.6

2．塑性钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能，称为塑性。在工程应用中钢材的塑性指标通常用伸长率和断面收缩率表示。 （1）伸长率

伸长率是钢材发生断裂时所能承受的永久变形的能力。试件拉断后标距长度的增量与原标距长度之比的百分比即为伸长率。

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