混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理形考四

1、形考四一、談一談混凝土結(jié)構(gòu)中為什么需要配置鋼筋，其作用是什么？（6分）答：1）較高的強(qiáng)度和合適的屈強(qiáng)比；2）足夠的塑性；3）良好的可焊性；4）耐久性和耐火性5）與混凝土具有良好的黏結(jié)力。二、鋼筋與混凝土共同工作的基礎(chǔ)是什么？（6分）答：鋼筋和混凝土兩種材料能夠有效的結(jié)合在一起而共同工作，主要基于三個(gè)條件：鋼筋與混凝土之間存在粘結(jié)力；兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)很接近；混凝土對(duì)鋼筋起保護(hù)作用。這也是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)并獲得廣泛應(yīng)用的根本原因。三、說(shuō)一說(shuō)混凝土結(jié)構(gòu)有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？（6分）答：混凝土結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)在于：取材較方便、承載力高、耐久性佳、整體性強(qiáng)、耐火性優(yōu)、可模性好、節(jié)約鋼材、保養(yǎng)維護(hù)

2、費(fèi)用低。混凝土結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在：自重大、抗裂性差、需用大量模板、施工受季節(jié)性影響。四、與普通混凝土相比，高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度和變形性能有何特點(diǎn)？（6分）答：與普通混凝土相比，高強(qiáng)混凝土的彈性極限、與峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值、荷載長(zhǎng)期作用下的強(qiáng)度以及與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度等均比較高。但高強(qiáng)混凝土在達(dá)到峰值應(yīng)力以后，應(yīng)力應(yīng)變曲線下降很快，表現(xiàn)出很大的脆性，其極限應(yīng)變也比普通混凝土低。五、談一談混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選用鋼筋的原則？（6 分）答：混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋一般應(yīng)滿足下列要求：較高的強(qiáng)度和合適的屈強(qiáng)比、足夠的塑性、良好的可焊性、耐久性和耐火性、以及與混凝土具有良好的粘結(jié)性。六、混凝土結(jié)構(gòu)工程中所選用的混凝

3、土是不是標(biāo)號(hào)越高越好？（6分）答:不是，高標(biāo)號(hào)耐火性不好，易爆裂對(duì)于板構(gòu)件，標(biāo)號(hào)越高越浪費(fèi)。七、從“地震來(lái)了，房屋倒塌”這句話談一談你對(duì)“作用效應(yīng)”和“結(jié)構(gòu)抗力”這兩個(gè)概 念的理解。（6分）答：直接作用和間接作用施加在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，由此在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力和變形（如軸力、剪力、彎矩、扭矩以及撓度、轉(zhuǎn)角和裂縫等），稱為作用效應(yīng)。結(jié)構(gòu)抗力是指整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受作用效應(yīng)（即內(nèi)力和變形）的能力，如構(gòu)件的承載能力、剛度等。八、為什么鋼筋混凝土雨篷梁的受力鋼筋主要布置在截面上層，而鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋的受力鋼筋主要布置在截面下層？（6分）答：因?yàn)榍罢邔儆趹姨魳?gòu)件上部受拉，后者為下部受拉。所以鋼筋混凝土雨篷梁的

4、受力鋼筋主要布置在截面上層，而鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋的受力鋼筋主要布置在截面下層。九、請(qǐng)大家想一想為什么以及什么情況下采用雙筋截面梁？（6分）答：對(duì)于給定截面彎矩當(dāng)按單筋截面梁設(shè)計(jì)時(shí)，若給定彎矩設(shè)計(jì)值過(guò)大，截面設(shè)計(jì)不能滿足適筋梁的適用條件 ，且由于使用要求截面高度受到限制又不能增大，同時(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)因條件限制不能再提高時(shí)，可采用雙筋截面。即在截面的受壓區(qū)配置縱向鋼筋以補(bǔ)充混凝土受壓能力的不足。十、根據(jù)縱筋配筋率不同，請(qǐng)大家分析鋼筋混凝土梁受彎破壞的三種形式及其破壞特點(diǎn)?（6分）答：1）適筋破壞；適筋梁的破壞特點(diǎn)是：受拉鋼筋首先達(dá)到屈服強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)一定的塑性變形，受壓區(qū)混凝土被壓碎，屬延性破壞。2）

5、超筋破壞；超筋梁的破壞特點(diǎn)是：受拉鋼筋屈服前，受壓區(qū)混凝土已先被壓碎，致使結(jié)構(gòu)破壞，屬脆性破壞。3）少筋破壞；少筋梁的破壞特點(diǎn)是：一裂即壞，即混凝土一旦開裂受拉鋼筋馬上屈服，形成臨界斜裂縫，屬脆性破壞。十一、請(qǐng)描述有腹筋梁斜截面剪切破壞形態(tài)有哪幾種？各自的破壞特點(diǎn)如何？（6分）答：斜截面受剪破壞的主要形態(tài)有：斜拉破壞、剪壓破壞、斜壓破壞。斜拉破壞特征：破壞過(guò)程急速且突然，彎曲裂縫一旦出現(xiàn)，就迅速向受壓區(qū)斜向伸展，直至荷載板邊緣，使 混凝土裂通，梁被撕裂成兩部分，而喪失承載能力。剪壓破壞特征：梁破壞時(shí)，與斜裂縫相交的腹筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，同時(shí)剪壓區(qū)的混凝土在壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的共同作用下，達(dá)到了復(fù)合受力

6、時(shí)的極限強(qiáng)度。斜壓破壞特征：首先混凝土在加載點(diǎn)與支座間被斜裂縫分割成若干個(gè)斜向短柱，當(dāng)混凝土中的壓應(yīng)力超過(guò)其抗壓強(qiáng)度時(shí)，混凝土即被壓壞。破壞時(shí)，與斜裂縫相交的腹筋往往達(dá)不到屈服強(qiáng)度。十二、請(qǐng)思考有腹筋梁中的腹筋能起到改善梁的抗剪切能力的作用，其具體表現(xiàn)在哪些方面？（6分）答：有腹筋梁中的腹筋能夠改善梁的抗剪切能力，其作用具體表現(xiàn)在：1）腹筋可以承 擔(dān)部分剪力。2）腹筋能限制斜裂縫向梁頂?shù)难由旌烷_展，增大剪壓區(qū)的面積，提高剪壓區(qū)混凝土的抗剪能力。3）腹筋可以延緩斜裂縫的開展寬度，從而有效提高斜裂縫交界面上的骨料咬合作用和摩阻作用。4）腹筋還可以延緩沿縱筋劈裂裂縫的開展，防止混凝土保護(hù)層的突然撕裂

7、，提高縱筋的銷栓作用。十三、想一想斜截面受剪承載力計(jì)算時(shí)為何要對(duì)梁的截面尺寸加以限制？為何規(guī)定最小配箍 率？（6 分）答：斜截面受剪承載力計(jì)算時(shí)，對(duì)梁的截面尺寸加以限制的原因在于：防止因箍筋的應(yīng)力達(dá)不到屈服強(qiáng)度而使剪壓區(qū)混凝土發(fā)生斜壓破壞；規(guī)定最小配箍率是為了防止脆性特征明顯的斜拉破壞的發(fā)生。十四、試分析一下普通箍筋軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算公式中穩(wěn)定系數(shù) 的物理意義。（6 分） 答：穩(wěn)定系數(shù)為長(zhǎng)柱軸心抗壓承載力與相同截面、相同材料和相同配筋的短柱抗壓承載力的比值。因?yàn)殚L(zhǎng)柱在軸心壓力作用下，不僅發(fā)生壓縮變形，同時(shí)還產(chǎn)生橫向撓度，出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。初始偏心距產(chǎn)生附加彎矩，附加彎矩又增大了橫向的撓度，這樣

8、相互影響，導(dǎo)致長(zhǎng)柱最終在彎矩和軸力共同作用下發(fā)生破壞，致使長(zhǎng)柱承載力降低。因此，需要考慮穩(wěn)定系數(shù)的影響。十五、根據(jù)“立柱頂千斤”的道理，談一談?shì)S心受壓柱和偏心受壓柱在受力和破壞特點(diǎn)上的不同？（6分）答：縱向壓力作用線與構(gòu)件截面形心軸線重合的構(gòu)件，稱為軸心受壓構(gòu)件。實(shí)際工程中理想的軸心受壓構(gòu)件是不存在的，但是在設(shè)計(jì)以恒載為主的多層多跨房屋的內(nèi)柱和屋架的受壓腹桿等構(gòu)件時(shí)，可近似地簡(jiǎn)化為軸心受壓構(gòu)件計(jì)算。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面上受到軸力和彎矩的共同作用或受到偏心力的作用時(shí)，偏心力為壓力，則為偏心受壓構(gòu)件橋墩、樁和公共建筑中的柱均可視為偏心受壓構(gòu)件。十六、請(qǐng)同學(xué)們列舉幾個(gè)在工作和生活中碰到過(guò)的受拉構(gòu)件。（6

9、分）答：在實(shí)際工程中，近似按軸心受拉構(gòu)件計(jì)算的有承受節(jié)點(diǎn)荷載的屋架或托架的受拉弦桿、腹桿；剛架、拱的拉桿；承受內(nèi)壓力的環(huán)形管壁及圓形貯液池的壁筒等?？砂雌氖芾?jì)算的構(gòu)件有矩形水池的池壁、工業(yè)廠房雙肢柱的受拉肢桿、受地震作用的框架邊柱、承受節(jié)間荷載的屋架下弦拉桿等。十七、試分析一下軸心受拉構(gòu)件從加載開始到破壞的受力過(guò)程。（6分）答：第階段加載到開裂前此階段鋼筋和混凝土共同工作，應(yīng)力與應(yīng)變大致成正比。在這一階段末，混凝土拉應(yīng)變達(dá)到極限拉應(yīng)變，裂縫即將產(chǎn)生。對(duì)于不允許開裂的軸心受拉構(gòu)件應(yīng)以此工作階段末作為抗裂驗(yàn)算的依據(jù)。第階段混凝土開裂后至鋼筋屈服前裂縫產(chǎn)生后，混凝土不再承受拉力，所有的拉力均由鋼

10、筋來(lái)承擔(dān)，這種應(yīng)力間的調(diào)整稱為截面上的應(yīng)力重分布。第階段是構(gòu)件的正常使用階段，此時(shí)構(gòu)件受到的使用荷載大約為構(gòu)件破壞時(shí)荷載的50%-70%，構(gòu)件的裂縫寬度和變形的驗(yàn)算是以此階段為依據(jù)的。第階段鋼筋屈服到構(gòu)件破壞當(dāng)加載達(dá)到某點(diǎn)時(shí)，某一截面處的個(gè)別鋼筋首先達(dá)到屈服，裂縫迅速發(fā)展，這時(shí)荷載稍稍增加，甚至不增加都會(huì)導(dǎo)致截面上的鋼筋全部達(dá)到屈服（即荷載達(dá)到屈服荷載Ny時(shí)）。評(píng)判軸心受拉破壞的標(biāo)準(zhǔn)并不是構(gòu)件拉斷，而是鋼筋屈服。正截面強(qiáng)度計(jì)算是以此階段為依據(jù)的。十八、試論述一下大、小偏心受拉構(gòu)件的破壞特征。（6分）答：大偏心受拉構(gòu)件破壞時(shí)，混凝土雖開裂，但還有受壓區(qū)，破壞特征與As的數(shù)量有關(guān)，當(dāng)As數(shù)量適當(dāng)時(shí)

11、，受拉鋼As筋首先屈服，然后受壓鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度，混凝土受壓邊緣達(dá)到極限應(yīng)變而破壞。小偏心受拉構(gòu)件破壞時(shí)，一般情況下，全截面均為拉應(yīng)力，其中As一側(cè)的拉應(yīng)力較大。隨著荷載增加，As一側(cè)的混凝土首先開裂，而且裂縫很快貫通整個(gè)截面，混凝土退出工作，拉力完全由鋼筋承擔(dān)，構(gòu)件破壞時(shí)，及As都達(dá)As到屈服強(qiáng)度。十九、請(qǐng)同學(xué)們列舉幾個(gè)在工作和生活中碰到過(guò)的受扭構(gòu)件。（6分）答：實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，處于純扭矩作用的構(gòu)件是比較少的，絕大多數(shù)都是處于彎矩、剪力、扭矩共同作用下的復(fù)合受扭情況。例如雨篷梁、次梁邊跨的主梁、彎梁與折梁等，都屬?gòu)?、剪、扭?fù)合受扭構(gòu)件。二十、說(shuō)一說(shuō)你在工作中遇到過(guò)或者看到過(guò)的混凝土結(jié)構(gòu)工

12、程方面的新發(fā)展。（6 分）答：預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)等等。二十一、2010 版混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)混凝土保護(hù)層厚度是如何定義的？（6分）答：保護(hù)層的厚度指最外層鋼筋外邊緣至混凝土表面的距離，適用于設(shè)計(jì)使用年限為50 年的混凝土結(jié)構(gòu)。二十二、說(shuō)一說(shuō)與普通混凝土相比，預(yù)應(yīng)力混凝土具有哪些優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)？（6分）答：預(yù)應(yīng)力混凝土的優(yōu)勢(shì)是使構(gòu)件的抗裂度和剛度提高、使構(gòu)件的耐久性增加、減輕了構(gòu)件自重、節(jié)省材料。預(yù)應(yīng)力混凝土的劣勢(shì)是施工需要專門的材料和設(shè)備、特殊的工藝，造價(jià)較高。二十三、想一想為什么需要對(duì)某些混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進(jìn)行正常使用狀態(tài)下裂縫寬度和變形的驗(yàn)算？（6分）答：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制的目的一方面是為了保證結(jié)構(gòu)的耐久性。因?yàn)榱芽p過(guò)寬時(shí)，氣體和水分、化學(xué)介質(zhì)侵入裂縫，會(huì)引起鋼筋銹蝕，不僅削弱了鋼筋的面積，還會(huì)因鋼筋體積的膨脹，引起保護(hù)層剝落，產(chǎn)生長(zhǎng)期危害，影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。另一方面是考慮建筑物觀瞻、人的心理感受和使用者不安全程度的影響。二十四、談一談?dòng)姓辰Y(jié)預(yù)應(yīng)力與無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的區(qū)別？（6 分）答：有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，指沿預(yù)應(yīng)力筋全長(zhǎng)周圍均與混凝土粘結(jié)、握裹無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，指預(yù)應(yīng)力筋伸縮、滑動(dòng)自由，不與周圍混凝土粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力。這