2015級(jí)碩士高等混凝土試題及答案

1、考試科目：高等混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)理論與應(yīng)用姓名:學(xué)號(hào)：專業(yè)：1. 簡述混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的測(cè)試方法、特征，并給出其常見的本構(gòu)模型（3種） 要求繪制相關(guān)曲線、標(biāo)注特征點(diǎn)、敘述規(guī)律，并評(píng)價(jià)各本構(gòu)模型的特點(diǎn)和適用范圍。答：（18-21）試驗(yàn)方法分為兩類： 應(yīng)用電液伺服閥控制的剛性試驗(yàn)機(jī)直接進(jìn)行試件等應(yīng)變速度加載； 在普通液壓試驗(yàn)機(jī)上附加剛性元件，使裝置的總體剛度超過試件下降段的最大線剛度， 就可防止混凝土的急速破壞。本構(gòu)模型：Hognestad本構(gòu)模型（見圖1-14）2y 2x x , （0 x 1）表達(dá)式：x 1y 1 0.15 ,（x 1）Xu 1特點(diǎn)：能較好的反映混凝土受壓時(shí)的基本

2、特征，其曲線方程形式被多國混凝土設(shè)計(jì) 規(guī)范所采用； Ken t-Park本構(gòu)模型（見圖1-14）表達(dá)式:0.002Kc 0.002KKfc1 Zm c0.002K ; c 0.002K（其中K為考慮箍筋約束所引起的混凝土強(qiáng)度增強(qiáng)系數(shù)，Zm為應(yīng)變軟化階段斜率）特點(diǎn)：可以很好的描述箍筋對(duì)核心混凝土的約束作用; Rusch本構(gòu)模型（見圖1-14）2表達(dá)式:y 2x x ;0 x 1y 1; x 1特點(diǎn)：由拋物線上升段和水平段組成，比較接近于理想彈塑性模型。2. 簡述混凝土重復(fù)加載下的主要現(xiàn)象和規(guī)律，包括：包絡(luò)線，裂縫和破壞過程，卸載曲 線，再加載曲線，共同點(diǎn)軌跡線，穩(wěn)定點(diǎn)軌跡線。并繪制、標(biāo)注相關(guān)曲線

3、、特征點(diǎn)。答：P37-39383試甘皿0餉MXK2A2第種亜復(fù)加締戟卜的應(yīng)力內(nèi)變?nèi)~線:亠庇U)空/ ii件 DI -2T K10:20*0E 日-LQ. 0（1）包絡(luò)線沿著重復(fù)荷載下混凝土應(yīng)力一應(yīng)變曲線的外輪廓描繪所得的光滑曲線稱為包絡(luò)線（圖中以EV表示）。各種重復(fù)荷載（BF）下的包絡(luò)線都與單調(diào)加載的全曲線（A）十分接近。.（2）裂縫和破壞過程在超過峰值應(yīng)力后、總應(yīng)變達(dá)（1.53.0 ）X 10-3時(shí)出現(xiàn)第一條可見裂縫。裂縫細(xì)而短， 平行于壓應(yīng)力方向。繼續(xù)加卸載，相繼出現(xiàn)多條縱向短裂縫。若荷載重復(fù)加卸多次，則總 應(yīng)變值并不增大，裂縫無明顯發(fā)展。當(dāng)試什的總應(yīng)變達(dá)（3.05 ）X 10-3時(shí)，相

4、鄰裂縫延伸并連接，形成貫通的斜向裂縫。（3）卸載曲線圖卸載和再加載曲線一般形狀從混凝土的受壓應(yīng)力一應(yīng)變?nèi)€或包絡(luò)線上的任一點(diǎn)卸裁至應(yīng)力為零，得完全卸載曲 線。每次卸載剛開始時(shí)，試件應(yīng)力下降降很快，順應(yīng)變恢復(fù)很少。隨著應(yīng)力值的減小，變 形的恢復(fù)才逐漸加快。當(dāng)應(yīng)力降至卸載時(shí)應(yīng)力的約20% 30%以下，變形恢復(fù)最快。這是恢復(fù)變形滯后現(xiàn)象，主要原因是試件中存在的縱向裂縫在高壓應(yīng)力下不可能恢復(fù)。故卸載時(shí)應(yīng)變?cè)酱?，裂縫開展越充分，恢復(fù)變形滯后現(xiàn)象超嚴(yán)重。（4）再加載曲線從應(yīng)力為零的任一應(yīng)變值（務(wù)輩即。I：開始再加載，直至與包絡(luò)續(xù)相切或重合心 為再加載曲線（圖22）。再加載曲線有兩種不同的形狀：當(dāng)再加載起

5、點(diǎn)的應(yīng)變很?。?I：； 二乂）時(shí)，其上端應(yīng)變 FU一，即與包絡(luò)線的上升段相切，曲線上無拐點(diǎn)，斜率單調(diào)減小，至切點(diǎn)處斜率仍大于零；若再加載起點(diǎn)的應(yīng)變較大，其上端 應(yīng)變,，一 ；/冷冷川，即與包絡(luò)續(xù)的下降段相切。（5）橫向應(yīng)變?cè)谥貜?fù)荷載（B）（圖左）作用下，試件橫向應(yīng)變二的變化如圖右開始加載階段試件的橫向 應(yīng)變很小。當(dāng)應(yīng)力接近混凝土的棱柱體強(qiáng)度時(shí)，橫向應(yīng)變才加快增長。卸載時(shí)，縱向 應(yīng)變能恢復(fù)一部分，而橫向應(yīng)變幾乎沒有恢復(fù)，保持常值。再加載時(shí)，縱向應(yīng)變即時(shí) 增大，而橫向應(yīng)變?nèi)员３殖Ｖ?。只有?dāng)曲線超過共同點(diǎn)（CM共同點(diǎn)軌跡線）后，縱向應(yīng)變加速增長時(shí)，橫向應(yīng)變才開始增大。這些現(xiàn)象顯然也是縱向裂縫的發(fā)展和

6、滯后恢 復(fù)所致。（6）共同點(diǎn)軌跡線o24 fi8“2在重復(fù)荷載試驗(yàn)中，從包絡(luò)線一卜任一點(diǎn)卸載后再加載， 其交點(diǎn)稱共同點(diǎn)。將多次加卸載 所得的共同點(diǎn)，用光滑曲線依次相連，即為共同點(diǎn)軌跡線。圖中CM表示分析各種重復(fù)荷載下的共同點(diǎn)軌跡線，顯然與相應(yīng)的包絡(luò)線或單調(diào)加載全曲線的形狀相 似，經(jīng)計(jì)算對(duì)比給出前者與后兩者的相似比值為Kc=0.860.93 平均為0.89(7)穩(wěn)定點(diǎn)軌跡線重復(fù)荷載試驗(yàn)(E，F(xiàn))中，在預(yù)定應(yīng)變值下經(jīng)過多次加卸載.混凝土的應(yīng)力(承載力)不再下 降，殘余應(yīng)變不再加大，卸載一再加載曲線成為一穩(wěn)定的閉合環(huán)，環(huán)的上端稱穩(wěn)定點(diǎn)。將各次循環(huán)所得的穩(wěn)定點(diǎn)連以光滑曲線，即為穩(wěn)定點(diǎn)軌跡線，圖中以ST

7、表示。這也就是混凝土低周疲勞的極限包線。3. 分別繪制高強(qiáng)混凝土、輕質(zhì)混凝土、纖維混凝土的受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并與普通混凝土的進(jìn)行對(duì)比分析，重點(diǎn)比較力學(xué)性能的異同。答：曲線見課本。(1) 高強(qiáng)混凝土：其力學(xué)主要特征是隨著強(qiáng)度的提高，混凝土的脆性增加，表現(xiàn)為： 內(nèi)部裂縫在高應(yīng)力下出現(xiàn)和發(fā)展，破壞過程急促，應(yīng)力應(yīng)變曲線峰部尖銳，吸能能力 差，極限應(yīng)變小抗拉強(qiáng)度增加幅度小。其基本性質(zhì)和普通混凝土一致，其與普通混凝 土使用同類原材料，材性本質(zhì)相同，力學(xué)性能指標(biāo)互相銜接；(2) 輕質(zhì)混凝土：力學(xué)性能總體上與普通混凝土相似，但是質(zhì)更脆，性能指標(biāo)有差別。 輕骨料混凝土與普通混凝土的基本區(qū)別在于粗骨料，普通混

8、凝土是水泥砂漿包圍粘結(jié) 粗骨料，其粘結(jié)部位為構(gòu)造薄弱部位，而輕骨料混凝土是水泥砂漿包圍粘結(jié)輕骨料， 薄弱部位為輕骨料，破壞發(fā)生的部位不同。其次，輕骨料的裂縫發(fā)展緩慢；(3) 纖維混凝土：與普通混凝土相比，抗拉和抗折強(qiáng)度增加，抗裂性能大大提高，抗壓強(qiáng)度雖然提高不多，但延性大大提高，疲勞強(qiáng)度顯著提高，動(dòng)力強(qiáng)度增大，耐磨和 沖刷性能增強(qiáng)等，其開裂前與普通混凝土無異，最終破壞為纖維的滑移和拔出。4. 簡述變形鋼筋的粘結(jié)力組成和粘結(jié)機(jī)理，分析影響粘結(jié)力的主要因素。答：(1)粘結(jié)力組成：a混凝土中水泥凝膠在鋼筋表面產(chǎn)生化學(xué)粘著力；b周圍混凝土的摩阻力；c鋼筋表面凹凸不平或變形產(chǎn)生的機(jī)械咬合力。(2)粘結(jié)機(jī)

9、理：變形鋼筋受拉時(shí)，其肋的凸緣擠壓混凝土形成機(jī)械咬合力，抑制了混凝土產(chǎn)生可能的相對(duì)滑移，大大提高了粘結(jié)力。（3）影響因素：a混凝土強(qiáng)度；b保護(hù)層厚度；c鋼筋埋長；d鋼筋直徑和外形；e橫 向鋼筋；f橫向壓應(yīng)力；g其他因素。5. C30混凝土承受雙向應(yīng)力（T 1 / （T 3=0.1 /-1 （T 2=0）時(shí)，確定其二軸拉-壓強(qiáng)度的設(shè) 計(jì)值。（C30混凝土的單軸抗壓和抗拉強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值分別為：fc = 14.3N/mm2，ft = 1.43N / mm2）解：計(jì)算其應(yīng)力比：r0. 10. 05用表（DE段）的公式計(jì)算得:0. 96ft fct (0. 0480.96r )fc0.961.4314.3

10、1.43(0.0480.96( 0.1)14 39.28N / mmrf 30.1( 9.28)0. 928N / mni9. 28N / mm 14. 3N / mnn,10. 928N / mrh1.43N / mnn可見混凝土的二軸拉-壓強(qiáng)度既小于單軸抗壓強(qiáng)度，又小于單軸抗拉強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予注意。6.試比較柱的方形箍筋、螺旋箍筋和鋼管混凝土約束作用的異同，并分析影響其約束性能的主要因素，計(jì)算中應(yīng)如何考慮？答：（1）方形箍筋：矩形箍筋柱在軸壓力的作用下，核芯混凝土的橫向膨脹變形使箍筋的直線段產(chǎn)生水平 彎曲。箍筋的抗彎剛度極小，它對(duì)核芯混凝土的反作用力很小。另一方面，箍筋的轉(zhuǎn)角部 剛度大，變

11、形小，兩個(gè)垂直方向的拉力合成對(duì)核芯混凝土對(duì)角線 （45o）方向的強(qiáng)力約束。 故核芯混凝土承受的約束力是沿對(duì)角線的集中擠壓力和沿箍筋分布的很小的橫向力。相應(yīng)于約束混凝土極限強(qiáng)度和箍筋屈服同時(shí)達(dá)到的界限約束指標(biāo)約為yttt 0.32，而約束混凝土的性能在此界限前后有不同的變化率:t 0.32t 0.32上 0.55 1.9 t fc（2）螺旋箍筋：螺旋箍筋混凝土柱與普通箍筋柱和素混凝土柱相比，承載力有所提高，特別是變形性能得到了很大的改善。從螺旋箍筋柱的受力過程（N 曲線）中看到，其極限承載力有兩個(gè)控制值:a、 縱筋受壓屈服，全截面混凝土達(dá)棱柱體抗壓強(qiáng)度（Nj） 此時(shí)混凝土的橫向應(yīng)變尚小，可忽略箍

12、筋的約束作用，計(jì)算式為口 fcAcf y As。b、 箍筋屈服后，核芯混凝土達(dá)約束抗壓強(qiáng)度fc,c（N2）此時(shí)柱的應(yīng)變很大，外圍混凝土已退出工作，縱向鋼筋仍維持屈服強(qiáng)度不變，計(jì)算式為2fc,cAcor fyA。fc,c4 212 t fc根據(jù)平衡條件，當(dāng)箍筋屈服時(shí)，核芯混凝土的最大約束壓應(yīng)力為:1 22fyt Ast1t fc，sd2cor若核芯混凝土的三軸抗壓強(qiáng)度按Richart公式近似取用，則有:鋼管混凝土的極限抗壓強(qiáng)度（即平均的約束混凝土強(qiáng)度fc,c）隨約束指標(biāo)而提高，理論值的基本（3）鋼管混凝土當(dāng)螺旋箍筋混凝土中橫向箍筋密集地連在一起，且與縱筋合一，去除外圍混凝土，自然地發(fā)展成鋼管混凝

13、土。 變化：鋼管混凝土的約束指標(biāo)與方形箍筋、 螺旋箍筋相同，計(jì)算式稍有N 1計(jì)算式應(yīng)為：fcc Nu 丄 卬代zpAs。鋼管混凝土的抗壓強(qiáng)度，在兩種極端情況下的極值如AcA下：a、鋼管和混凝土在縱向受力，達(dá)到各自的單軸抗壓強(qiáng)度，即zpfy和cpfc，但鋼管的切向應(yīng)力tp 0,無約束應(yīng)力（r 0 ），故fc,c,1fc 1 t ；b、鋼管的切向應(yīng)力達(dá)屈服強(qiáng)度tp fy但zp 0，核芯混凝土的約束應(yīng)力為最大t ,maxtfy/2，故 fc,c,2fc 1max t一個(gè)已知約束指標(biāo)的鋼管混凝土，達(dá)到極限軸力時(shí)是應(yīng)力狀態(tài)出于上述兩種極端情況 之間。建立的鋼管混凝土極限強(qiáng)度計(jì)算式為：7. 在采用一定的分

14、析假定的基礎(chǔ)上，鋼筋混凝土構(gòu)件的截面力學(xué)性能可以通過建立三類 基本方程求得截面的應(yīng)力和應(yīng)變分布、曲率等，請(qǐng)舉一個(gè)例子予以說明。答：一鋼筋混凝土短柱，已知其截面尺寸（bx h）和配筋（As=y bh,卩為配筋率）幾何（變形）條件：柱子在軸心壓力作用下發(fā)生壓縮變形。 從試件開始受力、直至破壞，一個(gè)平截面始終保持 平面，即截面上各點(diǎn)的應(yīng)變值相等。在受力過程中，如若鋼筋和混凝土的粘結(jié)良好，不發(fā)生相對(duì)滑移，而且鋼筋外側(cè)有封閉箍 筋圍住，即使受壓屈服后也不外鼓，不崩裂混凝土保護(hù)層，那么，在任意軸力值下， 柱內(nèi)鋼筋和混凝土的應(yīng)變相等，也即構(gòu)件的應(yīng)變，故物理（本構(gòu)）關(guān)系鋼材本構(gòu)模型6 = Eses6 = fy

15、 = const混凝土受壓非線性應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系：=久 EfjWf式中入一一混凝土的受壓變形系數(shù)，其數(shù)值隨應(yīng)變的增大而單調(diào)減小 力學(xué)（平衡）方程軸心受力構(gòu)件只有一個(gè)內(nèi)外力平衡條件：N = Nc + Ns = acAc + 毎比8. 簡述鋼筋混凝土構(gòu)件常用截面剛度計(jì)算方法的基本概念和計(jì)算要點(diǎn)，并分析各方法的 應(yīng)用范圍。答：（1）有效慣性矩法其主要原則是將截面上的鋼筋，通過彈性模量比值的折換，得到等效的勻質(zhì)材料換算 截面，推導(dǎo)并建立相應(yīng)的計(jì)算公式。這一原則和方法，應(yīng)用在開裂前預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié) 構(gòu)、剛度分析、疲勞驗(yàn)算等。圖】“胃裂前倉的換算截面 （亦關(guān)戡倆 伽）開型購曰開和后十丄十1）開裂前截面慣性矩：

16、拉區(qū)鋼筋面積為As,其換算面積為A=bh+（n-1）A snA,其中n=Es/Eo為彈性模量比。換算截面總面積受壓區(qū)高度由拉壓區(qū)對(duì)中和軸靜距相等條件確定:1 22 bXo所以,Xoi22b(hXo)(n 1)A(hoXo)1 22bh (n Aho換算截面慣性矩為bh (n3X04)A(h3Xo)(n21)A(ho xo)Bo2）裂縫截面的換算慣性矩 裂縫受壓區(qū)高度算法同上開裂前截面剛度Ed o2b2XcrnA（h。XcJ解得X cr (vn22nn)ho裂縫截面換算剛度為I cr5b2Xcrn A(ho2Xcr)Bcr3）有效慣性矩I effE 0 I cr3（2）剛度解析法130如圖a所示

17、，純彎曲混凝土梁進(jìn)入裂縫穩(wěn)定發(fā)展階段后，截面已不符合平截面假定，中和軸成波浪形。裂縫截面處受壓區(qū)高度 Xcr為最小值。如圖b所示：受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)變 和受拉區(qū)鋼筋應(yīng)變也成波浪形1 ）幾何條件頂部混凝土壓應(yīng)變cc鋼筋平均拉應(yīng)變式中，書為裂縫間受拉筋應(yīng)變的不均勻系數(shù)。Eo受拉鋼筋應(yīng)力2）物理關(guān)系頂部混凝土壓應(yīng)力3）力學(xué)方程M2Es A ho故截面平均剛度B2XcrE0 b hoM2Es A hoMVT（3）受拉剛化效應(yīng)修正法 混凝土開裂之前（MW Mcr混凝土受拉開裂（McrVMvMMB2EI cr2受拉鋼筋屈服后（M yMM）231/uEs As hoy鋼筋屈服彎矩叫和極限彎矩M時(shí)的曲率分別為:

18、h。Xyu Xu考慮混凝土徐變收縮等因素, 構(gòu)件開裂彎矩修正為b M cr薩1.0 （變形鋼筋）$0.5 （光圓鋼筋）；滬0.8 （第一次加載）倚=0.5 （長期持續(xù)重復(fù)加載）截面平均曲率的計(jì)算時(shí)Mcr M Myts1式中，一考慮混凝土的受拉剛化效應(yīng)后的曲率修正值MCb xrh。Ms Ash將上式代入該式1八 得Ph otsb2rM1r混凝土開裂（M=M cr）前、后的曲率分別為1 M cr1rE|。2rM cr E | cr當(dāng)M MM時(shí)yuM crM cr M crEIcrcrE|o MM crM crM cr1 MMyb E|crE|oMy2MuMy19. 簡要說明按桁架模型（如圖示）建立鋼筋混凝土受扭構(gòu)件極限承載力的要點(diǎn)。要求：（1）說明桁架模型如何確定，并在圖中標(biāo)注各桿件；（2）簡述計(jì)算公式的