混凝土設(shè)計(jì)原理第2章答案

1、思考題-答案fcu,k、軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck和軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk是如何2.1混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定的？fcu,k的確定：以標(biāo)準(zhǔn)方法制作的邊長(zhǎng)150mm的立方體試塊，在答：混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)條件下（溫度 20+2C，相對(duì)濕度不低于95%）養(yǎng)護(hù)28d，按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法加載至破壞，測(cè)得的具有95 %以上保證率的抗壓強(qiáng)度作為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，用fcu,k表示，單位為 N/mm2。軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fck的確定：是根據(jù)150mmx 150mmx 300mm的棱柱體標(biāo)準(zhǔn)試件，在與立方 體標(biāo)準(zhǔn)試件相同的養(yǎng)護(hù)條件下，按照棱柱體試件試驗(yàn)測(cè)得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)

2、度確定的。具體按下式計(jì)算：fck 0.88 c1 c2 fcu,k式中ai-棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比值，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí) aci= 0.82，其間按線性內(nèi)插法確定。a2-混凝土的脆性折減系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí) 其間按線性內(nèi)插法確定。軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 ftk的確定：可采用軸心抗拉試驗(yàn)（試件尺寸 直接測(cè)試或通過圓柱體（或立方體）的劈裂試驗(yàn)間接測(cè)試，測(cè)得的具有C50 時(shí)取 aci = 0.76,C80 取強(qiáng)度確定的。具體按下式計(jì)算:ftk 0.88C40時(shí)取a2= 1.0,C80 取 a2= 0.87 ,100mmx 100mmx 500mm)95%保證率的軸心抗拉0 550.395fcu.,k

3、5 1 1.6450.45c2C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75 和2.2混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是如何劃分的？我國(guó)規(guī)范 同一強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，試比較立方體抗壓強(qiáng)度、 理由。答：混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是依據(jù)立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 凝土強(qiáng)度等級(jí)有：GB50010規(guī)定的混凝土強(qiáng)度等級(jí)有哪些？對(duì)于軸心抗壓強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度的大小并說明fcu,k確定的。我國(guó)規(guī)范GB50010規(guī)定的混C80，共14個(gè)等級(jí)。對(duì)于同一強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，立方體抗壓強(qiáng)度 >軸心抗壓強(qiáng)度 >軸心抗拉強(qiáng)度。這是因?yàn)橛捎诶猓摧S心抗壓強(qiáng)度）fCU>fc>ft

4、o柱體標(biāo)準(zhǔn)試件比立方體標(biāo)準(zhǔn)試件的高度大，試驗(yàn)機(jī)壓板與試件之間的摩擦力對(duì)棱柱體試件高度中部 的橫向變形的約束影響比對(duì)立方體試件的小，所以測(cè)得的棱柱體試件的抗壓強(qiáng)度比立方體試件的抗壓強(qiáng)度值??；同時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度又遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度。因此， 2.3試述一次短期加載下混凝土受壓時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特征。 答：一次短期加載下混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線見下圖：OC）又可由圖可見，混凝土受壓的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€包括上升段和下降段兩個(gè)部分。上升段（分為三段（OA、AB、BC）。第1階段（OA段）：從加載至應(yīng)力約為（0.30.4） fc的A點(diǎn)，該階段 應(yīng)力較小，混凝土的變形主要是骨料和水泥晶體受力后產(chǎn)生的彈性變形

5、，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系接近直線，A點(diǎn)稱為比例極限；第 2階段（AB段）：超過A點(diǎn)，進(jìn)入裂縫穩(wěn)定發(fā)展的第2階段，至臨界點(diǎn)B,此點(diǎn)應(yīng)力可以作為混凝土長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度的依據(jù)；第3階段（BC段）：超過B點(diǎn)，進(jìn)入裂縫不穩(wěn)定發(fā)展的第3階段，至峰點(diǎn) C,此點(diǎn)應(yīng)力為混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度fc，相應(yīng)的應(yīng)變稱為峰值應(yīng)變勺，其值在0.00150.0025之間波動(dòng)，對(duì)于 C50的混凝土，通常取 ©= 0.002。下降段（CE）又可分為兩段（CD、DE）。第4階段（CD段）：超過峰點(diǎn) C之后，裂縫迅速發(fā) 展，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性受到愈來愈嚴(yán)重的破壞，賴以傳遞荷載的路線不斷減少，試件的平均 應(yīng)力強(qiáng)度下降，此階段曲線凹向

6、應(yīng)變軸，直到曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)D。第5階段（DE段）：超過拐點(diǎn)D之后，曲線開始變?yōu)橥瓜驊?yīng)變軸，此階段只靠骨料間的咬合力、摩擦力以及殘余的承壓面來承受荷載， 直至曲線中曲率最大的收斂點(diǎn)E。從收斂點(diǎn)E以后的曲線稱為收斂段，這時(shí)貫通的主裂縫已很寬，內(nèi)聚力已幾乎耗盡，對(duì)于無側(cè) 向約束的混凝土，收斂段已沒有結(jié)構(gòu)意義。混凝土應(yīng)力一應(yīng)變曲線的形狀和特征是混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的力學(xué)標(biāo)志。2.4什么是混凝土的疲勞破壞？答：混凝土的疲勞是在荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的。混凝土在荷載重復(fù)作用下引起的破壞稱為疲勞 破壞。下圖是混凝土棱柱體標(biāo)準(zhǔn)試件在多次重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。從圖可以看出，當(dāng) 一次加載應(yīng)力 B小于混凝土的

7、疲勞強(qiáng)度 f fc時(shí)，其加載卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線OAB形成了一個(gè)環(huán)狀。而 在多次加卸載作用下， 應(yīng)力-應(yīng)變環(huán)會(huì)越來越密合，最后密合成一條直線。 當(dāng)一次加載應(yīng)力 B大于混凝土的疲勞強(qiáng)度f fc時(shí)，在經(jīng)過多次重復(fù)加卸載后，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線由凸向應(yīng)力軸而逐漸變成凸向應(yīng)變軸，加卸載不能形成封閉環(huán)，這標(biāo)志著混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展加劇，試件趨近破壞。隨著重 復(fù)荷載次數(shù)的增加，應(yīng)力-應(yīng)變曲線傾角不斷減小，當(dāng)荷載重復(fù)到每一特定的次數(shù)時(shí)，混凝土試件由 于內(nèi)部嚴(yán)重開裂或變形過大而導(dǎo)致破壞。2/aOBCE2.5什么是混凝土的徐變？什么是混凝土的收縮？影響徐變和收縮的主要因素有哪些？ 答：混凝土在荷載的長(zhǎng)期作用下，其應(yīng)

8、變或變形隨時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為混凝土的徐變。 氣中結(jié)硬時(shí)其體積會(huì)縮小，這種體積縮小的現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。影響徐變的主要因素有：應(yīng)力大小、材料組成和外部環(huán)境三個(gè)方面。 長(zhǎng)期作用的壓應(yīng)力大小是影響混凝土徐變的主要因素之一。力成正比，稱為線性徐變；當(dāng)初始應(yīng)力0.5fc< Bi切.8fc時(shí)，當(dāng)初始應(yīng)力cci>0.8fc時(shí)，徐變的發(fā)展最終將導(dǎo)致混凝土破壞， 度?；炷恋牟牧辖M成是影響徐變的內(nèi)在因素。水泥用量越大、混凝土在空q5iO.5fc時(shí)，徐變與應(yīng) 稱為非線性徐變；當(dāng)初始應(yīng)力徐變與應(yīng)力不成正比，所以取0.8fc作為混凝土的長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)水灰比越大，徐變就越大；骨料的彈性模量越大以及骨料所占的體

9、積比越大，徐變就越小。外部環(huán)境包括養(yǎng)護(hù)和使用的條件。養(yǎng)護(hù)時(shí)的濕度越大、溫度越高，徐變就越??；使用時(shí)的濕度越大、溫度越低，徐變就越小。另外，加載的 齡期越早，徐變就越大；構(gòu)件的體積與面積之比值越大，徐變就越小。影響混凝土收縮的主要因素有：10 %左右；水泥用量越多，水灰比1) 水泥的品種和用量：早強(qiáng)水泥的收縮量比普通水泥的大越大，水泥強(qiáng)度等級(jí)越高，收縮越大；3)縮量；4)5)2) 骨料的性質(zhì)、粒徑和含量：骨料含量越大、彈性模量越高，收縮量越?。还橇狭酱?，對(duì)水 泥漿體收縮的約束大，且達(dá)到相同稠度所需的用水量少，收縮量也??；養(yǎng)護(hù)條件：完善及時(shí)的養(yǎng)護(hù)、高溫高濕養(yǎng)護(hù)、蒸汽養(yǎng)護(hù)等工藝加速水泥的水化作用，

10、減少收使用期的環(huán)境條件：構(gòu)件周圍所處的溫度高，濕度低，都增大水分的蒸發(fā)，收縮量大； 構(gòu)件的形狀和尺寸：混凝土中水分的蒸發(fā)必須由結(jié)構(gòu)的表面。因此結(jié)構(gòu)的體積與表面積之比, 或線形構(gòu)件的截面面積和截面周界長(zhǎng)度之比增大，水分增發(fā)量減小，表面碳化面積也小，收縮量減 ?。? )其它因素：配制混凝土的各種添加劑、構(gòu)件的配筋率、混凝土的受力狀態(tài)等在不同程度上影 響收縮量。2.6答:2.7答:有明顯流幅鋼筋和無明顯流幅鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系有什么不同？有明顯流幅鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變曲線有明顯的屈服點(diǎn)和流幅，而無明顯流幅鋼筋則沒有。 鋼筋的強(qiáng)度和塑性指標(biāo)有哪些？在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼筋強(qiáng)度如何取值？對(duì)鋼筋的性能有哪 些

11、要求？鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度；鋼筋的塑性指標(biāo)有伸長(zhǎng)率和冷彎性能。在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于有明顯流幅鋼筋，取屈服下限作為鋼筋的屈服強(qiáng)度；對(duì)于無明顯流 幅鋼筋，取極限抗拉強(qiáng)度 Ob的85%作為條件屈服點(diǎn)，取條件屈服點(diǎn)作為鋼筋的屈服強(qiáng)度。混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋性能的要求主要體現(xiàn)在鋼筋的強(qiáng)度、塑性、可焊性、耐火性和與混凝土的粘 結(jié)性能五個(gè)方面。2.8影響鋼筋和混凝土之間粘結(jié)的因素有哪些？又如何從構(gòu)造上保證鋼筋和混凝土之間的可靠粘 結(jié)？答：鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度受許多因素的影響，主要有混凝土強(qiáng)度、鋼筋外形、混凝土 保護(hù)層厚度和鋼筋凈距、橫向配筋、受力情況和澆筑混凝土?xí)r鋼筋的位置等。(1)

12、成正比例。(2)(3)ft混凝土強(qiáng)度?；炷翉?qiáng)度越高，粘結(jié)強(qiáng)度越大。試驗(yàn)表明，粘結(jié)強(qiáng)度與混凝土抗拉強(qiáng)度鋼筋外形。鋼筋外形對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響很大，帶肋鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于光圓鋼筋。 混凝土保護(hù)層厚度和鋼筋凈距。試驗(yàn)表明，混凝土保護(hù)層厚度對(duì)光圓鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度影響很小，而對(duì)帶肋鋼筋的影響十分顯著。適當(dāng)增大混凝土保護(hù)層厚度和鋼筋凈距，可以提高粘結(jié)強(qiáng)度。(4) 橫向配筋?；炷翗?gòu)件中配有的橫向鋼筋可以有效地抑制混凝土內(nèi)部裂縫的發(fā)展，提高粘 結(jié)強(qiáng)度。(5) 受力情況。支座處的反力等側(cè)向壓力可增大鋼筋與混凝土接觸面的摩擦力，提高粘結(jié)強(qiáng)度。 剪力產(chǎn)生的斜裂縫將使錨固鋼筋受到銷栓作用而降低粘結(jié)強(qiáng)度。在重復(fù)荷載或反復(fù)荷載作用下，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度將退化。(6 )澆筑混凝土?xí)r鋼筋所處的位置。對(duì)于大厚度混凝土結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)混凝土澆筑深度超過 300mm時(shí)，鋼筋底面的混凝土由于離析泌水、沉淀收縮