中南大學(xué)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理考試試題及答案

1、中南大學(xué)考試試卷2009 - 2010 學(xué)年二 學(xué)期 時間120分鐘混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理（二）課程 24 學(xué)時 學(xué)分 考試形式： 卷專業(yè)年級： 土木工程2007級 總分100分，占總評成績 70 %注：此頁不作答題紙，請將答案寫在答題紙上一、填空題（每空1分，共計26分）1. 先張法和后張法對混凝土構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力的途徑不同，先張法通過（預(yù)應(yīng)力筋與混凝土間的黏結(jié)力）施加預(yù)應(yīng)力，后張法則通過（錨具）施加預(yù)應(yīng)力。2. 按照預(yù)應(yīng)力筋與混凝土的粘結(jié)程度分，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件分為（有粘結(jié)）預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件和（無粘結(jié)）預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。3. 預(yù)應(yīng)力混凝土中所用的錨具種類很多，但按照傳力方式分，主要可分為：（摩擦

2、型）、（粘結(jié)型）和（承壓型）三類。4. 在其他條件相同的情況下，由于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中建立的有效預(yù)壓應(yīng)力spc高低不同，使用階段先張法構(gòu)件的消壓荷載N0和開裂荷載Ncr均（小于）后張法構(gòu)件，但先張法構(gòu)件的極限承載力（等于）后張法構(gòu)件的極限承載力。（填“大于”、 “小于”或“等于”）。5. 預(yù)應(yīng)力混凝土軸拉構(gòu)件及受彎構(gòu)件正截面承載力計算均是以（構(gòu)件破壞）時的受力狀態(tài)為計算依據(jù)，計算方法和步驟均類似于普通鋼筋混凝土構(gòu)件。6. 鐵路橋涵中普通鋼筋混凝土鐵路橋梁按（容許應(yīng)力）法計算，預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋梁按（破壞階段）法計算。7. 鐵路橋涵鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的計算是以應(yīng)力階段（）的應(yīng)力狀態(tài)為依據(jù)，但軸心受壓構(gòu)

3、件的計算則以（破壞）階段的截面應(yīng)力狀態(tài)為依據(jù)，但形式上按容許應(yīng)力法表達(dá)。8. 根據(jù)鐵路鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（TB1002.3-2005），普通鋼筋混凝土單筋矩形截面梁的受壓區(qū)高度完全取決于截面尺寸、材料及（配筋率），而與荷載彎矩?zé)o關(guān)。9. 鐵路橋涵鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件的計算與受彎構(gòu)件相同，同樣以（平截面假定）、（彈性體假定）及（受拉區(qū)混凝土不參加工作）三個基本假定基礎(chǔ)，截面應(yīng)力采用（應(yīng)力疊加）原理或（靜力平衡）條件進(jìn)行計算。10預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件的變形由兩部分組成：一部分是由（荷載）產(chǎn)生的撓度，另一部分是由（預(yù)應(yīng)力）產(chǎn)生的反拱，這兩部分的代數(shù)和即為構(gòu)件的總變形。11用作圖法布置斜

4、筋時，還應(yīng)檢查縱筋彎起后所余部分能否滿足（截面抗彎）要求，即要求材料圖覆蓋（包絡(luò)圖）。12預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，就是在結(jié)構(gòu)承受外荷載之前，預(yù)先采用人為的方法，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一種預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)在使用階段產(chǎn)生拉應(yīng)力的區(qū)域預(yù)先受到 （壓） 應(yīng)力，從而達(dá)到推遲或限制 （裂縫）的出現(xiàn)或開展，提高結(jié)構(gòu)抗裂度的目的。二、簡答題（共5題，計34分）1什么是張拉控制應(yīng)力？為什么要對鋼筋的張拉應(yīng)力進(jìn)行控制？(7分)答：張拉控制應(yīng)力是指張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時所控制達(dá)到的最大應(yīng)力值，其值為張拉設(shè)備所控制的總的張拉力除以預(yù)應(yīng)力鋼筋面積得到的應(yīng)力值。 (2分)從充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力優(yōu)點的角度考慮，張拉控制應(yīng)力應(yīng)盡可能地定得高一些，張

5、拉控制應(yīng)力定得高，形成的有效預(yù)壓應(yīng)力高，構(gòu)件的抗裂性能好，且可以節(jié)約鋼材，但如果控制應(yīng)力過高，會有構(gòu)件的延性較差、對后張法構(gòu)件有可能造成端部混凝土局部受壓破壞、預(yù)應(yīng)力損失增大等缺點。張拉控制應(yīng)力也不能定過低，它應(yīng)有下限值。否則預(yù)應(yīng)力鋼筋在經(jīng)歷各種預(yù)應(yīng)力損失后，對混凝土產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力過小，達(dá)不到預(yù)期的抗裂效果。 (5分)2什么是換算截面？為什么計算施工階段的預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)力時，先張法構(gòu)件用、后張法構(gòu)件用凈截面？而計算外荷載引起的截面應(yīng)力時，為什么先張法和后張法構(gòu)件都用？(7分)答：換算截面是按整體工作階段應(yīng)變協(xié)調(diào)的原則將縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋和縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積換算成混凝土截面積再加上混凝土的凈

6、截面積三者的總和，即。 (2分)在計算施工階段的混凝土應(yīng)力時，對后張法構(gòu)件，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土之間還沒有粘結(jié)，預(yù)應(yīng)力合力相當(dāng)于外力作用在鋼筋混凝土凈截面上，張拉力是與鋼筋混凝土凈截面（）上的內(nèi)力平衡的，因此用凈截面。而先張法構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土是有粘結(jié)的，兩者共同變形，因此用換算截面。 (3分)但是，當(dāng)計算外載引起的截面應(yīng)力時，因先張法構(gòu)件和后張法構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土之間都已是粘結(jié)的，因此，都采用，當(dāng)然，對于不灌漿的無粘結(jié)后張法構(gòu)件，則不能采用換算截面，而仍用凈截面。 (2分)3什么是預(yù)應(yīng)力損失？在設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時，應(yīng)考慮哪些因素引起的預(yù)應(yīng)力損失？哪些屬于第一批預(yù)應(yīng)力損失，

7、哪些屬于第二批預(yù)應(yīng)力損失？(8分)答：由于預(yù)應(yīng)力施工工藝和材料性能等原因，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筋中的初始預(yù)應(yīng)力，從制作、運輸、安裝及使用過程中不斷降低的現(xiàn)象，稱為預(yù)應(yīng)力損失。 （2分）要考慮的預(yù)應(yīng)力損失有： （4分）1） 錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失sl12） 預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁間的摩檫引起的預(yù)應(yīng)力損失sl23） 構(gòu)件養(yǎng)護(hù)過程中由于溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失sl34） 預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失sl45） 混凝土收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失sl56） 環(huán)向構(gòu)件混凝土被擠壓引起的預(yù)應(yīng)力損失sl67） 混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失對先張法構(gòu)件，第一批預(yù)應(yīng)力損失為：1）+2）+3）+4） 第二批預(yù)應(yīng)力損

8、失為5） （1分）對后張法構(gòu)件，第一批預(yù)應(yīng)力損失為：1）+2） 第二批預(yù)應(yīng)力損失為4）+5）+6） （1分）4. 受彎彎構(gòu)件容許應(yīng)力法設(shè)計中，什么是平衡設(shè)計、低筋設(shè)計，為什么不能采用超筋設(shè)計？（6分）答：平衡設(shè)計： （2分）低筋設(shè)計： （2分）超筋設(shè)計： 超筋設(shè)計構(gòu)件發(fā)生破壞時是脆性破壞，并且鋼筋強度不能充分利用，因此采用超筋設(shè)計即不安全也不經(jīng)濟，應(yīng)盡量避免。 （2分）5按容許應(yīng)力法進(jìn)行腹筋設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)梁中主拉應(yīng)力最大值的大小、分那幾種情況處理？（6分）答：應(yīng)根據(jù)梁中最大主拉應(yīng)力的大小，分三種情況：Case1：sctmaxstp-1 （2分） stp-1為主拉應(yīng)力容許限值，任何情況下不得超過

9、，此時必須采用箍筋和斜筋以外的措施，如增大截面寬度或提高混凝土強度等級。Case2： sctmaxstp-2 （2分）不需要按計算只須按構(gòu)造要求設(shè)置一定數(shù)量的腹筋。Case3： stp-2 sctmaxstp-1必須按計算設(shè)置腹筋，但sctstp-3部分梁段內(nèi)，可僅按構(gòu)造要求配腹筋。（2分）三、計算題（共3題，計40分）1、 某鐵路橋涵矩形截面混凝土簡支梁，計算跨度l0=6.0m，承受均布荷載為20kN/m（含自重），截面尺寸及配筋如下圖1。采用C30混凝土，sb=10.0MPa，受力縱筋采用Q235級鋼筋，ss=130MPa，10f16，單根鋼筋面積為201mm2，n=20。要求：（1）復(fù)核

10、該梁跨中截面混凝土及鋼筋的應(yīng)力；（2）按正截面強度計算該截面能承擔(dān)的最大彎矩。圖1 簡支梁計算簡圖解：（1）內(nèi)力計算：跨中彎矩最大， (2) （2）受壓區(qū)高度x 計算 (4) 截面有效高度 配筋率 受壓區(qū)高度：（3）截面應(yīng)力復(fù)核 (5) 滿足要求（4）截面能承擔(dān)的彎矩 (4) 2、 現(xiàn)有一后張法預(yù)應(yīng)力簡支梁，計算跨度l0=8.7m。該梁承受的均布恒載標(biāo)準(zhǔn)值 gk=14.0kN/m，均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk=12.0kN/m。預(yù)應(yīng)力鋼筋A(yù)p=624.8mm2，Ap=156.3mm2，ap= ap =65mm，aE=6.15。凈截面An=7.48104mm2，重心至底邊的距離為yn=465mm，距頂邊

11、距離yn=335mm，慣性矩In=7.28109mm4；換算截面A0=9.85104mm2，重心至底邊的距離為y=450mm，距頂邊y=350mm，慣性矩I0=8.36109mm4，詳見圖2。已知受拉區(qū)張拉控制應(yīng)力scon=1029N/mm2，受壓區(qū)scon =735N/mm2，第一批預(yù)應(yīng)力損失為=96N/mm2，=86N/mm2，第二批預(yù)應(yīng)力損失為=150N/mm2，=44N/mm2。試計算：（1）完成第二批預(yù)應(yīng)力損失時跨中截面下緣混凝土的預(yù)壓應(yīng)力spc；（2）使用階段設(shè)計荷載條件下跨中截面下緣混凝土的應(yīng)力值。 （10分） （a）凈截面 （b）換算截面圖2 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的截面參數(shù)解：（1）內(nèi)力計算 (1) 均布荷載設(shè)計值：p=1.214.0+1.412.0=33.6kN/m跨中彎矩設(shè)計值： （2）總預(yù)應(yīng)力損失 (1)（3）完成第二批預(yù)應(yīng)力損失時混凝土的預(yù)壓應(yīng)力 (3) （4）使用階段設(shè)計荷載作用下跨中截面混凝土下緣的應(yīng)力 (3分)混凝土下緣的實際應(yīng)力 (1分)3、某鐵路橋涵鋼筋混凝土偏心受壓柱，其截面尺寸及配筋圖如圖3示。柱的計算長度l0=6m，控制截面上的軸向力N=900kN，彎矩M=72kN.m。采用混凝土強度等級為C30，相應(yīng)的sb=11.2M