混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程作業(yè)

1、第一章、緒論1，某工程師用買(mǎi)來(lái)的正版軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，后發(fā)現(xiàn)軟件錯(cuò)誤，并導(dǎo)致工程事故，誰(shuí)應(yīng)為工程事故承擔(dān)賠償責(zé)任？答：首先，作為設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)對(duì)所做設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)，故設(shè)計(jì)的工程師應(yīng)對(duì)首先對(duì)事故承擔(dān)責(zé)任； 其次，在完成賠償后的工程師，可以對(duì)設(shè)計(jì)中所有可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤進(jìn)行分析，如果確是軟件原因，在依法律程序處理。2，線彈性分析方法和彈性分析方法各有什么不同的含義，彈塑性分析方法和非線性分析方法各有什么不同含義？答：線彈性分析方法是彈性分析方法的組成部分，除此之外還包括非線彈性分析方法；彈塑性分析方法，包含材料進(jìn)入塑性階段考慮材料塑性變形能力，非線性分析方法僅涉及材料的非線彈性階段，不包括材料塑性變形能力。3，

2、試驗(yàn)分析方法怎樣在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用？答：當(dāng)結(jié)構(gòu)或其部分的體形不規(guī)則和受力狀態(tài)復(fù)雜而又無(wú)恰當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化分析方法時(shí)，可采用實(shí)驗(yàn)分析方法。4，什么情況下混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用彈塑性分析方法？答：由于該方法比較復(fù)雜，計(jì)算工作量大，各種分線性本構(gòu)關(guān)系尚不夠完善和統(tǒng)一，至今應(yīng)用分為仍然有限，主要應(yīng)用于復(fù)雜，重要的結(jié)構(gòu)工程的分析和罕遇地震作用下的結(jié)構(gòu)分析。5，什么情況下結(jié)構(gòu)分析時(shí)完全不能考慮彈塑性因素，只能采用彈性分析方法？答：對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載的構(gòu)件，以及要求不出現(xiàn)裂縫或處于三 a 、三b類(lèi)環(huán)境情況下的結(jié)構(gòu)，主梁、承受沖擊荷載的構(gòu)件等由于在設(shè)計(jì)時(shí)要有足夠的安全儲(chǔ)備，因此不能采用彈塑性分析方法，僅能用彈性分析

3、方法。第2章 、鋼筋和混凝土的力學(xué)性能1，應(yīng)力應(yīng)變曲線是否反應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋的所有性能？答：鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線反映的是鋼筋的受力性能，包括強(qiáng)度，延性等；并不能夠反映結(jié)構(gòu)受力時(shí)鋼筋的冷彎性能，可焊性，以及鋼材內(nèi)部成分對(duì)鋼材其他性能有較大影響的因素。2，高性能混凝土的基本特征有哪些？解：高性能混凝土（HPC）具有較好的耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。（1）自密實(shí)性。高性能混凝土的用水量較低，流動(dòng)性好，抗離析性高，從而具有較優(yōu)異的填充性；（2）體積穩(wěn)定性。高性能混凝土的體積穩(wěn)定性較高，表現(xiàn)為具有高彈性模量、低收縮與徐變、低溫度變形；（3）強(qiáng)度。高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度已超過(guò)200

4、MPa。目前，28d平均強(qiáng)度介于100120MPa的高性能混凝土，已在工程中應(yīng)用；（4）水化熱。由于高性能混凝土的水灰比較低，會(huì)較早的終止水化反應(yīng)，因此，水化熱相應(yīng)的降低；（5）收縮和徐變。高性能混凝土的總收縮量與其強(qiáng)度成反比，強(qiáng)度越高總收縮量越小。相對(duì)濕度和環(huán)境溫度是影響高性能混凝土收縮性能的兩個(gè)主要因素。徐變變形顯著低于普通混凝土；（6）耐久性。高性能混凝土除通常的抗凍性、抗?jié)B性明顯高于普通混凝土之外，高性能混凝土的氯離子滲透率，明顯低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有較高的密實(shí)性和抗?jié)B性，因此，其抗化學(xué)腐蝕性能顯著優(yōu)于普通強(qiáng)度混凝土；（7）耐火性。高性能混凝土在高溫作用下，會(huì)產(chǎn)生爆裂、剝

5、落。由于混凝土的高密實(shí)度使自由水不易很快地從毛細(xì)孔中排出，再受高溫時(shí)其內(nèi)部形成的蒸汽壓力幾乎可達(dá)到飽和蒸汽壓力。為克服這一性能缺陷，可在高性能和高強(qiáng)度混凝土中摻入有機(jī)纖維，在高溫下混凝土中的纖維能熔解、揮發(fā)，形成許多連通的孔隙，使高溫作用產(chǎn)生的蒸汽壓力得以釋放，從而改善高性能混凝土的耐高溫性能；3，鋼筋受拉達(dá)到屈服強(qiáng)度后，其應(yīng)力應(yīng)變曲線，也出現(xiàn)下降段，這個(gè)下降段與混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線的下降段有何不同？答：混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段表明混凝土在經(jīng)歷峰值應(yīng)力后，仍可通過(guò)非彈性變形消耗外荷載輸入的能量。原因是由于混凝土是非均質(zhì)材料，因此，非彈性變形可通過(guò)內(nèi)摩擦、擠壓等方式耗散，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也具

6、有很重要的意義；鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段表明鋼筋已經(jīng)通過(guò)極限拉應(yīng)力，而進(jìn)入到頸縮破壞階段，由于鋼筋的勻質(zhì)性，只能通過(guò)增加其變形（包括可恢復(fù)與不可恢復(fù)的變形）來(lái)儲(chǔ)存外荷載輸入的能量，而無(wú)法通過(guò)其它方式來(lái)耗能，非彈性變形也無(wú)法恢復(fù)。4 ，強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土，其軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是14.3KN/mm2, ，這個(gè)值從何而來(lái)?答：混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值由強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除材料分項(xiàng)系數(shù) c 確定?；炷恋牟牧戏猪?xiàng)系數(shù)c 取為 1.4。軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等于f ck /1.4 。5 ，設(shè)計(jì)規(guī)范中，規(guī)定了素混凝土，鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的最低混凝土強(qiáng)度等級(jí)，為什么要做出這樣的規(guī)定？答：我國(guó)建筑工程實(shí)際應(yīng)

7、用的混凝土強(qiáng)度和鋼筋頭強(qiáng)度均低于發(fā)達(dá)國(guó)家。我國(guó)結(jié)構(gòu)安全度總體上比國(guó)際水平低，但材料用量并不少，其原因在于國(guó)際上較高的安全度是依靠較高強(qiáng)度的材料實(shí)現(xiàn)的。為提高材料利用率，工程中應(yīng)用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜適當(dāng)提高。C15級(jí)的地輕度混凝土僅限于素混凝土解耦股，各種配筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)也應(yīng)稍有提高。6.解釋混凝土單軸受壓時(shí)的微柱模型和劈裂模型。答：微柱模型：在混凝土的壓應(yīng)力達(dá)到峰值點(diǎn)的過(guò)程中，混凝土內(nèi)部的微裂縫逐漸擴(kuò)展延伸，假設(shè)壓應(yīng)力達(dá)到峰值點(diǎn)是，縱向裂縫將混凝土冷主體分割成若干個(gè)微小柱體，由于材料的不均勻特性，繼續(xù)增加荷載時(shí)，這些微小的柱體相繼失穩(wěn)破壞，導(dǎo)致混凝土棱柱體試件的承載能力逐漸下降，

8、由此形成應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段。這種機(jī)理的解釋也稱(chēng)為微柱模型。劈裂模型：混凝土受壓時(shí)，內(nèi)部原本存在的微小裂縫持續(xù)擴(kuò)展，當(dāng)荷載達(dá)到一定值時(shí)，內(nèi)部裂縫貫穿形成斜向聯(lián)通裂縫，繼續(xù)加載，試塊沿著貫穿的斜向裂縫發(fā)展并破壞的失效模式稱(chēng)為劈裂模型。7，混凝土耐久性失效的特點(diǎn)有哪些？答：混凝土材料及其結(jié)構(gòu)的耐久性劣化或失效，本質(zhì)上并非外力所致，它的特點(diǎn)有：在所處環(huán)境條件下，耐久性失效是由于外界介質(zhì)或材料內(nèi)部對(duì)混凝土的化學(xué)和物理作用的結(jié)果。失效的主要原因有：空氣中的二氧化碳、海水或除冰鹽中的氯離子、水泥中的堿質(zhì)等與混凝土或鋼筋的化學(xué)作用等；耐久性失效是個(gè)緩慢的積累過(guò)程；引起耐久性失效的諸因素相互關(guān)聯(lián)、相互影響。

9、例如混凝土的碳化和化學(xué)腐蝕促使鋼筋銹蝕，堿-骨料反應(yīng)和凍融循環(huán)產(chǎn)生混凝土裂縫，促使混凝土碳化深入內(nèi)部和鋼筋銹蝕等；耐久性失效首先受控于正常使用極限狀態(tài)、而非承載能力極限狀態(tài)。8，從應(yīng)力水平來(lái)看，在達(dá)到峰值點(diǎn)以前的混凝土受力，大體可以分為哪幾個(gè)階段？答：應(yīng)力在0.40.5 fc以下時(shí)，應(yīng)力和應(yīng)變基本保持比例關(guān)系，課近似的將混凝土視為彈性材料。規(guī)范中的彈性模量Ec就是根據(jù)這一階段的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系確定的?；炷两Y(jié)構(gòu)在正常使用階段的應(yīng)力大多也在這個(gè)水平以下，長(zhǎng)期受力的混凝土構(gòu)件中的壓應(yīng)力不大于0.5fc,從微觀機(jī)理來(lái)看，這一階段以骨料的彈性變形和空隙的壓縮為主。隨著應(yīng)力的增加，在0.4-0.8fc階段

10、應(yīng)力應(yīng)變曲線偏離線性，短期內(nèi)沒(méi)有可鑒裂縫，但內(nèi)部微裂縫在擴(kuò)展，實(shí)際工程中如果混凝土長(zhǎng)期處于這一階段受力，可能產(chǎn)生非常大的徐變變形，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)0.9fc時(shí)，混凝土進(jìn)入破壞階段?；炷恋膽?yīng)力應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速率明顯加快。實(shí)驗(yàn)中可以觀察到混凝土棱柱體表面出現(xiàn)平行于壓應(yīng)力方向的微小裂縫，混凝土的宏觀面積應(yīng)變開(kāi)始增加。9，實(shí)際工程中的鋼筋混凝土受壓構(gòu)件中，混凝土壓應(yīng)力大約在什么水平？答：應(yīng)力在0.40.5 fc以下時(shí)，應(yīng)力和應(yīng)變基本保持比例關(guān)系，可近似的將混凝土視為彈性材料。規(guī)范中的彈性模量Ec就是根據(jù)這一階段的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系確定的?；炷两Y(jié)構(gòu)在正常使用階段的應(yīng)力大多也在這個(gè)水平以下，長(zhǎng)期受力

11、的混凝土構(gòu)件中的壓應(yīng)力不大于0.5fc。1 正截面承載力計(jì)算中為什么可以引入平截面假定？通過(guò)引入平截面假定，對(duì)正截面承載力的計(jì)算有什么影響？答：1）實(shí)驗(yàn)表明,在縱向受拉鋼筋的應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度之前及達(dá)到屈服強(qiáng)度之后的一定塑性轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)，截面的平均應(yīng)變基本符合平截面假定。因此，按照平截面假定建立判別縱向受拉鋼筋是否屈服的界限條件和確定屈服之前鋼筋應(yīng)力是合理的。平截面假定作為計(jì)算手段，即使鋼筋已達(dá)屈服，甚至進(jìn)入強(qiáng)化階段時(shí)，也還是可行的，計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值符合較好。所以可以在正截面承載力計(jì)算中引入平截面假定。2）引入平截面假定可以將各種類(lèi)型截面（包括周邊配筋截面）在單向和雙向受力情況下的正截面承載力計(jì)算貫

12、穿起來(lái)，提高了計(jì)算方法的邏輯性和條理性，使計(jì)算公式具有明確的物理概念。引用平截面假定也為利用電算進(jìn)行混凝土構(gòu)件正截面全過(guò)程分析（包括非線性分析）提供了必不可少的界面變形條件。2實(shí)驗(yàn)表明：裂縫截面不滿足平截面假定，但設(shè)計(jì)時(shí)選的平衡方程就是在裂縫截面上建立的，兩者之間的矛盾如何理解？在受彎構(gòu)件的承載力計(jì)算中，只利用了平衡條件，如果我們放棄平截面假定，還能維持現(xiàn)有的計(jì)算體系嗎？答：1)事實(shí)上，混凝土開(kāi)裂時(shí)，雖然裂縫處顯然不滿足假定，但是跨越裂縫的平均應(yīng)變卻是滿足的，而且也符合實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的規(guī)律。2）實(shí)際上，正截面計(jì)算式，只用到了平衡條件，公式中并沒(méi)有直接涉及到平截面假定，但是，此假定在計(jì)算體系中是有用到

13、的。比如界限相對(duì)受壓區(qū)高度就是用到了平截面假定，況且混凝土開(kāi)裂時(shí)，雖然裂縫處顯然不滿足假定，但是跨越裂縫的平均應(yīng)變卻是滿足的，而且也符合實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的規(guī)律，可謂：平截面假定在正截面計(jì)算體系中是有作用的，他相當(dāng)于補(bǔ)充的體系的變形協(xié)調(diào)方程。3 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，有“強(qiáng)柱若梁”和“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)概念，地震作用下，框架梁或柱上開(kāi)裂形成塑性鉸后，還會(huì)不會(huì)有可能發(fā)生剪切破壞？答：有可能。因?yàn)樗苄糟q形成后，鋼筋進(jìn)入強(qiáng)化階段，塑性鉸上的玩具彎矩仍然有可能增加，此時(shí)剪力也增加，所以仍有可能出現(xiàn)剪切破壞。此外，當(dāng)梁出現(xiàn)鉸時(shí)，就算鉸上的彎矩值不變，梁上荷載也有可能增減，這樣，跨中彎矩增加，鉸附近剪力增加，可

14、能出現(xiàn)剪切破壞。再次，形成塑性鉸后，由于形成了許多裂縫，剪切剛度下降，發(fā)生剪切破壞時(shí)候所需要的剪力可能更小，例如，有公式建議九度設(shè)防下，混凝土對(duì)抗剪的作用項(xiàng)為零。以上情況均表明，在抗震設(shè)計(jì)中，構(gòu)件在形成塑性鉸后，仍有可能出現(xiàn)剪切破壞。4 鋼筋混凝土梁的剪切破壞為脆性破壞，規(guī)范要求，脆性破壞有較高的可靠度，規(guī)范是如何保證的？答：鋼筋混凝土量得剪切破壞為脆性破壞，其可靠指標(biāo)要比延性破壞要高出0.5，工程中常強(qiáng)調(diào)“強(qiáng)剪弱彎”，這樣，量得抗剪就必須要有更高的可靠度才行。總所周知，量得抗剪主要的基礎(chǔ)是試驗(yàn)方法。根據(jù)梁的抗剪承載力試驗(yàn)，得到一組關(guān)于同樣截面同樣混凝土強(qiáng)度下的承載力和剪跨比的數(shù)據(jù)，擬合可以得

15、到其上限曲線和下限曲線。規(guī)范為了使梁抗剪有更高的可靠度，不取平均值，而是取下限值，而且實(shí)際工程中遇到連續(xù)梁和梁腹加載的不利情況，規(guī)范使用低于下限的公式：即此外，工程中抗震框架常常在剪力較大的節(jié)點(diǎn)區(qū)域加密箍筋，使得剪切破壞更難發(fā)生，這也提高了剪切破壞的可靠度。5 試分析受壓區(qū)鋼筋配筋率對(duì)簡(jiǎn)支梁性能的影響。答：為了提高截面的承載能力，增加延性，減小構(gòu)件的長(zhǎng)期變形，常在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的受壓區(qū)配置縱向受壓鋼筋，設(shè)計(jì)中又稱(chēng)雙筋矩形截面。從雙筋截面的計(jì)算公式上看，通過(guò)增加截面的配筋率可以達(dá)到增加截面承載力的效果。但雙筋截面設(shè)計(jì)實(shí)際上還受到以下幾個(gè)方面因素的影響：1） 在受壓區(qū)配置數(shù)量太多的鋼筋將使受壓

16、區(qū)鋼筋密集，導(dǎo)致混凝土澆筑困難。2） 產(chǎn)生玩具的荷載同樣產(chǎn)生剪力，當(dāng)截面彎矩增加時(shí)，剪力隨之增加。通過(guò)增加受壓鋼筋提高截面的受彎承載力時(shí)，通常截面的尺寸沒(méi)有變化。搞的受壓鋼筋配筋率可能伴隨斜壓破壞。3） 當(dāng)受壓跟那個(gè)勁達(dá)到屈服時(shí)，受壓區(qū)混凝土的最大應(yīng)力達(dá)到峰值應(yīng)力，或進(jìn)入應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段，不能有效的防止受壓鋼筋壓屈失穩(wěn)，繼續(xù)加載導(dǎo)致受壓鋼筋屈曲，截面的變形能力下降。綜合以上分析，可知在受壓區(qū)配置一定量的受壓鋼筋在某種程度上是可以提高構(gòu)件的承載力的，但是如果超出一定許可范圍，不僅承載力提高的效果不明顯，反而會(huì)帶來(lái)脆性破壞，因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量予以避免。6試分析鋼筋混凝土構(gòu)件中，有屈服點(diǎn)的普通鋼筋的相對(duì)界限受壓區(qū)高度的由來(lái)；如何推得無(wú)屈服點(diǎn)普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件？答：構(gòu)件達(dá)到界限破壞是指正截面上受拉鋼筋屈服與受壓區(qū)混凝土破壞同時(shí)發(fā)生時(shí)的破壞狀態(tài)。對(duì)應(yīng)于這一破壞狀態(tài)，受壓邊混凝土應(yīng)變達(dá)到；對(duì)配置有屈服點(diǎn)鋼筋的鋼筋混凝土構(gòu)件，縱向受拉鋼筋的應(yīng)變應(yīng)取。界限受壓區(qū)高度與界限中和軸高度的比值為，根據(jù)平截面假定，