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

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：（摩擦型）、（粘結(jié)型）和（承壓型）

2、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pcu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（R）的應(yīng)力狀態(tài)為依據(jù)，但軸心受壓構(gòu)件的計算則以（破壞）階段的截

3、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1BE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 .用作圖法布置斜筋時，還應(yīng)檢查縱筋

4、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，張拉控制應(yīng)力定得高，

5、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Ao、后張法構(gòu)件用凈截面An?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Ao?（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截面

6、積三者的總和，即AoAceAsEAp0（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An（An=AceAs）上的內(nèi)力平衡的，因此用凈截面人。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A0。（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Ao,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Ao,而仍用凈截面An。（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

7、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，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ii2）預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁間的摩榛引起的預(yù)應(yīng)力損失123）構(gòu)件養(yǎng)護(hù)過程中由于溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失134）預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失145）混凝土收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失156）環(huán)向構(gòu)件混凝土被擠壓引起的預(yù)應(yīng)力損失167）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）

8、+4）第二批預(yù)應(yīng)力損失為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：ss,同時cb（2分）低筋設(shè)計：ss,但cb（2分）超筋設(shè)計：cb,但ss,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(jì)，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:Casel:sctmax>stp-1（

9、2分）stp-1為主拉應(yīng)力容許限值，任何情況下不得超過，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 :sctmax<stp-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-2wsctmaxwstp-i必須按計算設(shè)置腹筋，但sct<stp-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l°=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，b=10.0MPa,受力縱筋采用Q235級鋼筋，s=130

10、MPa,1016,單根鋼筋面積為201mm2,n=20。要求：（1）復(fù)核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。q=20kNin九=611】圖1簡支梁計算簡圖解：(1)內(nèi)力計算：跨中彎矩最大,12Mql8(2)受壓區(qū)高度x計算截面有效高度h06004550/2配筋率2010bh0300530n受壓區(qū)高度：x200.012640.2528h0(n)22nn)(3)截面應(yīng)力復(fù)核2Mbx(h0x/3)As(h0x/3)smaxh0(hxx滿足要求300OQ009OQ000_2206.0290.0KN.m530mm0.01264min0.2%(2')(4&

11、#39;)530290.01060.502266mm(5')300266(530266/3)90.01062010(530266/3)a1)(4)截面能承擔(dān)的彎矩Mcbbx(h0x/3)MssAs(h0x/3)5.11MPa101.5MPa101.5(60026645)53026610300266h0x130(hxa1)(530266/3)111.1MPa176.09kN.m2010(530266/3)530(4，26660026645105.34所以截面能承擔(dān)的彎矩M105.34kN.m2、現(xiàn)有一后張法預(yù)應(yīng)力簡支梁，計算跨度l0=8.7mo該梁承受的均布包載標(biāo)準(zhǔn)值gk=14.0kN/

12、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,E=6.15。凈截面An=7.48X104mm2,重心至底邊的距離為yn=465mm,距頂邊距離y'n=335mm，慣性矩In=7.28X109mm4;換算截面A°=9.85X104mm2,重心至底邊的距離為y=450mm,距頂邊y'=350mm，慣性矩Io=8.36x109mm4,詳見圖2。已知受拉區(qū)張拉控制應(yīng)力con=1029N/mm2,受壓區(qū)con=735N/mm2,第一批預(yù)應(yīng)力損失為H=96N/mm2,H=86N/mm2,第二批預(yù)應(yīng)力損失

13、為川=150N/mm2,川=44N/mm2。試計算：pc?(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(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=1.2X14.0+1.4X12.0=33.6kN/m1212跨中彎矩設(shè)計值:Mpl233.68.72317.9kN.m88(1')(2)總預(yù)應(yīng)力損失96150246N/mm2II.8644130N/mm2(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')pcNpIINpIIepII(con

14、AnInynl)Ap('con'l)A'pAn(1029246)624.8(735130)(conl)Apepn(conl)ApeIn156.3pnYn_49.8510(1029246)624.8(46565)(735130)156.3(335-65)一_97.2810465_218.67N/mm2（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)McMYI0317.910694508.361092_217.11N/mmpc17.2N/mm(1分)混凝土下緣的實際應(yīng)力cDCIIMc18.6717.111.56N/mm2(壓)cpcc3、某鐵路橋涵鋼筋混凝土偏心

15、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b=11.2MPa,c=9.0MPa;采用I級鋼筋，相應(yīng)s=130MPa,采用對稱配筋A(yù)s=As'=1520mm2,n=10。要求：復(fù)核截面應(yīng)力及柱穩(wěn)定性。（已知：=1.13,小=0.87,m=11.8）（15分）圖3偏心受壓柱的截面配筋圖(6分)解：(1)求換算截面核心矩?fù)Q算截面幾何參數(shù)：截面對稱，有y1=y2Abh2nAs=400500+21021520=230400mm213_h,2I0bh2nAs(-as)12213=400500321015201294=5.5110mm核心矩(250240)2k