2015級(jí)碩士高等混凝土試題及答案11

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）一2一，、y=2x-x,（0_x_1）表達(dá)式：,zx-1'y=10.15,（x之1）lxu-1）特點(diǎn)：能較好的反映混凝土受壓

2、時(shí)的基本特征，其曲線方程形式被多國混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范所采用；Kent-Park本構(gòu)模型（見圖1-14）表達(dá)式:0.002K2I0.002K);；cE0.002Kfc=Kfc'1-Zm,-0.002KI0.002K（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

3、線。并繪制、標(biāo)注相關(guān)曲線、特征點(diǎn)。答：P37-39試件El-1試件FI-1但（fi用工】2笫種電算加卸載卜的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€2（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）X10-3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)（3.0-5）X10-3時(shí)，相鄰裂縫延伸并連接，形成貫通的斜向裂縫。（3）

4、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)酱螅芽p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（錯(cuò)誤！未找到引用源。開始再加載，直至與包絡(luò)續(xù)相切或重合（錯(cuò)誤！未找到引用源。，為再加載曲線（圖22）。再加載曲線有兩種不同的形狀：當(dāng)再加載起點(diǎn)的應(yīng)變很?。ㄥe(cuò)誤！未

5、找到引用源。/錯(cuò)誤！未找到引用源。）時(shí)，其上端應(yīng)變錯(cuò)誤！未找到引用源。/錯(cuò)誤！未找到引用源。，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，具上端應(yīng)變錯(cuò)誤！未找到引用源。/錯(cuò)誤！未找到引用源。，即與包絡(luò)續(xù)的下降段相切（5）橫向應(yīng)變?cè)?107/10->在重復(fù)荷載（B）（圖左）作用下，試件橫向應(yīng)變錯(cuò)誤！未找到引用源。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怠Ｖ挥挟?dāng)曲線超過共

6、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)展和滯后恢復(fù)所致。（6）共同點(diǎn)軌跡線“l(fā)or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）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)

7、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，并與普通混凝士的進(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，

8、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

9、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)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01/=0.1/-1（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：r0.1-0.1:二-0.05-1用表（DE段）的公式計(jì)算得:f30.96ftfcft-(0.0480.96r

10、)fc-0.961.4314.31.43-(0.0480.96(-0.1)14.3-9.28N/mmf1=rf3一_0.1(_9.28)=0.928N/mm2f3=9.28N/mm<14.3N/mnn,f1=0.928N/mrn<1.43N/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

11、。另一方面，箍筋的轉(zhuǎn)角部剛度大，變形小，兩個(gè)垂直方向的拉力合成對(duì)核芯混凝土對(duì)角線（45）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)約為入1f定0.32,而約束混凝土的性能在此界限前后有不同的變化率：fc&=1+0.5%,<0.32ff;=0.551.9',t0.32.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-名曲線）中看到，其極限承載力有兩個(gè)控制a、縱筋受壓屈服，全截面混

12、凝土達(dá)棱柱體抗壓強(qiáng)度（忽略箍筋的約束作用，計(jì)算式為N1=fcAc+fyAs。N1）一一此時(shí)混凝土的橫向應(yīng)變尚小，可b、箍筋屈服后，核芯混凝土達(dá)約束抗壓強(qiáng)度fc,c（N2）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-此時(shí)柱的應(yīng)變很大，外圍混N2=fc,cAcor+fyAs。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:二一2二2Sdcor1,=”fc，若核芯混凝土的三軸抗壓強(qiáng)度按Richart公式近似取用，則有:fc,c：fc4-2=12fc,N2=12tAcorfyAs=fcAcor2fytAcorfyA（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

13、一，去除外圍混凝土，自然地發(fā)展成鋼管混凝土。鋼管混凝土的約束指標(biāo)與方形箍筋、螺旋箍筋相同，計(jì)算式稍有變化：Asfy4tfyfcAfcdcfccccc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fcc）隨約束指標(biāo)而提高，理論值的基本c,cN1計(jì)算式應(yīng)為：fcc=Nu='gcAc+bAsI。鋼管混凝土的抗壓強(qiáng)度，在兩種極端情況下的極值如AcA一下：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<=£丫和<=%,但鋼管的切向應(yīng)力5P=0,無約束應(yīng)力（仃r=0）,故fcc1=fc（1+兒）；ipc,c,cb、鋼管的切向應(yīng)力達(dá)屈服強(qiáng)度6p=fy（但仃zp=0）,

14、核芯混凝土的約束應(yīng)力為最大6,max=Kfy/2,故fc,c,2=fc（1+ctmax）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：fc,c=fc（1+仄+1.1兀）。7 .在采用一定的分析假定的基礎(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祖為配筋率）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（bxh）和配筋（Asbh,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

15、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)模型混凝土受壓非線性應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系:%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=M+及二0人+M8 .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

16、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。門一】4圖103(a)原載面(bl開裂前后的換算截面開部前開勃后nAs,其中n=Es/E0為彈性模量比。換算截面總面積D開裂前截面慣性矩：拉區(qū)鋼筋面積為As,其換算面積為Ao=bh+(n-1)As受壓區(qū)高度由拉壓區(qū)對(duì)中和軸靜距相等條件確定:所以,12bxoXo212=2b(h-X。)(n-1)A(h。-X。)122bh(n-1)Ash0換算截面慣性矩為bh+(n-1)Ab.3-、320=3X0(h-X0)(n-1)A(h0-X0)開裂前截面剛度BoEcI02)裂縫截面的換算慣性矩裂縫受壓區(qū)高度算法同上1b22XcrnA(h。xC解得

17、Xcr=(你222nJ-n)h0裂縫截面換算剛度為Icr1,2,=3bXcrnA(h0一2Xcr)(2)剛度解析法:E0Icr3)有效慣性矩IBcr(a)如圖a所示，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）幾何條件一_:s=.；s頂部混凝土壓應(yīng)變&c=wc鋼筋平均拉應(yīng)變式中，山為裂縫間受拉筋應(yīng)變的不均勻系數(shù)。2）物理關(guān)系頂部混凝土壓應(yīng)力仃c二院九E。定名c九E。受拉鋼筋應(yīng)力。s=EsEs=53）力學(xué)方程M=二cbXcrhoM=二sAh。將上式代入該式=&

18、#163;<“£五得phnMM+22EsAh。XcrEobho故截面平均剛度BMEsAh。二17二n"十（Xcr/（3）受拉剛化效應(yīng)修正法混凝土開裂之前（M&Mcr-=R1=E|。1/1。M中鏟217+EsAho九6唧(、)ho混凝土受拉開裂（Mcr<M<My）二B2二EIcr受拉鋼筋屈服后（My<M<Mcr）B3MuMy1/71/7uy鋼筋屈服彎矩M和極限彎矩yM時(shí)的曲率分別為:u-yh。-Xy考慮混凝土徐變收縮等因素,構(gòu)件開裂彎矩修正為cr片1.0（變形鋼筋）%0.5（光圓鋼筋）&=0.8（第一次加載）烏=。5（長期持續(xù)重復(fù)加載）截面平均曲率的計(jì)算MbMcr式中,JbMcrM1MyPtspts一考慮混凝土的受拉剛化效應(yīng)后的曲率修正值1rMcrM混凝土開裂（M=M)cr前、后的曲率分別為P1r二McrEI0p2rMcrEIcr當(dāng)M<M<M時(shí)EIcrMEIcrcr_McrME|oMIPbMr1MMyEI。My2MuMy9 .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)算公式的推導(dǎo)方法，并說明公式中參數(shù)，的含義以及，與構(gòu)件截面達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)鋼筋屈服的關(guān)系；（3）說