混凝土结构设计原理课程作业

混凝土结构基本理论课程作业-1-第一章、绪论1，某工程师用买来的正版软件进行结构设计，后发现软件错误，并导致工程事故，谁应为工程事故承担赔偿责任？答：首先，作为设计者应当对所做设计负责，故设计的工程师应对首先对事故承担责任；其次，在完成赔偿后的工程师，可以对设计中所有可能产生的错误进行分析，如果确是软件原因，在依法律程序处理。2，线弹性分析方法和弹性分析方法各有什么不同的含义，弹塑性分析方法和非线性分析方法各有什么不同含义？答：线弹性分析方法是弹性分析方法的组成部分，除此之外还包括非线弹性分析方法；弹塑性分析方法，包含材料进入塑性阶段考虑材料塑性变形能力，非线性分析方法仅涉及材料的非线弹性阶段，不包括材料塑性变形能力。3，试验分析方法怎样在混凝土结构设计中应用？答：当结构或其部分的体形不规则和受力状态复杂而又无恰当的简化分析方法时，可采用实验分析方法。4，什么情况下混凝土结构设计采用弹塑性分析方法？答：由于该方法比较复杂，计算工作量大，各种分线性本构关系尚不够完善和统一，至今应用分为仍然有限，主要应用于复杂，重要的结构工程的分析和罕遇地震作用下的结构分析。5，什么情况下结构分析时完全不能考虑弹塑性因素，只能采用弹性分析方法？答：对于直接承受动力荷载的构件，以及要求不出现裂缝或处于三a、三b类环境情况下的结构，主梁、承受冲击荷载的构件等由于在设计时要有足够的安全储备，因此不能采用弹塑性分析方法，仅能用弹性分析方法。第二章、钢筋和混凝土的力学性能1，应力——应变曲线是否反应力混凝土结构用钢筋的所有性能？答：钢筋的应力——应变曲线反映的是钢筋的受力性能，包括强度，延性等；并不能够反映结构受力时钢筋的冷弯性能，可焊性，以及钢材内部成分对钢材其他性能有较大影响的因素。2，高性能混凝土的基本特征有哪些？解：高性能混凝土（HPC）具有较好的耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。（1）自密实性。高性能混凝土的用水量较低，流动性好，抗离析性高，从而具有较优异的填充性；（2）体积稳定性。高性能混凝土的体积稳定性较高，表现为具有高弹性模量、低收缩与徐变、低温度变形；混凝土结构基本理论课程作业-2-（3）强度。高性能混凝土的抗压强度已超过200MPa。目前，28d平均强度介于100~120MPa的高性能混凝土，已在工程中应用；（4）水化热。由于高性能混凝土的水灰比较低，会较早的终止水化反应，因此，水化热相应的降低；（5）收缩和徐变。高性能混凝土的总收缩量与其强度成反比，强度越高总收缩量越小。相对湿度和环境温度是影响高性能混凝土收缩性能的两个主要因素。徐变变形显著低于普通混凝土；（6）耐久性。高性能混凝土除通常的抗冻性、抗渗性明显高于普通混凝土之外，高性能混凝土的氯离子渗透率，明显低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有较高的密实性和抗渗性，因此，其抗化学腐蚀性能显著优于普通强度混凝土；（7）耐火性。高性能混凝土在高温作用下，会产生爆裂、剥落。由于混凝土的高密实度使自由水不易很快地从毛细孔中排出，再受高温时其内部形成的蒸汽压力几乎可达到饱和蒸汽压力。为克服这一性能缺陷，可在高性能和高强度混凝土中掺入有机纤维，在高温下混凝土中的纤维能熔解、挥发，形成许多连通的孔隙，使高温作用产生的蒸汽压力得以释放，从而改善高性能混凝土的耐高温性能；3，钢筋受拉达到屈服强度后，其应力应变曲线，也出现下降段，这个下降段与混凝土受压应力应变曲线的下降段有何不同？答：混凝土的应力-应变曲线的下降段表明混凝土在经历峰值应力后，仍可通过非弹性变形消耗外荷载输入的能量。原因是由于混凝土是非均质材料，因此，非弹性变形可通过内摩擦、挤压等方式耗散，对于结构设计也具有很重要的意义；钢筋的应力-应变曲线的下降段表明钢筋已经通过极限拉应力，而进入到颈缩破坏阶段，由于钢筋的匀质性，只能通过增加其变形（包括可恢复与不可恢复的变形）来储存外荷载输入的能量，而无法通过其它方式来耗能，非弹性变形也无法恢复。4，强度等级为C30的混凝土，其轴心抗压强度设计值是14.3KN/mm2,，这个值从何而来?答：混凝土的强度设计值由强度标准值除材料分项系数γc确定。混凝土的材料分项系数γc取为1.4。轴心抗压强度设计值等于fck/1.4。5，设计规范中，规定了素混凝土，钢筋混凝土和预应力混凝土结构的最低混凝土强度等级，为什么要做出这样的规定？答：我国建筑工程实际应用的混凝土强度和钢筋头强度均低于发达国家。我国结构安全度总体上比国际水平低，但材料用量并不少，其原因在于国际上较高的安全度是依靠较高强度的材料实现的。为提高材料利用率，工程中应用的混凝土强度等级宜适当提高。C15级的地轻度混凝土仅限于素混凝土解耦股，各种配筋混凝土结构的混凝土强度等级也应稍有提高。6.解释混凝土单轴受压时的微柱模型和劈裂模型。答：微柱模型：在混凝土的压应力达到峰值点的过程中，混凝土内部的微裂缝逐渐扩展延伸，假设压应力达到峰值点是，纵向裂缝将混凝土冷主体分割成若干个微小柱体，由于材料的不均匀特性，继续增加荷载时，这些微小的柱体相继失稳破坏，混凝土结构基本理论课程作业-3-导致混凝土棱柱体试件的承载能力逐渐下降，由此形成应力-应变曲线的下降段。这种机理的解释也称为微柱模型。劈裂模型：混凝土受压时，内部原本存在的微小裂缝持续扩展，当荷载达到一定值时，内部裂缝贯穿形成斜向联通裂缝，继续加载，试块沿着贯穿的斜向裂缝发展并破坏的失效模式称为劈裂模型。7，混凝土耐久性失效的特点有哪些？答：混凝土材料及其结构的耐久性劣化或失效，本质上并非外力所致，它的特点有：①在所处环境条件下，耐久性失效是由于外界介质或材料内部对混凝土的化学和物理作用的结果。失效的主要原因有：空气中的二氧化碳、海水或除冰盐中的氯离子、水泥中的碱质等与混凝土或钢筋的化学作用等；②耐久性失效是个缓慢的积累过程；③引起耐久性失效的诸因素相互关联、相互影响。例如混凝土的碳化和化学腐蚀促使钢筋锈蚀，碱-骨料反应和冻融循环产生混凝土裂缝，促使混凝土碳化深入内部和钢筋锈蚀等；④耐久性失效首先受控于正常使用极限状态、而非承载能力极限状态。8，从应力水平来看，在达到峰值点以前的混凝土受力，大体可以分为哪几个阶段？答：应力在0.4~0.5fc以下时，应力和应变基本保持比例关系，课近似的将混凝土视为弹性材料。规范中的弹性模量Ec就是根据这一阶段的应力-应变关系确定的。混凝土结构在正常使用阶段的应力大多也在这个水平以下，长期受力的混凝土构件中的压应力不大于0.5fc,从微观机理来看，这一阶段以骨料的弹性变形和空隙的压缩为主。随着应力的增加，在0.4-0.8fc阶段应力应变曲线偏离线性，短期内没有可鉴裂缝，但内部微裂缝在扩展，实际工程中如果混凝土长期处于这一阶段受力，可能产生非常大的徐变变形，甚至导致结构破坏。当应力超过0.9fc时，混凝土进入破坏阶段。混凝土的应力应变增长速率明显加快。实验中可以观察到混凝土棱柱体表面出现平行于压应力方向的微小裂缝，混凝土的宏观面积应变开始增加。9，实际工程中的钢筋混凝土受压构件中，混凝土压应力大约在什么水平？答：应力在0.4~0.5fc以下时，应力和应变基本保持比例关系，可近似的将混凝土视为弹性材料。规范中的弹性模量Ec就是根据这一阶段的应力-应变关系确定的。混凝土结构在正常使用阶段的应力大多也在这个水平以下，长期受力的混凝土构件中的压应力不大于0.5fc。1正截面承载力计算中为什么可以引入平截面假定？通过引入平截面假定，对正截面承载力的计算有什么影响？答：1）实验表明,在纵向受拉钢筋的应力达到屈服强度之前及达到屈服强度之后的一定塑性转动范围内，截面的平均应变基本符合平截面假定。因此，按照平截面假定建立判别纵向受拉钢混凝土结构基本理论课程作业-4-筋是否屈服的界限条件和确定屈服之前钢筋应力s是合理的。平截面假定作为计算手段，即使钢筋已达屈服，甚至进入强化阶段时，也还是可行的，计算值与实验值符合较好。所以可以在正截面承载力计算中引入平截面假定。2）引入平截面假定可以将各种类型截面（包括周边配筋截面）在单向和双向受力情况下的正截面承载力计算贯穿起来，提高了计算方法的逻辑性和条理性，使计算公式具有明确的物理概念。引用平截面假定也为利用电算进行混凝土构件正截面全过程分析（包括非线性分析）提供了必不可少的界面变形条件。2实验表明：裂缝截面不满足平截面假定，但设计时选的平衡方程就是在裂缝截面上建立的，两者之间的矛盾如何理解？在受弯构件的承载力计算中，只利用了平衡条件，如果我们放弃平截面假定，还能维持现有的计算体系吗？答：1)事实上，混凝土开裂时，虽然裂缝处显然不满足假定，但是跨越裂缝的平均应变却是满足的，而且也符合实验观测的规律。2）实际上，正截面计算式，只用到了平衡条件，公式中并没有直接涉及到平截面假定，但是，此假定在计算体系中是有用到的。比如界限相对受压区高度就是用到了平截面假定，况且混凝土开裂时，虽然裂缝处显然不满足假定，但是跨越裂缝的平均应变却是满足的，而且也符合实验观测的规律，可谓：平截面假定在正截面计算体系中是有作用的，他相当于补充的体系的变形协调方程。3在钢筋混凝土结构抗震设计中，有“强柱若梁”和“强剪弱弯”的设计概念，地震作用下，框架梁或柱上开裂形成塑性铰后，还会不会有可能发生剪切破坏？答：有可能。因为塑性铰形成后，钢筋进入强化阶段，塑性铰上的玩具弯矩仍然有可能增加，此时剪力也增加，所以仍有可能出现剪切破坏。此外，当梁出现铰时，就算铰上的弯矩值不变，梁上荷载也有可能增减，这样，跨中弯矩增加，铰附近剪力增加，可能出现剪切破坏。再次，形成塑性铰后，由于形成了许多裂缝，剪切刚度下降，发生剪切破坏时候所需要的剪力可能更小，例如，有公式建议九度设防下，混凝土对抗剪的作用项为零。以上情况均表明，在抗震设计中，构件在形成塑性铰后，仍有可能出现剪切破坏。4钢筋混凝土梁的剪切破坏为脆性破坏，规范要求，脆性破坏有较高的可靠度，规范是如何保证的？答：钢筋混凝土量得剪切破坏为脆性破坏，其可靠指标要比延性破坏要高出0.5，工程中常强调“强剪弱弯”，这样，量得抗剪就必须要有更高的可靠度才行。总所周知，量得抗剪主要的基础是试验方法。根据梁的抗剪承载力试验，得到一组关于同样截面同样混凝土强度下的承载力和剪跨比的数据，拟合可以得到其上限曲线和下限曲线。规范为了使梁抗剪有更高的可靠度，不取平均值，而是取下限值，而且实际工程中遇到连续梁和梁腹加载的不利情况，规范使用低于下限的公式：即混凝土结构基本理论课程作业-5-0175.1bhfVtC此外，工程中抗震框架常常在剪力较大的节点区域加密箍筋，使得剪切破坏更难发生，这也提高了剪切破坏的可靠度。5试分析受压区钢筋配筋率对简支梁性能的影响。答：为了提高截面的承载能力，增加延性，减小构件的长期变形，常在钢筋混凝土受弯构件的受压区配置纵向受压钢筋，设计中又称双筋矩形截面。从双筋截面的计算公式上看，通过增加截面的配筋率可以达到增加截面承载力的效果。但双筋截面设计实际上还受到以下几个方面因素的影响：1）在受压区配置数量太多的钢筋将使受压区钢筋密集，导致混凝土浇筑困难。2）产生玩具的荷载同样产生剪力，当截面弯矩增加时，剪力随之增加。通过增加受压钢筋提高截面的受弯承载力时，通常截面的尺寸没有变化。搞的受压钢筋配筋率可能伴随斜压破坏。3）当受压跟那个劲达到屈服时，受压区混凝土的最大应力达到峰值应力，或进入应力-应变曲线的下降段，不能有效的防止受压钢筋压屈失稳，继续加载导致受压钢筋屈曲，截面的变形能力下降。综合以上分析，可知在受压区配置一定量的受压钢筋在某种程度上是可以提高构件的承载力的，但是如果超出一定许可范围，不仅承载力提高的效果不明显，反而会带来脆性破坏，因此，设计中应尽量予以避免。6试分析钢筋混凝土构件中，有屈服点的普通钢筋的相对界限受压区高度1bcu1ySfE的由来；如何推得无屈服点普通钢筋1bcucu0.0021+ySfE及预应力混凝土构件1bp0cucu-0.0021+ypSfE？答：构件达到界限破坏