《混凝土》课程考试终极版

18、比较钢、钢筋混凝土和砌体受压构件设计计算中，二阶弯矩的计算方法。答：在我国《混凝土结构设计规范》GB50010-2010中：对混凝土轴心受压的稳定问题通过考虑长细比（bl/0）来考虑构件的稳定问题。实验结果表明，长柱的承载力低于同条件短柱的承载力，故引入稳定系数φ来考虑长柱纵向挠度的不利影响。φ为轴心受压长柱承载力与轴心受压短柱承载力的比值，φ值小于1.0且随长细比的增大而减小。对混凝土偏心受压的稳定问题通过考虑二阶效应（P—δ效应）来考虑构件的稳定问题。在无侧移框架中，轴向力在产生挠曲变形的柱段中引起附加内力为P—δ效应。偏心受压构件的P—δ效应的主要影响因素为构件的长细比，两端弯矩的大小和方向，以及构件的轴压比。偏压是加强外力作用来考虑稳定问题。在我国《砌体结构设计规范》GB50003-2011中：对砌体轴心受压长柱的稳定问题通过考虑高厚比（hH/0）来考虑构件的稳定问题。,并引入稳定系数φ0（2011）。对砌体偏心受压长柱的稳定问题通过考虑偏心距与高厚比的综合影响，引入影响系数φ（20)11(1211211he）。在我国《钢结构设计规范》GB50017-2003中：对钢结构受压构件通过验算构件的稳定性来处理其稳定问题。钢结构轴心受压构件需要验算其整体稳定及局部稳定（板件宽（高）厚比的验算）；钢结构压弯构件需要验算其弯矩作用平面内的整体稳定、弯矩作用平面外的整体稳定及局部稳定（板件宽（高）厚比的验算）。21、有腹筋钢筋混凝土简支梁的抗剪设计，要不要考虑尺寸效应？答：这个问题存在分歧，基于Bazant认为有腹筋梁受剪仍然存在尺寸效应，其一是已有的数据统计支撑，其二是非线性有限元分析。但Lubell等人的实验表明，配置很少的箍筋就可明显改善梁的性能。不配箍筋时，梁的受剪承载力只有ACI规范计算结果的47%，配置了最小用量的腹筋后，梁的承载力增加了三倍，似乎尺寸效应不存在。试卷三1、推导钢筋混凝土矩形截面受压区混凝土等效矩形应力图参数，并用简图给出推导结果。已经])()(2[2ococccf式中，σc表示混凝土的压应力；εc表示混凝土的压应变，εo表示混凝土受压达到最大应力时对应的压应变，取为0.002；εcu为混凝土的极限压应变，取为0.0033。假设变形前的截面平面在变形后为仍保持为平面。答：3、某框架挑梁根部裂缝，宽度达到0.3mm。适筋截面，C30混凝土，受拉钢筋面积As，构造钢筋（可作为受压钢筋）面积A´s，截面高度h，截面有效高度ho，截面宽度b，集中荷载作用点到支座边的距离为l。因建筑功能改变（封闭阳台），悬挑端荷载增加，试列出该挑梁三种加固方案的计算公式，并评价每种方案的优缺点。试卷51混凝土单轴受压的应力-应变曲线出现下降段可以从混凝土受压棱柱体的破坏形态来看，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时，纵向裂缝将混凝土棱柱体分割成若干个微小的柱体，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，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。混凝土单轴受压的应力-应变曲线下降段的物理意义在于受压混凝土达到峰值应力时没有完全破坏，下降段上的残余承载力还有一定的利用价值，仍然具有消耗能量的能力。故结构设计中利用了该曲线的下降段。2徐变：在长期荷载作用下，混凝土的变形随时间而不断增大的的现象。混凝土内部的水泥凝胶体在外荷载作用下产生粘性流动，把压力传递给集料，使集料的变形逐渐增大，而导致混凝土的变形。混凝土内部的微裂缝在荷载长期作用下逐渐放大，形成宏裂缝。而导致混凝土变形，长期作用应力的大小。受荷时混凝土的龄期影响。受荷时混凝土龄期越短，混凝土中尚未完全结硬的水泥胶体越多导致徐变越大。收缩：混凝土在空气中结硬时，体积会缩小。收缩比膨胀要大得多，所以一般只考虑收缩。产生收缩的原因有干缩和湿缩。干缩就是水泥凝胶体本身体积减小，湿缩就是混凝土失水。影响收缩主要因素是混凝土内部组成和外部环境。徐变和结构使用阶段的外部荷载作用情况密切相关。外荷载产生的应力的大小将直接影响徐变的大小。外荷载对徐变影响占主导作用，因此可近似理解为没有外荷载即不考虑徐变影响。收缩可认为是混凝土即使是不受外荷载作用下，也能对结构产生很大影响的不利因子。结构即使不受力它也会发生干缩或者湿缩。收缩是在砼凝固阶段的化学反应导致的，是短期的，在砼强度达到之后就很小了。徐变是砼在长期荷载作用下的变形，是长期效应，其数量级也较收缩小很多3弯曲破坏形态一般根据配筋不同分为少筋破坏，适筋破坏，超筋破坏。1、少筋破坏：当受拉区出现第一条裂缝后，裂缝便急速开展，混凝土退出工作，拉力几乎全部由钢筋承担，使裂缝处纵向受拉钢筋应力很快达到钢筋的屈服强度，构件立即破坏，而这时受压区混凝土尚末被压碎。属脆性破坏。2、适筋破坏：构件的破坏首先是由于受拉区纵向受力钢筋屈服，然后受压区混凝土被压碎，钢筋和混凝土的强度都得到充分利用。这种破坏在构件破坏前有明显的塑性变形和裂缝预兆，破坏不是突然发生的，呈塑性性质。3、超筋破坏：在受拉钢筋屈服之前，受压区的混凝土已经被压碎，破坏时受压区边缘混凝土达到极限压应变，梁的截面破坏。由于破坏时受拉钢筋应力远小于屈服强度，所以裂缝延伸不高，裂缝宽度不大，梁破坏前的挠度也很小，破坏很突然，没有预兆，属脆性破坏。剪切破坏形态一般根据剪跨比不同分为斜拉破坏，剪压破坏，斜压破坏。1、斜拉破坏：当剪跨比λ3时，发生斜拉破坏。其破坏特征是：斜裂缝一旦出现就迅速延伸到集中荷载作用点处，使梁沿斜向拉裂成两部分而突然破坏，破坏面整齐、无压碎痕迹。斜拉破坏时由于拉应变达到混凝土极限拉应变而产生的，破坏很突然，属于脆性破坏。2、剪压破坏：当剪跨比1≤λ≤3时，发生剪压破坏。其破坏特征是；弯剪斜裂缝出现后，荷载仍可以有较大的增长。随荷载的增大，陆续出现其它弯剪斜裂缝，其中将形成一条主要的些裂缝，称为临界斜裂缝。随着荷载的继续增加，临界斜裂缝上端剩余截面逐渐缩小，最后临界斜裂缝上端集中于荷载作用点附近，混凝土被压碎而造成破坏。剪压破坏主要是由于剩余截面上的混凝土在剪应力、水平压应力以及集中荷载作用点处竖向局部压应力的共同作用而产生，虽然破坏时没有像斜拉破坏时那样突然，但也属于脆性破坏类型。3、斜压破坏：当剪跨比λ很小（一般λ≤1）时，发生斜压破坏。其破坏特征是：在荷载作用点与支座间的梁腹部出现若干条大致平行的腹剪斜裂缝，随荷载增加，梁腹部被这些斜裂缝分割成若干斜向受压的“短柱体”，最后它们沿斜向受压破坏，破坏时斜裂缝多而密。斜压破坏也很突然，属于脆性破坏类型，其承载力要比剪压破坏高。4答：会。此时加上静水压力，混凝土圆柱体即从单轴受压变为三轴受压。单轴受压至混凝土内裂缝形成破坏面，混凝土分成若干个小柱体，但混凝土的强度并未完全丧失。沿破坏面上的剪切滑移和裂缝的不断延伸扩大，使应变急剧增大，承载能力下降，试件表面出现不连续的纵向裂缝，应力-应变曲线出现下降段。至曲线中的曲率最大点（收敛点）时，主裂缝已很宽，结构内聚力已几乎耗尽，对于无侧向约束的混凝土已失去结构的意义。而对于三轴受压的混凝土，则因为有侧向约束的作用还能继续承受荷载，直至混凝土彻底被压碎而丧失承载力。5答：试件在试验机上受压，纵向压缩，横向膨胀。如当端部承压接触面上不涂润滑剂时，混凝土的横向变形受到摩擦力的约束，形成“箍套”作用。此时试件与垫板接触面局部混凝土处于三向受压应力状态，抗压强度有较大提高。而在试件承压面上涂一些润滑剂时，试件更接近于单轴受压状态。所以端部条件对试件的抗压强度有影响。8答：箍筋在受拉时其强度等级可以不受限制，而在抗剪抗扭时其强度等级要限制。如，轴心受压柱需要配置螺旋箍筋以对混凝土有较强的环向约束，因而能够提高构件的承载力和延性，此时箍筋受拉，强度等级不受限制。而如一般梁中箍筋是抗剪作用，梁中箍筋一般达不到其设计值，因为若要达到设计值时，箍筋因为变形较大而与混凝土之间产生大的裂缝而早已丧失抗剪作用。抗扭箍筋同理，所以箍筋受剪受扭时强度等级被限制。9答：穿过斜裂缝的纵向钢筋在斜裂缝相交处的销栓力，可提高梁的受剪承载力。10答：根据变角空间桁架模型，设想将截面中间部分挖去，即忽略该部分截面的抗扭影响，则截面可用空心杆件替代。空间杆件每个面上的受力情况相当于一个平面桁架，纵筋为桁架的弦杆，箍筋相当于桁架的竖杆，裂缝间混凝土相当于桁架的斜腹杆，斜裂缝与杆件轴线的夹角会随纵筋与箍筋的强度比值而变化。即混凝土的抗扭承载力和箍筋与纵筋的抗扭承载力并非彼此完全独立的变量，而是相互关联的。11答：裂缝间距主要取决于有效配筋率，钢筋直径，表面形状，混凝土保护层厚度。此外还与构件受力特征，钢筋截面面积，混凝土强度等级等有关。12答：《混凝土结构设计规范》中涉及混凝土尺寸效应的有：斜截面承载力计算，受冲切承载力计算。均用截面高度影响系数来考虑尺寸效应。13答：是。因为注意到平衡方程中，假设受拉钢筋达到屈服，受拉混凝土不承担拉应力，这表明平衡方程实际上建立在裂缝截面上，裂缝截面的应变分布和变形特征显然不符合平截面假定。又因为在受弯构件的承载力计算中，平截面假定的作用只是确定受压区混凝土高度的，而所用的等效受压区高度则不需要平截面假定而得到。14答：混凝土结构在特殊情况下，例如在地震作用下，允许连梁、框架梁出现塑性铰，以吸收地震能量（或叫消耗地震能量）。当框架梁出现塑性铰时，梁原来超静定的次数减少，其支承型式改变，各截面弯矩（内力）必然随之变化，至到新的平衡状态，这就叫内力重新分布。塑性铰出现的个数超过原来超静定的次数，超过极限，结构将变为非静定的可变机构，结构就会丧失稳定。这就叫塑性极限分析。试卷61、混凝土试件破坏的照片如下图所示，请根据破坏形态推断试件破坏时的应力条件。答：由试件的破坏形态可判断该试件发生的是斜剪破坏。试件破坏时的应力条件为:在静水压力较高的三轴受压状态下，三个主应力各不相同，在σ2/σ3和σ1/σ3大约为0.2到σ2=σ3和σ1/σ3大约为0.2的区域，且混凝土的三轴抗压强度达到其单轴强度的4~6倍。2、我国（建工）混凝土结构设计规范的正截面承载力计算公式中，混凝土的应力-应变曲线采用了抛物线的上升段加水平延长段的形式，而早期的Hognestad曲线为抛物线的上升段加直线下降段的形式。采用两种不同的混凝土受压应力-应变曲线，等效矩形应力图参数会有哪些不同？采用Hognestad曲线会更安全吗？（提示：描述等效矩形应力有两个参数，即等效矩形应力与应力-应变曲线上峰值应力的比值和等效矩形应力图的高度与实际受压区高度的比值）答:当在同样的应变参数下，采用两种不同的混凝土应力-应变曲线，通过比较等效矩形应力图参数我们可以发现：（1）对于α（等效矩形应力与应力-应变曲线上峰值应力的比值），在等效矩形应力图中，采用抛物线上升段加水平延长段形式要比采用抛物线上升段加直线下降段形式的大，即采用前者曲线的等效矩形应力要大于采用后者曲线的等效矩形应力；（2）对于β（等效矩形应力图的高度与实际受压区高度的比值），在等效矩形应力图中，采用抛物线上升段加水平延长段形式要比采用抛物线上升段加直线下降段形式的小，即采用前者曲线的受压区高度要大于采用后者曲线的受压区高度。采用Hognestad曲线不会更安全，因为混凝土受压应力-应变曲线的选取只具有概念意义，取不同的应力-应变曲线，计算得到不同的α和β，但最后都可以近似为α=1和β=0.8或其他数值，不同形式的曲线导致的差别并不大。3、本题已有其他人完成4、在我国混凝土工程实践中，箍筋强度不高于纵筋强度。据资料介绍，日本研究并推广抗拉强度超过1000MPa的钢筋作为箍筋（型号为USD1275），请评估这类高强箍筋在钢筋混凝土构件中的应用的效益和条件。答：高强箍筋在钢筋混凝土构件中应用的效益有：（1）高强箍筋可以减少钢筋用量，避免钢筋拥挤，便于工程施工和质量保证；（2）高强箍筋约束高强混凝土柱可以改善其脆性，