混凝土结构学思考题与习题

混凝土结构学思考题与习题1、简述单个破坏模式、多个破坏模式构件和结构体系可靠度分析有哪些方法。答：单个破坏模式：（均值）一次二阶矩法，改进的一次二阶矩法，JC方法。*多个破坏模式：Lemake算法。结构体系可靠度分析：区间估计法（宽界限法和窄界限法）和PNET法（概率网络估算技术法）2、简述混凝土在双轴应力和三轴应力状态下的强度变化规律。答：（1）双轴应力状态1)二轴受压：抗压强度超过单轴抗压强度𝜎𝜎1𝜎𝜎2=0.3~0.6（或𝜎𝜎2𝜎𝜎1=0.3~0.6）𝜎𝜎𝑐𝑐𝑐𝑐=(1.25~1.6)𝑓𝑓𝑐𝑐𝜎𝜎1=𝜎𝜎2时𝜎𝜎𝑐𝑐𝑐𝑐=(1.15~1.25)𝑓𝑓𝑐𝑐2)一轴受拉，一轴受压：抗压（拉）强度均不超过单轴强度，𝑓𝑓𝑐𝑐，𝑓𝑓𝑡𝑡大致呈线性关系。3)双向受拉：不论𝜎𝜎1，𝜎𝜎2的比例是多少，𝜎𝜎𝑐𝑐𝑡𝑡≈𝑓𝑓𝑡𝑡（2）三轴应力状态1)真三轴受压（0≤𝜎𝜎1≤𝜎𝜎2≤𝜎𝜎3）𝜎𝜎3𝑓𝑓为最大压应力𝜎𝜎3𝑓𝑓随𝜎𝜎1𝜎𝜎3的增大而成倍增长𝜎𝜎1𝜎𝜎3为恒值时，𝜎𝜎2对𝜎𝜎3𝑓𝑓也有明显影响𝜎𝜎2𝜎𝜎3=0.3~0.6时，𝜎𝜎3𝑓𝑓最大2)三轴拉压状态两轴拉一轴压，两轴压一轴拉任何应力比例下，混凝土强度均不超过单轴强度𝜎𝜎1𝑓𝑓≤𝑓𝑓𝑡𝑡𝜎𝜎3𝑓𝑓≤𝑓𝑓𝑐𝑐3)三轴受拉状态𝜎𝜎1𝑡𝑡=(0.7~1.0)𝑓𝑓𝑡𝑡3、什么是混凝土徐变？徐变对混凝土结构有什么影响？某承受轴压力𝐍𝐍=𝟔𝟔𝟔𝟔𝟔𝟔𝟔𝟔𝐍𝐍长期荷载作用的混凝土短柱，柱截面尺寸为𝟑𝟑𝟔𝟔𝟔𝟔×𝟑𝟑𝟔𝟔𝟔𝟔(𝐦𝐦𝐦𝐦)，混凝土轴心抗压强度𝒇𝒇𝒄𝒄=𝟐𝟐𝟐𝟐.𝟔𝟔𝟔𝟔𝐍𝐍/𝐦𝐦𝐦𝐦𝟐𝟐，峰值应变为𝜺𝜺𝟔𝟔=𝟔𝟔.𝟔𝟔𝟔𝟔𝟐𝟐，极限压应变为𝜺𝜺𝒄𝒄𝒄𝒄=𝟔𝟔.𝟔𝟔𝟔𝟔𝟑𝟑𝟑𝟑，上升段曲线方程：𝝈𝝈𝒄𝒄=�𝟏𝟏−�𝟏𝟏−𝜺𝜺𝒄𝒄𝜺𝜺𝟔𝟔�𝒏𝒏�𝒇𝒇𝒄𝒄，𝐧𝐧=𝟐𝟐，水平段曲线方程为𝝈𝝈𝒄𝒄=𝒇𝒇𝒄𝒄，试求出该混凝土柱开始受荷的瞬时的压应变𝜺𝜺𝒄𝒄𝒄𝒄；若混凝土的徐变系数终极值∅=𝜺𝜺𝒄𝒄𝒄𝒄𝜺𝜺𝒄𝒄𝒄𝒄⁄如下表所示，试求出混凝土柱龄期达到28天时开始加荷，混凝土柱徐变及在长期荷载下的总应变。（𝐑𝐑𝐑𝐑=𝟐𝟐𝟔𝟔%）答：（1）徐变：混凝土在荷载持续时间作用下随着时间增长的变形。（2）对混凝土结构的影响：有利方面：有利于内力重分布，减小混凝土应力，减小收缩裂缝。不利方面：式结构变形增大，引起预应力损失，导致结构构件承载力降低。（3）由题意，1)σ𝑐𝑐=𝑁𝑁𝐴𝐴=600×103𝑁𝑁300×300𝑚𝑚𝑚𝑚2=6.67𝑀𝑀𝑀𝑀𝑎𝑎𝜎𝜎𝑐𝑐𝑓𝑓𝑐𝑐=6.6725.6=0.2605代入曲线方程得ε𝑐𝑐𝑐𝑐𝜀𝜀0=1−�1−𝜎𝜎𝑐𝑐𝑓𝑓𝑐𝑐=1−√1−0.2605=0.14所以瞬时压应变𝜀𝜀𝑐𝑐𝑐𝑐=0.14×0.002=2.8×10−42)已知RH=50%理论厚度2𝐴𝐴𝑢𝑢=2×30024×300=150由表线性内插得：∅∞=2.31+2.062=2.185由徐变系数终极值∅=𝜀𝜀𝑐𝑐𝑡𝑡𝜀𝜀𝑐𝑐𝑐𝑐⁄得𝜀𝜀𝑐𝑐𝑡𝑡=2.185×2.8×10−4=6.118×10−4故该混凝土柱在长期荷载下的总应变为6.118×10−4.4、简述钢筋混凝土构件正截面受力性能中𝐌𝐌−𝛗𝛗−𝐍𝐍曲线特点。答：（1）轴力是重要影响因素，给定截面配筋情况下：1)大偏压：N增大→M增大，但Φuh下降，延性下降2)小偏压：N增大→M下降，同时Φuh下降，延性下降3)界限破坏时，Mu最大（2）As确定时，As’及fy’使Mu及Φ增大（3）ρ𝑠𝑠𝑠𝑠增大→𝜀𝜀𝑐𝑐𝑢𝑢增大→Φ增大，延性增大5、简述腹筋对钢筋混凝土梁抗剪承载力的作用。受剪承载力分析模型方法主要有哪些？答：（1）腹筋作用：1)将小拱承受的剪力通过悬吊作用传递到靠近支座附近的大拱。（直接作用）2)限制斜裂缝开展，提高骨料咬合力，增大剪压区面积。（间接作用）（2）受剪承载力分析模型方法：1)变角桁架模型（ACI）：基本假定是，受拉纵筋为桁架下弦拉杆，腹筋为竖向或斜向拉杆，裂缝间混凝土为具有变倾角的斜压腹杆。2)桁架拱模型，纵筋为下部拉杆，腹筋为垂直腹杆（或斜腹杆），混凝土为拱形压杆。6、钢筋混凝土受扭斜裂缝和受剪斜裂缝有何异同？抗扭钢筋配置和抗剪钢筋配置有什么不同？答：（1）受扭构件斜裂缝是三面受拉一面受压的空间扭曲面。受剪斜裂缝一般为垂直于主拉应力面的平面。（2）抗剪钢筋是由箍筋和弯起钢筋组成。配置时以箍筋为主，由弯起钢筋承担的剪力不超过40%.抗扭钢筋是由箍筋和纵向钢筋组成的空间骨架承担扭矩，并尽可能地在保证必要的混凝土保护层厚度下，沿截面周边布置钢筋，以增强抗扭能力。配置时，既需要配置箍筋来直接抵抗主拉应力，限制裂缝的发展，又需要纵筋来平衡构件中的纵向分力，且在斜裂缝处纵筋还可产生销栓作用抵抗部分扭矩，并可抑制斜裂缝的开展。7、钢筋混凝土纯扭构件受扭承载力计算公式推导模型有哪些？你认为哪种方法更合理，什么原因。答：（1）推导模型有：堆砂模型法变角桁架模型：基本假设：1)将钢筋混凝土矩形截面构件比拟成箱型截面构件，开裂后形成空间桁架。2)纵筋为受拉弦杆，箍筋为垂直腹杆，混凝土为斜压腹杆。3)不考虑骨料咬合作用及纵筋消栓作用。存在问题：1)不能反映混凝土作用项。2)纵筋或箍筋应力不均匀，推导Tu时有时偏大。（2）考虑混凝土作用的变角桁架模型更合理。原因：考虑混凝土的抗扭作用更加符合实际情况，与试验结果吻合的更好。8、什么是钢筋混凝土结构耐久性？影响耐久性主要因素有哪些？答：（1）钢筋混凝土结构耐久性：结构在预定的服役期（设计工作年限）内不需要维修或需少量维修就能满足功能要求的能力。（2）影响因素：1)内部因素：混凝土强度，渗透性，保护层厚度，水泥品种。2)外部因素：环境，温度，湿度，CO2含量，有害介质。3)结构耐久性问题往往是内部存在不完善，外部有不利因素综合作用的结果。a)混凝土冻融破坏b)混凝土的碱集料反应c)侵蚀性介质d)机械磨损e)混凝土碳化f)钢筋锈蚀9、什么是混凝土碳化？影响碳化主要因素有哪些？答：（1）混凝土碳化：大气中的CO2渗入混凝土内部引起的中性化现象。（2）影响碳化的主要因素：1)环境因素a)空气中CO2浓度x=d�q；q-CO2浓度。b)空气湿度空气过于干燥或过于潮湿，碳化速度均较慢。RH（相对湿度）50%--70%碳化快。c)环境温度温度升高或交替变化，碳化较快。2)材料因素a)水泥品种及用量：水泥用量高、强度高、抗碳化能力强（规定最少水泥用量）；b)水胶比大，密实性差，碳化快；c)粉煤灰级矿物掺合料（有利、不利因素均存在，要使用得当）d)集料品种和粒径3)施工养护条件振捣密实、养护好，耐久性好。4)覆盖层各种覆盖层均可缓解碳化速度。10、防止混凝土碳化措施和防止钢筋锈蚀的主要措施。答：（1）防止混凝土碳化措施：1)合理设计配合比（减少水胶比，规定最少水泥用量）2)尽可能提高混凝土的密实性3)合理使用掺合料4)采用覆盖层5)钢筋保护层厚度：按规范规定有足够的保护层厚度（2）防止钢筋锈蚀措施：1)材料方面：降低水胶比，控制集料中含盐量，提高密实性2)足够的保护层厚度（c：从最外层钢筋算起；cs：从受力钢筋表面算起）3)采用有效涂层（涂料、油漆、沥青、环氧树脂等）4)采用钢筋阻锈剂5)采用防腐钢筋（环氧涂层）、镀锌钢丝、不锈钢筋6)对钢筋采用阴极保护方法：a)牺牲阳极法b)输入电流法（直流电流输入，使钢筋处于阴极）11、何为钢筋有效约束区？和控制裂缝宽度有何关系？答：（1）钢筋有效约束区：每根钢筋对周围混凝土的回缩的约束作用在一定范围；试验结果表明，钢筋有效约束区在半径7.5d圆范围。（2）与控制裂缝宽度的关系：开裂后，钢筋限制混凝土回缩，因此，钢筋处裂缝宽度为零，离钢筋越远的地方裂缝宽度越大，即裂缝宽度W和间距Lcr与混凝土的保护层厚度有关。12、预应力混凝土构件如何分类？试分析简支梁或连续梁在均布荷载作用下，预应力筋布置应该是曲线而不是直线？预应力筋合理布置范围是什么？答：（1）预应力混凝土构件按其预应力度分成全预应力混凝土结构（λ≥1）和部分预应力混凝土结构（0λ1），其中部分预应力混凝土结构按照是否允许出现裂缝分为A类预应力混凝土构件（一般要求不允许出现裂缝）和B类预应力混凝土构件（允许出现裂缝但是不超过最小裂缝宽度）。（2）简支梁或连续梁在均布荷载作用下跨中截面有最大正弯矩，支点截面有负弯矩。采用曲线布置预应力筋，跨中钢束布置在靠近梁底的位置以抵抗正弯矩，支点截面钢束布置在梁顶附近，以抵抗负弯矩作用。同时，由于靠近支点附近剪力较大，弯向梁端上部的预应力钢筋能够增加斜截面的抗剪强度。若采用直线布置预应力钢筋，将在梁的每个截面产生同样大的预应力抵抗弯矩——在跨中部分可以由正弯矩抵消，而在靠近支点处，则容易造成张拉过程中梁顶的开裂。故预应力筋布置应该是曲线而不是直线。（3）预应力筋的合理布置范围是：1)预应力筋中心线的下线边界（自重作用下梁顶应力为零）e=h6+𝑀𝑀𝐺𝐺𝐹𝐹，梁端𝑀𝑀𝐺𝐺=0,𝑒𝑒=ℎ62)预应力筋中心线的上限边界（在全部荷载作用下梁底应力为零）e=𝑀𝑀𝑟𝑟𝐹𝐹−h6，梁端（简支梁）𝑀𝑀𝑟𝑟=0,𝑒𝑒=−ℎ613、后张预应力在超静定结构中会引起什么次内力？答：后张法预应力构件由于预应力筋是几何偏心布置，因此产生的内弯矩造成的结构变形受到了支座等的约束，使得结构中出现了次弯矩、次剪力和次轴力。14、什么是无粘结预应力混凝土结构？影响无粘结钢筋的应力𝝈𝝈𝒑𝒑𝒄𝒄的因素有哪些？答：（1）在后张法预应力混凝土结构中，凡张拉后不进行灌浆或不采用其他措施使预应力钢筋（束）与混凝土牢固地粘接在一起，而允许预应力钢筋（束）与周围混凝土发生相对滑移的预应力混凝土结构称为无粘结预应力混凝土结构。（2）影响无粘结钢筋的应力𝜎𝜎𝑝𝑝𝑢𝑢的因素：1)非预应力钢筋的种类、配筋率2)无粘结钢筋的配筋率ρ𝑝𝑝越大，𝜎𝜎𝑝𝑝𝑢𝑢的增量越大3)有效预应力𝜎𝜎𝑝𝑝𝑐𝑐越大，𝜎𝜎𝑝𝑝𝑢𝑢越大4)混凝土抗压强度𝑓𝑓𝑐𝑐越高，𝜎𝜎𝑝𝑝𝑢𝑢越大5)一般跨高比l/h越大，𝜎𝜎𝑝𝑝𝑢𝑢越小15、什么是结构或构件的延性？影响延性主要因素有哪些？答：（1）延性：结构或构件超过弹性极限后，在没有明显强度和刚度退化的情况下的变形能力。（2）影响延性的主要因素：1)纵向钢筋配筋率：随着纵筋配筋率和钢筋屈服强度的提高，混凝土相对受压区高度系数ξ增大，截面延性降低；在混凝土受压区配置受压钢筋，可减小相对受压区高度，改善构件延性。2)轴力：随着轴力的增加，曲率延性系数μΦ很快降低。3)构件的约束：配有螺旋箍筋的构件，其延性好于配有矩形箍筋的延性。16、非线性恢复力特征曲线和滞回曲线的定义。钢筋混凝土结构恢复力特征曲线模型有哪些？答：（1）非线性恢复力特征曲线：结构或构建受扰产生变形时，企图恢复原有状态的能力称为恢复力。恢复力与变形之间的关系曲线叫做恢复力特征曲线。滞回曲线：构件在周期反复荷载作用下可能发生恢复力曲线，由于曲线具有滞回性能并呈环状，又称其为滞回曲线（滞回环）。（2）钢筋混凝土结构恢复力特征曲线模型：1)双线型模型2)三线退化型模型3)用于钢筋混凝土受弯构件的兰