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1、一名词解释 (本大题分 5 小题，每小题4 分，共 20 分) 1、可靠度： 2、标准组合： 3、设计使用年限： 4、后张法预应力混凝土结构： 5、施工荷载： 二简答题(本大题分 6 小题，共50 分) 1、钢筋和混凝土为什么能在一起共同工作？（6 分） 2、混凝土的收缩对钢筋混凝土构件有何影响？收缩与哪些因素有关？（9 分） 计算有何联系？（9 分） 4、何谓剪跨比，何谓广义剪跨比？剪跨比对斜截面的破坏形态和受剪承载力有何影响？（8 分） 5、轴心受压普通钢箍柱与螺旋箍筋柱的受压承载力计算有何区别？（10 分） 6、什么是混凝土结构耐久性，如何进行混凝土结构耐久性设计？（8 分） 三计算题(
2、本大题分 2 小题，共30 分) 1、 已 知 某 T 形 梁 截 面 设 计 弯 矩 M =410kNm ， 梁 的 截 面 尺 寸 为 b=200 mm ，h=600mm f b =1000 mm ， f h =90 mm， 混凝 土采用C25 （fc=11.9 N/mm 2 ， ft=1.27 N/mm 2 ），钢筋 采用 HRB335(fy=fy =300N/mm 2 , b =0.55)，环 境 类 别 为 一 类 ，取as=60mm。求 所 需 的 受 拉 钢 筋 截 面 面 积 As。 （20 分） 2、已知某矩形截面简支梁，截面尺寸为b=200 mm ， h=600mm ，在均
3、布荷载作用下产生的最大剪力设计值 为 V=70kN,混凝土强度等级为C20 （ft=1.1N/mm 2，fc=9.6 N/mm2） ， 箍筋采用 HPB235 级钢筋（fyv=210 N/mm2） ， 求所需箍筋的数量。 （10 分） 混凝土结构设计原理试题B 答案及评分标准 2006-2007学年第二学期土木 2004-18 班 一、名词解释（4 520 分） 1、可靠度：结构在规定的时间内（1 分） ，在规定的条件下，完成预定功能的概率。（3 分） 2、标准组合：正常使用极限状态验算时（1 分） ，对可变荷载采用标准值、组合值为荷载代 表值的组合（ 3 分） 。 3、设计使用年限：设计规定
4、的结构或结构构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的时 期。 （4 分） 4、后张法预应力混凝土结构：在混凝土达到规定的强度后（2分） ，通过张拉预应力钢筋并 在结构上锚固而建立预加应力的混凝土结构（2 分） 。 5、施工荷载：按短暂状态设计时，施工阶段施加在结构或构件上的临时荷载（3 分） ，包括 自重、附着在结构和构件上的模板、材料机具等荷载（1 分） 。 二、简答题（50 分） 1、钢筋和混凝土为什么能在一起共同工作？（6 分） 钢筋和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同，他们可以结合在一起共同工作，是因 为： 混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，相互传递内力。 粘结力是这两种性质不
5、同的 材料能够共同工作的基础；（2分） 钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数十分接近（钢材为1.2 10-5，混凝土为 1.01.510 -5） ，因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力 破坏； （2 分） (3)钢筋置埋于混凝土中，混凝土对钢筋起到了保护和固定作用，是钢筋不易发生锈蚀，且 使其受压时不易失稳，在遭受火灾时不致因钢筋很快软化而导致结构整体破坏。（2 分） 2、混凝土的收缩对钢筋混凝土构件有何影响？收缩与哪些因素有关？（9 分） 混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。收缩是混凝土在不受 外力情况下体积变化产生的变形。（2 分） 混凝
6、土的收缩对于混凝土结构起着不利的影响。在钢筋混凝土结构中，混凝土往往由于 钢筋或相邻部件的牵制而处于不同程度的约束状态，使混凝土因收缩产生拉应力，从而加速 裂缝的出现和开展。在预应力混凝土结构中，混凝土的收缩导致预应力的损失。对跨度变化 比较敏感的超静定结构（如拱），混凝土收缩将产生不利的内力。（ 3分） 混凝土收缩主要是由于干燥失水和碳化作用引起的。混凝土收缩量与混凝土的组成有密 切的关系。水泥用量愈多，水灰比愈大，收缩愈大；骨料愈坚实（弹性模量愈高），更能限 制水泥浆的收缩；骨料粒径愈大，愈能抵抗砂浆的收缩，而且在同一稠度条件下，混凝土用 水量就愈少，从而减少了混凝土的收缩。（ 2 分）
7、由于干燥失水引起混凝土收缩，所以养护方法、 存放及使用环境的温湿度条件是影响混 凝土收缩的重要因素。在高温下湿养时，水泥水化作用加快，使可供蒸发的自由水分较少， 从而使收缩减小；使用环境温度越高，相对湿度越小，其收缩越大。（2 分） 3、适筋梁从开始加载到正截面受弯破坏经历了哪几个阶段？各阶段的主要特点是什么？与 计算有何联系？（9 分） （1）第一阶段 截面开裂前的未裂阶段 当荷载很小时，截面上的内力很小，应力与应变成正比，截面的应力分布为直线，这种 受力阶段称为第阶段。当荷载不断增大时，截面上的内力也不断增大，由于受拉区混凝土 出现塑性变形， 受拉区的应力图形呈曲线。当荷载增大到某一数值时
8、，受拉区边缘的混凝土 可达其实际的抗拉强度和抗拉极限应变值。截面处在开裂前的临界状态，这种受力状态称为 第 Ia阶段。 （ 2 分） (2) 第二阶段 带裂缝工作阶段 梁在各受力阶段的应力、应变图截面受力达Ia阶段后， 荷载只要稍许增加， 截面立即开 裂，截面上应力发生重分布，裂缝处混凝土不再承受拉应力，钢筋的拉应力突然增大，受压 区混凝土出现明显的塑性变形，应力图形呈曲线，这种受力阶段称为第阶段。荷载继续增 加，裂缝进一步开展，钢筋和混凝土的应力不断增大。当荷载增加到某一数值时，受拉区纵 向受力钢筋开始屈服，钢筋应力达到其屈服强度，这种特定的受力状态称为a阶段。 （2 分） (3) 第三阶段
9、 破坏阶段 受拉区纵向受力钢筋屈服后，截面的承载力无明显的增加，但塑性变形急速发展，裂缝 迅速开展， 并向受压延伸，受压区面积减小，受压区混凝土压应力迅速增大，这是截面受力 的第阶段。 在荷载几乎保持不变的情况下，裂缝进一步急剧开展，受压区混凝土出现纵向 裂缝，混凝土被完全压碎，截面发生破坏，这种特定的受力状态称为第 a阶段。 （ 2 分） 进行受弯构件截面受力工作阶段的分析，不但可以了解截面受力的全过程，而且为裂缝、 变形以及承载力的计算提供了依据。截面抗裂验算是建立在第 a阶段的基础之上，构件使 用阶段的变形和裂缝宽度验算是建立在第阶段的基础之上，而截面的承载力计算则时建立 在第 a阶段的
10、基础之上的。 （3 分） 4、何谓剪跨比， 何谓广义剪跨比？剪跨比对斜截面的破坏形态和受剪承载力有何影响？（8 分） 剪跨比 为集中荷载到临近支座的距离a 与梁截面有效高度h0的比值，即 a/ h0。 某截面的广义剪跨比为该截面上弯矩M 与剪力和截面有效高度乘积的比值，即 M/ （Vh0）。 （2 分） 剪跨比反映了梁中正应力与剪应力的比值。 （1）斜压破坏 1 时，发生斜压破坏。这种破坏多数发生在剪力大而弯矩小的区段，以及梁腹板很 薄的T 形截面或工字形截面梁内。破坏时，混凝土被腹剪斜裂缝分割成若干个斜向短柱而 被压坏，破坏是突然发生的。（ 2 分） （2）剪压破坏 1 3 时，发生剪压破坏
11、。其破坏的特征通常是，在剪弯区段的受拉区边缘先出现一 些垂直裂缝， 它们沿竖向延伸一小段长度后，就斜向延伸形成一些斜裂缝，而后又产生一条 贯穿的较宽的主要斜裂缝，称为临界斜裂缝，临界斜裂缝出现后迅速延伸，使斜截面剪压区 的高度缩小，最后导致剪压区的混凝土破坏，使斜截面丧失承载力。（2 分） （3）斜拉破坏 3 时，常发生这种破坏。其特点是当垂直裂缝一出现，就迅速向受压区斜向伸展， 斜截面承载力随之丧失。破坏荷载与出现斜面裂缝时的荷载很接近，破坏过程急骤， 破坏前 梁变形亦小，具有很明显的脆性性质。（ 2 分） 5、轴心受压普通钢箍柱与螺旋箍筋柱的受压承载力计算有何区别？（10 分） （1）普通
12、箍筋柱 根据轴心受压短柱破坏时的截面应力图形，考虑长柱对承载力的影响以及可靠度调整 等因素后，规范给出轴心受压构件普通箍筋柱承载力计算公式： )(9.0 syc AfAfN （1） 式中 N 轴向压力设计值； 0.9 可靠度调整系数； 钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数； c f 混凝土轴心抗压强度设计值； A 构件截面面积； s A 全部纵向钢筋的截面面积。 当纵向钢筋配筋率大于3%时，计算公式中的A应改用（A- sA ）代替。（ 3 分） （2）螺旋箍筋柱 规范规定螺旋箍筋 柱的承载力计算公式为： )2(9. 0 syssoycorcu AfAfAfN （2） 式中称为间接钢筋对混凝土约束的
13、折减系数，当混凝土强度等级不大于C50 时，取 =1.0； 当混凝土强度等级为C80 时，取=0.85；当混凝土强度等级在C50 与 C80 之间时， 按直线内插法确定。 （3 分） 从承载力计算公式建立过程中可以看出，箍筋起到了充分约束混凝土的作用，这种作 用只有在箍筋具有足够的数量及混凝土压应力比较均匀时才能实现。因此， 该计算公式的应 用必须满足一定的条件。规范规定：凡属下列情况之一者，不考虑间接钢筋的影响而按 式（ 1）计算构件的承载力： 1）当 dl 0 12 时，因构件长细比较大，有可能因纵向弯曲在螺旋筋尚未屈服时构件 已经破坏；（ 1 分） 2）当按式（ 2）计算的受压承载力小于
14、按式（1）计算的受压承载力时；（1 分） 3）当间接钢筋换算截面面积 sso A 小于纵筋全部截面面积的25%时，可以认为间接钢 筋配置太少，间接钢筋对核心混凝土的约束作用不明显。（ 1分） 4）为了防止间接钢筋外面的混凝土保护层过早脱落，按式（2）算得的构件受压承载 力不应大于按式（1）算得的构件受压承载力的1.5 倍。 （1 分） 6、什么是混凝土结构耐久性，如何进行混凝土结构耐久性设计？（8 分） 混凝土结构的耐久性是指在设计使用年限内，结构和结构构件在正常维护条件下应能保 持其使用功能，而不需要进行大修加固。（3 分） 由于影响混凝土结构耐久性的因素及规律研究尚欠深入，难以达到进行定量
15、设计的程 度。规范采用了宏观控制的方法，以概念设计为主。根据环境类别和设计使用年限对结 构混凝土提出了相应的限制和要求，以保证结构的耐久性。基本上能保证在结构规定的设计 使用年限内应有的使用性能和安全储备。对临时性混凝土结构，可不考虑混凝土的耐久性的 要求。 （5 分） 三、计算题（30 分） 1、已 知 一T形 梁 截 面 设 计 弯 矩M=410kNm ，梁 的 截 面 尺 寸 为b=200mm ， h=600mm ， f b =1000mm ， f h =90mm ，取 as=60mm ， 混 凝 土 采 用C25 （fc=11.9 N/mm 2，ft=1.27 N/mm2） ，钢 筋
16、采 用 HRB335( fy=fy =300N/mm 2 , b=0.55)，环 境 类 别 为 一 类 。 求 所 需 的 受 拉 钢 筋 截 面 面 积 As。 （20 分） 解： （1）判断 T 形截面的类型。 由 as=60mm 得 计算截面有效高度h0=h-as=600-60=540mm （ 2 分） f 1cff0 2 h f bhh =1.0 11.9 1000 90 （540-90/2） =530.145 kNm M=410kNm 此时中和轴在翼缘内，即x f h ，属于第一类T 形截面，以 f b 代 替b， 按 f hb 单 筋矩形梁进行计算。（4 分） 按下式计算所需的截面抵抗矩系数： 6 22 10 41010 0.118 1.0 11.91000540 s cf M f b h s 1121120.1180.126 b =0.55 （满足要求） ss 0.5 11 20.5112 0.1180.937（）（） 计算所需的钢筋面积As，即 6 2 s ys0 41010 2701mm 3000.9
