混凝土結構設計原理形考四

1、形考四一、談一談混凝土結構中為什么需要配置鋼筋，其作用是什么？（6分）答：1）較高的強度和合適的屈強比；2）足夠的塑性；3）良好的可焊性；4）耐久性和耐火性5）與混凝土具有良好的黏結力。二、鋼筋與混凝土共同工作的基礎是什么？（6分）答：鋼筋和混凝土兩種材料能夠有效的結合在一起而共同工作，主要基于三個條件：鋼筋與混凝土之間存在粘結力；兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)很接近；混凝土對鋼筋起保護作用。這也是鋼筋混凝土結構得以實現(xiàn)并獲得廣泛應用的根本原因。三、說一說混凝土結構有哪些優(yōu)點和缺點？（6分）答：混凝土結構的主要優(yōu)點在于：取材較方便、承載力高、耐久性佳、整體性強、耐火性優(yōu)、可模性好、節(jié)約鋼材、保養(yǎng)維護

2、費用低。混凝土結構存在的缺點主要表現(xiàn)在：自重大、抗裂性差、需用大量模板、施工受季節(jié)性影響。四、與普通混凝土相比，高強混凝土的強度和變形性能有何特點？（6分）答：與普通混凝土相比，高強混凝土的彈性極限、與峰值應力對應的應變值、荷載長期作用下的強度以及與鋼筋的粘結強度等均比較高。但高強混凝土在達到峰值應力以后，應力應變曲線下降很快，表現(xiàn)出很大的脆性，其極限應變也比普通混凝土低。五、談一談混凝土結構設計中選用鋼筋的原則？（6 分）答：混凝土結構中的鋼筋一般應滿足下列要求：較高的強度和合適的屈強比、足夠的塑性、良好的可焊性、耐久性和耐火性、以及與混凝土具有良好的粘結性。六、混凝土結構工程中所選用的混凝

3、土是不是標號越高越好？（6分）答:不是，高標號耐火性不好，易爆裂對于板構件，標號越高越浪費。七、從“地震來了，房屋倒塌”這句話談一談你對“作用效應”和“結構抗力”這兩個概 念的理解。（6分）答：直接作用和間接作用施加在結構構件上，由此在結構內產(chǎn)生內力和變形（如軸力、剪力、彎矩、扭矩以及撓度、轉角和裂縫等），稱為作用效應。結構抗力是指整個結構或結構構件承受作用效應（即內力和變形）的能力，如構件的承載能力、剛度等。八、為什么鋼筋混凝土雨篷梁的受力鋼筋主要布置在截面上層，而鋼筋混凝土簡支梁橋的受力鋼筋主要布置在截面下層？（6分）答：因為前者屬于懸挑構件上部受拉，后者為下部受拉。所以鋼筋混凝土雨篷梁的

4、受力鋼筋主要布置在截面上層，而鋼筋混凝土簡支梁橋的受力鋼筋主要布置在截面下層。九、請大家想一想為什么以及什么情況下采用雙筋截面梁？（6分）答：對于給定截面彎矩當按單筋截面梁設計時，若給定彎矩設計值過大，截面設計不能滿足適筋梁的適用條件 ，且由于使用要求截面高度受到限制又不能增大，同時混凝土強度等級因條件限制不能再提高時，可采用雙筋截面。即在截面的受壓區(qū)配置縱向鋼筋以補充混凝土受壓能力的不足。十、根據(jù)縱筋配筋率不同，請大家分析鋼筋混凝土梁受彎破壞的三種形式及其破壞特點?（6分）答：1）適筋破壞；適筋梁的破壞特點是：受拉鋼筋首先達到屈服強度，經(jīng)過一定的塑性變形，受壓區(qū)混凝土被壓碎，屬延性破壞。2）

5、超筋破壞；超筋梁的破壞特點是：受拉鋼筋屈服前，受壓區(qū)混凝土已先被壓碎，致使結構破壞，屬脆性破壞。3）少筋破壞；少筋梁的破壞特點是：一裂即壞，即混凝土一旦開裂受拉鋼筋馬上屈服，形成臨界斜裂縫，屬脆性破壞。十一、請描述有腹筋梁斜截面剪切破壞形態(tài)有哪幾種？各自的破壞特點如何？（6分）答：斜截面受剪破壞的主要形態(tài)有：斜拉破壞、剪壓破壞、斜壓破壞。斜拉破壞特征：破壞過程急速且突然，彎曲裂縫一旦出現(xiàn)，就迅速向受壓區(qū)斜向伸展，直至荷載板邊緣，使 混凝土裂通，梁被撕裂成兩部分，而喪失承載能力。剪壓破壞特征：梁破壞時，與斜裂縫相交的腹筋達到屈服強度，同時剪壓區(qū)的混凝土在壓應力和剪應力的共同作用下，達到了復合受力

6、時的極限強度。斜壓破壞特征：首先混凝土在加載點與支座間被斜裂縫分割成若干個斜向短柱，當混凝土中的壓應力超過其抗壓強度時，混凝土即被壓壞。破壞時，與斜裂縫相交的腹筋往往達不到屈服強度。十二、請思考有腹筋梁中的腹筋能起到改善梁的抗剪切能力的作用，其具體表現(xiàn)在哪些方面？（6分）答：有腹筋梁中的腹筋能夠改善梁的抗剪切能力，其作用具體表現(xiàn)在：1）腹筋可以承 擔部分剪力。2）腹筋能限制斜裂縫向梁頂?shù)难由旌烷_展，增大剪壓區(qū)的面積，提高剪壓區(qū)混凝土的抗剪能力。3）腹筋可以延緩斜裂縫的開展寬度，從而有效提高斜裂縫交界面上的骨料咬合作用和摩阻作用。4）腹筋還可以延緩沿縱筋劈裂裂縫的開展，防止混凝土保護層的突然撕裂

7、，提高縱筋的銷栓作用。十三、想一想斜截面受剪承載力計算時為何要對梁的截面尺寸加以限制？為何規(guī)定最小配箍 率？（6 分）答：斜截面受剪承載力計算時，對梁的截面尺寸加以限制的原因在于：防止因箍筋的應力達不到屈服強度而使剪壓區(qū)混凝土發(fā)生斜壓破壞；規(guī)定最小配箍率是為了防止脆性特征明顯的斜拉破壞的發(fā)生。十四、試分析一下普通箍筋軸心受壓構件承載力計算公式中穩(wěn)定系數(shù) 的物理意義。（6 分） 答：穩(wěn)定系數(shù)為長柱軸心抗壓承載力與相同截面、相同材料和相同配筋的短柱抗壓承載力的比值。因為長柱在軸心壓力作用下，不僅發(fā)生壓縮變形，同時還產(chǎn)生橫向撓度，出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。初始偏心距產(chǎn)生附加彎矩，附加彎矩又增大了橫向的撓度，這樣

8、相互影響，導致長柱最終在彎矩和軸力共同作用下發(fā)生破壞，致使長柱承載力降低。因此，需要考慮穩(wěn)定系數(shù)的影響。十五、根據(jù)“立柱頂千斤”的道理，談一談軸心受壓柱和偏心受壓柱在受力和破壞特點上的不同？（6分）答：縱向壓力作用線與構件截面形心軸線重合的構件，稱為軸心受壓構件。實際工程中理想的軸心受壓構件是不存在的，但是在設計以恒載為主的多層多跨房屋的內柱和屋架的受壓腹桿等構件時，可近似地簡化為軸心受壓構件計算。當結構構件的截面上受到軸力和彎矩的共同作用或受到偏心力的作用時，偏心力為壓力，則為偏心受壓構件橋墩、樁和公共建筑中的柱均可視為偏心受壓構件。十六、請同學們列舉幾個在工作和生活中碰到過的受拉構件。（6

9、分）答：在實際工程中，近似按軸心受拉構件計算的有承受節(jié)點荷載的屋架或托架的受拉弦桿、腹桿；剛架、拱的拉桿；承受內壓力的環(huán)形管壁及圓形貯液池的壁筒等?？砂雌氖芾嬎愕臉嫾芯匦嗡氐某乇凇⒐I(yè)廠房雙肢柱的受拉肢桿、受地震作用的框架邊柱、承受節(jié)間荷載的屋架下弦拉桿等。十七、試分析一下軸心受拉構件從加載開始到破壞的受力過程。（6分）答：第階段加載到開裂前此階段鋼筋和混凝土共同工作，應力與應變大致成正比。在這一階段末，混凝土拉應變達到極限拉應變，裂縫即將產(chǎn)生。對于不允許開裂的軸心受拉構件應以此工作階段末作為抗裂驗算的依據(jù)。第階段混凝土開裂后至鋼筋屈服前裂縫產(chǎn)生后，混凝土不再承受拉力，所有的拉力均由鋼

10、筋來承擔，這種應力間的調整稱為截面上的應力重分布。第階段是構件的正常使用階段，此時構件受到的使用荷載大約為構件破壞時荷載的50%-70%，構件的裂縫寬度和變形的驗算是以此階段為依據(jù)的。第階段鋼筋屈服到構件破壞當加載達到某點時，某一截面處的個別鋼筋首先達到屈服，裂縫迅速發(fā)展，這時荷載稍稍增加，甚至不增加都會導致截面上的鋼筋全部達到屈服（即荷載達到屈服荷載Ny時）。評判軸心受拉破壞的標準并不是構件拉斷，而是鋼筋屈服。正截面強度計算是以此階段為依據(jù)的。十八、試論述一下大、小偏心受拉構件的破壞特征。（6分）答：大偏心受拉構件破壞時，混凝土雖開裂，但還有受壓區(qū)，破壞特征與As的數(shù)量有關，當As數(shù)量適當時

11、，受拉鋼As筋首先屈服，然后受壓鋼筋應力達到屈服強度，混凝土受壓邊緣達到極限應變而破壞。小偏心受拉構件破壞時，一般情況下，全截面均為拉應力，其中As一側的拉應力較大。隨著荷載增加，As一側的混凝土首先開裂，而且裂縫很快貫通整個截面，混凝土退出工作，拉力完全由鋼筋承擔，構件破壞時，及As都達As到屈服強度。十九、請同學們列舉幾個在工作和生活中碰到過的受扭構件。（6分）答：實際工程結構中，處于純扭矩作用的構件是比較少的，絕大多數(shù)都是處于彎矩、剪力、扭矩共同作用下的復合受扭情況。例如雨篷梁、次梁邊跨的主梁、彎梁與折梁等，都屬彎、剪、扭復合受扭構件。二十、說一說你在工作中遇到過或者看到過的混凝土結構工

12、程方面的新發(fā)展。（6 分）答：預制裝配式混凝土結構等等。二十一、2010 版混凝土結構設計規(guī)范中對混凝土保護層厚度是如何定義的？（6分）答：保護層的厚度指最外層鋼筋外邊緣至混凝土表面的距離，適用于設計使用年限為50 年的混凝土結構。二十二、說一說與普通混凝土相比，預應力混凝土具有哪些優(yōu)勢和劣勢？（6分）答：預應力混凝土的優(yōu)勢是使構件的抗裂度和剛度提高、使構件的耐久性增加、減輕了構件自重、節(jié)省材料。預應力混凝土的劣勢是施工需要專門的材料和設備、特殊的工藝，造價較高。二十三、想一想為什么需要對某些混凝土結構或構件進行正常使用狀態(tài)下裂縫寬度和變形的驗算？（6分）答：鋼筋混凝土結構裂縫控制的目的一方面是為了保證結構的耐久性。因為裂縫過寬時，氣體和水分、化學介質侵入裂縫，會引起鋼筋銹蝕，不僅削弱了鋼筋的面積，還會因鋼筋體積的膨脹，引起保護層剝落，產(chǎn)生長期危害，影響結構的使用壽命。另一方面是考慮建筑物觀瞻、人的心理感受和使用者不安全程度的影響。二十四、談一談有粘結預應力與無粘結預應力的區(qū)別？（6 分）答：有粘結預應力，指沿預應力筋全長周圍均與混凝土粘結、握裹無粘結預應力，指預應力筋伸縮、滑動自由，不與周圍混凝土粘結的預應力。這