中南大學(xué)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理考試試題及答案

1、中南大學(xué)考試試卷2009 - 2010 學(xué)年二 學(xué)期時間120分鐘混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理（二）課程24學(xué)時學(xué)分 考試形式： 卷專業(yè)年級：土木工程2007級 總分100分，占總評成績 70 %注：此頁不作答題紙，請將答案寫在答題紙上一、填空題（每空1分，共計26分）1 .先張法和后張法對混凝土構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力的途徑不同，先張法通過（預(yù)應(yīng)力 筋與混凝土間的黏結(jié)力）施加預(yù)應(yīng)力、后張法則通過（錨具）施加預(yù)應(yīng)力。2 .按照預(yù)應(yīng)力筋與混凝土的粘結(jié)程度分，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件分為（有粘結(jié)）預(yù) 應(yīng)力混凝土構(gòu)件和（無粘結(jié)）預(yù)應(yīng)力濕凝土構(gòu)件。3 .預(yù)應(yīng)力混凝土中所用的錨具種類很多，但按照傳力方式分，主要可分為：（摩擦型）、

2、（粘結(jié)型）和（承壓型）三類。4 .在其他條件相同的情況下，由于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中建立的有效預(yù)壓應(yīng)力pen高低不同，使用階段先張法構(gòu)件的消壓荷載 n0和開裂荷載ner均（小干）后張法構(gòu)件, 但先張法構(gòu)件的極限承載力（等于）后張法構(gòu)件的極限承載力。（填 失于、 小 于”或等于）。5 .預(yù)應(yīng)力混凝土軸拉構(gòu)件及受彎構(gòu)件正截面承載力計算均是以（構(gòu)件破壞）時 的受力狀態(tài)為計算依據(jù)，計算方法和步驟均類似于普通鋼筋混凝土構(gòu)件。6 .鐵路橋涵中普通鋼筋混凝土鐵路橋梁按（容許應(yīng)力）法計算,預(yù)應(yīng)力混凝土 鐵路橋梁按（破壞階段）法計算。7 .鐵路橋涵鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的計算是以應(yīng)力階段（n）的應(yīng)力狀態(tài)為依據(jù), 但軸心受壓構(gòu)

3、件的計算則以（破壞）階段的截面應(yīng)力狀態(tài)為依據(jù),但形式上按容許應(yīng)力法表達(dá)。8 .根據(jù)鐵路鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 （tb1002.3-2005）,普 通鋼筋混凝土單筋矩形截面梁的受壓區(qū)高度完全取決于截面尺寸、 材料及（配筋 空h而與荷載彎矩?zé)o關(guān)。9 .鐵路橋涵鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件的計算與受彎構(gòu)件相同，同樣以（平截面 假定）、（彈性體假定）及（受拉區(qū)混凝土不參加工作）三個基本假定基礎(chǔ),截面 應(yīng)力采用（應(yīng)力疊加）原理或（靜力平衡）條件進(jìn)行計算。10 .預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件的變形由兩部分組成：一部分是由（荷載）產(chǎn)生的撓度,另 一部分是由（預(yù)應(yīng)力）產(chǎn)生的反拱,這兩部分的代數(shù)和即為構(gòu)件的總變形。1

4、1 .用作圖法布置斜筋時，還應(yīng)檢查縱筋彎起后所余部分能否滿足（截面抗彎） 要求，即要求材料圖覆蓋（包絡(luò)圖）。12 .預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，就是在結(jié)構(gòu)承受外荷載之前，預(yù)先采用人為的方法，在 結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一種預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)在使用階段產(chǎn)生拉應(yīng)力的區(qū)域預(yù)先受到 （壓）應(yīng)力，從而達(dá)到推遲或限制（裂縫）的出現(xiàn)或開展,提高結(jié)構(gòu)抗裂度的目的。二、簡答題（共5題，計34分）1 .什么是張拉控制應(yīng)力？為什么要對鋼筋的張拉應(yīng)力進(jìn)行控制？（7分）答：張拉控制應(yīng)力是指張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時所控制達(dá)到的最大應(yīng)力值，其值為張拉設(shè)備所控制的總的張拉力除以預(yù)應(yīng)力鋼筋面積得到的應(yīng)力值。（2分）從充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力優(yōu)點(diǎn)的角度考慮，張拉控制應(yīng)

5、力應(yīng)盡可能地定得高一些， 張拉控制應(yīng)力定得高，形成的有效預(yù)壓應(yīng)力高，構(gòu)件的抗裂性能好，且可以節(jié)約鋼材，但如果控制應(yīng)力過高，會有構(gòu)件的延性較差、對后張法構(gòu)件有可能造成端 部混凝土局部受壓破壞、預(yù)應(yīng)力損失增大等缺點(diǎn)。張拉控制應(yīng)力也不能定過低， 它應(yīng)有下限值。否則預(yù)應(yīng)力鋼筋在經(jīng)歷各種預(yù)應(yīng)力損失后，對混凝土產(chǎn)生的預(yù)壓 應(yīng)力過小，達(dá)不到預(yù)期的抗裂效果。（5分）2 .什么是換算截面？為什么計算施工階段的預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)力時，先張法構(gòu) 件用ao、后張法構(gòu)件用凈截面an?而計算外荷載引起的截面應(yīng)力時，為什么先 張法和后張法構(gòu)件都用ao ? （7分）答：換算截面是按整體工作階段應(yīng)變協(xié)調(diào)的原則將縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋和

6、縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積換算成混凝土截面積再加上混凝土的凈截面積三者的總和，即ao ac eas eapo（2 分）在計算施工階段的混凝土應(yīng)力時， 對后張法構(gòu)件，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土 之間還沒有粘結(jié)，預(yù)應(yīng)力合力相當(dāng)于外力作用在鋼筋混凝土凈截面上，張拉力是與鋼筋混凝土凈截面an （an=ac eas）上的內(nèi)力平衡的，因此用凈截面 an。 而先張法構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土是有粘結(jié)的，兩者共同變形，因此用換算截面ao。（3分）但是，當(dāng)計算外載引起的截面應(yīng)力時，因先張法構(gòu)件和后張法構(gòu)件中的預(yù)應(yīng) 力鋼筋和混凝土之間都已是粘結(jié)的，因此，都采用ao,當(dāng)然，對于不灌漿的無粘結(jié)后張法構(gòu)件，則不能采用換算截面 a

7、o,而仍用凈截面ano（2分）3 .什么是預(yù)應(yīng)力損失？在設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時，應(yīng)考慮哪些因素引起的預(yù) 應(yīng)力損失？哪些屬于第一批預(yù)應(yīng)力損失，哪些屬于第二批預(yù)應(yīng)力損失？（8分）答：由于預(yù)應(yīng)力施工工藝和材料性能等原因，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筋中的初始預(yù)應(yīng)力， 從制作、運(yùn)輸、安裝及使用過程中不斷降低的現(xiàn)象，稱為預(yù)應(yīng)力損失。（2分）要考慮的預(yù)應(yīng)力損失有：（4分）1）錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失112）預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁間的摩榛引起的預(yù)應(yīng)力損失123）構(gòu)件養(yǎng)護(hù)過程中由于溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失134）預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失 145）混凝土收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失 156）環(huán)向構(gòu)件混凝土被擠壓引起的預(yù)應(yīng)

8、力損失167）混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失對先張法構(gòu)件，第一批預(yù)應(yīng)力損失為：1） +2） +3） +4）第二批預(yù)應(yīng)力損失為5）（1 分）對后張法構(gòu)件，第一批預(yù)應(yīng)力損失為：1）+2）第二批預(yù)應(yīng)力損失為4） +5）+6）（1 分）4 .受彎彎構(gòu)件容許應(yīng)力法設(shè)計中，什么是平衡設(shè)計、低筋設(shè)計，為什么不能采用超筋設(shè)計？ （6分）答：平衡設(shè)計：s s,同時c b（2分）低筋設(shè)計：s s,但c b（2分）超筋設(shè)計：c b,但s s,超筋設(shè)計構(gòu)件發(fā)生破壞時是脆性破壞，并且鋼筋強(qiáng)度不能充分利用，因此采用超筋設(shè)計即不安全也不經(jīng)濟(jì)，應(yīng)盡量避免。（2分）5 .按容許應(yīng)力法進(jìn)行腹筋設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)梁中主拉應(yīng)力最大值的大

9、小、分那幾種情況處理？ （6分）答：應(yīng)根據(jù)梁中最大主拉應(yīng)力的大小，分三種情況：casel： ctmax tp-l（2 分）tp-1為主拉應(yīng)力容許限值，任何情況下不得超過，此時必須采用箍筋和斜筋 以外的措施，如增大截面寬度或提高混凝土強(qiáng)度等級。case2 ctmax tp-2（2 分）不需要按計算只須按構(gòu)造要求設(shè)置一定數(shù)量的腹筋。case3 tp-2 & ctmaxw tp-l必須按計算設(shè)置腹筋，但ct tp-勾部分梁段內(nèi)，可僅按構(gòu)造要求配腹筋。（2分）三、計算題（共3題，計40分）1、某鐵路橋涵矩形截面混凝土簡支梁，計算跨度l0=6.0m,承受均布荷載為20kn/m （含自重），截面尺寸及配筋

10、如下圖1。采用c30混凝土， b=10.0mpa, 受力縱筋采用q235級鋼筋，s=130mpa, 10 16,單根鋼筋面積為201mm2, n=20o要求：（1）復(fù)核該梁跨中截面混凝土及鋼筋的應(yīng)力； （2）按正截面強(qiáng)度計算該截面能承擔(dān)的最大彎矩。q=2()kn-n)以以.l圖1簡支梁計算簡圖解：(1)內(nèi)力計算：跨中彎矩最大，m 8ql2 1 20 6.02 90.0kn.m (2,)(2)受壓區(qū)高度x計算(4)截面有效高度h0 600 45 50/2 530mm配筋率a 2010-0.01264 min 0.2%bh0300 530n 20 0.01264 0.2528受壓區(qū)高度：.x h0

11、( (n )2 2n n ) 530 0.502 266mm(3)截面應(yīng)力復(fù)核2mbx(h0 x/ 3)2 90.0 106300 266 (530 266/3)5.11mpa(5,)bmas(h0x/3)690.0 102010 (530 266/3)101.5mpa01015(h x a1) (600 266 45) 111.1mpah。x530 266滿足要求(4)截面能承擔(dān)的彎矩(4)mc cbx(h0x/3)10 300 266(530266 / 3)176.09kn.mmss as(h0x/3)hox530 266(h x a)130 2010 (530 266/3)600 266

12、 45105.34所以截面能承擔(dān)的彎矩m 105.34kn.m2、現(xiàn)有一后張法預(yù)應(yīng)力簡支梁，計算跨度l0=8.7m。該梁承受的均布包載標(biāo)準(zhǔn)值gk=14.0kn/m,均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 qk=12.0kn/m。預(yù)應(yīng)力鋼筋 ap=624.8mm2, ap=156.3mm2, ap= ap =65mm, e=6.15。凈截面 an=7.48x 104mm2,重心至底邊 的距離為yn=465mm,距頂邊距離yn=335mm,慣性矩in=7.28x 109mm4;換算截 面a0=9.85x 104mm2,重心至底邊的距離為 y=450mm,距頂邊y=350mm,慣性 矩i0=8.36x 109mm4,詳見

13、圖2。已知受拉區(qū)張拉控制應(yīng)力con=1029n/mm2,受壓區(qū) con =735n/mm2,第一批預(yù)應(yīng)力損失為 n =96n/mm2,ii =86n/mm2,第二批預(yù)應(yīng)力損失為 lii =150n/mm2,川=44n/mm2。試計算：pc；(2)使用階段設(shè)計荷載條件下跨中截面下緣混凝土的應(yīng)力值。(10分)(a)凈截面(b)換算截面(1)完成第二批預(yù)應(yīng)力損失時跨中截面下緣混凝土的預(yù)壓應(yīng)力12圖2預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的截面參數(shù)解：(1)內(nèi)力計算(1)均布荷載設(shè)計值：p=1.2m4.0+1.4 12.0=33.6kn/m、.1,21 cc-24.跨中彎矩設(shè)計值.m - pl - 33.6 8.7317

14、.9kn.m88(2)總預(yù)應(yīng)力損失(1)2 96150 246n / mmii2.86 44 130n /mm(3)完成第二批預(yù)應(yīng)力損失時混凝土的預(yù)壓應(yīng)力(3)pcnpnn pii epiianinyn(conl ) ap( coni)ap(conl )apepn(conanl)apepnyn(1029 246) 624.8 (735 130) 156.39.85 104(1029 246) 624.8 (465 65) (735 130) 156.3 (335-65)7.28 109-一218.67n /mm465(4)使用階段設(shè)計荷載作用下跨中截面混凝土下緣的應(yīng)力(3分)mcm10 y31

15、7.9 1068.36 10945017.11n /mm2pc17.2n / mm2(1分)3示。柱的計混凝土下緣的實(shí)際應(yīng)力c 時mc 18.67 17.11 1.56n/mm2(壓)c pcc3、某鐵路橋涵鋼筋混凝土偏心受壓柱，具截面尺寸及配筋圖如圖算長度b=6m,控制截面上的軸向力n=900kn,彎矩m=72kn.m。采用混凝土強(qiáng) 度等級為 c30,相應(yīng)的b=11.2mpa, c=9.0mpa；采用i級鋼筋，相應(yīng) s=130mpa,采用對稱配筋as=as=1520mm2, n=10。要求：復(fù)核截面應(yīng)力及柱 穩(wěn)定性。（已知： =1.13, （|=0.87, m=11.8） （15 分）圖3偏心受壓柱的截面配筋圖(6分)解：（1）求換算截面核心矩 換算截面幾何參數(shù): 截面對稱，有y1=y2a0bh 2 nas=400 500+2 101520=230400mm 213h 2i0bh 2nas( as)122=400 5003 2 10 152012_ _ _ _ 94=5.51 10 mm核心矩(25040)295.51 10230400 25