(完整版)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理_清華大學(xué)試卷B及答案

1、一名詞解釋 (本大題分 5 小題，每小題4 分，共 20 分) 1、可靠度：2、標(biāo)準(zhǔn)組合：3、設(shè)計(jì)使用年限：4、后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)：5、施工荷載：二簡答題(本大題分 6 小題，共50 分) 1、鋼筋和混凝土為什么能在一起共同工作？（6 分）2、混凝土的收縮對鋼筋混凝土構(gòu)件有何影響？收縮與哪些因素有關(guān)？（9 分）計(jì)算有何聯(lián)系？（9 分）4、何謂剪跨比，何謂廣義剪跨比？剪跨比對斜截面的破壞形態(tài)和受剪承載力有何影響？（8 分）5、軸心受壓普通鋼箍柱與螺旋箍筋柱的受壓承載力計(jì)算有何區(qū)別？（10 分）6、什么是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，如何進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)？（8 分）三計(jì)算題(本大題分 2 小題，共

2、30 分) 1、 已 知 某 t 形 梁 截 面 設(shè) 計(jì) 彎 矩 m =410knm ， 梁 的 截 面 尺 寸 為 b=200 mm ，h=600mmf b=1000 mm ，fh=90 mm， 混凝 土采用c25 （fc=11.9 n/mm2， ft=1.27 n/mm2），鋼筋 采用hrb335(fy=fy =300n/mm2 ,b=0.55)，環(huán) 境 類 別 為 一 類 ，取as=60mm。求 所 需 的 受 拉 鋼 筋 截 面面 積 as。 （20 分）2、已知某矩形截面簡支梁，截面尺寸為b=200 mm ， h=600mm ，在均布荷載作用下產(chǎn)生的最大剪力設(shè)計(jì)值為 v=70kn,混

3、凝土強(qiáng)度等級為c20 （ft=1.1n/mm2，fc=9.6 n/mm2） ， 箍筋采用 hpb235 級鋼筋（fyv=210 n/mm2） ，求所需箍筋的數(shù)量。 （10 分）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理試題b 答案及評分標(biāo)準(zhǔn)2006-2007學(xué)年第二學(xué)期土木 2004-18 班一、名詞解釋（4 520 分）1、可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（1 分） ，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。（3 分）2、標(biāo)準(zhǔn)組合：正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算時(shí)（1 分） ，對可變荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值為荷載代表值的組合（ 3 分） 。3、設(shè)計(jì)使用年限：設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需要進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期。 （4 分）4

4、、后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)：在混凝土達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度后（2分） ，通過張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋并在結(jié)構(gòu)上錨固而建立預(yù)加應(yīng)力的混凝土結(jié)構(gòu)（2 分） 。5、施工荷載：按短暫狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，施工階段施加在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的臨時(shí)荷載（3 分） ，包括自重、附著在結(jié)構(gòu)和構(gòu)件上的模板、材料機(jī)具等荷載（1 分） 。二、簡答題（50 分）1、鋼筋和混凝土為什么能在一起共同工作？（6 分）鋼筋和混凝土兩種材料的物理力學(xué)性能很不相同，他們可以結(jié)合在一起共同工作，是因?yàn)椋夯炷两Y(jié)硬后，能與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起，相互傳遞內(nèi)力。 粘結(jié)力是這兩種性質(zhì)不同的材料能夠共同工作的基礎(chǔ)；（2分）鋼筋與混凝土兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)十分接近（鋼材為1.

5、2 10-5，混凝土為1.01.510-5） ，因此當(dāng)溫度變化時(shí)，兩種材料不會產(chǎn)生過大的變形差而導(dǎo)致兩者間的粘結(jié)力破壞； （2 分）(3)鋼筋置埋于混凝土中，混凝土對鋼筋起到了保護(hù)和固定作用，是鋼筋不易發(fā)生銹蝕，且使其受壓時(shí)不易失穩(wěn)，在遭受火災(zāi)時(shí)不致因鋼筋很快軟化而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體破壞。（2 分）2、混凝土的收縮對鋼筋混凝土構(gòu)件有何影響？收縮與哪些因素有關(guān)？（9 分）混凝土在空氣中硬化時(shí)體積會縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮。收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形。（2 分）混凝土的收縮對于混凝土結(jié)構(gòu)起著不利的影響。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土往往由于鋼筋或相鄰部件的牽制而處于不同程度的約束狀

6、態(tài)，使混凝土因收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而加速裂縫的出現(xiàn)和開展。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土的收縮導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力的損失。對跨度變化比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu)（如拱），混凝土收縮將產(chǎn)生不利的內(nèi)力。（ 3分）混凝土收縮主要是由于干燥失水和碳化作用引起的?；炷潦湛s量與混凝土的組成有密切的關(guān)系。水泥用量愈多，水灰比愈大，收縮愈大；骨料愈堅(jiān)實(shí)（彈性模量愈高），更能限制水泥漿的收縮；骨料粒徑愈大，愈能抵抗砂漿的收縮，而且在同一稠度條件下，混凝土用水量就愈少，從而減少了混凝土的收縮。（ 2 分）由于干燥失水引起混凝土收縮，所以養(yǎng)護(hù)方法、 存放及使用環(huán)境的溫濕度條件是影響混凝土收縮的重要因素。在高溫下濕養(yǎng)時(shí)，水泥水化作用加快

7、，使可供蒸發(fā)的自由水分較少，從而使收縮減小；使用環(huán)境溫度越高，相對濕度越小，其收縮越大。（2 分）3、適筋梁從開始加載到正截面受彎破壞經(jīng)歷了哪幾個(gè)階段？各階段的主要特點(diǎn)是什么？與計(jì)算有何聯(lián)系？（9 分）（1）第一階段 截面開裂前的未裂階段當(dāng)荷載很小時(shí)，截面上的內(nèi)力很小，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，截面的應(yīng)力分布為直線，這種受力階段稱為第階段。當(dāng)荷載不斷增大時(shí)，截面上的內(nèi)力也不斷增大，由于受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)塑性變形， 受拉區(qū)的應(yīng)力圖形呈曲線。當(dāng)荷載增大到某一數(shù)值時(shí)，受拉區(qū)邊緣的混凝土可達(dá)其實(shí)際的抗拉強(qiáng)度和抗拉極限應(yīng)變值。截面處在開裂前的臨界狀態(tài)，這種受力狀態(tài)稱為第 ia階段。 （ 2 分）(2) 第二階段

8、帶裂縫工作階段梁在各受力階段的應(yīng)力、應(yīng)變圖截面受力達(dá)ia階段后， 荷載只要稍許增加，截面立即開裂，截面上應(yīng)力發(fā)生重分布，裂縫處混凝土不再承受拉應(yīng)力，鋼筋的拉應(yīng)力突然增大，受壓區(qū)混凝土出現(xiàn)明顯的塑性變形，應(yīng)力圖形呈曲線，這種受力階段稱為第階段。荷載繼續(xù)增加，裂縫進(jìn)一步開展，鋼筋和混凝土的應(yīng)力不斷增大。當(dāng)荷載增加到某一數(shù)值時(shí)，受拉區(qū)縱向受力鋼筋開始屈服，鋼筋應(yīng)力達(dá)到其屈服強(qiáng)度，這種特定的受力狀態(tài)稱為a階段。 （2 分）(3) 第三階段 破壞階段受拉區(qū)縱向受力鋼筋屈服后，截面的承載力無明顯的增加，但塑性變形急速發(fā)展，裂縫迅速開展， 并向受壓延伸，受壓區(qū)面積減小，受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)力迅速增大，這是截面受

9、力的第階段。 在荷載幾乎保持不變的情況下，裂縫進(jìn)一步急劇開展，受壓區(qū)混凝土出現(xiàn)縱向裂縫，混凝土被完全壓碎，截面發(fā)生破壞，這種特定的受力狀態(tài)稱為第a階段。 （ 2 分）進(jìn)行受彎構(gòu)件截面受力工作階段的分析，不但可以了解截面受力的全過程，而且為裂縫、變形以及承載力的計(jì)算提供了依據(jù)。截面抗裂驗(yàn)算是建立在第a階段的基礎(chǔ)之上，構(gòu)件使用階段的變形和裂縫寬度驗(yàn)算是建立在第階段的基礎(chǔ)之上，而截面的承載力計(jì)算則時(shí)建立在第a階段的基礎(chǔ)之上的。 （3 分）4、何謂剪跨比， 何謂廣義剪跨比？剪跨比對斜截面的破壞形態(tài)和受剪承載力有何影響？（8分）剪跨比 為集中荷載到臨近支座的距離a 與梁截面有效高度h0的比值，即 a/

10、h0。某截面的廣義剪跨比為該截面上彎矩m 與剪力和截面有效高度乘積的比值，即 m/ （vh0）。（2 分）剪跨比反映了梁中正應(yīng)力與剪應(yīng)力的比值。（1）斜壓破壞 1 時(shí)，發(fā)生斜壓破壞。這種破壞多數(shù)發(fā)生在剪力大而彎矩小的區(qū)段，以及梁腹板很薄的t 形截面或工字形截面梁內(nèi)。破壞時(shí)，混凝土被腹剪斜裂縫分割成若干個(gè)斜向短柱而被壓壞，破壞是突然發(fā)生的。（ 2 分）（2）剪壓破壞1 3 時(shí)，發(fā)生剪壓破壞。其破壞的特征通常是，在剪彎區(qū)段的受拉區(qū)邊緣先出現(xiàn)一些垂直裂縫， 它們沿豎向延伸一小段長度后，就斜向延伸形成一些斜裂縫，而后又產(chǎn)生一條貫穿的較寬的主要斜裂縫，稱為臨界斜裂縫，臨界斜裂縫出現(xiàn)后迅速延伸，使斜截面剪

11、壓區(qū)的高度縮小，最后導(dǎo)致剪壓區(qū)的混凝土破壞，使斜截面喪失承載力。（2 分）（3）斜拉破壞 3 時(shí)，常發(fā)生這種破壞。其特點(diǎn)是當(dāng)垂直裂縫一出現(xiàn)，就迅速向受壓區(qū)斜向伸展，斜截面承載力隨之喪失。破壞荷載與出現(xiàn)斜面裂縫時(shí)的荷載很接近，破壞過程急驟， 破壞前梁變形亦小，具有很明顯的脆性性質(zhì)。（ 2 分）5、軸心受壓普通鋼箍柱與螺旋箍筋柱的受壓承載力計(jì)算有何區(qū)別？（10 分）（1）普通箍筋柱根據(jù)軸心受壓短柱破壞時(shí)的截面應(yīng)力圖形，考慮長柱對承載力的影響以及可靠度調(diào)整等因素后，規(guī)范給出軸心受壓構(gòu)件普通箍筋柱承載力計(jì)算公式：)(9.0sycafafn（1）式中n 軸向壓力設(shè)計(jì)值；0.9 可靠度調(diào)整系數(shù)； 鋼筋混凝

12、土軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；cf 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；a 構(gòu)件截面面積；sa 全部縱向鋼筋的截面面積。當(dāng)縱向鋼筋配筋率大于3%時(shí)，計(jì)算公式中的a應(yīng)改用（a-sa）代替。（ 3 分）（2）螺旋箍筋柱規(guī)范規(guī)定螺旋箍筋 柱的承載力計(jì)算公式為：)2(9. 0syssoycorcuafafafn（2）式中稱為間接鋼筋對混凝土約束的折減系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級不大于c50 時(shí)，取=1.0； 當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級為c80 時(shí)，取=0.85；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級在c50 與 c80 之間時(shí)，按直線內(nèi)插法確定。 （3 分）從承載力計(jì)算公式建立過程中可以看出，箍筋起到了充分約束混凝土的作用，這種作用只有在箍筋具有足夠的

13、數(shù)量及混凝土壓應(yīng)力比較均勻時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。因此， 該計(jì)算公式的應(yīng)用必須滿足一定的條件。規(guī)范規(guī)定：凡屬下列情況之一者，不考慮間接鋼筋的影響而按式（ 1）計(jì)算構(gòu)件的承載力：1）當(dāng)dl012 時(shí)，因構(gòu)件長細(xì)比較大，有可能因縱向彎曲在螺旋筋尚未屈服時(shí)構(gòu)件已經(jīng)破壞；（ 1 分）2）當(dāng)按式（ 2）計(jì)算的受壓承載力小于按式（1）計(jì)算的受壓承載力時(shí)；（1 分）3）當(dāng)間接鋼筋換算截面面積ssoa小于縱筋全部截面面積的25%時(shí)，可以認(rèn)為間接鋼筋配置太少，間接鋼筋對核心混凝土的約束作用不明顯。（ 1分）4）為了防止間接鋼筋外面的混凝土保護(hù)層過早脫落，按式（2）算得的構(gòu)件受壓承載力不應(yīng)大于按式（1）算得的構(gòu)件受壓承載力的

14、1.5 倍。 （1 分）6、什么是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，如何進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)？（8 分）混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是指在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正常維護(hù)條件下應(yīng)能保持其使用功能，而不需要進(jìn)行大修加固。（3 分）由于影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素及規(guī)律研究尚欠深入，難以達(dá)到進(jìn)行定量設(shè)計(jì)的程度。規(guī)范采用了宏觀控制的方法，以概念設(shè)計(jì)為主。根據(jù)環(huán)境類別和設(shè)計(jì)使用年限對結(jié)構(gòu)混凝土提出了相應(yīng)的限制和要求，以保證結(jié)構(gòu)的耐久性?；旧夏鼙ＷC在結(jié)構(gòu)規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)有的使用性能和安全儲備。對臨時(shí)性混凝土結(jié)構(gòu)，可不考慮混凝土的耐久性的要求。 （5 分）三、計(jì)算題（30 分）1、已 知 一t形 梁 截 面 設(shè)

15、計(jì) 彎 矩m=410knm ，梁 的 截 面 尺 寸 為b=200mm ，h=600mm ，f b=1000mm ，f h=90mm ，取 as=60mm ， 混 凝 土 采 用c25 （fc=11.9 n/mm2，ft=1.27 n/mm2） ，鋼 筋 采 用 hrb335(fy=fy =300n/mm2 ,b=0.55)，環(huán) 境 類 別 為一 類 。 求 所 需 的 受 拉 鋼 筋 截 面 面 積 as。 （20 分）解： （1）判斷 t 形截面的類型。由 as=60mm得 計(jì)算截面有效高度h0=h-as=600-60=540mm （ 2 分）f1cff02hf bhh=1.0 11.9

16、1000 90 （540-90/2）=530.145 knm m=410knm此時(shí)中和軸在翼緣內(nèi)，即xfh，屬于第一類t 形截面，以f b代 替b， 按fhb單筋矩形梁進(jìn)行計(jì)算。（4分）按下式計(jì)算所需的截面抵抗矩系數(shù)：62210410100.1181.0 11.91000540scfmf b hs1121120.1180.126b=0.55 （滿足要求）ss0.5 11 20.5112 0.1180.937（）（）計(jì)算所需的鋼筋面積as，即62sys0410102701mm3000.937540mafh（8 分）驗(yàn)算配筋率：62210410100.1181.0 11.91000540scfmf b h（滿足要求）（6 分）2、已知一矩形截面簡支梁，截面尺寸為mmhb600200，在均布荷載作用下產(chǎn)生的最大剪力設(shè)計(jì)值為v=70kn, 混凝土強(qiáng)度等級為c20（22/6 .9,/1 .1mmnfmmnfct） ，箍筋采用 hpb235 級鋼筋（2/210mmnfyv） ，求所需箍筋的數(shù)量。 （10