中南大學(xué)混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)間120分鐘混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理（二）課程24學(xué)時(shí) 學(xué)分 考試形式： 卷專業(yè)年級(jí)：土木工程2007級(jí) 總分100分，占總評(píng)成績(jī)70%注：此頁不作答題紙，請(qǐng)將答案寫在答題紙上、填空題（每空1分，共計(jì)26分）1. 先張法和后張法對(duì)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)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)力混凝土構(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）、（粘結(jié)型）和（承

2、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pc H高低不同，使用階段先張法構(gòu)件的消壓荷載 No和開裂荷載Ncr均（小于）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“大于”、“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(jì)算均是以（構(gòu)件破壞）時(shí)的受力狀態(tài)為計(jì)算依據(jù)，計(jì)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(jì)算，預(yù)應(yīng)力混凝土 鐵路橋梁按（破壞階段）法計(jì)算。7. 鐵路橋涵鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的計(jì)算是以應(yīng)力階段（U丄的應(yīng)力狀態(tài)為依據(jù)，但軸心受壓構(gòu)件的計(jì)算則以（

3、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(jì)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（配筋率）,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(jì)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(gè)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(jì)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。11 用作圖法布置斜筋時(shí)，還

4、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(jiǎn)答題（共5題，計(jì)34分）1 什么是張拉控制應(yīng)力？為什么要對(duì)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(shí)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)力應(yīng)盡可能地定得高一些， 張拉控

5、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(huì)有構(gòu)件的延性較差、對(duì)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(duì)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(jì)算施工階段的預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)力時(shí)，先張法構(gòu) 件用Ao、后張法構(gòu)件用凈截面An ?而計(jì)算外荷載引起的截面應(yīng)力時(shí)，為什么先 張法和后張法構(gòu)件都用 A ? （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)力鋼筋和縱向預(yù) 應(yīng)力鋼筋截面面積換算

6、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 e As e Ap。（2 分）在計(jì)算施工階段的混凝土應(yīng)力時(shí)， 對(duì)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(jì)算外載引起的截面應(yīng)力時(shí)，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(duì)于不灌漿的無（2分）粘結(jié)后張法構(gòu)件，則不能采用換算截面 Ao

7、，而仍用凈截面An精彩文檔3 什么是預(yù)應(yīng)力損失？在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時(shí)，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檫引起的預(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)

8、應(yīng)力損失167）混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失對(duì)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(duì)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(jì)中，什么是平衡設(shè)計(jì)、低筋設(shè)計(jì)，為什么不能采用超筋設(shè)計(jì)？ （ 6分）答：平衡設(shè)計(jì)：s s,同時(shí)c b（ 2分）低筋設(shè)計(jì)：S s,但c b（ 2分）超筋設(shè)計(jì)：c b,但s s,超筋設(shè)計(jì)構(gòu)件發(fā)生破壞時(shí)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(jì)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(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)梁中主拉應(yīng)

9、力最大值的大小、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-1 （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(shí)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(jí)。Case2 :ctmax v tp-2（2 分）不需要按計(jì)算只須按構(gòu)造要求設(shè)置一定數(shù)量的腹筋。Case3: tp-2 W ctmax W tp-1 必須按計(jì)算設(shè)置腹筋，但ct v tp-3部分梁段內(nèi)，可僅按構(gòu)造要求配腹筋。（2分）三、計(jì)算題（共3題，計(jì)40分）1、某鐵路橋涵矩形截面混凝土簡(jiǎn)支梁，計(jì)算跨度lo=6.Om，承受均布荷

10、載為20kN/m （含自重），截面尺寸及配筋如下圖1。采用C30混凝土， b=10.0MPa，受力縱筋采用Q235級(jí)鋼筋，s=130MPa ,10 16，單根鋼筋面積為201mm 2,n=20 o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(jì)算該截面能承擔(dān)的最大彎矩q=2()kN-n)ag.6口】L解：(1)內(nèi)力計(jì)算：跨中彎矩最大,-ql2- 20 6.0290.0KN.m8 8(2)受壓區(qū)高度x計(jì)算(2')(4')截面有效高度h°600 45 50/2530mm配筋率20- 0.01264 min 0.2%bh0300 530n 20 0.0

11、1264 0.2528受壓區(qū)高度：2x h0(J(n ) 2n n )530 0.502 266mm(3)截面應(yīng)力復(fù)核(5')smax2Mbx(h)x/3)MAs(®x/3)h°(h2 90.0 106300 266 (530 266 / 3)90.0 1062010 (530 266 / 3)x aj101.5530 2665.11MPa101.5MPa(600 266 45)111.1MPa圖1簡(jiǎn)支梁計(jì)算簡(jiǎn)圖滿足要求s As(h0x/3心130 2010 (530266/3)530 266600 266 45105.34(4)截面能承擔(dān)的彎矩(4')b

12、bx10 300 266Mc(h。 x/3)(530266 / 3)176.09kN.m22所以截面能承擔(dān)的彎矩2、現(xiàn)有一后張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁，計(jì)算跨度l0=8.7m。該梁承受的均布恒載標(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A(yù)p=624.8mm 2, A'p=156.3mm 2,ap= a'p =65mm ， e=6.15。凈截面 An=7.48X104mm 2，重心至底邊的距離為 yn=465mm，距頂邊距離y' n=335mm，慣 性矩In=7.28 X109mm4;換算截面 A°=9.85 X104mm

13、 2，重心至底邊的距離為 y=450mm，距頂邊 y' =350mm，慣性矩 b=8.36 X109mm 4，詳見圖 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H =96N/mm 2， H =86N/mm 2，第二批預(yù)應(yīng)力損失為川=150N/mm2， 川=44N/mm 2。試計(jì)算：pc ；(1 )完成第二批預(yù)應(yīng)力損失時(shí)跨中截面下緣混凝土的預(yù)壓應(yīng)力(a)凈截面(b )換算截面圖2預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁的截面參數(shù)(1 ')解：(1 )內(nèi)力計(jì)算 均布荷載設(shè)計(jì)值：p=1.2 X14.0+1.4 xl2.0=33.6kN/m

14、跨中彎矩設(shè)計(jì)值：M 1 pl21 33.6 8.72317.9kN.m8 8(2) 總預(yù)應(yīng)力損失(1') 96150246N / mm2IIIQ8644130 N / mm(3) 完成第二批預(yù)應(yīng)力損失時(shí)混凝土的預(yù)壓應(yīng)力(3 ')pcNpnN pii ep|ynconi)Apcon'i)A'p(conI)Apepn(con(1029 246) 624.8 (735 130) 156.39.85 104設(shè)計(jì)荷載作用下跨中截面混凝土下緣的應(yīng)力(3分)(1029 246) 624.8 (465 65) (735 130) 156.3 (335-65)Mc yI。317.

15、9 1068.36 109450217.11N /mmpc217.2N / mm混凝土下緣的實(shí)際應(yīng)力(1分)pcIIMc18.67 17.11 1.56N/mm2(壓)3、某鐵路橋涵鋼筋混凝土偏心受壓柱，其截面尺寸及配筋圖如圖 3示。柱的計(jì) 算長(zhǎng)度l0=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(jí)為C30，相應(yīng)的b=11.2MPa， c=9.0MPa ;采用I級(jí)鋼筋，相應(yīng)s=130MPa，采用對(duì)稱配筋 As= As' =1520mm 2，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）(6 分)圖3偏心受壓柱的截面配筋圖解：（1）求換算截面核心矩?fù)Q算截面幾何參數(shù): 截面對(duì)稱，有屮=y2A0 bh 2nAg=400 500+2 101520=230400mm13h ' 2I0 bh 2nAs(as)122132=400 5002 10 1520 (250 40)1294=5.51 10 mm核心矩9A)y95.6mm5.51 10230400 250計(jì)算偏心距e） M / N72000/900 80mm對(duì)換算截面的偏心矩e0)