高等混凝土结构设计原理题库概要.docx

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高等混凝土结构设计原理题库概要

第一篇混凝土的力学性能

1基本力学性能

1.名词解释

1峰值应变：

混凝土试件达到轴心抗拉强度ft时的应变。

2混凝土的立方体抗压强度

3混凝土：

以水泥为主要胶结材料，拌合一定比例的砂、石和水，有时还加入少量的各种添加剂，经过搅拌、注模、振捣、养护等工序后，逐渐凝固硬化而成的人工混合材料。

4弹性模量：

弹性模量是材料变形性能的主要指标。

是指在弹性范围内，混凝土材料的应力与应变成正比，其比例常数就是材料的弹性模量E

2.论述题

5混凝土破坏机理？

答：

混凝土从开始受力后到极限荷载，混凝土内的微裂缝逐渐增多和扩展，分为三个阶段：

1、微裂缝相对稳定期：

此时混凝土压应力较小，对混凝土的宏观变形无明显变化。

2、稳定裂缝发不稳定展期：

这一阶段混凝土内微裂缝发展较多，变形增长较大。

3、不稳定裂缝发展期：

这一阶段应力增量不大，而裂缝发展迅速，变形增长大。

6简述混凝土立方体抗压强度

答：

我国《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB50081-2002）规定：

标准试件取为边长150mm的立方体，用钢模成型，经浇注、振捣密实后静置一昼夜，试件拆模后放入标准养护室（温度20±3℃，相对温度≥90%）；28天龄期后取出试件，擦干表面水，置于试验机内，沿浇注的垂直方向施加压力，以每秒0.3～0.5N/mm2的速度连续加载直至试件破坏。

试件的破坏荷载除以承压面积，即为混凝土的标准立方体抗压强度fcu（N/mm2）。

7试说明混凝土棱柱体受压试件出现宏观斜裂缝时属于什么时期破坏形态，及其对强度、变形状况和应力-应变曲线的影响。

答：

混凝土发生宏观斜裂缝破坏现象，只能再应力-应变曲线的下降段，且在应变超过峰值应变约2倍之后，属于后期破坏形态。

它只影响混凝土的残余强度和变形状况，对棱柱体强度和应力-应变曲线的上升段不起作用。

2主要因素的影响

8包络线：

沿着重复荷载下混凝土应力——应变曲线的外轮廓描绘所得的光滑曲线。

9混凝土徐变：

混凝土在不变荷载长期作用下，其压应变随时间继续增长的现象。

10混凝土的收缩：

指在混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象。

11影响混凝土徐变值的因素？

答：

（1）、应力水平

（2）、加载时的龄期（3）、原材料和配合比（4）、制作和养护条件（5）、使用期的环境条件（6）、构件的尺寸（7）、其他因素（粗骨料的品种、性质和粒径，混凝土内各种掺合料和添加剂，混凝土的受力状况和历史，环境条件的随机变化等）。

12简述混凝土的徐变对结构和构件产生的影响。

答:

徐变对混凝土结构和构件的工作性能有很大的影响。

由于混凝土的徐变，会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力重分布，在预应力混凝土结构中会造成预应力损失。

3多种结构混凝土

13纤维混凝土：

在搅拌混凝土或水泥砂浆时，掺入一定数量的分散的短纤维，经振捣、凝固后构成一种宏观匀质的、各相同性的混合材料，称为纤维混凝土。

14高强混凝土：

一般把强度等级为C50及其以上的混凝土称为高强混凝土。

15轻骨料混凝土：

采用轻质多孔粗骨料替代普通粗骨料（碎石或卵石），与普通砂、水泥和水配合而成砂轻混凝土。

16影响砼强度的主要因素

 答：

荷载重复加卸作用、偏心受力（偏心受拉、偏心受压）、龄期、收缩、徐变等。

17制备高强混凝土的途径

答：

（1）提高水泥的强度，加速其水化作用，增强混凝土的密实性；

（2）使用各种聚合物作为胶结材料替代水泥；

（3）减小水灰比。

18普通混凝土与轻骨料混凝土的破坏区别

答：

普通混凝土是网状的水泥砂浆包围、粘结着更强、更硬、更实的粗骨料，成为构造的薄弱部位；轻骨料混凝土是水泥砂浆包围、粘结着的是更弱、更软、多孔的轻骨料，薄弱部位转移为轻骨料，由此引发了混凝土的差别。

所以轻质混凝土的强度和变形能在很大程度上取决于粗骨料的性质和强度。

19试绘制钢纤维混凝土轴心受拉应力—应变全曲线，并简要说明其形成过程。

在试件开裂之前，钢纤维中的应力很小，纤维混凝土与素混凝土的应力---应变曲线接近。

当纤维混凝土的基材开裂后，与裂缝相交的各纤维，因变形增大而应力倍增，渐次替代基材的受拉作用。

当试件全截面开裂后，由纤维承受全部拉力。

由于钢纤维的抗拉强度很高而长度有限，且在基材内随机分布，其方向和形状没有规律，锚固长度无充分保证，纤维在高应力作用下逐根地发生滑动，并渐渐地被拔出，构成了应力---应变曲线的下降段。

试件最终破坏时都是因粘结破坏而被拔出，极少被拉断。

20多种结构混凝土要包括哪几类?

答：

主要包括高强混凝土、轻质混凝土和纤维混凝土三大类。

21例举几种纤维混凝土（至少4个）。

答：

钢纤维混凝土、碳纤维混凝土、聚乙烯醇（PVA）纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土等。

4多轴强度和本构关系

22本构关系：

受压和受拉时的应力应变关系。

23破坏包络曲面：

将实验中获得的混凝土多轴强度

数据，逐个地标在主应力

坐标空间，相邻各点以曲面相连，就可有混凝土的破坏包络曲面。

24非线（性）弹性类本构模型：

随着应力的加大，变形按一定规律非线性地增长，刚度逐渐减小；卸载时，应变沿原曲线返回，不留残余应变。

25混凝土多轴强度：

混凝土多轴强度系指试件破坏时三向主应力的最大值，以符号f1，f2，f3表示

26静水压力轴：

在主应力空间中，与各坐标轴保持等距的各点连接构成的直线称为静水压力轴。

27偏应力：

在偏平面上，包络线上一点至坐标原点（即静水压力轴）的距离称为偏应力r。

28混凝土在多轴受拉/受压组合和应力比例的情况下，出现的5种典型的宏观破坏形态是什么？

答：

（1）拉断

（2）柱状压坏（3）片状劈裂（4）斜剪破坏（5）挤压流动

29简述混凝土的本构关系，及本构模型的分类。

答：

混凝土的本构关系是指混凝土在承受荷载的作用下，应力与应变之间的关系。

本构模型分为线弹性模型、非线弹性模型、塑形理论模型及其他力学理论类模型。

30从两个方面分析混凝土的破坏形态。

答：

从试件破坏后的表面宏观现象区分，分为：

拉断；

柱状压坏；

片状劈裂；

斜剪破坏；

挤压流动

从混凝土破坏过程的主要受力原因和裂缝的特征分析，分为：

主拉应力产生的横向受拉裂缝引发的拉断破坏；

主压应力产生的纵向劈裂裂缝引发的破坏，包括柱状压坏、片状劈裂、斜剪破坏和挤压流动等。

31非线性弹性类本构模型优缺点？

答：

优点：

能够反映混凝土受力变形的主要特点；计算式和参数值都来自实验数据的回归分析，在单调比例加载情况下有较高的计算精度；模型表达式简明、直观，易于理解和应用，因而在工程中应用最广泛。

缺点：

不能反映卸载和加载的区别，卸载后无残余变形等，故不能应用于卸载、加卸载循环和非比例加载等情况。

32破坏包络曲面的几何特形状有哪些?

（说出三点即可）

答：

曲面连续、光滑、外凸；

对静水压力轴三折对称；

在静水压力轴的拉端封闭，顶点为三轴等拉应力状态；压端开口，不与静水压力轴相交；

子午线上各点的偏应力或八面体剪应力值，随静水压力或八面体正应力的代数值的减小而单调增大，但斜率渐减，有极限值；

偏平面上的封闭曲线三折对称，其形状随静水压力或八面体正应力值的减小，由近似三角形（rt/rc≈0.5）逐渐外凸饱满，过渡为一圆（rt/rc=1）。

33简述拉压子午面及拉压子午线。

答：

在主应力空间中静水压力轴与一主应力轴组成，同时通过另两个主应力轴等分线的平面称为拉压子午面；拉压子午面与破坏包络面的交线分别称为拉压子午线。

第二篇钢筋和混凝土的组合作用

6钢筋和混凝土的粘结

34钢筋和混凝土之间的粘结力由几部分组成并说明？

答：

（1）混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸附力。

（2）周围混凝土对钢筋的摩阻力，当混凝土的粘着力破环后发挥作用。

（3）钢筋表面粗糙不平，或变形钢筋凸肋和混凝土之间的机械咬合作用。

35影响钢筋和混凝土的粘结性能的因素？

答：

（1）混凝土强度

（2）保护层厚度（3）钢筋埋长（4）钢筋的直径和外形（5）横向箍筋（6）横向压应力（7）其他因素（如混凝土坍落度、浇捣质量、养护条件等）

36钢筋锚固长度：

指钢筋的端头应力为零，在经过不长的粘结距离后，钢筋的应力应能达到其设计强度，这段粘结距离称为锚固长度。

7轴向受力性能

37受拉刚化效应:

钢筋混凝土受拉构件开裂后，混凝土对其承载力已经不起作用，但是混凝土的存在使裂缝间钢筋的应力减小，平均应变小于裂缝截面的应变，减小了构件的伸长，亦提高了构件的刚度，称为受拉钢化效应。

38简述钢筋混凝土受压（拉）构件关于平截面假定的一般性规律？

答:

大量试验测量证明，构件从开始受力直至破坏，全截面受压或者截面受压部分的应变都符合平截面分布。

构件全截面受拉或截面受拉部分在混凝土开裂后，裂缝截面附近不再适用平截面假定，各截面的应变分布也不相同。

但是在进行构件的总体受力和变形分析时，取一定长度范围内的平均变形，仍可有条件地采用平截面变形假定。

39简单描述钢筋混凝土受拉构件各阶段的应力和应变过程？

答:

混凝土开裂之前:

钢筋应力随应变成比例增大。

混凝土在临近开裂前出现少量塑型变形，应力增长稍减。

混凝土开裂后、钢筋屈服之前:

混凝土达峰值应变时，钢筋应力还低。

此后，钢筋应力继续增大，混凝土的拉应力和承载力将迅速下跌，在轴力-应变图上形成一个剑锋。

混凝土开裂后很快退出工作，裂缝附近局部粘结破坏，几何条件不再成立。

裂缝截面上只有钢筋承受轴拉力。

钢筋屈服后:

钢筋屈服时，混凝土开裂严重，已不在承受拉力，全部轴力由钢筋承受。

不考虑钢筋的强化阶段，钢筋的屈服即为拉杆的极限状态。

40为什么混凝土拉杆有一个最小配筋率？

答:

因少筋构件从开始受力直到混凝土开裂之前，钢筋和混凝土共同受力，与一般拉杆无异。

但是，混凝土开裂后，因为拉杆轴力过大，钢筋将立即屈服，甚至拉断，构件很快发生脆性破坏。

所以，混凝土拉杆构件必须满足最小配筋率。

8约束混凝土

41.直接配筋

答：

沿构件的轴力或主应力方向设置纵向钢筋，以保证抗拉承载力或增强抗拉承载力，钢筋的应力和轴力方向一致，称为直接配筋。

42.间接配筋

答：

沿构件的轴力或最大主压应力的垂直方向（即横向）配置钢筋，以约束其内部混凝土的横向膨胀变形，从而提高轴向抗压承载力，称为横向配筋或间接配筋。

43.影响混凝土局部抗压的强度和破坏形态的因素主要有哪些？

答：

主要有试件的高宽比、荷载面的位置和形状、混凝土的抗压强度值、尺寸效应、底面垫层材料、配筋构造和数量等等。

44钢管混凝土的优点

答：

钢管混凝土的具有承载力高、延性好等优越的力学性能，还具备面积（占地）小、结构自重轻、节点构造方便、免除模板和钢筋加工、施工快速、减少混凝土用量等工程优点。

它和全钢结构相比，又有用钢量少，刚度大和造价低等显著优点。

45箍筋对约束混凝土的增强作用，主要影响因素有哪些？

答：

约束指标；箍筋间距；箍筋的构造和形式；

46柱的局部受压端范围内的应力状态可以分为几个区段？

答：

荷载面积下的混凝土，在竖向压应力作用下产生横向膨胀变形，受到周围混凝土的约束而处于三轴受压状态（区段

）

周围混凝土则因受向外挤压力而产生沿周边的水平拉应力，处于二轴或三轴拉压状态（区段

）

在主应力轨迹线和水平拉应力范围则为三轴拉压状态（区段

）

9变形差的力学反应

47有些钢筋混凝土柱（如筒仓下柱子）在长期承受很大轴压力下完好无恙，一旦卸载后，却出现沿