#郑州大学现代远程教育学院 建筑工程技术 混凝土结构与砌体结构 第一次作业.docx

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#郑州大学现代远程教育学院建筑工程技术混凝土结构与砌体结构第一次作业

第一章绪论

（一）本章学习目标

1．掌握混凝土结构的一般概念及特点。

2．了解混凝土结构在国内外土木工程中的发展和使用概况。

3．了解本课程的主要内容、要求和学习方法。

（二）本章重点、要点

1．混凝土结构的一般概念

（1）分类

（2）配筋的作用和要求（3）主要优、缺点

2．混凝土结构的发展和使用概况

（1）发展概况

（2）在土木工程中的使用概况（3）展望

3．学习本课程要注意的问题

（三）本章练习题或思考题

1、钢筋混凝土结构有哪些优点和优点？

混凝土结构除了比素混凝土结构具有较高的承载力和较好的受力性能以外，和其他结构相比还具有下列优点：

（1）就地取材。

钢筋混凝土结构中，砂和石料所占比例很大，水泥和钢筋所占比例较小，砂和石料一般都可以由建筑工地附近提供。

（2）节约钢材。

钢筋混凝土结构的承载力较高，大多数情况下可用来代替钢结构，因而节约钢材。

　　（3）耐久、耐火。

钢筋埋放在混凝土中，经混凝土保护不易发生锈蚀，因而提高了结构的耐久性。

当火灾发生时，钢筋混凝土结构不会像木结构那样被燃烧，也不会像钢结构那样很快达到软化温度而破坏。

　　（4）可模性好。

钢筋混凝土结构可以根据需要浇捣成任意形状。

　　（5）现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的整体性好，刚度大。

　　钢筋混凝土结构也具有下述主要缺点：

（1）自重大。

钢筋混凝土的重力密度约为25kN/m^3，比砌体和木材的重度都大。

尽管比钢材的重度小，但结构的截面尺寸较大，因而其自重远远超过相同跨度或高度的钢结构的重量。

（2）抗裂性差。

如前所述，混凝土的抗拉强度非常低，因此，普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工作。

尽管裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是它影响结构的耐久性和美观。

当裂缝数量较多和开展较宽时，还将给人造成一种不安全感。

　　（3）性质脆。

混凝土的脆性随混凝土强度等级的提高而加大。

　　综上所述不难看出，钢筋混凝土结构的优点多于其缺点。

而且，人们已经研究出许多克服其缺点的有效措施。

例如，为了克服钢筋混凝土自重大的缺点，已经研究出许多质量轻、强度高的混凝土和强度很高的钢筋。

为了克服普通钢筋混凝土容易开裂的缺点，可以对它施加预应力。

为了克服混凝土的脆性，可以在混凝土中掺入纤维做成纤维混凝土。

2、本课程主要包括哪些内容？

学习本课程要注意哪些问题？

答：

本课程主要包括混凝土结构基本构件（钢筋混凝土构件和预应力混凝土构件）、混凝土结构（楼盖、单层厂房和多高层房屋）设计和砌体结构。

混凝土结构及砌体结构的课程内容均可分为“基本构件”和“结构设计”两类知识。

以混凝土结构为例，“基本构件”讨论各种构件或部件的受力性能、计算方法和配筋构造。

它是钢筋混凝土结构的基本理论，是学习“结构设计”的基础知识，在性质上相当于钢筋混凝土的“材料力学”。

它和材料力学有不少相似之处，但又有很多不同的地方。

在学习时应着重从它和材料力学不同的方面来掌握钢筋混凝土的特点。

在学习本课程时要学会运用设计规范，如《混凝土结构设计规范》、《砌体结构设计规范》及《建筑结构荷载规范》，这是在力学课中不曾遇到的新问题。

设计规范是国家颁布的关于结构设计计算和构造要求的技术规定和标准，是具有约束性和立法性的文件。

其目的是贯彻国家的技术经济政策，保证设计质量以及设计方法的必要的统一。

结构设计规范是设计、校核、审批工程设计的依据。

因此，设计规范是工程设计人员必须遵守的规定。

我国近年来新修订的设计规范反映了我国多年来在结构工程方面的科学技术水平和工程经验的总结，并吸收了近年来有关国际标准的先进成果。

在学习过程中学生要熟悉它、运用它。

由于科学技术水平和生产实践经验是不断发展的，设计规范也必然需要不断地进行修订和增补，才能适应指导设计工作的需要。

一般说来，各国的结构设计规范大体上每隔7～10年全面修订一次。

因此，要用发展的观点来看待设计规范。

在学习本课程时，注意力应不仅限于规范所列条文、公式、表格，而要侧重于掌握结构构件的受力性能。

只有对设计规范条文的概念和实质有正确的理解，才能确切地使用规范的条文及其相应的计算公式、构造要求，充分发挥设计者的主动性、创造性，并能适应设计规范的发展，不断提高设计工作的水平。

第二章钢筋混凝土材料的物理和力学性能

（一）本章学习目标

1．钢筋

（1）熟悉钢筋的品种和级别。

（2）熟练掌握钢筋的应力一应变全曲线特性及其数学模型。

（3）理解钢筋的冷加工性能、重复荷载下钢筋的疲劳性能以及混凝土结构对钢筋性能的要求。

2．混凝土

（1）熟练掌握混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度及相互间的关系。

（2）掌握单向轴压下混凝土的应力一应变全曲线及其数学模型。

（3）理解混凝土弹性模量、变形模量的概念。

（4）理解重复荷载下混凝土的疲劳性能以及复合应力状态下混凝土强度的概念。

（5）理解混凝土徐变、收缩和膨胀的概念。

3．钢筋和混凝土的粘结性能

（1）掌握粘结的定义、粘结力的组成、粘结应力的分布等概念。

（2）掌握基本锚固长度的计算以及保证可靠粘结的构造要求。

（二）本章重点、要点

1．钢筋

（1）钢筋的品种和级别

（2）钢筋的强度和变形

（3）钢筋应力一应变关系的数学模型

（4）冷加工钢筋的性能

（5）钢筋的疲劳性能

（6）混凝土结构对钢筋的要求

2．混凝土

（1）混凝土的基本强度指标（fcu、fc、ft）、单向轴压时的应力一应变关系、轴向受压时的变形模量、轴向受拉时的应力一应变关系

（2）复合应力状态下混凝土的强度和变形（简述）

（3）混凝土的疲劳性能

（4）混凝土的徐变

（5）混凝土的收缩和膨胀

3．混凝土和钢筋的粘结

（1）粘结的定义和重要性

（2）粘结力的组成

（3）保证可靠粘结的构造措施

（三）本章练习题或思考题

1、混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度和抗拉强度是如何确定的？

答：

立方体抗压强度：

混凝土的立方体抗压强度是根据边长为150mm的立方体试件，用标准方法制作和养护（即温度为20士3℃、相对湿度≥90％以上），经28天龄期，用标准试验方法（加荷速度为每秒0.2～0.3N／mm2）进行抗压试验，测得的具有95％保证率的抗压强度极限值。

混凝土的强度等级分为12级：

C7．5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。

符号中C表示混凝土，C后面的数字表示立方体抗压强度标准值，单位为N／mm2。

轴心抗压强度标准值：

亦称为棱柱体抗压强度，试验中取长宽比大于3的正方形棱柱体试块，根据轴心抗压强度fc和立方体抗压强度fcu的对比结果，可得轴心抗压强度的平均值、立方体抗压强度平均值；

抗拉强度标准值：

混凝土抗拉强度取棱柱体100×100×500（mm）的试件，沿试块轴线两端预埋钢筋通过对钢筋施加拉力使试件受拉，试件破坏时的平均拉应力即为轴心抗拉强度，根据试验和统计结果，轴心抗拉强度的平均值t和立方体抗压强度平均值；

     混凝土的抗拉强度取决于水泥石（在凝结硬化过程中，水泥和水形成水泥石）的强度和水泥石和骨料间的粘结强度。

　　（ａ）立方体抗压强度规定为强度基本代表值，其他强度均可根据它换算而得；

　　（b）立方体抗压强度只有标准值，而无设计值；

　　（c）从上述4个强度值中，可以看出　　fcu，k  >fcmk>fck>ftk

2、什么是混凝土的徐变？

徐变对混凝土构件有何影响？

通常认为影响徐变的主要因素有哪些？

如何减少徐变？

答：

在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，亦即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种现象称为混凝土的徐变。

徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。

同时，徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。

影响徐变的主要因素是：

1、施加的初应力对混凝土徐变有重要影响；2、加荷龄期对徐变也有重要影响；3、养护和使用条件下的温湿度是影响徐变的重要环境因素；4、混凝土组成成分对徐变有很大影响；5、结构尺寸越小，徐变越大，所以增大试件横截面可减小徐变。

在实际工程中，应尽量避免结构产生非线性徐变。

为了减小徐变，应避免过早的给结构施加长期荷载。

混凝土配比中影响徐变的主要是水灰比和水泥用量。

水灰比越大，徐变越大；水泥用量越大，徐变也越大。

振捣条件好，养护及工作环境湿度大、养护时间长，则徐变小。

采用蒸汽养护可以减小徐变。

集料的质地越坚硬，级配越好，徐变越小。

3、钢筋有哪些形式？

钢筋冷加工的方法有哪几种？

冷拉和冷拔后钢筋的力学性能有何变化？

答：

（一）按轧制形状分

（1）光面钢筋：

I级钢筋（Q235钢钢筋）均轧制为光面圆形截面，供应形式有盘圆，直径小于10mm，长度为6m"12m。

（2）带肋钢筋：

有螺旋形、人字形和月牙形三种，普通Ⅱ、Ⅲ级钢筋轧制成人字形，Ⅳ级钢筋轧制成螺旋形及月牙形。

（3）钢线（分低碳钢丝和碳素钢丝两种）及钢绞线。

（4）冷轧扭钢筋：

经冷轧并冷扭成型。

（二）按直径大小分

钢丝（直径3"5mm）、细钢筋（直径6"10mm）、粗钢筋（直径大于22mm）。

（三）按力学性能分

Ⅰ级钢筋（235/370级）；Ⅱ级钢筋（335/510级）；Ⅲ级钢筋（370/570）和Ⅳ级钢筋（540/835）

（四）按生产工艺分

热轧、冷轧、冷拉的钢筋，还有以Ⅳ级钢筋经热处理而成的热处理钢筋，强度比前者更高。

（五）按在结构中的作用分：

受压钢筋、受拉钢筋、架立钢筋、分布钢筋、箍筋等。

钢筋冷加工的方法有：

冷拔、冷拉、冷轧、冷扭

冷拉可以提高钢筋的抗拉强度但不能提高钢筋的抗压强度。

冷拔可以同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度。

4、什么是钢筋和混凝土之间的粘结力？

影响钢筋和混凝土粘结强度的主要因素有哪些？

为保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力要采取那些措施？

答：

钢筋和混凝土的粘结力，主要由三部分组成：

胶结力、摩阻力和咬合力。

影响钢筋和混凝土粘结强度的主要因素有：

钢筋表面形状、混凝土强度、浇注位置、保护层厚度、钢筋净距离、横向钢筋和横向压力等。

为保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力，可采用以下措施：

（1）采用变形钢筋；

（2）选择适当的钢筋间距；（3）使用横向钢筋；（4）满足混凝土保护层最小厚度的要求；（5）保证最小搭接长度和锚固长度；（6）在钢筋端部设置弯钩。

第三章混凝土结构设计的基本原则

（一）本章学习目标

1．掌握工程结构极限状态的基本概念，包括结构上的作用、对结构的功能要求、设计基准期、两类极限状态等。

2．了解结构可靠度的基本原理。

3．熟悉近似概率极限状态设计法在混凝土结构设计中的使用。

（二）本章重点、要点

1．极限状态

（1）结构上的作用和荷载效应

（2）结构的抗力（3）结构的功能要求

（4）设计基准期（5）极限状态的概念和分类（6）极限状态方程

2．按近似概率的极限状态设计法

（1）结构的可靠度

（2）可靠指标和失效概率（3）目标可靠指标

3．实用设计表达式

（1）承载能力极限状态设计表达式

（2）正常使用极限状态设计表达式

（三）本章练习题或思考题

1、结构可靠性的含义是什么？

它包括哪些功能要求？

结构超过极限状态会产生什么后果？

建筑结构安全是按什么原则划分的？

答：

结构可靠性是指结构在规定时间（设计基准期）内，在规定条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护）完成预定功能的能力。

它的功能要求为：

安全性、适用性、耐久性。

当结构或构件超过承载能力极限状态，就可能产生以下后果：

由于材料强度不够而破坏，或因疲劳而破坏，或产生过大的塑性变形而不能继续承载，结构或构件丧失稳定；结构转变为机动体系。

超过这一极限状态，结构或其构件就不能满足其预定的安全性要求。

当结构或构件超过了正常使用极限状态，就可能产生以下后果：

结构或构件出现影响正常使用的过大变形、过宽裂缝、局部损坏和振动。

超过这一极限状态，结构或其构件就不能满足其预定的适用性或耐久性要求。

我国是根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重和否，分为三个安全等级。

见下表：

建筑结构的安全等级

安全等级破坏后果的影响程度建筑物的类型

一级很严重重要的建筑物

二级严重一般的建筑物

三级不严重次要的建筑物

2、什么是结构的极限状态？

结构的极限状态分为几类？

其含义各是什么？

答：

在使用中若整个结构或者结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此热定状态称为该功能的极限状态。

结构的极限状态分为：

承载能力极限状态和正常使用极限状态。

承载能力极限状态是指应于结构或者结构构件达到最大的承载能力或不适于继续承载的变形。

正常使用极限状态是指对应于结构或者结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定的限值。

3、混凝土强度标准值是按什么原则确定的？

混凝土材料分项系数和强度设计值是如何确定的？

答：

混凝土强度标准值是按照极限状态方法确定的。

混凝土材料分项系数取1.4，根据规范确定。

混凝土强度设计值是在承载能力极限状态设计中采用的强度代表值，为强度标准值除以相应的材料分项系数。

4、什么是保证率？

什么叫结构的可靠度和可靠指标？

我国《建筑结构设计统一标准》对结构可靠度是如何定义的？

答：

保证率是指混凝土强度总体中大于设计的强度等级值的概率。

结构的可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。

可靠指标是衡量结构可靠度的一个指标。

我国《建筑结构设计统一标准》对结构可靠度的定义是结构不失效的保证率，为结构的可靠度。

第四章受弯构件正截面承载力计算

（一）本章学习目标

1．熟练掌握适筋梁正截面受弯三个受力阶段的概念，包括截面上应力和应变的分布、破坏形态、纵向受拉钢筋配筋率对破坏形态的影响、三个工作阶段在混凝土结构设计中的使用等。

2．掌握混凝土构件正截面承载力计算的基本假定及其在受弯构件正截面受弯承载力计算中的使用。

3．熟练掌握单筋、双筋矩形和T形截面受弯构件正截面受弯承载力的计算方法，配置纵向受拉钢筋的主要构造要求。

（二）本章重点、要点

1．梁、板的一般构造

（1）梁、板的截面型式和尺寸

（2）混凝土强度等级的选择

（3）钢筋强度等级及常用直径

（4）混凝土最小保护层厚度

（5）纵向钢筋在梁截面内的布置

（6）纵向受拉钢筋的配筋百分率

2．梁的正截面受弯承载力试验结果

（1）适筋梁正截面受弯的三个受力阶段

（2）纵向受拉钢筋配筋率对正截面受弯破坏形态和受弯性能的影响

3．正截面承载力计算的基本假定及其使用

（1）正截面承载力计算的基本假定

（2）受压区混凝土应力的计算图形

（3）界限相对受压区高度

4．单筋矩形截面受弯构件的正截面受弯承载力计算

（1）基本计算公式

（2）基本计算公式的两个适用条件及其意义

（3）计算系数及其使用

（4）正截面受弯承载力计算的两类问题

5．双筋矩形截面梁的正截面受弯承载力计算

（1）双筋矩形截面的形成及纵向受压钢筋的强度设计值

（2）双筋矩形截面受弯承载力的基本计算公式

（3）双筋矩形截面梁正截面受弯承载力的截面设计方法

6．T形截面受弯构件的正截面受弯承载力计算

（1）T形截面的定义及翼缘计算宽度的取值

（2）T形截面受弯构件正截面受弯承载力的计算

（三）本章练习题或思考题

1、简述适筋梁正截面受弯三个受力阶段？

答：

适筋梁正截面受弯三个受力阶段是：

弹性工作阶段，带裂缝工作阶段，钢筋塑流阶段。

2、正截面承载力计算的基本假定是什么？

答：

⑴截面应变保持平面；⑵不考虑混凝土的抗拉强度；⑶混凝土受压应力应变采用简化形式；⑷钢筋应力应变关系。

3、受弯构件正截面破坏形态有哪几种？

答：

受弯构件正截面破坏形态有：

超筋梁破坏，适筋梁破坏，少筋梁破坏。

4、如图所示钢筋混凝土简支梁，采用混凝土C30（

），HRB335级钢筋（

），P=100KN，不计自重，环境类别为一类，试求所需纵向受拉钢筋。

解：

跨中最大M：

纵向受拉钢筋采用HRB335级

5、已知：

T形截面梁，

，M=250KN·m，C30，HRB335，环境类别为一类。

求：

AS

解：

属于第二类截面

第五章受弯构件斜截面承载力的计算

（一）本章学习目标

1．熟悉无腹筋梁斜裂缝出现前后的应力状态。

2．掌握剪跨比的概念、无腹筋梁斜截面受剪的三种破坏形态以及腹筋对斜截面受剪破坏形态的影响。

3．熟练掌握矩形、T形和I字形等截面受弯构件斜截面受剪承载力的计算模型、计算方法及限制条件。

4．掌握受弯构件钢筋的布置、梁内纵筋的弯起、截断及锚固等构造要求。

（二）本章重点、要点

1．受弯构件斜截面承载力的一般概念

（1）斜裂缝的出现和开展

（2）斜截面受剪承载力和斜截面受弯承载力

（3）箍筋、配箍率及弯起钢筋

2．剪跨比及梁沿斜截面受剪的破坏形态

（1）剪跨比的概念

（2）斜截面的三种主要破坏形态

（3）保证斜截面受剪承载力的方法

3．斜截面受剪破坏的机理及主要影响因素

（1）斜截面受剪破坏的机理

（2）影响斜截面受剪承载力的主要因素

4．斜截面受剪承载力的计算公式和适用范围

（1）基本假定

（2）受压区混凝土承受的剪力

（3）箍筋和弯起钢筋承受的剪力

（4）斜截面受剪承载力的计算公式

（5）计算公式的适用范围

（6）连续梁斜截面受剪的性能和承载力计算

5．斜截面受剪承载力计算的方法和步骤

（1）计算截面的位置

（2）截面设计和截面复核两类问题的计算方法和步骤

6．保证斜截面受弯承载力的构造措施

（1）抵抗弯矩图的概念及绘制方法

（2）保证斜截面受弯承载力的构造措施

7．梁内钢筋的构造要求

（1）纵向钢筋的弯起、截断、锚固的构造要求

（2）箍筋的构造要求

（3）架立筋及纵向构造钢筋

（三）本章练习题或思考题

1、影响斜截面受剪承载力的主要因素？

答：

影响斜截面受剪承载力的主要因素有：

剪跨比，混凝土强度，配箍率和箍筋强度，纵向钢筋的配筋率。

2、简述斜截面受剪承载力计算截面的位置。

答：

斜截面受剪承载力计算截面的位置：

⑴支座边缘处的截面；⑵受控区弯起钢筋弯起点处的截面；⑶箍筋截面面积或间距改变处的截面；⑷腹板宽度改变处的截面。

3、斜截面受剪的三种主要破坏形态是什么？

答：

斜截面受剪的三种主要破坏形态是：

斜压破坏，剪压破坏，斜拉破坏。

4、如图所示钢筋混凝土简支梁，采用混凝土C30（

），HPB235级（

），不计自重，环境类别为一类，试配置箍筋。

解：

验算最小截面尺寸：

符合要求。

配箍筋：

采用直径为8的HPB235级钢筋

按集中荷载考虑

需计算配箍；

取s=150选配φ8@150

验算最小配箍率：

满足要求。

5、一钢筋混凝土矩形截面简支梁，截面尺寸250mm×500mm，混凝土强度等级为C20（

、

），箍筋为热轧HPB235级钢筋（

），纵筋为3

25的HRB335级钢筋（

），支座处截面的剪力最大值为180kN。

求：

箍筋和弯起钢筋的数量。

解：

（1）验算截面尺寸

属厚腹梁，混凝土强度等级为C20，fcuk=20N/mm2<50N/mm2故βc=1

截面符合要求。

（2）验算是否需要计算配置箍筋

故需要进行配箍计算。

（3）只配箍筋而不用弯起钢筋

则

若选用Φ8@120，实有

配箍率

最小配箍率

（4）既配箍筋又配弯起钢筋

根据已配的3

25纵向钢筋，可利用1

25以45°弯起，则弯筋承担的剪力：

混凝土和箍筋承担的剪力：

选用Φ6@200，实用