西南交大混凝土结构设计原理作业.docx

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西南交大混凝土结构设计原理作业

土木工程（工民建）

班（专本）

离线作业

科目：

混凝土结构设计原理

姓名：

学号：

专业：

土木工程（工民建）

西南交通大学远程与继续教育学院

校本部学习中心

第三次作业：

12. 为什么在钢筋混凝土受弯构件中不能有效地利用高强度钢筋和高强度混凝土？

而在预应力混凝土构件中必须采用高强度钢筋和高强度混凝土?

答案：

由于钢筋混凝土受弯构件拉区混凝土的过早开裂，导致使用荷载下构件的裂缝宽度与钢筋应力σss，近于成正比，而构件的刚度Bs与受拉钢筋截面面积As也近似成正比。

因此，如采用高强度钢筋，且充分利用其抗拉强度设计值（fy），则As将近乎成反比的减小;σss将成比例的增大。

结果是构件的挠度和裂缝宽度都超过了允许的限值，上述分析说明对构件挠度和裂缝宽度的控制等于控制了钢筋混凝土构件中钢筋的抗拉强度设计值。

在钢筋混凝土受弯构件中采用高强度混凝土也是不合理的，因为提高混凝土的强度对减小Wmax几乎没有作用，对提高Bs的效果也不大。

其根本原因是拉区混凝土过早开裂的问题并没有得到解决。

可参见教材第3页，或者新教材第4章相关内容。

在预应力混凝土构件中，由于混凝土的收缩、徐变，钢筋应力松弛等原因将产生预应力损失。

为了扣除应力损失后，仍能保留有足够的预应力值，需施加较高的张拉控制应力，所以必须采用高强度的钢筋。

为了能承受较高的预压应力，并减小构件截面尺寸以减轻构件的自重，预应力混凝土构件中须采用高强度的混凝土。

同时采用高强钢筋和高强混凝土可以节约材料，取得较好的经济效果。

13. 2 预应力筋的张拉控制应力σcon为什么不宜过高？

答案：

σcon过高会出现以下一些值得注意的问题：

①σcon越高，构件的开裂荷载与极限荷载越接近，使构件破坏前缺乏足够的预兆。

②当进行超张拉时，由于张拉应力的不均匀性可能使个别钢筋的应力超过屈服强度（或抗拉强度）。

发生永久变形（或脆断）。

③使预应力松弛损失增大。

对预应力筋进行张拉的过程，同时也是对它进行质量检验的过程；一旦张拉终止，预应力筋中应力将逐渐降低，σcon维持的时间是短暂的，因此可不受抗拉强度设计值的限制，而直接与抗拉强度的标准值相联系。

14. 为什么在计算由于混凝土收缩徐变引起的预应力损失σl6时，要控制σpc/fcu≤0.5?

答案：

当初应力超过0.5fc时。

徐变与初应力为非线性关系，徐变将明显增大。

《规范》的内计算公式是建立在线性徐变基础上的，因此要求控制σpc/f’cu≤0.5。

否则徐变过大，也难以计算。

15. 梁下部和上部预应力数值大小，对梁正截面受弯承载力有何影响？

对梁传力锚固阶段和使用阶段抗裂性有何影响？

答案：

适当增大，对梁正截面抗弯承载力影响不大，能改善梁使用阶段抗裂性，但梁传力锚固阶段（就是施工阶段）容易开裂；适当增大，能改善梁传力锚固阶段（就是施工阶段）抗裂性，但是会减小梁正截面受弯承载力，对使用阶段抗裂性也不利。

16. 

答案：

17. 已知某钢筋混凝土单筋矩形截面梁截面尺寸为b×h=250mm×450mm，安全等级为二级，混凝土强度等级为C40，配置4B16的HRB335 级纵向受拉钢筋，as=35mm.

【要求】：

该梁所能承受的极限弯矩设计值Mu。

答案：

18. 已知某钢筋混凝土单筋矩形截面梁承受弯矩设计值M=150kN.m,环境类别为一类，截面尺寸为b×h=250mm×500mm，安全等级为二级，混凝土强度等级为C20，配置HPB335级纵向受拉钢筋。

【要求】：

设计纵向受拉钢筋As。

提示：

可假设asa=65mm

答案：

第四次作业：

三、主观题（共18道小题）

1. 如何减小梁弯曲裂缝宽度？

答案：

减小钢筋应力，增加纵筋配筋率，合理布置钢筋，适当减小钢筋间距，采用变形钢筋替代光圆钢筋，采用预应力构件

2. 最大裂缝宽度Wmax是指钢筋表面处的裂缝宽度，还是构件外表面处的裂缝宽度？

答案：

指构件外表面处的裂缝宽度

3. 由缝宽度计算公式可知，混凝土保护层越大，裂缝宽度就越大，这是否说明小的混凝土厚度对结构的耐久性更好？

答案：

足够的混凝土保护层的质和量对耐久性有好处。

4. 试从Wmax

答案：

裂缝宽度与钢筋应力大致成正比，所以限制裂缝宽度就等于限制了钢筋应力值，因此无法采用高强度钢筋。

5. 影响梁斜截面受剪承载力的因素有哪些？

答案：

剪跨比、混凝土强度等级、腹筋、纵向受拉钢筋的配筋率等

6. 如何避免梁发生斜拉破坏、斜压破坏？

答案：

参见教材关于斜截面抗剪承载力公式的上限和下限。

截面限制条件防止斜压破坏，合格的配箍率和箍筋间距防止斜拉破坏。

7. 某矩形截面简支梁，承受匀布荷载。

C25混凝土，fc=11.9MPa，ft=1.27MPa，b=250mm，h=700mm，h0=640mm。

只设置双肢Ф8-HRB335箍筋，fyv=300MPa，S=200mm。

该梁承受剪力设计值V=500KN。

问：

（1）此构件斜截面受剪承载力是否合格？

（2）此构件斜截面破坏特征属于斜压破坏、剪压破坏还是斜拉破坏？

答案：

hw/b=640/250=2.56<4，一般梁，Vu,max=0.25fcbh0=476KN， 

Vu=0.7ft bh0+1.25fyvAsvh0/S=262.84KN

Vc=0.7ft bh0=142.24KN＜Vu

ρsv=Asv/（bs）=0.20%＞ρsv,min=0.24ft /fyv=0.10%，S≤Smax，不会发生斜拉破坏。

Vu＜V=500KN，斜截面承载力不合格，发生剪压破坏（适筋破坏）。

注意，构件实际承受的剪力值V不影响破坏性质。

8. 轴心受压构件中的纵向钢筋和箍筋分别起什么作用？

答案：

纵筋：

与混凝土一道抵抗纵向压力；抵抗偶然荷载产生的拉应力；改善构件的塑性性能。

箍筋：

保证纵筋稳定；与纵筋一起形成钢筋骨架。

9. 配置螺旋箍筋的轴心受压柱与普通箍筋柱有哪些不同？

答案：

旋筋柱延性和承载力都高于普通箍筋柱。

10. 轴心受压构件破坏时，纵向钢筋应力是否总是可以达到

？

采用很高强度的纵筋是否合适？

答案：

破坏时高强度钢筋（强度高于400MPa）不能达到屈服强度，所以不适宜采用高强度钢筋。

参见教材第51页（新教材）或104页（老教材）。

11. 偏心受压构件正截面破坏形态有几种？

大小偏心受压破坏形态有哪些不同？

答案：

受拉破坏（大偏心）和受压破坏（小偏心）；大偏心破坏始于受拉钢筋先屈服，小偏心破坏始于压区混凝土被压坏。

12. 偏心受压构件正截面破坏特征与哪些因素有关？

如何判断属于受压还是受拉破坏？

偏心距较大时为什么也会发生受压破坏？

答案：

偏心距、混凝土截面尺寸和强度等级、受拉受压钢筋面积和级别等；相对受压区高度不超过界限相对受压区高度为受拉破坏，反之为受压破坏；只要受拉钢筋配置过多就会发生受压破坏。

13. 短柱、长柱、细长柱的破坏特征有何不同？

答案：

短柱、长柱为材料破坏，但是长柱需要考虑偏心距增大系数或考虑二次弯矩的影响。

细长柱为失稳破坏。

14. 大、小偏心受压构件截面设计和截面复核，是否都应该验算垂直弯矩作用平面的承载力？

答案：

都要验算

15. 绘制偏心受压构件正截面承载力计算简图（包括大偏心受压和小偏心受压构件）。

答案：

16. 已知两组内力（N1,M1）和（N2,M2），采用对称配筋，判断以下情况哪组内力的配筋大？

（1）N1=N2,M2>M1

（2）N1

（3）Nb

答案：

（1）N1=N2,M2>M1（按第2组荷载配筋）

（2）N1

（3）Nb

17. 已知某钢筋混凝土双筋矩形截面梁，承受荷载弯矩设计值M=125kN-m，混凝土截

面尺寸为b=200mm，h=400mm ，安全等级为二级，混凝土强度等级为C30，配置

HRB335级纵向受拉钢筋3B25，HPB235级纵向受压钢筋2φ16，as=38mm,as'=33mm.

【要求】：

该梁所能承受的极限弯矩设计值Mu并判断正截面受弯承载力是否合格。

答案：

18. 已知某钢筋混凝土双筋矩形截面梁，承受荷载弯矩设计值M=420kN.m，混凝土截面尺寸为b=300mm，h=600mm，环境类别为一类，安全等级为二级，混凝土强度等级为C20，采用HRB335级纵向钢筋。

【要求】：

（1）设计纵向钢筋AS和AS'（提示：

可估计as=65mm,as'=40mm）

（2）若已知设计纵向受拉钢筋为3φ25，as'=42.5mm,求AS（取as=65mm）

答案：

第五次作业：

三、主观题（共19道小题）

1. 大偏心受拉构件混凝土截面是否存在受压区？

答案：

存在

2.

答案：

3. 

答案：

4.

答案：

5. 钢筋混凝土受扭构件有那几种破坏形态？

答案：

参见教材，少筋、适筋、超筋、部分超筋。

6. 钢筋混凝土梁正截面受弯破坏有哪几种破坏形式？

各自的破坏特点是什么?

答案：

少筋梁、适筋梁、超筋梁；破坏特点：

少筋梁为一裂即坏，适筋梁破坏始于受拉钢筋先屈服，破坏前有明显预兆；超筋梁破坏始于受压区混凝土被压坏，由于破坏时受拉钢筋未屈服，没有明显预兆。

7. 适筋梁从加载到破坏经历了哪几个应力阶段？

正截面受弯承载力是根据哪个应力阶段计算的？

答案：

3个阶段，根据第3a阶段

8. 受弯构件正截面承载力计算的基本假定有哪些？

答案：

平截面假定、受拉区混凝土不参与工作假定、受压区混凝土应力分布已知假定及受拉钢筋应力假定。

9. 什么是界限破坏，梁正截面受弯破坏属于界限破坏时，是否具有延性？

答案：

受拉纵筋应力达到屈服强度时，混凝土最大受压边缘达到极限拉应变。

界限破坏无延性。

10. 在什么情况采用双筋梁？

双筋梁有什么优点

答案：

截面尺寸受限制而承载力不够，承受正负弯矩；

优点：

①在不增加截面尺寸的前提下，提高了梁的正截面抗弯承载力；

②可以降低受压区混凝土相对高度ξ，这既可以使超筋梁转变成适筋梁，又因为ξ的降低，导致还可以在受拉区增加纵向受拉钢筋，提高受弯承载力；

③受压纵筋阻碍混凝土的收缩徐变，从而减小了持续荷载作用下由于混凝土收缩徐变产生的长期挠度（附加变形）；

④增加了构件破坏时的延性。

⑤承受变号弯矩。

11. 已知某钢筋混凝土T形截面梁，承受荷载弯矩设计值M=280kN.m，混凝土截面尺寸b'f=500mm,b=250mm,h'f=80mm,h=600mm,。

安全等级为二级，混凝土强度等级为C30，配置HRB400级纵向受拉钢筋（AS=1571mm2）,as=35mm.

【问】：

该梁正截面受弯承载力是否合格。

答案：

12. 混凝土的变形模量是指：

①应力与塑性应变的比值（）

②应力应变曲线切线的斜率（）

③应力应变曲线原点切线的斜率（）

④应力与总瞬时应变的比值（）

答案：

①应力与塑性应变的比值（×）

②应力应变曲线切线的斜率（×）

③应力应变曲线原点切线的斜率（×）

④应力与总瞬时应变的比值（√）

13. 线性徐变是指：

①徐变与荷载持续时间成正比（   ）

②徐变系数与初应力成正比（   ）

③徐变变形与初应力为线性关系（   ）

④徐变变形和瞬时变形之和与初应力为线性关系（   ）

答案：

①徐变与荷载持续时间成正比（×）

②徐变系数与初应力成正比（×）

③徐变变形与初应力为线性关系（√）

④徐变变形和瞬时变形之和与初应力为线性关系（×）

14. 为什么混凝土立方体强度大于棱柱体强度？

答案：

立方体强度为三向受压，其强度高度单向受压（棱柱体强度）。

15. 混凝土徐变与哪些因素有关？

答案：

持续应力大小、加载龄期、混凝土的配合比、振捣养护条件及结构所处的环境等。

16. 简述钢筋混凝土和预应力混凝土结构的优缺点.

答案：

对钢筋混凝土：

优点：

1）充分发挥钢筋和混凝土两种材料各自特点；

2）耐久、耐火性好；

3）可模性好；

4）混凝土就地取材

5）耐辐射、耐腐性能好。

缺点：

1）自重大

2）检查、加固、拆除等比较困难。

对预应力混凝土：

优点：

1）抗裂性和刚度好；

2）节约混凝土材料，减轻自重；

3）利于抗剪、抗主拉；

4）安全可靠；

5）预应力可作为连接性手段；

6）耐疲劳性能好。

缺点：

1）工艺复杂；

2）需要专用设备；

3）反拱不易控制；

4）开工费用大。

17. 为什么普通钢筋混凝土构件不适宜采用高强度钢筋和高强度混凝土？

答案：

对于受拉钢筋，参见新教材第3页第1自然段，老教材也是3页第1自然段；对于受压钢筋，钢筋与同位置混凝土具有相同的应变。

18. 结构的功能主要有哪几项？

结构的极限状态有几类？

答案：

安全性、适用性、耐久性。

承载能力极限状态和正常使用极限状态。

19. 结构的可靠度是否愈大愈好？

答案：

可靠度“过大”，经济性差。