高等混凝土结构作业.docx

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高等混凝土结构作业

《高等混凝土结构》作业题

1、简述混凝土的抗倒塌设计遵循的原则，结构抗倒塌设计的方法有哪些？

答：

混凝土结构防连续倒塌设计宜符合下列要求：

（1）采取减小偶然作用效应的措施。

（2）采取使重要构件及关键传力部位避免直接遭受偶然作用的措施。

（3）在结构容易遭受偶然作用影响的区域增加冗余约束，布置备用的传力途径。

（4）增强疏散通道、避难空间等重要结构构件及关键传力部位的承载力和变形性能。

（5）配置贯通水平、竖向构件的钢筋，并与周边构建可靠地锚固。

（6）设置结构缝，控制可能发生连续倒塌的范围。

重要结构的防连续倒塌设计可采用下列方法：

（1）局部加强法：

提高可能遭受偶然作用而发生局部破坏的竖向重要构件和关键传力部位的安全储备，也可直接考虑偶然作用进行设计。

（2）拉结构件法：

在结构局部竖向构件失效的条件下，可根据具体情况分别按梁-拉结模型、悬索-拉结模型和悬臂-拉结模型进行承载力验算，维持结构的整体稳固性。

（3）拆除构件法：

按一定规则拆除结构的主要受力构件，验算剩余结构体系的极限承载力；也可采用倒塌全过程分析进行设计。

2、简述既有结构设计应遵守的基本原则，既有结构设计应符合哪些规定？

答：

对既有结构进行安全性、适用性、耐久性及抗灾害能力进行评定时，应符合现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153的原则要求，并应符合下列规定：

（1）应根据评定结果、使用要求和后续使用年限确定既有结构的设计方案；

（2）既有结构改变用途或延长使用年限时，承载能力极限状态验算宜符合本规范的有关规定；

（3）对既有结构进行改建、扩建或加固改造而重新设计时，承载能力极限状态的计算应符合本规范和相关标准的规定；

（4）既有结构的正常使用极限状态验算及构造要求宜符合本规范的规定；

（5）必要时可对使用功能做有关的调整，提出限制使用的要求。

既有结构的设计应符合下列规定：

（1）应优化结构方案，保证结构的整体稳定性；

（2）荷载可按现行规范的规定确定，也可根据使用功能做适当的调整;

（3）结构既有部分的混凝土、钢筋的强度设计值应根据强度的实测值确定；当材料的性能符合原设计的要求时，可按原设计的规定取值；

（4）设计时应考虑既有结构构件实际的几何尺寸、截面配筋、连接构造和已有缺陷的影响；当符合原设计的要求时，可按原设计的规定取值；

（5）应考虑既有结构的承载历史及施工状态的影响；对二阶段成型的叠合构件，可按规范规定进行设计。

3、何谓剪跨比，何谓广义剪跨比？

剪跨比对斜截面的破坏形态和受剪承载力有何影响？

图示为一简支梁承载示意图。

图中a是指离支座最近的那个集中力到支座的距离，称为剪跨（比）。

（广义）剪跨比λ是指构件截面弯矩与剪力和有效高度乘积的比值，即

。

影响：

（一）、无腹筋梁斜截面受剪破坏形态主要有三种：

（1）斜压破坏。

当

时，发生斜压破坏。

这种破坏多数发生在剪力大而弯矩小的区段，以及梁腹板很薄的T形截面或I形截面梁内。

破坏时，混凝土被腹剪斜裂缝分割成若干个斜向短柱而被压坏，破坏是突然发生的。

（2）剪压破坏。

当

时，发生剪压破坏。

其破坏特征通常是，在剪弯区段的受拉区边缘先出现一些垂直裂缝，它们沿竖向延伸一小段长度后，就斜向延伸形成一些斜裂缝，而后又产生一条贯穿的较宽的主要斜裂缝，称为临界斜裂缝。

临界斜裂缝出现后迅速延伸，使斜截面剪压区的高度缩小，最后导致剪压区的混凝土破坏，使斜截面丧失承载力。

（3）斜拉破坏。

当

时，常发生斜拉破坏。

其特点是当垂直裂缝一出现，就迅速向受压区斜向伸展，斜截面承载力随之丧失。

破坏荷载与出现斜裂缝时的荷载很接近，破坏过程急骤，破坏前梁变形亦小，具有很明显的脆性性质。

（二）、有腹筋梁的斜截面受剪破坏形态：

与无腹筋梁类似，有腹筋梁的斜截面破坏形态主要有斜压破坏、剪压破坏、斜拉破坏三种。

（1）当剪跨比较小时或箍筋的配置数量过多时，发生斜压破坏。

在薄腹梁中，即使剪跨比较大，也会发生斜压破坏；

（2）当剪跨比和箍筋配置适中时，发生剪压破坏；

（3）当剪跨比较大时，且箍筋配置数量过少，将发生斜拉破坏。

实验表明，对于承受集中荷载的梁，随着剪跨比的增大，受剪承载力下降。

对于承受均布荷载作用下的梁而言，构件跨度与截面高度之比

（跨高比）是影响受剪承载力的主要因素。

随着跨高比的增大，受剪承载力降低。

4、什么是张拉控制应力？

为何不能取得太高，也不能取得太低？

答：

张拉控制应力是指预应力筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。

其值为张拉设备（如千斤顶油压表）所指示的总张拉力除以预应力筋截面面积而得的应力值，以σcon表示。

　张拉控制应力的取值，直接影响预应力混凝土的使用效果，如果张拉控制应力取值过低，则预应力筋经过各种损失后，对混凝土产生的预压应力过小，不能有效地提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度。

如果张拉控制应力取值过高，则可能引起以下问题：

（1）在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力（称为预拉力）甚至开裂，对后张法构件可能造成端部混凝土局压破坏。

（2）构件出现裂缝时的荷载值与极限荷载值很接近,使构件在破坏前无明显的预兆,构件的延性较差。

（3）为了减少预应力损失，有时需进行超张拉，有可能在超张拉过程中使个别钢筋的应力超过它的实际屈服强度，使钢筋产生较大塑性变形或脆断。

5、混凝土的收缩对钢筋混凝土构件有何影响？

收缩与哪些因素有关？

影响：

混凝土的收缩对于混凝土结构起着不利影响。

在钢筋混凝土结构中，混凝土往往由于钢筋或相邻部件的牵制而处于不同程度的约束状态，使混凝土因收缩产生拉应力，从而加速混凝土裂缝的出现和开展。

在预应力混凝土结构中，混凝土的收缩导致预应力的损失。

对跨度变化比较敏感的超静定结构（如拱）。

混凝土收缩将产生不利的内力。

因素：

混凝土收缩主要是由于干燥失水和碳化作用引起的。

混凝土的收缩量与混凝土的组成有密切的关系。

水泥用量越多，水胶比越大，收缩越大；骨料越坚实（弹性模量较大），更能限制水泥浆的收缩；骨料粒径越大，越能抵抗砂浆的收缩，而且在同一稠度条件下，混凝土用水量越少，混凝土的收缩越小。

　　由于干燥失水引起混凝土收缩，所以养护方法、存放及使用环境的温湿度条件是影响混凝土收缩的重要因素。

在高温下湿养时，水泥水化作用加快，使可供蒸发的自由水分较少，从而使收缩减小；使用环境温度越高，相对湿度越小，其收缩越大。

6、影响混凝土抗冻性的因素有哪些，并简述之？

影响因素：

含气量、水灰比、混凝土的饱水状态、混凝土的受冻龄期、水泥品种及集料质量、外加剂。

含气量是影响混凝土抗冻性的主要因素，在混凝土受冻结冰过程中，孔隙可阻止或抑制水泥浆中微小冰体的生成，从而保证混凝土的抗冻性能。

在水泥的水化过程中，水灰比对硬化水泥浆的孔隙率有直接的影响，而孔隙率的改变又影响了混凝上的密实度，从而影响混凝土的孔隙体积，孔隙结构得到改善，则提高了混凝上的抗冻性。

一般认为含水量小于孔隙总体积的91.7%就不会产生冻结膨胀压力，在混凝土完全保水状态下，其冻结膨胀压力最大。

混凝土的抗冻性随着龄期的增长而提高，随着水泥活性的增高而提高。

集料对混凝上抗冻性影响主要体现在集料吸水量的影响及集料木身抗冻性的影响。

引气剂、减水剂及引气型减水剂、纤维等外加剂均能提高混凝土的抗冻性。

7简述地震对钢筋混凝土结构的危害？

地震作用对建筑结构整体影响：

（1）地震作用由地面产生，通过基础作用作用于结构，使结构的各个部分同时受力，倒塌机制的形成需要结构中大部分梁柱节点的损坏；

（2）结构在地震时通常会发生往复运动，其持续时间一般为数秒至数分钟，引起的地震周期接近于结构的自振周期；

（3）地震对不规则的建筑结构的破坏大于规则均匀的结构。

地震作用对建筑结构特定构件的影响：

（1）地震作用对钢筋混凝土柱的极限破坏以构件弯曲时主筋的受拉屈服破坏为主，对变形性能差的混凝土首先压溃或剪切破坏，以及钢筋锚固失效破坏等；

（2）梁主要以受拉屈服破坏为主；

（3）在梁柱构件达到极限承载力前，地震对合理的梁柱节点不发生破坏。

8、什么是混凝土结构耐久性？

如何进行混凝土结构耐久性设计？

混凝土结构耐久性是指在设计使用年限内，在正常维护条件下应能保持其使用功能，而不需要进行大修加固的性能。

或者在预定作用和预期的维护与使用条件下，结构及其部件能在预定的期限内维持其所需的最低性能要求的能力。

混凝土结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计，耐久性设计包括下列内容：

（1）确定结构所处的环境类别；

（2）提出对混凝土材料的耐久性基本要求；

（3）确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度；

（4）不同环境条件下的耐久性技术措施；

（5）提出结构使用阶段的检测与维护的要求。

9、叙述钢纤维混凝土配合比设计。

钢纤维混凝土配合比设计的目的是将组成材料，即钢纤维、水泥、水、粗细集料及外掺剂合理配合，使配制的钢纤维混凝土能够最大限度的满足施工和工程使用要求。

对原材料质量要求：

钢纤维表面应洁净无锈无油，无粘结成团现象，保证钢纤维与混凝土的粘结强度，尺寸和抗拉强度符合技术要求；单根钢纤维丝的最低抗拉强度，掺加量不超过。

水泥采用32.5级或42.5级普通硅酸盐水泥。

碎石应采用石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、表面粗糙，近立方体颗粒的碎石。

细集料宜采用天然中粗砂或机制砂。

细集料的洁净程度，天然砂以小于0.075㎜含量的百分比表示，机制砂以砂当量或亚甲蓝值表示，其质量必须满足规范的要求。

水应为无污染的自然水或自来水。

外加剂宜选用优质减水剂，对抗冻性有明确要求的钢纤维混凝土宜选用引气型减水剂。

配合比设计步骤如下：

（1）根据强度标准值以及施工配制强度的提高系数，确定试配抗压强度与抗拉强度（或弯拉强度）；

（2）根据试配抗压强度计算水灰比；

（3）根据试配抗拉强度（或弯拉强度、弯曲韧度比）的要求，计算或通过已有资料，确定钢纤维体积率，一般体积率选1.0～1.5%；

（4）在普通混凝土用水量和砂率的基础上，考虑加入钢纤维的影响，确定合理的用水量和砂率；

（5）确定试配配合比；

（6）按试配配合比进行拌合物性能试验，调整单位体积用水量和砂率，确定强度试验用基准配合比；

（7）根据强度实验结果调整水灰比和钢纤维的用量，确定施工配合比。

10、叙述高性能混凝土的配制。

答：

高性能混凝土在配制上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。

高性能混凝土的配合比应根据原材料品质、设计强度等级、耐久性以及施工工艺对工作性能的要求，通过计算、试配、调整等步骤确定。

进行配合比设计时应符合下列规定:

（l）对不同强度等级混凝土的胶凝材料总最应进行控制，C40以下不宜大于400kg/m3，C40~C50不宜大于450kg/m3，C60及以上的非泵送混凝土不宜大于500kg/m3，泵送混凝土不宜大于530kg/m3。

配有钢筋的混凝土结构，在不同环境条件下其最大水胶比和单方混凝土中胶凝材料的最小用量应符合设计要求。

（2）混凝土中宜适量掺加优质的粉煤灰、磨细矿渣粉或磁灰等矿物掺合料，用以提高其耐久性，改善其施工性能和抗裂性能，其掺加量宜根据混凝土的性能主要求通过试验确定，且不宜小于胶凝材料总量的20%。

（3）对耐久性有较高要求的混凝土结构，试配时应进行混凝土和胶凝材料抗裂性能的对比试验，并从中优选抗裂性能良好的混凝土原材料和配合比。

（4）混凝土中宜适量掺加外加剂，但宜选用质量可靠、稳定的多功能复合外加剂。

（5）冻融环境下的混凝土宜采用引气混凝土。

（6）对混凝土中总碱含量的控制，应符合规定。

混凝土中的氯离子总含量，对钢筋混凝土不应超过胶凝材料总质量的0.10%;对预应力混凝土不应超过0.06%。

（7）混凝土的塌落度宜根据施工工艺的要求确定，条件允许时宜选用低塌落度的混凝土施工。

高性能混凝土其设计步骤如下：

（1）配制强度的确定。

由于影响高性能混凝土确定的因素多，变异系数大，因此，配制强度应根据材料的具体情况适当增大。

（2）W/（c+m）的确定。

对于用碎石配制高性能混凝土的W/（c+m）（m为矿物质掺和料），可参考关系式：

fc28=0.304fce（c/w+0.62）

fce为水泥的实际强度，高性能混凝土的水胶比变化范围较小，一般为0.27-0.50。

（3）矿物质混合料参量的确定。

矿物质混合料的参量要根据活性二氧化硅的含量大小，一般内掺c×（10%-15%）.活性二氧化硅含量高取下限，活性二氧化硅含量低（如优化粉煤灰）取上限。

（4）用水量的确定。

用水量的多少要根据混凝土拌和物塌落度的大小和高性能减水剂的效果确定，一般用水量小于175kg/m3.

（5）砂率的确定。

由于高性能混凝土的水灰比小，胶凝材料用量大，黏度大，混凝土拌和物的工作型容易保证，所以砂率可以适当降低，一般在36%-42%之间选用。

（6）粗骨料的用量。

粗骨料的用量可用假定的表观密度法确定，高性能混凝土的密度大，约为2450kg/m3-2500kg/m3。

11、简述我国混凝土结构设计规范的发展。

答：

（1）1952年，《建筑物结构设计暂行标准》；

（2）1955年，《钢筋混凝土结构设计暂行规范》（结规6-55）；

（3）1966年，《钢筋混凝土结构设计规范》（BJG21-66）；

（4）1974年，《钢筋混凝土结构设计规范》（TJ10-74）；

（5）1989年，《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）；

（6）2002年，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；

（7）2010年，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）。

12、推导公式

（1）

（2）

（1）

解：

由力的平衡条件得：

--------

（1）

由对受拉钢筋合力点取矩的力矩平衡条件得：

--------

（2）

上述方程有3个未知数，其解是不定的，故在截面尺寸及材料强度已知情况下，引入条件（

）之和最小为最优解。

由

（2）式可得：

---------（3）

由

（1）式，取

，可得

--------------（4）

由（3）、（4）两式相加，化简可得

将上式对

求导，令

，可得

（2）

解：

由截面上力的平衡条件可得：

，

则有

于是有