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混凝土结构设计原理第四次作业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?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。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？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?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？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。16.17.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。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第四次作业1.如何减小梁弯曲裂缝宽度？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？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？足够的混凝土保护层的质和量对耐久性有好处。4.试从WmaxWlim说明，普通钢筋混凝土受弯构件不适宜使用高强度钢筋？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？(1)剪跨比对梁顶直接施加集中荷载的梁，剪跨比之足影响受剪承载力的最主要因素，随着剪跨比的增大，破坏形态发生显著变化，梁的受剪承载力明显降低。小剪跨比时，大多发生斜压破坏，受剪承载力很高;中等剪跨比时，大多发生剪压破坏，受剪承载力次之;大剪跨比时，大多发生斜拉破坏，受剪承载力很低。当剪跨比X3以后.剪跨比对受剪承载力无显著的影响。(2)混凝土强度混凝土强度反映了混凝土的抗压张度和抗拉强度，因此，直接影响余留截面抵抗主拉应力和主压应力的能力，试验表明，受剪承载力随混凝土抗拉张度r的提高而提高，两者基本呈线性关系。梁斜截面破坏的形态不同，混凝土张度影响程度也不同.)1=1.0时为斜压破坏，直线的斜率较大;),3时为斜拉破坏，直线的斜率较小;1.O3,3.0时为剪压破坏，其直线的斜率介于上述之间。(3)纵筋配筋率p增加纵筋配筋率P可抑制斜裂缝向受压区的伸展，从而提高骨料咬合力，并加大了剪压区高度，使混凝上的抗剪能力提高，同时也提高了纵筋的销栓作用。总之，随着P的增大，梁的受剪承载力有所提高，但增幅不大。6.如何避免梁发生斜拉破坏、斜压破坏？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？hw/b=640/250=2.564，一般梁，Vu,max=0.25fcbh0=476KN，Vu=0.7ftbh0+1.25fyvAsvh0/S=262.84KNVu,max不会发生斜压破坏。Vc=0.7ftbh0=142.24KN＜Vuρsv=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？纵向钢筋主要是和混凝土共同纵向受压，可以大大减少构件截面尺寸。箍筋主要是限制混凝土垂直于轴心的变形，可以大大加大混凝土的抗压能力。9.配置螺旋箍筋的轴心受压柱与普通箍筋柱有哪些不同？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？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？受压构件截面分为受压区和受拉区，所以其破坏分为：受压区破坏（受压区的砼抗压承载力不足）;受拉区砼被拉裂。偏心受压构件的分类划分是跟据其偏心矩e来划分的;当e大于等于1/6长边的一半时为大偏心受压构件，当e小于1/6长边的一半是为小偏心受压构件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？偏心受压构件正截面破坏特征与偏心距、截面尺寸、配筋率、材料强度、构件计算长度等因素有关。受拉破坏是指，破坏始于受拉钢筋先屈服，最后混凝土被压坏。受压破坏是指，受压区混凝土破坏而受拉钢筋还未屈服。大偏心受压构件混凝土截面部分受拉（混凝土受拉区大部分已开裂），部分受压，如果压应力大于混凝土抗压强度而对面的受拉钢筋还未屈服，也会发生受压破13.短柱、长柱、细长柱的破坏特征有何不同？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？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）。对于给定的一个偏心受压构件正截面，它的受压承载力设计值Nu与正截面的受弯承载力设计值Mu之间的关系（Nuηei=M）如图所示。小偏心受压情况下，随着轴向压力的增加，正截面受弯承载力随之减小，但在大偏心受压情况下，轴向压力的增加反而使构件正截面的受弯承载力提高。在界限破坏时，正截面受弯承载力达到最大值。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,M2M1(2)N1N2Nb,M2=M1(3)NbN1N2,M2=M1(1)N1=N2,M2M1（按第2组荷载配筋）(2)N1N2Nb,M2=M1（按第1组荷载配筋）(3)NbN1N2,M2=M1（按第2组荷载配筋）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。注意，具体解答步骤应该比以上详细。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)注意，具体解答要比以上步骤详细，不要用拆分公式，用基本公式就可以了。基本公式只有2个!第五次作业1.大偏心受拉构件混凝土截面是否存在受压区？存在2.3.4.5.钢筋混凝土受扭构件有那几种破坏形态？有4种形态：结构的破坏特征，主要与配筋数量有关：(1)当混凝土受扭构件配筋数量较少时(少筋构件)，结构在扭矩荷载作用下，混凝土开裂并退出工作，混凝土承担的拉力转移给钢筋，由于结构配置纵筋及箍筋数量很少，钢筋应力立即达到或超过屈服点，结构立即破坏。破坏过程急速而突然，破坏扭矩基本上等于抗裂扭矩。破坏类似于受弯构件的少筋梁，被称为“少筋破坏”，为了避免脆性破坏的发生，规范对受扭构件提出了抗扭箍筋及抗扭纵筋的下限（最小配筋率）及箍筋最大间距等严格规定。(2)当混凝土受扭构件按正常数量配筋时(适筋构件)，结构在扭矩荷载作用下，混凝土开裂并退出工作，钢筋应力增加但没有达到屈服点。随着扭矩荷载不断增加，结构纵筋及箍筋相继达到屈服点，进而混凝土裂缝不断开展，最后由于受压区混凝土达到抗压强度而破坏。结构破坏时其变形及混凝土裂缝宽度均较大，破坏过程表现出一定的塑性特征。破坏类似于受弯构件的适筋梁，属于延性破坏即“适筋破坏”，下面列出的受扭承载力公式所计算的也就是这一类破坏形态。(3)当混凝土受扭构件配筋数量过大或混凝土强度等级过低时(超筋构件)，结构破坏时纵筋和箍筋均未达到屈服点，受压区混凝土首先达到抗压强度而破坏。结构破坏时其变形及混凝土裂缝宽度均较小，其破坏类似于受弯构件的超筋梁，属于无预兆的脆性破坏即“超筋破坏”，在工程设计中应予避免，因此规范中规定了配筋上限，也就是规定了最小的截面尺寸条件。(4)当混凝土受扭构件的纵筋与箍筋比率相差较大时(部分超筋构件)，即一种钢筋配置数量较多，另一种钢筋配置数量较少，随着扭矩荷载的不断增加，配置数量较少的钢筋达到屈服点，最后受压区混凝土达到抗压强度而破坏。结构破坏时配置数量较多的钢筋并没有达到屈服点，结构具有一定的延性性质。这种破坏的延性比完全超筋要大一些，但又小于适筋构件，这种破坏叫“部分超筋破坏”。为防止出现这种破坏，规范用抗扭纵筋和抗扭箍筋的比值的合适范围来控制。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?少筋梁、适筋梁、超筋梁。破坏特点见教材第63页（新教材）或第48页（老教材）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