混凝土结构设计原理--清华大学试卷A及答案

一．名词解释(本大题分5小题，每小题4分，共20分)1．准永久组合：2．预应力混凝土结构：3．剪力墙结构：4．极限状态：5．荷载效应：二．简答题(本大题分6小题，共50分)1、钢筋与混凝土粘结作用有哪些，并简述之？（9分）2、在什么情况下采用双筋矩形截面梁？（8分）4、什么是混凝土结构耐久性？混凝土耐久性的影响因素是什么？（8分）5、混凝土强度等级根据什么确定的？我国《混凝土结构设计规范》规定的混凝土强度等级有哪些？（8分）6、钢筋混凝土构件裂缝控制等级有那些？具体有何要求？（9分）三．计算题(本大题分2小题，共30分)1．级为C30(fc=14.3N/mm2ft=1.43N/mm2)，钢筋采用HRB335级(fy=fy’=300N/mm2,ξb=0.55)，承受的弯矩设计值为M=650kNm，环境类别为一类，取as=60mm，试求受拉钢筋的截面面积As。（15分）2、钢筋混凝土框架柱的截面尺寸为400mm×400mm，承受轴向压力设计值N=2500kN，柱的计算长度l0=5.0m，混凝土强度等级为C30（fc=14.3N/mm2），钢筋采用HRB335级（fy'=300N/mm2），要求确定纵筋数量As'。（15分）《混凝土结构设计原理》试题A答案及评分标准2006-2007学年第二学期土木2004-1～8班一、名词解释（4分×5＝20分）1、准永久组合：正常使用极限状态验算时，对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合。2、预应力混凝土结构：由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土制成的结构。3、剪力墙结构：由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。4、极限状态：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定状态称为该功能的极限状态。5、荷载效应：由荷载引起的结构或结构构件的反应，例如内力、变形和裂缝等。二、简答题（50分）1、钢筋与混凝土粘结作用有哪些，并简述之？（9分）钢筋与混凝土的粘结作用主要由三部分组成：（1）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。这种吸附作用力来自浇注时水泥浆体对钢筋表面氧化层的渗透以及水化过程中水泥晶体的生长和硬化。这种吸附作用力一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用。当接触面发生相对滑移时，该力即消失。（3分）（2）混凝土收缩握裹钢筋而产生摩阻力。摩阻力是由于混凝土凝固时收缩，对钢筋产生垂直于摩擦面的压应力。这种压应力越大，接触面的粗糙程度越大，摩阻力就越大。（3分）（3）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自表面的粗糙不平。变形钢筋与混凝土之间有机械咬合作用，改变了钢筋与混凝土间相互作用的方式，显著提高了粘结强度。对于变形钢筋，咬合力是由于变形钢筋肋间嵌入混凝土而产生的。虽然也存在胶结力和摩擦力，但变形钢筋的粘结主要来自钢筋表面凸出的肋与混凝土的机械咬合作用。（3分）2、在什么情况下采用双筋矩形截面梁？（8分）双筋矩形截面只适用于以下情况：(1)梁的同一截面有承受异号弯矩的可能时，例如连续梁中的跨中截面，本跨荷载较大时则发生正弯矩，而当相邻跨荷载较大时则可能会出现负弯矩。这样在对正弯矩或负弯矩分别进行截面受弯承载力计算时都可按双筋截面梁计算；（3分）(2)截面承受的弯矩设计值大于单筋截面所能承受的最大弯矩设计值，而梁截面尺寸受到限制，混凝土强度等级又不能提高时，在受压区配置受力钢筋以补充混凝土受压能力的不足；（3分）(3)结构或构件的截面由于某种原因，在截面的受压区预先已经布置了一定数量的受力钢筋，宜考虑其受压作用而按双筋梁计算。例如框架梁按抗震要求设计时。（2分）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？（8分）剪跨比λ为集中荷载到临近支座的距离a与梁截面有效高度h0的比值，即λ＝a/h0。某截面的广义剪跨比为该截面上弯矩M与剪力和截面有效高度乘积的比值，即λ＝M/（Vh0）。（2分）剪跨比反映了梁中正应力与剪应力的比值。（1）斜压破坏λ＜1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形截面或工字形截面梁内。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分）（2）剪压破坏1＜λ＜3时，发生剪压破坏。其破坏的特征通常是，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。（2分）（3）斜拉破坏λ＞3时，常发生这种破坏。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。破坏荷载与出现斜面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。（2分）4、什么是混凝土结构耐久性？混凝土耐久性的影响因素是什么？（8分）混凝土结构的耐久性是指在设计使用年限内，结构和结构构件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。（2分）影响材料耐久性的因素：钢筋混凝土结构长期暴露在使用环境中，使材料的耐久性降低，其影响因素较多。内部因素主要有混凝土的强度、密实性、水泥用量、氯离子及碱含量、外加剂用量、混凝土保护层厚度；（3分）外部因素主要是环境条件，包括温度、CO2的含量、侵蚀性介质等。出现耐久性能下降的问题，往往是内、外部因素综合作用的结果。此外，设计不周、施工质量差或在使用中维修不当等也会影响混凝土的耐久性能。（3分）5、混凝土强度等级根据什么确定的？我国《混凝土结构设计规范》规定的混凝土强度等级有哪些？（8分）《混凝土结构设计规范》规定混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定，用fcu,k表示。以边长为150mm的立方体为标准试件，标准立方体试件在（20±3）℃的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得具有95%保证率的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为N/mm2。（4分）《混凝土结构设计规范》规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14个等级。例如，C30表示立方体抗压强度标准值为30N/mm2。（4分）6、钢筋混凝土构件裂缝控制等级有那些？具体有何要求？（9分）我国《规范》将配筋混凝土结构构件裂缝控制等级划分为三级。一级——严格要求不出现裂缝的构件，按荷载效应的标准组合进行计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。（3分）二级——一般要求不出现裂缝的构件，按荷载效应的标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土轴心抗拉强度标准值；按荷载效应准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜产生拉应力，当有可靠经验时可适当放松。（3分）三级——允许出现裂缝的构件，按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度不超过其最大裂缝宽度限值。（3分）三、计算题（30分）1、（15分）(解)由题可知：，2N/mm3.14cf，2N/mm300'yyff。，8.00.111鉴别类型：假设受拉钢筋排成两排，故取h0＝h一as＝700—60＝640mmNmmNmmhhhbf66f0ffc110650102.59721206401206003.140.12'''属于第二种类型的T形截面。（4分）mmNhhhbbfM.10584.29821206401203006003.140.12'''6f0ffc11由式NmmMMM66612104.35110584.29810650（2分）24.06402503.141104.351262012bhfMcs55.028.0211bs（满足要求）861.02115.0ss（6分）26022mm7.2125640861.0300104.351hfMAsys2ffc1s117163001203006003.140.1''mmfhbbfAyAs=As1+As2=2125.7+1716=3841.7mm2（3分）2、（15分）解：由题可知：；2'300mmNfy23.14mmNfc由5.1240050000bl，查表得：=0.9425。（4分）求'sA23''2197)4004003.149425.09.0102500(3001)9.0(1mmAfNfAcys（4分）配筋率0137.04004002197''AAs＞%6.0'min且'＜3%选用4根直径20mm和4根直径18mm的HRB335级钢筋。2'227310171256mmAs直径20mm的钢筋布置在截面四角，直径18mm的钢筋布置在截面四边中部。（5分）截面一侧配筋率'314.22254.50.55%400400＞0.2%满足要求。（2分）