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混凝土结构设计原理部分思考题和习题参考答案第一章钢筋混凝土的力学性能思考题1、钢和硬钢的应力—应变曲线有什么不同，其抗拉设计值fy各取曲线上何处的应力值作为依据？答：软钢即有明显屈服点的钢筋，其应力—应变曲线上有明显的屈服点，应取屈服强度作为钢筋抗拉设计值fy的依据。硬钢即没有明显屈服点的钢筋，其应力—应变曲线上无明显的屈服点，应取残余应变为0.2%时所对应的应力σ0.2作为钢筋抗拉设计值fy的依据。2、钢筋冷加工的目的是什么？冷加工的方法有哪几种？各种方法对强度有何影响？答：冷加工的目的是提高钢筋的强度，减少钢筋用量。冷加工的方法有冷拉、冷拔、冷弯、冷轧、冷轧扭加工等。这几种方法对钢筋的强度都有一定的提高，4、试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求？答：钢筋混凝土结构中钢筋应具备：（1）有适当的强度；（2）与混凝土黏结良好；（3）可焊性好；（4）有足够的塑性。5、我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种？我国热轧钢筋的强度分为几个等级？用什么符号表示？答：我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有4种：热轧钢筋、钢铰丝、消除预应力钢丝、热处理钢筋。我国的热轧钢筋分为HPB235、HRB335、HRB400和RRB400三个等级，即I、II、III三个等级，符号分别为(R)。6、除凝土立方体抗压强度外，为什么还有轴心抗压强度？答：立方体抗压强度采用立方体受压试件，而混凝土构件的实际长度一般远大于截面尺寸，因此采用棱柱体试件的轴心抗压强度能更好地反映实际状态。所以除立方体抗压强度外，还有轴心抗压强度。7、混凝土的抗拉强度是如何测试的？答：混凝土的抗拉强度一般是通过轴心抗拉试验、劈裂试验和弯折试验来测定的。由于轴心拉伸试验和弯折试验与实际情况存在较大偏差，目前国内外多采用立方体或圆柱体的劈裂试验来测定。8、什么是混凝土的弹性模量、割线模量和切线模量？弹性模量与割线模量有什么关系？答：混凝土棱柱体受压时，过应力—应变曲线原点O作一切线，其斜率称为混凝土的弹性模量，以EC表示。连接O点与曲线上任一点应力为σC处割线的斜率称为混凝土的割线模量或变形摸量，以EC‘表示。在混凝土的应力—应变曲线上某一应力σC处作一切线，其应力增量与应变增量的比值称为相应于应力为σC时混凝土的切线模量CE。弹性模量与割线模量关系：elaCcCcEEE（随应力的增加，弹性系数值减小）。9、什么叫混凝土徐变？线形徐变和非线形徐变？混凝土的收缩和徐变有什么本质区别？答：混凝土在长期荷载作用下，应力不变，变形也会随时间增长，这种现象称为混凝土的徐变。当持续应力σC0.5fC时，徐变大小与持续应力大小呈线性关系，这种徐变称为线性徐变。当持续应力σC0.5fC时，徐变与持续应力不再呈线性关系，这种徐变称为非线性徐变。混凝土的收缩是一种非受力变形，它与徐变的本质区别是收缩时混凝土不受力，而徐变是受力变形。10、如何避免混凝土构件产生收缩裂缝？答：可以通过限制水灰比和水泥浆用量，加强捣振和养护，配置适量的构造钢筋和设置变形缝等来避免混凝土构件产生收缩裂缝。对于细长构件和薄壁构件，要尤其注意其收缩。第二章混凝土结构基本计算原则思考题1．什么是结构可靠性？什么是结构可靠度?答：结构在规定的设计基准使用期内和规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维修），完成预定功能的能力，称为结构可靠性。结构在规定时间内与规定条件下完成预定功能的概率，称为结构可靠度。2．结构构件的极限状态是指什么？答：整个结构或构件超过某一特定状态时（如达极限承载能力、失稳、变形过大、裂缝过宽等）就不能满足设计规定的某一功能要求，这种特定状态就称为该功能的极限状态。按功能要求，结构极限状态可分为：承载能力极限状态和正常使用极限状态。3．承载能力极限状态与正常使用极限状态要求有何不同?答：（1）承载能力极限状态标志结构已达到最大承载能力或达到不能继续承载的变形。若超过这一极限状态后，结构或构件就不能满足预定的安全功能要求。承载能力极限状态时每一个结构或构件必须进行设计和计算，必要时还应作倾覆和滑移验算。（2）正常使用极限状态标志结构或构件已达到影响正常使用和耐久性的某项规定的限值，若超过这一限值，就认为不能满足适用性和耐久性的功能要求。构件的正常使用极限状态时在构件承载能力极限状态进行设计后，再来对有使用限值要求的构件进行验算的，以使所设计的结构和构件满足所预定功能的要求。4．什么是结构上的作用？作用的分类有哪些？答：结构的作用是指结构在施工期间和使用期间要承受的各种作用（即使结构产生内利和变形的所有的原因）。结构的作用按形式分为两类：直接作用、间接作用。结构的作用按其随时间的变异性和出现的可能性不同，可分为三类：永久作用、可变作用、偶然作用。5．什么是荷载标准值、荷载准永久值、荷载设计值？是怎样确定的？答：（1）荷载标准设计值是指结构在其使用期间正常情况下可能出现的最大荷载。按随机变量95%保证率的统计特征值确定，详见《建筑结构荷载规范（GB50009-2001）》。（2）荷载准永久值是指可变荷载在结构设计基准使用期内经常遇到或超过的荷载值。取可变荷载标准值乘以荷载准永久系数，详见《建筑结构荷载规范（GB50009-2001）》。（3）荷载设计值是指荷载标准值与荷载分项系数的乘积。6．结构抗力是指什么？包括哪些因素？答：结构抗力是指整个结构或构件所能承受内力和变形的能力。包括的因素的有：材料的强度、构件的几何特性。7．什么是材料强度标准值、材料强度设计值？如何确定的？答：材料强度标准值按不小于95%的保证率来确定其标准值。即：,1.645cukcucuf。材料强度标准值除以材料分项系数，即为材料强度设计值。钢筋材料强度的分项系数s取1.1～1.2，混凝土材料强度的分项系数c为1.4。8．什么是失效概率？什么是可靠指标？它们之间的关系如何？答：结构能完成预定功能的概率称为结构可靠概率sp，不能完成预定功能的概率称为失效概率fp。由于fp计算麻烦，通常采用与fp相对应的β值来计算失效概率的大小，β称为结构的可靠指标。fp与β有对应的关系，查表可得：β大，Pf就小。9．什么是结构构件延性破坏？什么是脆性破坏？在可靠指标上是如何体现它们的不同？答：结构构件发生破坏前有预兆，可及时采取弥补措施的称为延性破坏；结构发生破坏是突然性的，难以补救的称为脆性破坏。延性破坏的目标可靠指标可定得低些，脆性破坏的目标可靠指标定得高些。第三章钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算思考题1．在外荷载作用下，受弯构件任一截面上存在哪些内力？受弯构件有哪两种可能的破坏?破坏时主裂缝的方向如何？答：在外荷载作用下，受弯构件的截面产生弯矩和剪力。受弯构件的破坏有两种可能:一是可能沿正截面破坏，即沿弯矩最大截面的受拉区出现正裂缝[图3—1(a)]；二是可能沿斜截面破坏，即沿剪力最大或弯矩和剪力都比较大的截面出现斜裂缝[图3—1(b)]。图3-1受弯构件两种可能的破坏（a）沿正截面破坏；（b）沿斜截面破坏2．适筋梁从加载到破坏经历哪几个阶段？各阶段的主要特征是什么？每个阶段是哪个极限状态的计算依据？答：适筋梁的破坏经历三个阶段：第Ⅰ阶段为截面开裂前阶段，这一阶段末Ⅰa，受拉边缘混凝土达到其抗拉极限应变时，相应的应力达到其抗拉强度tf，对应的截面应力状态作为抗裂验算的依据；第Ⅱ阶段为从截面开裂到受拉区纵筋开始屈服Ⅱa的阶段，也就是梁的正常使用阶段，其对应的应力状态作为变形和裂缝宽度验算的依据；第Ⅲ阶段为破坏阶段，这一阶段末Ⅲa，受压区边缘混凝土达到其极限压应变cu，对应的截面应力状态作为受弯构件正截面承载力计算的依据。3．什么是配筋率？配筋量对梁的正截面承载力有何影响？答：配筋率是指纵向受力钢筋截面面积与截面有效面积的百分比，即0sAbh式中b——梁的截面宽度；0h——梁截面的有效高度，取受力钢筋截面重心至受压边缘的距离；sA——纵向受力钢筋截面面积；——梁的截面配筋率。当材料强度及截面形式选定以后，根据的大小，梁正截面的破坏形式可以分为下面三种类型：适筋破坏、超筋破坏和少筋破坏。4．适筋梁、超筋梁和少筋梁的破坏特征有何区别?答：当梁的配筋率比较适中时发生适筋破坏。如前所述，这种破坏的特点是受拉区纵向受钢筋首先屈服，然后受压区混凝土被压碎。梁完全破坏之前，受拉区纵向受力钢筋要经历较大的塑性变形，沿梁跨产生较多的垂直裂缝，裂缝不断开展和延伸，挠度也不断增大，所以能给人以明显的破坏预兆。破坏呈延性性质。破坏时钢筋和混凝土的强度都得到了充分利用。发生适筋破坏的梁称为适筋梁。当梁的配筋率太大时发生超筋破坏。其特点是破坏时受压区混凝土被压碎而受拉区纵向受力钢筋没有达到屈服。粱破坏时由于纵向受拉钢筋尚处于弹性阶段，所以梁受拉区裂缝宽度小，形不成主裂缝，破坏没有明显预兆，呈脆性性质。破坏时混凝土的强度得到了充分利用而钢筋的强度没有得到充分利用。发生超筋破坏的梁称为超筋梁。当梁的配筋率太小时发生少筋破坏。其特点是一裂即坏。梁受拉区混凝土一开裂，裂缝截面原来由混凝土承担的拉力转由钢筋承担。因梁的配筋率太小，故钢筋应力立即达到屈服强度，有时可迅速经历整个流幅而进入强化阶段，有时钢筋甚至可能被拉断。裂缝往往只有一条，裂缝宽度很大且沿梁高延伸较高。破坏时钢筋和混凝土的强度虽然得到了充分利用，但破坏前无明显预兆，呈脆性性质。发生少筋破坏的梁称为少筋梁。由于超筋受弯构件和少筋受弯构件的破坏均呈脆性性质，破坏前无明显预兆，一旦发生破坏将产生严重后果。因此，在实际工程中不允许设计成超筋构件和少筋构件，只允许设计成适筋构件，具体设计时是通过限制相对受压区高度和最小配筋率的措施来避免。5．什么是最小配筋率，最小配筋率是根据什么原则确定的?答：为了防止将构件设计成少筋构件，要求构件的配筋面积sA。不得小于按最小配筋率所确定的钢筋面积,minsA。即要求：,minssAA《规范》规定，受弯构件受拉钢筋的最小配筋率min。按构件全截面面积扣除位于受压边的翼缘面积后的截面面积计算。对于常用的矩形截面、T形截面和I形截面，其最小配筋率要求的计算如图3—2。《规范》规定：对受弯构件，min取0.2％和0.45ft／fy中的较大值。最小配筋率min的数值是根据钢筋混凝土受弯构件的破坏弯矩等于同样截面的素混凝土受弯构件的破坏弯矩确定的。7．单筋矩形截面梁正截面承载力的计算应力图形如何确定?受压区混凝土等效应力图形的等效原则是什么?答：单筋矩形截面梁正截面承载力的计算应力图形以Ⅲa应力状态为依据，基本假定确定。受压区混凝土等效应力图形的等效原则是：等效后受压区合力大小相等、合力作用点位置不变。10．在什么情况下可采用双筋截面？其计算应力图形如何确定？其基本计算公式与单筋截面有和不同？在双筋截面中受压钢筋起什么作用？其适应条件除了满足b之外为什么还要满足2sxa？答：（1）双筋截面主要应用于下面几种情况：①截面承受的弯矩设计值很大，超过了单筋矩形截面适筋梁所能承担的最大弯矩，而构件的截面尺寸及混凝土强度等级大都受到限制而不能增大和提高；②结构或构件承受某种交变作用，使构件同一截面上的弯矩可能变号；③因某种原因在构件截面的受压区已经布置了一定数量的受力钢筋。（2）其计算应力图形与单筋截面相比，只是在受压区多了受压钢筋项。（3）双筋矩形截面基本计算公式：合力公式1yscysfAfbxfA力矩公式,,,100()()2ucyssxMMfbxhfAha与单筋截面相比，右边均多了受压钢筋项。（4）在双筋截面中受压区钢筋起协助受压的作用。（5）对于双筋矩形截面中，只要能满足2sxa的条件，构件破坏时受压钢筋一般均能达到其抗压强度设计值yf。13．在进行T型截面的截面设计和承载力校核时，如何分别判别T型截面的类型？其判别式是依据什么原理确定的？答：（1）在进行截面设计时，当10()2fcffhMfbhh，为第一类T型截面；当10()2fcffhMfbhh，为第二类T型截面。在进行承载力校核时，当1yScf