混凝土结构设计原理形考四[共8页]

1、形考四一、谈一谈混凝土结构中为什么需要配置钢筋，其作用是什么？（6分）答：1）较高的强度和合适的屈强比；2）足够的塑性；3）良好的可焊性；4）耐久性和耐火性5）与混凝土具有良好的黏结力。二、钢筋与混凝土共同工作的基础是什么？（6分）答：钢筋和混凝土两种材料能够有效的结合在一起而共同工作，主要基于三个条件：钢筋与混凝土之间存在粘结力；两种材料的温度线膨胀系数很接近；混凝土对钢筋起保护作用。这也是钢筋混凝土结构得以实现并获得广泛应用的根本原因。三、说一说混凝土结构有哪些优点和缺点？（6分）答：混凝土结构的主要优点在于：取材较方便、承载力高、耐久性佳、整体性强、耐火性优、可模性好、节约钢材、保养维护费用低。混凝土结构存在的缺点主要表现在：自重大、抗裂性差、需用大量模板、施工受季节性影响。四、与普通混凝土相比，高强混凝土的强度和变形性能有何特点？（6分）答：与普通混凝土相比，高强混凝土的弹性极限、与峰值应力对应的应变值、荷载长期作用下的强度以及与钢筋的粘结强度等均比较高。但高强混凝土在达到峰值应力以后，应力应变曲线下降很快，表现出很大的脆性，其极限应变也比普通混凝土低。五、谈一谈混凝土结构设计

2、中选用钢筋的原则？（6 分）答：混凝土结构中的钢筋一般应满足下列要求：较高的强度和合适的屈强比、足够的塑性、良好的可焊性、耐久性和耐火性、以及与混凝土具有良好的粘结性。六、混凝土结构工程中所选用的混凝土是不是标号越高越好？（6分）答:不是，高标号耐火性不好，易爆裂对于板构件，标号越高越浪费。七、从“地震来了，房屋倒塌”这句话谈一谈你对“作用效应”和“结构抗力”这两个概 念的理解。（6分）答：直接作用和间接作用施加在结构构件上，由此在结构内产生内力和变形（如轴力、剪力、弯矩、扭矩以及挠度、转角和裂缝等），称为作用效应。结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的能力，如构件的承载能力、刚度等。八、为什么钢筋混凝土雨篷梁的受力钢筋主要布置在截面上层，而钢筋混凝土简支梁桥的受力钢筋主要布置在截面下层？（6分）答：因为前者属于悬挑构件上部受拉，后者为下部受拉。所以钢筋混凝土雨篷梁的受力钢筋主要布置在截面上层，而钢筋混凝土简支梁桥的受力钢筋主要布置在截面下层。九、请大家想一想为什么以及什么情况下采用双筋截面梁？（6分）答：对于给定截面弯矩当按单筋截面梁设计时，若给定弯矩设计值过大

3、，截面设计不能满足适筋梁的适用条件 ，且由于使用要求截面高度受到限制又不能增大，同时混凝土强度等级因条件限制不能再提高时，可采用双筋截面。即在截面的受压区配置纵向钢筋以补充混凝土受压能力的不足。十、根据纵筋配筋率不同，请大家分析钢筋混凝土梁受弯破坏的三种形式及其破坏特点?（6分）答：1）适筋破坏；适筋梁的破坏特点是：受拉钢筋首先达到屈服强度，经过一定的塑性变形，受压区混凝土被压碎，属延性破坏。2）超筋破坏；超筋梁的破坏特点是：受拉钢筋屈服前，受压区混凝土已先被压碎，致使结构破坏，属脆性破坏。3）少筋破坏；少筋梁的破坏特点是：一裂即坏，即混凝土一旦开裂受拉钢筋马上屈服，形成临界斜裂缝，属脆性破坏。十一、请描述有腹筋梁斜截面剪切破坏形态有哪几种？各自的破坏特点如何？（6分）答：斜截面受剪破坏的主要形态有：斜拉破坏、剪压破坏、斜压破坏。斜拉破坏特征：破坏过程急速且突然，弯曲裂缝一旦出现，就迅速向受压区斜向伸展，直至荷载板边缘，使 混凝土裂通，梁被撕裂成两部分，而丧失承载能力。剪压破坏特征：梁破坏时，与斜裂缝相交的腹筋达到屈服强度，同时剪压区的混凝土在压应力和剪应力的共同作用下，达到了复合受力

4、时的极限强度。斜压破坏特征：首先混凝土在加载点与支座间被斜裂缝分割成若干个斜向短柱，当混凝土中的压应力超过其抗压强度时，混凝土即被压坏。破坏时，与斜裂缝相交的腹筋往往达不到屈服强度。十二、请思考有腹筋梁中的腹筋能起到改善梁的抗剪切能力的作用，其具体表现在哪些方面？（6分）答：有腹筋梁中的腹筋能够改善梁的抗剪切能力，其作用具体表现在：1）腹筋可以承 担部分剪力。2）腹筋能限制斜裂缝向梁顶的延伸和开展，增大剪压区的面积，提高剪压区混凝土的抗剪能力。3）腹筋可以延缓斜裂缝的开展宽度，从而有效提高斜裂缝交界面上的骨料咬合作用和摩阻作用。4）腹筋还可以延缓沿纵筋劈裂裂缝的开展，防止混凝土保护层的突然撕裂，提高纵筋的销栓作用。十三、想一想斜截面受剪承载力计算时为何要对梁的截面尺寸加以限制？为何规定最小配箍 率？（6 分）答：斜截面受剪承载力计算时，对梁的截面尺寸加以限制的原因在于：防止因箍筋的应力达不到屈服强度而使剪压区混凝土发生斜压破坏；规定最小配箍率是为了防止脆性特征明显的斜拉破坏的发生。十四、试分析一下普通箍筋轴心受压构件承载力计算公式中稳定系数 的物理意义。（6 分） 答：稳定系数为长柱轴

5、心抗压承载力与相同截面、相同材料和相同配筋的短柱抗压承载力的比值。因为长柱在轴心压力作用下，不仅发生压缩变形，同时还产生横向挠度，出现弯曲现象。初始偏心距产生附加弯矩，附加弯矩又增大了横向的挠度，这样相互影响，导致长柱最终在弯矩和轴力共同作用下发生破坏，致使长柱承载力降低。因此，需要考虑稳定系数的影响。十五、根据“立柱顶千斤”的道理，谈一谈轴心受压柱和偏心受压柱在受力和破坏特点上的不同？（6分）答：纵向压力作用线与构件截面形心轴线重合的构件，称为轴心受压构件。实际工程中理想的轴心受压构件是不存在的，但是在设计以恒载为主的多层多跨房屋的内柱和屋架的受压腹杆等构件时，可近似地简化为轴心受压构件计算。当结构构件的截面上受到轴力和弯矩的共同作用或受到偏心力的作用时，偏心力为压力，则为偏心受压构件桥墩、桩和公共建筑中的柱均可视为偏心受压构件。十六、请同学们列举几个在工作和生活中碰到过的受拉构件。（6分）答：在实际工程中，近似按轴心受拉构件计算的有承受节点荷载的屋架或托架的受拉弦杆、腹杆；刚架、拱的拉杆；承受内压力的环形管壁及圆形贮液池的壁筒等。可按偏心受拉计算的构件有矩形水池的池壁、工业厂房双肢

6、柱的受拉肢杆、受地震作用的框架边柱、承受节间荷载的屋架下弦拉杆等。十七、试分析一下轴心受拉构件从加载开始到破坏的受力过程。（6分）答：第阶段加载到开裂前此阶段钢筋和混凝土共同工作，应力与应变大致成正比。在这一阶段末，混凝土拉应变达到极限拉应变，裂缝即将产生。对于不允许开裂的轴心受拉构件应以此工作阶段末作为抗裂验算的依据。第阶段混凝土开裂后至钢筋屈服前裂缝产生后，混凝土不再承受拉力，所有的拉力均由钢筋来承担，这种应力间的调整称为截面上的应力重分布。第阶段是构件的正常使用阶段，此时构件受到的使用荷载大约为构件破坏时荷载的50%-70%，构件的裂缝宽度和变形的验算是以此阶段为依据的。第阶段钢筋屈服到构件破坏当加载达到某点时，某一截面处的个别钢筋首先达到屈服，裂缝迅速发展，这时荷载稍稍增加，甚至不增加都会导致截面上的钢筋全部达到屈服（即荷载达到屈服荷载Ny时）。评判轴心受拉破坏的标准并不是构件拉断，而是钢筋屈服。正截面强度计算是以此阶段为依据的。十八、试论述一下大、小偏心受拉构件的破坏特征。（6分）答：大偏心受拉构件破坏时，混凝土虽开裂，但还有受压区，破坏特征与As的数量有关，当As数量适当时

7、，受拉钢As筋首先屈服，然后受压钢筋应力达到屈服强度，混凝土受压边缘达到极限应变而破坏。小偏心受拉构件破坏时，一般情况下，全截面均为拉应力，其中As一侧的拉应力较大。随着荷载增加，As一侧的混凝土首先开裂，而且裂缝很快贯通整个截面，混凝土退出工作，拉力完全由钢筋承担，构件破坏时，及As都达As到屈服强度。十九、请同学们列举几个在工作和生活中碰到过的受扭构件。（6分）答：实际工程结构中，处于纯扭矩作用的构件是比较少的，绝大多数都是处于弯矩、剪力、扭矩共同作用下的复合受扭情况。例如雨篷梁、次梁边跨的主梁、弯梁与折梁等，都属弯、剪、扭复合受扭构件。二十、说一说你在工作中遇到过或者看到过的混凝土结构工程方面的新发展。（6 分）答：预制装配式混凝土结构等等。二十一、2010 版混凝土结构设计规范中对混凝土保护层厚度是如何定义的？（6分）答：保护层的厚度指最外层钢筋外边缘至混凝土表面的距离，适用于设计使用年限为50 年的混凝土结构。二十二、说一说与普通混凝土相比，预应力混凝土具有哪些优势和劣势？（6分）答：预应力混凝土的优势是使构件的抗裂度和刚度提高、使构件的耐久性增加、减轻了构件自重、节省材料。

8、预应力混凝土的劣势是施工需要专门的材料和设备、特殊的工艺，造价较高。二十三、想一想为什么需要对某些混凝土结构或构件进行正常使用状态下裂缝宽度和变形的验算？（6分）答：钢筋混凝土结构裂缝控制的目的一方面是为了保证结构的耐久性。因为裂缝过宽时，气体和水分、化学介质侵入裂缝，会引起钢筋锈蚀，不仅削弱了钢筋的面积，还会因钢筋体积的膨胀，引起保护层剥落，产生长期危害，影响结构的使用寿命。另一方面是考虑建筑物观瞻、人的心理感受和使用者不安全程度的影响。二十四、谈一谈有粘结预应力与无粘结预应力的区别？（6 分）答：有粘结预应力，指沿预应力筋全长周围均与混凝土粘结、握裹无粘结预应力，指预应力筋伸缩、滑动自由，不与周围混凝土粘结的预应力。这种结构的预应力筋表面涂有防锈 材料，外套防老化的塑料管，防止与混凝土粘结。无粘结预应力混凝土结构通常与后张预应力工艺相结合。二十五、讲一讲引起预应力损失的因素主要有哪些（6分）答：1.张拉端锚具的变形和预应力筋回缩引起的损失2.预应力筋与孔道壁间的摩擦引起的损失3.受张拉的预应力筋与台座之间的温差引起的损失4.预应力钢筋松弛引起的损失5.混凝土收缩和深变引起的损失6.预应力筋挤压混凝土引起的损失。

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