同济大学混凝土结构基本原理期末考试卷2012-2013.pdf

1 同济大学课程考核试卷（A 卷） 2012 2013 学年第 一 学期 命题教师签名：审核教师签名： 课号：030158课名：混凝土结构基本原理考试（）考查（） 此卷选为：期中考试()、期终考试( )、重考() 试卷，开卷（） 、闭卷（ ） 年级专业学号姓名得分 一、 简答题（48分） 1.为什么在钢筋混凝土结构中钢筋要有一定的塑性？如何描述？（2 分） 答：钢筋有一定的塑性，可以使钢筋混凝土构件将要破坏或钢筋将要断裂时有较明 显的预兆（1 分） ；可以用屈服应变和极限应变表示。 （1 分） 2.什么是混凝土的徐变？其主要影响因素有哪些？（2 分） 答：在应力不变的情况下，混凝土的应变随荷载持续时间的增长而增大的现象 （1 分） ；主要因素有：应力水平、混凝土组成、外部环境。 （1 分） 3.试定性画出双向应力状态下混凝土的强度曲线。 （2 分） 答：见教科书 27 页（2 分） 4.什么是钢筋的锚固长度？确定基本锚固长度的原则是什么? （3 分） 答: 受力钢筋通过混凝土与钢筋的粘结将其所能承受的最大力传递给混凝土所 需的长度。（2 分） 确定基本锚固长度的原则是钢筋屈服时正好发生锚固黏结破坏。（1 分） 5.在钢筋混凝土轴心受压短柱试验中，钢筋和混凝土的应力随荷载增加各如何变化？ 试绘出示意图。并作解释。 （3 分） 2 答：（1.5 分） 因为混凝土的弹性模量较低，第 I 阶段钢筋应力增长速度快于混凝土；第 II 阶段钢 筋屈服，钢筋应力不再增加，混凝土应力继续增加。 （1.5 分） 6.混凝土梁的设计时为何要限制最大配筋率 max ？如何确定 max ？。 （3 分） 答：保证极限状态下梁不发生超筋破坏，其为适筋梁与超筋梁配筋率的界限值（1.5 分） 。对于界限状态， 0max 0 , slc sylcbb y Af A ff b h bhf =则。 （1.5 分） 7.适筋梁从加载到破坏的全过程中梁截面经历了哪三个阶段？它们各对截面的设计及 验算有何意义？（2 分） 答：适筋梁从加载至破坏的全过程，梁截面经历混凝土未开裂，带裂缝工作和钢筋 屈服三个阶段（1 分） 。混凝土未开裂阶段的极限状态是截面抗裂验算的依据；带裂缝工 作阶段是构件正常使用阶段挠度和裂缝宽度验算的依据； 钢筋塑流阶段的最终状态是截 面承载能力极限状态计算的依据。 （1 分） 8.偏心受压构件为什么会出现远离轴向力一侧的钢筋先屈服混凝土被压碎的破坏形 态？如何避免这种破坏形态？（5 分） 答：由偏心受压构件的破坏形态可知，如果e0值很小、As值较大而As又很小，截面的 实际形心轴有可能会偏移到轴向力和As之间，此时远离轴向力一侧的压应变反而会大 些。达到极限状态时，远离轴向力一侧的混凝土先被压碎，该侧的钢筋应力也达到抗压 屈服强度，即破坏发生在远离轴向力的一侧。 （2 分） 为了避免此种情况发生，远离轴向力一侧的钢筋面积As不能太小。按下图，取 3 ei=e0-ea，=1.0，对As的合力点取矩 () ssyccu ahAf h hbhfeN+ = 001 2 （a） 式中，h0靠近轴向力一侧钢筋合力点至远离轴向力一侧边缘的距离； e轴向力作用点至靠近轴向力一侧钢筋合力点的距离， 2 si ae h e=(b) 为了保证在Nc作用下不至于 s A过少而先屈服，应满足式（c）的要求： () sy cc s ahf h hbhfeN A 0 01 2 （c） （3分） 9.什么叫抵抗弯矩图？其与设计弯矩图应有什么关系？（3分） 答：(1)抵抗弯矩图是指按实际配置的纵向钢筋绘出的各正截面所能承受的弯矩图 形。 （1.5分） (2)抵抗弯矩图必须将弯矩图包围在内，两者越接近表示钢筋强度利用的越充分。 （1.5分） 10.在斜裂缝出现后的变角桁架模型中，剪力会使上缘纵筋和下缘纵筋的应力增加还是 减少？为什么？（3分） 答：(1)上缘纵筋应力和下缘纵筋应力均增加； （1.5分） (2)原因：在变角桁架模型中，取隔离体后，剪力总可以分解为背向脱离体的 水平力N和指向脱离体的斜压力D，其中水平力N等量的分配给上下纵筋，每一部分 是N/2（拉力） ，使得上下纵筋应力均增大。 （其中：cotNVa=，/sinDVa=） （1.5分） 4 11.分别对图示的外伸梁和悬臂梁，画出可能出现的斜裂缝及其发展方向。 （2分） 答： （1.5分）（1.5分） 12.试说明受扭构件中纵筋和箍筋的配筋强度比比对受力性能的影响。 （3分） 答：配筋强度比过大时，极限状态下纵筋可能不屈服；反之，箍筋可能不屈服。 试验表明，当0.52.0时，受扭纵筋与箍筋的应力在构件破坏时均可达到屈服强度， 一般都能较好地发挥其抗扭作用。 13.试绘制钢筋混凝土构件剪扭相关曲线，并定义受扭承载力降低系数 t 的表达式。 （3分） 答： t 0c c T T 0c c V V 1.5 1.0 0.5 0.51.01.5 t 0c c T T 0c c V V 1.5 1.0 0.5 0.51.01.5 0c c T T 0c c V V 0c c T T 0c c V V 0c c T T 0c c V V 0c c T T 0c c V V 0c c T T 0c c V V 0c c T T 0c c V V 1.5 1.0 0.5 0.51.01.5 （2.0分） 0 0 1.5 ,0.51.0 1 tt c c c c V V T T = + （1.0分） 5 14.受冲切承载力的影响因素有哪些？（3分） 答：影响混凝土受冲切承载力的主要影响因素有：混凝土强度、板的有效高度、荷 载面积的边长与形状、尺寸效应、抗弯钢筋的配置数量与布置形式、边界约束能力 的大小。（3分） 15.在后张法预应力混凝土结构中，如何减少摩擦损失？并简画出一后张法预应力混凝 土简支梁（曲线孔道）摩擦损失沿梁的分布示意图？（3分） 答：采用两端张拉（1分） ；超张拉（1分） ；图（1分） 。 16.什么叫预应力损失，预应力混凝土结构有哪几种预应力损失？（3分） 答：预应力筋内应力降低的量值称为预应力损失（1分） ；锚具变形损失 1l 、摩擦 损失 2l 、温差损失 3l 、松弛损失 4l 、徐变损失 5l 等（2分） 。 17.什么是短期刚度和长期刚度 ？实际工程中采用何种刚度计算受弯构件的挠度？（3 分） 答： 在荷载短期作用下，混凝土受弯构件的截面弯曲刚度称为短期刚度 s B； （1 分）考虑了一部分荷载长期作用影响后（混凝土会产生徐变，构件截面弯曲刚度会降 低）截面的抗弯刚度，称为长期刚度； （1分）实际工程中，总有部分荷载长期作用在 构件上，因此计算挠度时必须采用长期刚度。 （1分） 二、 计算题（52分） 1.（10分）已知矩形截面梁，截面尺寸b=250mm，h=500mm。梁承受变号弯矩的作用： 负弯矩M=100kNm， 正弯矩M=170kNm。 混凝土强度等级为C30， 纵向钢筋采用HRB400 级钢筋。fc=14.3N/mm2，ft=1.43 N/mm2，fy=360 N/mm2；弹性模量Es=2.0105N/mm2。 （1）按单筋矩形截面计算在负弯矩作用下梁顶面需配置的纵向受拉钢筋As； 6 （2）将（1）计算结果的钢筋作为已知的纵向受压钢筋，计算梁在正弯矩作用下梁 底面需配置的纵向受拉钢筋As。 解： （1）=35mm 得：x=64.6mm 则，取3，则实际（5分） （2） X=32.32 则， 则，取4，实际（5分） 注：若直接按（1）中代入， 2 则， 则，取4，实际 2 （14分）某矩形截面偏心受压柱，bh=500mm800mm，as=as=40mm，l0=3.8m，混 凝土C35，fc=16.7N/mm2，纵向钢筋HRB335，fy=fy=300N/mm2，Es=2105N/mm2，采 7 用不对称配筋。已知As选用428（As=2463mm2） 、As选用418（As=1018mm2） 。承受 轴向力Nc3000kN。试求：该截面在h作用方向所能承受的弯矩Mu 已知 c i h l h e += 2 0 0 1300 1 1， 0.5 c c c f A N =，b=0.55 解： （1）首先验算Nc是否超过构件轴压承载力（1分） 88 . 7500/3800/ 0 =bl，所以1=， %3%88. 0 800500 24631018 Nc=3000kN 所以Nc未超过轴压承载力。 （2）由于575. 4800/3800/ 0 。 支座 支座处抗剪承载力满足要求。 （4）弯起点处抗剪承载力验算（2分） 9 00 2 0.71.25 2/4 6 =0.7 1.43 250 565 1.25 210565=183 200 4000/2580 =300=213 4000/2 sv cstyv A Vf bhfh s kN VkN =+ + 箍筋间距变化 箍筋间距变化处满足抗剪承载力要求。 综上，该梁的抗剪承载能力不满足要求。 （1分） 4.（16分）先张法预应力混凝土梁，截面尺寸bh=300600mm，已配有预应力钢筋（仅 在受拉区）6 HT10,张拉控制应力 ptkcon f7 . 0=，1470= ptk fMPa,非预应力钢筋= s A420, = s A220;= ss aa35mm,12 1=l MPa,25 3 = l MPa ,20 4 = l MPa，53 5 = l MPa， 60= p amm（预应力钢筋形心到受拉混凝土边缘的距离） ，混凝土强度等级为C40, 39. 2= tk fMPa,混凝土截面抵抗矩塑性影响系数55. 1= m ，试求： （1） 换算截面形心，换算截面面积，换算截面惯性矩。 （4分） （2） 在全部损失完成后，在截面底边建立的有效预压应力 pce 。 （3分） （3） 截面消压弯矩 0 M。 （4分） （4） 截面的开裂弯矩 cr M。 （4分） （5） 画出梁截面在承载能力极限状态下的截面应力简图。 （1分） 可 能 用 到 的 参 数 ：1040= py fMPa，1 .19= c fMPa， 5 108 . 1= ps EEMPa， 4 100 . 3= c EMPa。 10 解解 （6） 换算截面形心，换算截面面积，换算截面惯性矩。 （4 分） ()()() ()()() ()() ()()() () ()()()() ()()() 49 2 2 2 2 3 0 0 2 222 101961 11 212 1 307 111 2 1917751 4716281256 mm.axhA axAaxhA h xbhhbI mm A ahAaAahA h bh x mmAAAbhA 6; 103 101.8 mmA;mmA;mmA snPEP sn sESsnsESn PPEP s sESssES n p ssE0 4 5 ESEP p ss =+ + += = + = =+= = = = ：形心距离上边缘的距离 （7） 在全部损失完成后，在截面底边建立的有效预压应力 pce (pc0)。 （3 分） 全部预应力损失出现以后，钢筋合力和合力位置为： ()()( ) () ()MPa. I yeN A N mme N.AN PP pc plconP 037 23360307600 43284947153202512147070 0 0 0 0 0 =+= = = （8） 截面消压弯矩 0 M.（4 分） ()m.KN. . .WM p