同济大学混凝土基本原理试卷2011.pdf

1 同济大学课程考核试卷 A 卷 2011 2012 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 3 16 48 1 何为平截面假定 你学过的混凝土结构基本受力构件中 哪些构件是符合平截面假 定的 答 平均应变沿截面高度近似呈直线分布 1 5 分 梁正截面受弯 偏压柱等构件的截面应变符合平截面假定 1 5 分 2 画出混凝土单轴受压应力 应变关系试验曲线 画出有明显流幅钢筋的受拉应力 应 变关系试验曲线 并标出关键点 1 5 分 1 5 分 3 钢筋混凝土轴心受压短柱在持续不变的轴压力作用下 经一段时间后 钢筋应力 s 和混凝土应力 c 与加载时相比有怎样的变化 为什么 答 与加载时相比 钢筋应力 s 增大 混凝土应力 c 减小 1 0 分 这是由于混凝土的徐变影响 构件的压缩变形将随时间的增加而增大 混凝土和钢筋共同作用 混凝土的徐变使钢筋的变形也随之增大 钢筋的压应力相应地增大 从而使钢筋分担外荷载的比例 增大 而混凝土则相应卸部分荷载 应力 c减小 2 0 分 2 4 影响钢筋与混凝土之间粘结强度的主要因素有哪些 答 影响粘结强度的主要因素有 混凝土强度 浇注位置 1 0 分 保护层厚度 钢筋净距离 1 0 分 横向配筋及侧向应力等 1 0 分 5 配有普通箍筋的钢筋混凝土轴心受压构件中 箍筋的作用主要是什么 答 箍筋的作用主要是与纵筋形成钢筋骨架 1 5 分 约束纵筋 防止纵筋压屈外凸 1 5 分 6 在钢筋混凝土偏心受压构件设计计算时 为何要引入附加偏心距 a e 答 考虑到工程实际存在着荷载作用位置的不确定性 混凝土质量的不均匀性 配筋的不对称 性以及施工偏差等因素的影响 1 5 分 实际偏心受压构件的偏心距会增大或减小 即使是轴心受 压构件 也不存在 e0 0 的情形 显然 偏心距的增加会使截面的偏心弯矩 M 增大 因此要引入附加 偏心距 ea来考虑这种不利影响 1 5 分 7 请定性地绘出 cuu NM 相关曲线 并根据 cuu NM 相关曲线说明大偏心受压及小偏 心受压时轴向力对抗弯承载力的影响 答 在大偏心受压破坏时 轴向力的增大会提高构件的抗弯承载力 Ncu Mu 相关曲线的 B C 段 在小偏心受压破坏时 轴向力的增大会减小构件的抗弯承载力 Ncu Mu 相关曲线的 A C 段 1 5 分 1 5 分 8 在进行混凝土梁斜截面抗剪设计时为什么要规定斜截面的上限值和下限值 答 1 上限值是指混凝土梁斜截面所能承受的最大剪力 下限值是指混凝土梁斜截面无需配 置腹筋就能够承受的剪力 1 5 分 2 抗剪承载力的公式是根据斜截面发生剪压破坏的情况得出的 为了保证公式能正确应用 应设置上 下限值 规定上限值是为了防止出现斜压脆性破坏 规定下限值可以不用按计算进行配 筋设计 只需满足构造要求 以防止出现斜拉破坏 1 5 分 9 在斜裂缝出现后 1 3 无腹筋简支梁的抗剪贡献来自哪几个方面 答 1 混凝土剪压区承受的剪力 c V 1 0 分 2 斜裂缝交接面上骨料咬合力与摩擦力 i V的 竖向分量 1 0 分 3 纵筋的消栓力 d V 1 0 分 10 混凝土梁的纵筋弯起需要满足那几个方面的要求 答 1 保证正截面抗弯的要求 即满足 R MM 此时抵抗弯矩图应包住弯矩图 1 0 分 2 保证斜截面抗剪承载力 1 0 分 3 保证斜截面抗弯承载力 1 0 分 3 11 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 答 配筋强度比 定义为受扭纵筋与箍筋的体积比和强度比的乘积 即 1 y stl yvstcor f A s fA u 1 5 分 按变角空间桁架模型 配筋强度比 决定了受扭承载力极限状态时临界斜裂缝的倾角 更为重 要的是配筋强度比关系到纵筋和箍筋是否都能有效地发挥抗扭作用 从而影响构件的抗扭性能 1 5 分 试验表明 当 0 5 2 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 12 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 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 13 提高板受冲切承载力的措施有哪些 答 设置柱帽和托板 1 0 分 配置抗冲切钢筋 1 0 分 提高混凝土的强度 1 0 分 14 什么是全预应力混凝土结构 什么是部分预应力混凝土结构 答 全预应力混凝土结构 沿预应力筋方向正截面 在最不利荷载下 混凝土不出现拉应力 1 5 分 部分预应力混凝土结构 沿预应力筋方向正截面 在最不利荷载下 混凝土不出现 拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝 1 5 分 15 裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数 如何定义的 其物理意义是什么 答 裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数 为裂缝间钢筋平均应变 sm 与裂缝截面处钢筋应变 s 之比 s sm 1 5 分 4 裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数 的物理意义是反映裂缝间受拉混凝土参与受拉所作贡献 的程度 越大 表明受拉区混凝土参与工作程度愈小 1 表明受拉区混凝土全部退出工作 1 5 分 16 简述计算钢筋混凝土受弯构件挠度时的 最小刚度原则 为什么可以采用这一原 则 答 对等截面构件 可假定同号弯矩的每一区段内各截面的刚度是相等的 并按该区段内最大 弯矩处的刚度 即最小刚度 计算挠度 按这种处理方法所算得的抗弯刚度值最小 故通常把这种 处理原则称为 最小刚度原则 1 5 分 考虑到计算方便以及剪切变形对梁挠度的贡献 1 5 分 二 计算题 52分 1 10 分 简支梁如图 1 所示 混凝土和钢筋材料的性能指标为 2 18 c fN mm 2 1 8 t fN mm 2 360 y fN mm 2 345 y fN mm 42 2 85 10 c EN mm 52 2 05 10 s EN mm 混凝土的保护层厚度为 25mm 假定梁不发生剪切破坏求其所能 承受的均布荷载 包括梁的自重 q 图 1 解解 1 55 7702 sysy s c A fA f mm f b xmma hei 初步判定为大偏心受压 3 计算 As As 7 分 51845 2 400 320133 1 2 si a h ee mm 取 b 0 55 由力矩平衡条件 得 5 01 0 2 01sysc ahfAbhfNe 5 0 0 22 01 sy cc s ahf bhfeN A 2 223 mm2894 45355 300 55 05 055 0 35540007 16518107000 2 2 min mm3200 mm32004004000002 0 ss AbhA取 此时应根据已知As 3200mm 2 由平衡条件计算计算所需受拉钢筋面积 As 由力矩平衡条件 得 5 0 5 01 0 2 01 22 01 0 2 01 syscc sysc ahfAbhfbhf ahfAbhfNe 即 0 2 2 01 0 2 bhf ahfANe c sys 2 01 0 211 bhf ahAfeN c ssyc b bh 可以 6 4 出平面方向的验算 2 分 25 1 4000 50000 b l 8 所以0 1 3 62 1 4004000 2275363200 Nc 7000kN 满足要求 3 12分 矩形截面简支梁如图2所示 截面尺寸为b h 250mm 500mm 承受均布荷 载q 10kN m 包括自重 和四分之一点处一集中荷载P 160kN 混凝土为C20级 fc 9 6N mm2 ft 1 1N mm2 箍筋的强度为fyv 270N mm2 试配置此梁箍筋 可能用到的计算公式 00 0 71 25 sv cstyv A Vf bhfh s 00 1 75 1 sv cstyv A Vf bhfh s min 0 24 t sv y f f 当采用构造配箍时梁中的最大箍筋间距为300mm P 160KN q 10KN m 图2 解解 1 总剪力图 kN 2 分 150 135 25 70 A BC A端支座处集中荷载产生的剪力占总剪力的75 以上 故采用集中荷载公式计算 2 验算截面尺寸 2 分 hw b 465 250 1 86150 kN截面满足 7 3 确定箍筋用量 AB段 剪跨比 1500 3 233 465 故取3 4 分 0 1 751 751 1 250 465 55 95150 13 1 t f bhkNkN 取双肢8 则 2 100 53 sv Amm 从而 100 53 134 250 0 002996 smm 取AB段的箍筋为双肢8 100 130 均可满足要求 BC段 0 0 70 7 1 1 250 46589 570 t f bhkNkN 故按构造配箍 4 分 由 min 0 00098 sv sv A bs 取双肢8 则 2 100 53 sv Amm 从而 肖建庄认为此 处不需计算最小配箍率 100 53 410300 250 0 00098 smmmm 因此BC段的箍筋为双肢 8 300 s 4 16 分 先张法预应力混凝土梁 截面尺寸 b h 250 550mm 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 A4 16 s A2 16 ss aa35mm 12 1 l MPa 25 3 l MPa 20 4 l MPa 53 5 l MPa 40 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