高等混凝土复习题

高等混凝土结构理论复习题一 、在钢筋混凝土受剪构件的力学性能分析中，推导内力臂 z 为 ziso ，式中 :i 为惯性矩， so 为截面面积。二 、简要说明混凝土结构抗弯强度理论的基本假定。三、 描述混凝土结构的碳化机理及影响因素。混凝土是一种多孔的结构材料，其内部存在着大量的微孔，这些微孔大多通过直接或间接的方式连通。混凝土暴露在室外时，空气中的co 2 渗透入混凝土的表面以及微孔中，在有水存在的情况下，与其中的碱性物质ca(oh) 2 和 c-s-h凝胶等发生反应，生成 caco 3 和h2 o，是在气相、液相和固相中进行的一个复杂的多相连续的物理化学过程。碳化的结果，一方面，生成的caco 3 和其它固态物质堵塞在混凝土孔隙中，使混凝土的孔隙率下降，大孔减少，从而减弱了后续的co 2 的扩散，使混凝土的密实度增加，强度得以提高；而另一方面，孔隙水中的ca(oh) 2 浓度以及 ph值降低，导致钢筋钝化膜破坏，精品资料会引起钢筋锈蚀。材料因素（1） ）水灰比水灰比是决定混凝土孔结构与孔隙率的主要因素，其中游离水的多少还关系着孔隙饱和度（孔隙水体积与孔隙总体积之比）的大小。由于co 2 的扩散是在混凝土内部的气孔和毛细孔中进行的，水灰比在一定程度上决定了co 2 的散系数，因此是混凝土碳化速率的主要影响因素之一。一般说来，水灰比增大，混凝土的孔隙率就增大，co 2的扩散系数增加，混凝土的碳化速率加大。（2） ）水泥的品种与用量水泥的品种决定着各种矿物成分在水泥中的含量，水泥的用量决定着单位混凝土中水泥 熟料的多少， 两者加起来决定了水化后单位体积混凝土中水化产物的含量，即有多少可以碳化的物质。因此可以看出，水泥的品种与用量也是影响混凝土碳化的主要因素之一。另外， 水泥的品种不同，混凝土的渗透性能也不同，对混凝土的碳化速率也有一定的影响。试验表明， 在快速试验条件下，矿渣水泥混凝土的碳化比一般普通硅酸盐水泥混凝土快10 20，在室外暴露条件下快50 90 。在水泥品种确定的情况下，水泥用量越大， 单位体积混凝土中可碳化的水化产物就越多， 可以消耗的 co2也就越多，从而碳化速率也就越小。（3） ）骨料的品种及粒径骨料粒径的大小对骨料水泥浆粘结有很大的影响，而骨料水泥浆的界面有一个过渡层，过渡层内结构疏松，孔隙较多。不同骨料，不同的粒径对界面层有影响，自然也会影响 co2的扩散，从而对混凝土的碳化速率造成影响。一般说来， 骨料的粒径太大会使得其与水泥浆结合较差，粒径太小又会使结合面的面积精品资料增大，因此，只有选择较为合适粒径的骨料，才会使碳化速率小。另外，具有碱活性的骨料在混凝土的养护过程中会发生碱骨料反应，消耗ca(oh)2 ，从而使碳化速率加快。（4） ）混凝土掺合料在普通水泥混凝土中， 掺入粉煤灰后， 由于水泥中的熟料量相应的减少了， 致使混凝土吸附 co2 的能力降低，但同时，由于粉煤灰混凝土的早期强度比较低，孔结构差，加速了co2 的扩散速度， 从而使得碳化速度加快。 pagataki 研究了砂浆与混凝土中掺加粉煤灰对碳化的影响，结果表明，当粉煤灰掺量为 10、 20 和 30 时的混凝土的碳化速率与不掺粉煤灰的混凝土相比，其碳化速率分别提高了 1.06 、 1.13 和 1.19 倍。（5） ）外加剂混凝土中加了减水剂后，能直接减少用水量；掺引气剂能使混凝土中的毛细孔形成封闭的互不连通的气孔，切断毛细管的通路，两者都可以使co2的扩散系数显著减小，从而大大降低混凝土的碳化速率。（6） ）混凝土自身的强度混凝土的强度是其最基本的性能指标，也是衡量混凝土品质的综合参数，它能反映密实度、孔隙率的大小，因此也能宏观的反映其抗碳化性能。总的说来，混凝土强度越高，内部结构越致密，碳化速率就越小.环境因素（1） ） co 2 的浓度环境中的 co2浓度越大，混凝土内外co2的浓度梯度就越大，co2向混凝土内部扩散的动力也就越大，越容易扩散进混凝土孔隙中；同时，co2的浓度越大，发生碳化的各个反应的反应速度就越大。因此，co2的浓度也是决定混凝土碳化速率的一个重要因素。一般来讲，大气中的co2浓度较低，乡村约为0.03 ，城市约为 0.04 ，碳化速度近精品资料似与 co2的平方根成正比。（2） ）相对湿度环境湿度对混凝土的碳化速率有着比较大的影响。相对湿度决定着混凝土孔隙水饱和度的大小，它一方面影响co2的扩散速率，另一方面影响碳化化学反应的进行（混凝土的碳 化的化学反应均需在溶液中或溶液和固体的接触面上进行）。若是在湿度较小（即很干燥）而co2浓度又较大的情况下，虽然co2的扩散较快，但由于提供反应的溶液较少，碳化速率还是较慢；湿度较高时，混凝土的含水率较高，微孔中充满了水，阻碍了 co2 气体在混凝土中的扩散，碳化速率也较慢。研究表明，相对湿度在 70 80左右的中等湿度时， 碳化速率最快。（3） ）温度温度对化学反应的影响通常用arrhenius方程来表示，即：k=zexp(-ea/rt)其中， k化学反应的反应速率常数；z活化能； r气体常数；t绝对温度。对于一般的 化学反应，温度每升高10 ，反应速率约加快2 3 倍。温度对混凝土的碳化的影响有两方面：温度的升高使co2的溶解度降低，但有使反应常数增大。目前各国学者在co2对混凝土碳化速率影响方面的意见不太一致。（4） ）应力状态试验表明，当f 不超过 0.7f c（fc 为混凝土的抗压强度）时，压应力对碳化起延缓作用；压应力为 0.7fc时的碳化速率与无压应力时相当；当压应力超过 0.7fc时会使碳化速率加快。在拉应力作用下，当拉应力f 不超过 0.3f t（ ft 为混凝土的抗拉强度）时，应力作用不明显； 当拉应力为 0.7f t 时，碳化速率增加近30% 。施工因素（1） ）施工质量精品资料施工质量直接影响混凝土的力学性能和耐久性，当然对混凝土的碳化也有很大的影响。在相同材料、 相同环境条件下，实际工程中的混凝土碳化深度往往比实验室大得多，这主要是由于施工质量的问题。混凝土浇注、 振捣养护不仅影响混凝土的强度，而且直接影响混凝土的密实度。因此，施工质量也是影响混凝土碳化的一个重要方面。实际调查结果表明，在其他条件相同时，施工质量好，混凝土强度高，密实度好，其抗碳化性能强；施工质量差， 混凝土表面不平整，内部有裂缝、蜂窝、孔洞等，增加了混凝土中的扩撒路径，混凝土的碳化速度加快。（2） ）养护状况混凝土的养护状况对其碳化也有一定的影响。 混凝土的早期养护不良， 水泥水化不充分， 使表层混凝土孔隙率增大，碳化加快。四、说明常用钢筋混凝土结构的有限元模型。钢筋混凝土有限元模型包括实体单元模型和杆系单元模型。实体单元模型包括分离式、组合式和整体式。三种模型，只有分离式能考虑粘结和滑移。分离式模型： 将混凝土和钢筋作为不同的单元来处理， 可以插入联结单元模拟钢筋和混凝土之间的粘结和滑移， 也可以不用联结单元， 直接将钢筋和混凝土单元共节点或进行耦合。根据需要决定。组合式模型：包括分层组合式、带钢筋的四边形单元、带钢筋膜的 8 节点六面体单元。这种模型运用较少。整体式模型： 将钢筋分布于整个单元中，并把单元视为连续均匀材料，单元刚度矩阵综合了混凝土与钢筋单元的刚度矩阵，将钢筋化为等效的混凝土，然后计算单元刚度。一般实际工程均采用这种模型，单元划分少，计算量小，可适应复杂配筋。缺点是只能求得钢筋的精品资料平均应力，不能计算粘结应力。钢筋混凝土杆系单元模型：通常用梁单元模拟结构中的梁柱构件，用带刚域的梁单元模拟剪力墙和连梁，用桁架单元模拟支撑。根据各个杆件的类型、尺寸和材料组成（混凝土强 度、钢筋强度、配筋率、钢筋布置方式）、受力工况，设定相应的非线性恢复力关系（滞回 曲线），然后输入荷载工况，得到整个结构的非线性行为。杆系有限元分析要解决两个核心问题：选择合适的杆件刚度模型，选择合适的恢复力关系。【比较公认的有分离式模型(discretemodel),分布式模型 (smearedmodel)( 也有称整体式模型 )，组合式模型(也有称埋藏式模型embeddedmodel) 三种(上述三种也称xxx钢筋模型) 。分离式模型把钢筋和混凝土作为不同的单元处理，例如混凝土采用solid65 ，而钢筋采用 link8 等，可以根据不同的单元类型进行组合。在该模型中可以插入联结单元考虑粘结和滑移， 当然如果认为粘结很好，也可以不考虑联结单元问题。该模型是唯一可以考虑钢筋和混凝土之间的粘结特性的。众所周知，钢筋混凝土是存在裂缝的(否则钢筋难以发挥作用)， 而开裂必然导致钢筋和混凝土变形不协调，也就是说必然存在粘结失效和滑移的产生，因此这种模型被广泛的应用。单元刚度矩阵的推导与一般有限元相同。分布式模型是把钢筋以一定的角度分布于整个单元中，并认为二者粘结很好，单元是连续均匀的材料。单元刚度矩阵推导时，先组合弹性矩阵d，然后求得 k。组合式模型也认为二者之间粘结很好，没有相对滑移； 又分为分层组合式、带钢筋膜的单元等方式。 与分布式模型不同，该单元刚度矩阵推导时分别求出各自的单刚，然后组合起来，此为二者的差异。】五、试论述钢筋混凝土矩形截面偏心受压短柱，轴力的变化对其抗弯承载