混凝土结构理论

1、.混凝土结构理论课程学习模块一： 钢筋混凝土结构基本概念和设计方法1.名词解释1、 结构的可靠性：结构在规定时间内， 在规定条件下，完成预定功能的能力 （或者安全性、耐久性、适用性） 。2、作用和作用效应： 作用是使结构产生内力或变形的各种原因；作用效应是结构上各种作用对结构产生的效应的总称。3、结构抗力： 结构或构件承受作用效应的能力，即结构或结构。4、条件屈服强度：对于无明显屈服点的钢筋取残余应变为0.2%时对应的应力0.2 作为强度设计指标，成为条件屈服强度。5、徐变和收缩：混凝土在荷载的长期作用下随时间增长而增长的变形称为徐变；混凝土在空气中硬化时体积收缩的现象称为收缩。6、极限状态：

2、当结构超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，称为极限状态。2. 简答题1、钢筋和混凝土两种不同材料能够有效结合在一起共同工作的原因？答：一：钢筋和混凝土之间存在粘结力，使两者之间能传递力和变形；二：钢筋和混凝土两种材料的温度线膨胀系数接近。2 、钢筋和混凝土之间的粘结力主要由哪几部分组成？影响粘结强度的因素有哪些？.答：化学胶着力、摩阻力、和机械咬合力三种。影响因素有：钢筋表面形状、混凝土强度、保护层厚度、钢筋浇筑位置、钢筋净间距、横向钢筋和横向压力等。3 、建筑结构应满足哪些功能要求？为满足这些功能要求，需要对结构进行什么验算？答：安全性，适用性，耐久性。满足安全性需进行承载能

3、力极限状态验算；满足适用性和耐久性需进行正常使用极限状态验算。4、什么是结构的设计状况？工程结构设计的设计状况可分为哪几种？答：设计状况是代表一定时段内实际情况的一组设计条件，设计应做到在该组条件下结构不超越有关的极限状态；分为：持久设计状况、短暂设计状况、偶然设计状况和地震设计状况。5、什么是徐变？徐变对钢筋混凝土结构有何影响？答：混凝土在荷载的长期作用下随时间增长而增长的变形称为徐变；徐变使构件变形增加； 在钢筋混凝土截面内引起应力重分布；在预应力混凝土构件中引起预应力损失；某些情况下可减少由于支座不均匀沉降而产生的应力，延缓收缩裂缝出现。6、混凝土收缩变形有哪些特点？对混凝土结构有哪些影

4、响？答：混凝土收缩是一种随时间增长而增长的变形；凝结初期收缩变形发展较快，二个月达 50%；三个月后趋于逐渐缓慢，一般两年后趋于稳定。混凝土收缩收到约束时将产生收缩拉力，加速裂缝的出现和开展； 预应力混凝土结构中，混凝土收缩将导致预应力损失。7、钢筋的应力 -应变关系分为哪两类？为何将屈服强度作为强度设计指标？答：分为有明显屈服点钢筋和无明显屈服点钢筋， 习惯上也分别称为软钢和硬钢。因为当构件某一截面的钢筋应力达到屈服强度后， 将在荷载基本不变情况下产生持续的塑性变形， 使构件的变形和裂缝宽度显著增大以致无法使用， 因此一般结构计算中通常取屈服强度作为设计强度的依据。学习模块二：混凝土结构构件

5、习题：1.名词解释1、梁截面有效高度 :钢筋截面形心至梁顶面受压边缘的距离。2、界限相对受压区高度：受拉钢筋屈服的同时受压区混凝土被压碎，即适筋梁和超筋梁的界限破坏状态时的相对受压区高度。3、单向板： 当 l 2/l 12 时，板主要沿短跨方向受弯，设计中可仅考虑短边方向受弯，长边可仅按构造处理的板。4、双向板：当 l2/l12时，沿板长边传递的荷载以及长跨方向的弯矩均不能忽略，设计中需考虑双向受弯的板。5、塑性内力重分布：由于超静定结构的塑性变形而使结构内力重新分布的现象。2.简答题1、 钢筋混凝土正截面受弯构件有哪几种破坏形态？各有什么特征？答： 1）适筋梁：破坏特征为受拉钢筋首先屈服，然

6、后受压区混凝土被压碎。从钢筋屈服到受弯构件破坏，屈服弯矩My到极限弯矩 Mu变化不大，但构件曲率或挠度 f 变形很大，破坏前有明显预兆，表现为延性破坏。2 ）超筋梁：破坏特征表现为受压混凝土先压碎，受拉钢筋未屈服。超筋梁的破坏取决于受压区混凝土的抗压强度， 受拉钢筋的强度未得到充分发挥， 破坏为没有明显预兆的脆性破坏，实际工程中应避免采用。3 ）少筋梁：破坏特征是混凝土一开裂就破坏。 梁的强度取决于混凝土的抗拉强度，混凝土的受压强度未得到充分发挥， 极限弯矩很小， 属于受拉脆性破坏特征，且承载能力低，应用不经济，实际工程中应避免采用。2、简述钢筋混凝土塑性铰的特点。答： A).仅沿弯矩方向转动

7、；B).转动能力有限；C).能承担一定弯矩Mu；D).形成塑性变形区域。3、正截面承载力计算的基本假定？答：（1）截面保持平面；（ 2）不考虑混凝土的抗拉强度； （3）采用简化的混凝土的应力应变关系曲线;(4) 纵向钢筋的应力等于钢筋应变与起弹性模量的乘积，但绝对值不大于其强度设计值。4、简述适筋梁破坏三个阶段的受力特点及其与计算的联系？答：（1）第 I 阶段，弹性工作阶段，其阶段末Ia 为抗裂验算的依据；（ 2）第 II 阶段，带裂缝工作阶段，为裂缝跨度和挠度计算依据； （3）第 III 阶段，破坏阶段，其阶段末 III a 为承载力计算依据。5、什么情况下可以采用双筋截面梁？配置受压钢筋有

8、何有利作用？答：（1）梁承受的弯矩很大，构件截面尺寸和材料受使用和施工限制不能增加，同时计算无法满足单筋截面最大配筋率限制条件而出现超筋梁； （2）不同荷载组合下，截面承受正、负弯矩作用时；配置受压钢筋有利于提高截面的延性。3.计算题1、已知矩形截面简支梁，跨中弯矩设计值 M=140KN.m 。该梁的截面尺寸 bh=200mm 450mm,混凝土强度等级 C30，钢筋 HRB400 级。试确定该梁跨中纵筋配筋面积 As。2 ， ft附 ： fc2， fy=360N/mm2，1 =1.0，b 0.518，=14.3N/mm=1.43N/mmh0=450-45=405mm解： （1）计算 x，并判

9、断是否超筋x h0h022M147.86mmb h0 0.518 405 207.79mm1 fcb不属于超筋。（2）计算 As，并判断是否少筋min0.45 ft / f y0.00180.0020.45 ft / f y0.00160.002, 取min=0.002As1 fcbx / f y1174mm2As, m i n 0.002200450180mm2不属于少筋。因此，纵向受力钢筋面积As 取 1174mm2 满足适筋梁要求。2、某钢筋混凝土矩形截面梁， 混凝土保护层厚为 25mm(二 a 类环境 )，b=250mm，h=500mm，承受弯矩设计值 M=160KN.m，采用 C20

10、 级混凝土， HRB400 级钢筋，箍筋直径为 8mm，截面配筋如图所示 (As 为 1256mm2)。复核该截面是否安全。已知：fc=9.6N/mm2 ，ft=1.1N/mm2，fy=360N/mm2， 1 =1.0， b0.518，h0=455mm解：（ 1）计算配筋率ftm i n 0 . 4 5 0 . 4 5 1 . 1 / 3 6 0 0 . 0 0 1 4 f yAs12560.01m i nbh250 500m i n故不属于少筋破坏（2）计算受压区高度0. 00140.002xf y As3601256b h0 0.518 455 235.69mmfcb9.6188.4mm2

11、50（ 3）计算受弯承载力MufyA (hx )360 1256 (4550.5 188.4) 163.14KN m M 160KN ms 02故承载力满足要求，该截面安全。学习模块三：受弯构件斜截面承载力计算1.名词解释1、抵抗弯矩图： 按截面实有纵筋的面积计算截面实际能够抵抗弯矩的图形2、腹筋：箍筋和弯起钢筋统称腹筋。3、无腹筋梁： 仅有纵筋而未配置腹筋的梁称为无腹筋梁。4、配箍率：箍筋截面面积与相应混凝土面积的比值，即svAsv 。5、剪跨比bs：指剪弯区段某垂直截面弯矩相对于剪力和有效高度的比值，即M，对于集中荷载简支梁，可简化为Ma。Vh0Vh0h02.简答题1、钢筋混凝土斜截面受剪

12、有哪几种破坏形态？各有什么特征？答：斜拉破坏：若剪跨比过大 (3)，或配箍率sv 太小，斜裂缝一出现，与斜裂缝相交的箍筋应力就很快达到屈服，箍筋不再限制斜裂缝的开展， 构件斜向拉裂为两部分而破坏，具有很明显的脆性。剪压破坏：构件箍筋适量，且剪跨比适中（13），临近破坏时在剪弯段受拉区出现一条临界斜裂缝， 箍筋应力达到屈服强度， 最后剪压区的剪应力和压应力迅速增加而压碎，属于脆性破坏。斜压破坏：箍筋过多或梁 很小时，一般小于 1，梁的弯剪段腹部混凝土被一系列近乎平行的斜裂缝分割成许多倾斜的受压体， 在正应力和剪应力共同作用下混凝土被压碎导致，箍筋未屈服，属脆性破坏。2、影响无腹筋梁受剪承载力的因

13、素有哪些？答：剪跨比 、混凝土强度、纵筋配筋率、尺寸效应、截面形状等。3、影响有腹筋梁受剪承载力的因素有哪些？答：剪跨比 、混凝土强度、配箍率、箍筋强度、纵筋配筋率等。4、箍筋的作用有哪些？答：（ 1）斜裂缝出现后，斜裂缝间的拉应力由箍筋承担，增强了梁的剪力传递能力；（2）箍筋限制了斜裂缝的发展，增加了剪压区的面积；（3）减少斜裂缝宽度，提高裂缝间的骨料咬合力；（4）增强了纵筋的销栓作用；（5）提高了构件斜截面的受弯能力。5、纵筋弯起需满足什么条件？答：（1）正截面受弯承载力；（2）斜截面受弯承载力；（3）斜截面受剪承载力和构造要求。3.计算题（1）某 简 支 梁 bh=250mm 600mm

14、, 混 凝 土 强 度 等 级 为C30 （ ft =1.43N/mm 2fc =14.3N/mm 2），箍筋采用双肢10HPB300 级钢筋（Asv1=78.5mm2,f yv=270Mpa ） , 承受均布荷载， 剪力设计值为 382kN。as as40mm 。请按照仅配置箍筋对构件进行斜截面抗nAsv12 50.3f t， max。sv剪承载力设计。已知：0.240.447%sv, mim0.s127% 200mmbs250 90f yv解 :（1）计算截面有效高度 .h060040 =560mm（2）验算截面尺寸=560mm, hw / b2.244,c =1.00.25 c fc b

15、h0 =00.25 11.0.01414.3.3250250560460=500500N=500.5kNV382kN截面尺寸满足要求 .（3）验算是否需要计算配箍0 . 7f b h0 . 71 . 01 . 4 32 =050.7 41.60 01.43 250560t0=140140N=140.14kN1, 取 1.108M 21MCmnsM 21.108.075340=376400.43072 kNKN.mm（ 3）判别大小偏心受压N1400000b =0.5181 fcbh00.4371.0 14.3 400 560x h0 244.7mm2as,80mm（4）求 As 及 Ase0M

16、376.720.269m1400Nei e0ea289mmeh,549mmei2asNe1 f cbxh0xAs2因此Asf y (h0as )244.71400000549114.3400244.7560360 560402833mm2min bh 480mm2（5）选配钢筋2每边选 320（HRB400 级），A s=942mm学习模块六：钢筋混凝土构件的正常使用极限状态五、习题：1、 最小刚度原则： 为简化计算，计算构件挠度时区同号弯矩区段内弯矩最大截面的弯曲刚度作为该区段的弯曲刚度， 这种处理方法所得的弯曲刚度最小， 称为最小刚度原则。2、预应力混凝土： 正常受荷前预先对混凝土受拉区施

17、加压应力以改善其在使用荷载作用下混凝土抗拉性能的结构称为预应力混凝土结构。3、张拉控制应力： 是指张拉钢筋时，张拉设备的测力装置显示的总张拉力除以预应力钢筋横截面面积得出的应力值3、耐久性： 正常维护的条件下，在预定的设计年限内，在指定的工作环境中保证结构满足既定的功能要求。二、简答题1、混凝土结构常见的引起耐久性问题的原因有哪些?混凝土碳化；钢筋的锈蚀；混凝土的冻融破坏；混凝土碱集料反应；侵蚀性介质腐蚀2、简述减小钢筋混凝土梁裂缝宽度的主要措施。（共 4 分）（1）减小钢筋直径（ 2）提高混凝土强度（3）增减配筋率或配筋面积（4）采用变形钢筋（5）采用预应力3、影响混凝土耐久性主要因素?（1

18、）内部因素：混凝土强度，密实性和渗透性，保护层厚度，水泥品种、强度和用量，水胶比及外加剂，氯离子及碱含量；（2）外部因素：环境温度、湿度，二氧化碳含量以及侵蚀性介质。4、混凝土结构为什么要进行正常使用极限状态验算？包括哪些内容？为满足结构的正常使用功能和耐久性要求；包括：裂缝控制验算，变形验算，一级保证结构耐久性的设计和构造措施等。5、裂缝产生裂缝产生的原因？荷载效应、附加变形或约束、砼碳化、砼收缩和温度变形、钢筋锈胀等6、增大刚度或减小挠度的措施有哪些？增大构件截面；增加受压钢筋面积；采用预应力混凝土构件等7、预应力构件对预应力钢筋的要求是什么？（ 1）高强度；（ 2）与混凝土间有足够的粘结

19、性能； （ 3）良好的加工性能；（ 4）一定的塑性。8、何为张拉控制应力？张拉控制应力为什么不能过低也不能过高？张拉钢筋时，张拉设备的测力装置显示的总张拉力除以预应力钢筋横截面面积得出的应力值。不能过高原因：（ 1）个别预应力钢筋可能拉断；（ 2）施工过程中可能引起构件某些部位（预拉区）出现拉应力，甚至开裂，还可能造成后张法构件端部混凝土产生局部受压破坏；（3）构件开裂荷载可能接近构件破坏荷载，构件一旦开裂，很快就临近破坏，表现为没有明显预兆的脆性破坏特性。不能过低原因：取值太低，预压作用效果不好， 预应力筋不能充分发挥作用。考试模拟题第一部分客观题一、单项选择（每小题2 分，共 20 分）1

20、、下列哪种特性不是 钢筋混凝土的优点（C ）A 、耐久性好B、可模型好C、抗裂性好D、耐火性好2、立方体抗压强度测定采用的标准立方体试件边长为（B ）A 、 100mmB 、150mmC、 180mmD 、 200mm3、受弯构件极限承载力验算是以下列哪个状态为依据的（A 、 IaB 、 IIC、 IIID 、IIIaD ）4、影响无腹筋梁受剪破坏形态的主要因素是（A）A 、剪跨比B 、混凝土强度C、纵筋配筋率D、纵筋配筋强度5、部分超筋破坏的钢筋混凝土受扭构件的破坏属于（D）A 、延性破坏B 、受压脆性破坏C、受拉脆性破坏D、有一定的延性6、当 N2 N1 M 2 时，钢筋混凝土受压柱采用对

21、称配筋，下面哪组内力计算的配筋最大（ C）A、 N1，M1B、N1，M2C、N2，M2D、 N2，M17、提高钢筋混凝土受弯构件弯曲刚度的有效方法有（ A ）A 、增加截面高度B、增加构件的配筋C、提高混凝土强度D.增加箍筋数量8、有腹筋剪扭构件的剪扭承载力（A）A 、混凝土部分相关，钢筋部分不相关B、混凝土部分不相关，钢筋部分相关C、混凝土和钢筋部分都相关D、混凝土和钢筋部分都不相关9、受拉钢筋应变不均匀系数越大，表明（ B ）A 裂缝间受拉混凝土参加工作程度越大B 裂缝间受拉混凝土参加工作程度越小C 裂缝间钢筋平均应变越小D 与裂缝间受拉混凝土参加工作程度无关10、在长期荷载作用下，引起受

22、弯构件变形增大的主要原因是（A ）A 、混凝土徐变和收缩B、钢筋与混凝土之间的滑移C、裂缝宽度增大D、构件中未设受压钢筋二、是非题（每小题1 分，共 10 分）（说明：正确的选 “A”,错误选 “B”）11.建筑结构需满足安全性、适用性和耐久性等三方面的要求。（ A ）12.如果梁受拉区钢筋较多，钢筋需要布置为两排，则该梁截面称为双筋矩形截面。（ B）13.配置箍筋可以提高梁的抗剪承载力，防止斜压破坏（ B )14.矩形截面纯扭构件的第一条斜裂缝一般现在长边中点出现（A ）15.对偏心受压构件来说，轴压力一定时，弯矩越大越不利（A ）16.保护层厚度越大，构件裂缝宽度越大，因此设计中增加保护层

23、厚度对结构耐久性不利（ B ）17.无明显屈服点的钢筋取残余应变为0.2%时对应的应力0.2 作为强度设计指标。（ A）18.规范要求受扭构件的纵筋和箍筋配筋强度比0.61.7 是为了防止超筋破坏（ B）19.对混凝土施加预应力可提高构件的极限承载力（B ）20.采用预应力混凝土受弯构件是因为普通受弯构件的承载力不能满足要求（B）第二部分主观题一、名词解释：（每题 3 分，共 18 分）1、作用和作用效应： 作用是使结构产生内力或变形的各种原因，作用效应：结构上各种作用对结构产生的效应的总称。2、界限相对受压区高度：受拉钢筋屈服的同时受压区混凝土被压碎，即适筋梁和超筋梁的界限破坏状态时的相对受

24、压区高度。3、腹筋：箍筋和弯起钢筋统称腹筋。4、受扭构件计算的t：剪扭构件混凝土强度降低系数。5、稳定系数 ：表示因长细比较大而引起的长柱承载力降低程度的系数。6、张拉控制应力： 是指张拉钢筋时，张拉设备的测力装置显示的总张拉力除以预应力钢筋横截面面积得出的应力值二、简答题（每题5 分，共 30 分）1、钢筋和混凝土的粘结力主要由哪几部分组成？影响粘结强度的因素有哪些？答：化学胶着力、摩阻力、和机械咬合力三种。影响因素有：钢筋表面形状、混凝土强度、保护层厚度、钢筋浇筑位置、钢筋净间距、横向钢筋和横向压力等。2、钢筋混凝土正截面受弯构件有哪几种破坏形态？各有什么特征？答： 1）适筋梁：破坏特征为

25、受拉钢筋首先屈服，然后受压区混凝土被压碎。从钢筋屈服到受弯构件破坏，屈服弯矩My 到极限弯矩 Mu 变化不大，但构件曲率或挠度 f 变形很大，破坏前有明显预兆，表现为延性破坏。2）超筋梁：破坏特征表现为受压混凝土先压碎，受拉钢筋未屈服。超筋梁的破坏取决于受压区混凝土的抗压强度，受拉钢筋的强度未得到充分发挥，破坏为没有明显预兆的脆性破坏，实际工程中应避免采用。3）少筋梁：破坏特征是混凝土一开裂就破坏。梁的强度取决于混凝土的抗拉强度，混凝土的受压强度未得到充分发挥，极限弯矩很小， 属于受拉脆性破坏特征，且承载能力低，应用不经济，实际工程中应避免采用。3、影响有腹筋梁受剪承载力的因素有哪些？答：剪跨

26、比 、混凝土强度、配箍率、箍筋强度、纵筋配筋率等。4、纯扭构件有哪些破坏形态？破坏特征是什么？答：（1）少筋破坏：箍筋和纵筋数量过少时，钢筋不足以承担混凝土开裂后释放的拉应力，一旦开裂，受扭变形迅速增大至破坏，变现为明显的脆性；（2）超筋破坏：纵筋和箍筋都过多时， 受扭构件在破坏前出现较多细而密的螺旋形裂缝，在钢筋屈服前混凝土先压坏，变现为受压脆性破坏；（3）部分超筋破坏： 箍筋和纵筋配筋比例相差过大时， 会出现两者中配筋率较小的钢筋屈服， 而另一种钢筋未达到屈服的情况。 具有一定的延性， 但小于适筋构件；（4）适筋破坏：箍筋和纵筋配置都合适时， 与裂缝相交的纵筋和箍筋均能达到屈服，然后混凝土

27、压坏，属于延性破坏。5、非对称配筋偏心受压构件如何设计最经济，为什么?答：（ 1）大偏心受压构件：取xb h0 。原因：充分利用受压区混凝土承受压力，可使总用钢量（ AsAs ）最少。（ 3）小偏心受压构件：取Asmin bh 。原因：远离偏心压力一侧的纵向受力钢筋不论受拉还是受压，其应力均不能达到屈服强度，因此取其等于最小配筋梁一般最为经济。6、简述减小钢筋混凝土梁裂缝宽度的主要措施。答：（ 1）减小钢筋直径（ 2）提高混凝土强度（3）增减配筋率或配筋面积（ 4）采用变形钢筋（ 5）采用预应力三、计算题（第1 小题： 10 分；第 2 小题： 12 分，共 22 分）1、已知矩形截面简支梁，跨中弯矩设计值M=140KN.m 。该梁的截面尺寸bh=200mm 450mm,混凝土强度等级C30，钢筋 HRB400 级。试确定该梁跨中纵筋配筋面积 As。附 ： fc=14.3N/mm2 ， ft2 ， fy=360N/mm2 ，=1.0，0.518，=1.43N/mm1bh0=450-45=405mm解：（ 1）计算 x，并判断是否超筋x h0h2