年混凝土结构原理概述

1、合肥工业大学结构工程 09级硕士研究生混凝土结构理论试题（含参考答案）一.混凝土在荷载重复加卸作用下的应力应变曲线有哪些特征？（8分）二混凝土收缩对结构产生哪些不利影响？工程中经常采取哪些措施减小收缩量？（8分）三说明混凝土在多轴应力作用下强度和变形的一般规律。（10分）四试分析混凝土产生徐变的机理，如何反映徐变值的大小？（10分）五作图说明箍筋约束混凝土受压时的应力应变关系与非约束混凝土有什么区别？ （8分）六比较光圆钢筋和螺纹钢筋的粘结锚固性能与拔出破坏形态的异同。（8分）七什么是长柱的P-S效应？与重力二阶效应 （P效应）有何区别？我国规范中分别采用何种方法考虑这两种效应？ （10分）八

2、试比较无腹筋混凝土梁弯剪破坏的三种典型形态，说明其主要特征和控制因素。（8分）九.剪扭构件剪力和扭矩有什么相关性？我国混凝土规范配筋计算时是如何考虑这种相关 性的？ （8分）十.混凝土构件受拉裂缝的机理分析有哪三种方法？比较其主要概念和处理方法的异同。（10 分） 勰 霸混;疑土梁截面尺寸ZjX Jj=2OO X 400nnu,配宣畫担钢花辿20 ,试计其：C1） 梁开裂时的弯矩和曲率；（钢筋擬凝土梁幵裂专矩：山匚=；.用矶）<2）钢前屈服时的弯矩和曲率；<3） 极限状态时的弯矩和曲率* （12分）1答：荷载重复加卸作用下，包络线都与单调加载的曲线十分接近，包络线峰点给出的棱柱体抗

3、压强度和峰值应变也与单调加载的相应值（fC, £ p）无明显差别。所有试件都是在超过峰值应力后、总应变达（1.53.0）X 10-3时出现第一条裂缝，裂缝细而短，平行于 压应力方向。继续加卸载，会相继出现多条纵向断裂缝，多次重复裂缝无明显发展。应变达到一定值之后时，相邻裂缝会连接成贯通斜裂缝，最终破坏时裂缝较宽， 还有少量残余承载力。卸载时应变越大，裂缝开展越充分，恢复变形滞后现象越严重，残余应变则随卸载应变增大而增大。再加载时，若再加载起点的应变很小，其上端应变二，则曲线上无拐点，斜率单调减小，至切点处斜率仍大于零；若再加载起点的应变较大，其上端应变，则其上升段在应力较低处有一拐点

4、，后又出现一个极大值（峰点）和一小节下降段，而且起点应变越大，曲线变化幅度越大。开始加戟阶段.试件的樋向应变很Is当应力接近呢凝上的棱咗休强度Q时.懂向应变才明显地加快堆知找时.纵向肉变龍恢复部分*而播向应变几乎没育恢 复保持常仮：再加载时细向应变即时堀兀.而柿向用变仍保持常伯待只有均曲线須剤 其同点（CM.#同点轨迹线）后数向应变加邃增长时，横向应变才开始咲再加载曲线过了共同点以后斜率显著减小，也即试件的纵向应变超过原卸载应变而迅速增长，横向应变也突然增大。达列处定点所缶的荷栽循坏诙数耽决于卸護时附宜变 经统if,在应力一应变曲线 匕升段以内一股约需4次；齐卜降殴内则需6 9浓才能达卿隐崖臥

5、2. 答：混凝土的收缩变形加大了预应力损失，降低了构件的抗裂性，增大了构件的变形，并使构件的截面应力和超静定结构的内力发生不同程度的重分布等。控制混凝土中的水泥用量和水灰比；尽量选择骨料含量大、弹性模量值高、粒径大的混凝土；及时完善的养护、高温湿养护、蒸汽养护等工艺来加速水泥的水化作用；加入微膨胀剂等抑制混凝土收缩的添加剂。3. 双轴受压时(C/C, b 1=0),混凝土的二轴抗压强度(f3)均超过其单轴抗压强度 (fc), 随应力比例的变化规律为：<5/A = 0-0, 2_6険应力叱的増大而握高较快*($0.2-0. 7齐变化平缓，最大抗压强度为(L 25 - I. 60)7；,发生

6、在($ =0.3-0, 6 之间 /- “ 7 1. 0力苗应力比的能大而降低(，二轴等压1)强度为A = (L 15 - L35) ft(4 da)混凝土二軸受压的应力-应变曲线为抛物线形有峰点和下降段，与单轴受压的应 力-应变全曲线相似二试件破坏时，最大主压应力方向的强度鸟和峰值应变E詁都大于 单雜受压的相应值。两个受力方向的蜂值应变£九最大应变值发生在£ :由单轴受压时的拉伸逐渐辕为压缩变形，至二铀等压时达最大压应变£讦E讼二轴受压的体积应变2 =在应力较低时，泯凝土泊松比V s<0. 5,休积应变为压缩口当应力达到二轴强度的8肌90说氐 试件内部裂缝

7、发展，基体积应变转为廉胀，一轴受拉，另一轴受压时(T/C, b 2=0),混凝土二轴拉/压状态的抗压强度并随另一方向拉应力的增大I师降低。同样的抗 拉强度卡随压应力的加大而减小(图43Q).在枉意应力比例()悄呪 兀混凝土的 二轴拉/压强度均低于苴单轴强度.即T/C(4-2)(混凝土处于二轴拉/压状态时，抗压强度随另一个方向的拉应力的增大而降低， 抗担强度也随压应力的加大而减小B其应力-应变曲线近似于单轴受拉曲线，麥数试件 是拉断破坏，雙性变形小U破坏时的峰值应变均随拉应力fl或应力比(丨话/CD 的增大而迅速见效。休积应变E ”在开始加载时为压缩，因应力增大而出现裂缝，临近 极限强度时转为膨

8、胀，4. 答：一般认为，混凝土在应力施加后的起始变形，主要是骨料和水泥砂浆的弹性变形，和微裂缝少量发展所构成。徐变则主要是水泥凝胶体的塑性流(滑) 动，以及骨料界面和砂浆 内部微裂缝发展的结果。内部水分的蒸发也产生附加的干缩徐变。与此类似，混凝土卸载后的即时的和滞后的恢复变形，有着相应而相反的作用。反映徐变值大小结构混凝土在应力试宀作用下、至龄期F时的总应变为jS由起始应变<Jb) 和徐变皿筍)等两部分组成：A *) = t it, <j)(2-21)苴中=(2-22)()单位就力(I N/mmJ)作用下的徐«ffi称为徐变度St单位徐变；(7 & 殆)二;厂cj

9、( 4>)混凝土的徐变利起始应变的比值称为彳余变系数:區(人昂)H (Ta )E(ii)徐变值大小通过徐变系数来量度口5.6.答：光圆钢筋开始受力后，加载段的粘着力很快被破坏，钢筋只有靠近加载端的一部 分受力粘结应力分布也限于这一区段.从粘结应力的峰点至加载端之间的钢筋段都发 生咱对滑移.其余部分仍为无滑移的诰结区，随荷载壇大，受力段和滑移段部在扩屋， 直到/r4S=0. 8t自由端才开始滑移最终破坏时'钢筋从混凝土中被徐徐拔出，表面 上带有少量磨碎的混凝土粉磴*变形钢筋受拉时，肋的凸缘挤压周圉泯凝土，大大地提高了机械咬台力.和光圆钢 筋相比，自由端滑移时的应力(壬)值叢近，直/

10、匚值大丈减小3),刚逬 的受力段和滑移段的长度也较早地遍及钢筋的全埋长变形钢囲的应力沿理长的变化曲 率也比较小，粘结应力分布比较均匀.最终破坏时，试件被劈裘成2块或3块混凝土 劈裂面上留有钢筋的肋印，而钢筋的表宜在肋前区附看混就土的破碎粉末答：（1）长柱在计阜弯矩时考虑由于构件的侧向挠度引起的二阶弯拒的影响，（2）受压构件的挠曲效应（P-6效应）计算属于构件层面的问题，一般在构件 设计时考虑，而 重力二阶效应尸一4效应）主要是指竖向荷載在产生了侧移的结构 构件端部控制截面引起的附加内力，计算属结构整体层面的问题，一般在结构整体分析 中考虑（3） P-6效应中，Xi 34-12 （.1/）可不考

11、虑附加弯矩影响蔑绝对值 大于lh当构件按阜曲率弯曲时，區IZ为正，否则为负h通过求附抽能心距来若虑 附加弯矩.尸一£效应可采用有限元分析法和简化方法增大系数法）8.答；三种形态的特征：（1）斜压砸坏一剪聘比很小的梁，主压应力方向大致平行于荷 载和反力的连线。破坏前梁腹部出现一系列大体上平行的腹翦斜裂缝，将梁腹分割成 若干倾斜的受压杆件，最后由干混倉土斜向压酹而破坏。极限剪力嵩而变形狼小，破 坏突然。<2）剪压礦坏一中等更跨比的栾 根卩艮再力降低破坏时变形稍大。梁的跨中纯弯段 有受拉裂缝，剪跨段內弯剪裂缝，随荷载増大向斜上方延伸，向上延伸时倾斜角逐渐 减小腹剪裂缝出现在梁截面中间

12、位置，同时向两个方向延條乜破坏形态的受力作用 如一组复合的变截面拉杆拱。<3）料拉破坏一剪跨比大的梁，斜裂缝一出现便很快发展，形成临界斜裂缝，并迅速 问抑载点延伸使混康土截面裂通梁被斜向拉断咸两部分而顒坏。极限剪力低，虽然 因为弯曲段长而有较大的跨中挠度，但硕坏完全由混礙土的抗拉强度控制，破坏过程 急促无預警。控制因素：剪跨比/.= 沁 混擬土强度，纵筋配筋率，裁面高度，荷载作用位墨， 截面形状、轴力作用等9.答：（1）剪力和扭矩的共同作用总是使一个侧面及其附近的剪应力和主拉应力增大，幵裂扭矩降低>幵裂后，构件两个相对侧面的斜裂缝幵展程度不同，极限扭矩降低。 根據扭剪比的变化，出现

13、三种不同的破坏形态。无腹筋梁在剪力和扭拒的共同作用下 的包络线接近圆曲线。（3）规范中无腹筋梁翦扭相关关系符合四分之一圆的规律,对有腹筋曹扭构件 假设混凄土部分对码扭承载力的贡献与无腹筋剪扭构件一样，也可叹认为符合四分之 13规律，计算时采用剪扭构件混凝土受扭承载力隆低系数P ：来校正。10.答：（1）粘结-'滑移理论：由于某处钢筋和混凑土的粘结破坏，产生相对滑移而引起 裂缝，即以粘结滑移作为控制裂缝的机理。粘结-滑移理论认为裂缝间距和宽度主 要取决于a7p与钢筋和混凝土粘结强度。处理方法：粘结滑移法假设构件开裂后横贯截面豹裂缝宽度相同，即在钢筋 附近和构件表面的裂缝宽度相等。因此，裂

14、缝宽度为裂缝间距范围内钢筋和混確土 受拉伸长之差。且混擬土的平均应变远小于钢筋拉应变，可忽略不计。3m = 6 氏3皿=中石4（2）无滑移法认为配筋率和钢筋直径对裂缝间距和宽度影响很小；假设裂缝截面在 钢筋和混瀧土界面处相对'滑移很小，可予忽略，即此处裂缝宽度为零；构件表 面裂缝的宽度随该点至钢筋的距离（或保护层厚度成正比。处理方法：采用无滑移理论建议的一种计算式：平均裂缝间距：L=2t表面裂缝平均宽度：叫二J2 2怜裂缝最大宽度：=（3）综合分析：粘结-滑移法和无'滑移法对于裂缝主要影响因素的分析和取舍各有 侧重，但形式和计算结果差别很犬，都不能完全館释所有的试验现象和数抿。 将两种方法合理地综合起来。处理方法：既考虑构件表面至钢筋的距离（c或t）对裂缝宽度的重大作用， 又修正钢筋界面上相对滑移和裂缝宽度为零的假设，计入粘结-滑移的影响给d= 3 + k2-出的裂缝平均间距的一般计算式为:P11. JZ的计算：取极限状态时截面力臂为y L则极限弯矩为:Hmf* bhzy hz极限曲率