《混凝土结构原理与设计》平时作业

《混凝土结构原理与设计》平时作业

1.请简述钢筋混凝土结构和钢结构相比有哪些优缺点？

答：钢筋混凝土结构是指用配有钢筋增强的混凝土制成的结构。承重的主要构件是

用钢筋混凝土建造的。包括薄壳结构、大模板现浇结构及使用滑模、升板等建造的钢

筋混凝土结构的建筑物。用钢筋和混凝土制成的一种结构。钢筋承受拉力，混凝土承受

压力。具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。

钢筋混凝土结构的优点很多，除了能合理地利用钢筋和混凝土两种材料的特性外还

有如下优点：

（1）可模性好：新拌和的混凝土是可塑的，可根据需要设计制成各种形状和尺寸

的结构或构件。

（2）整体性好：现浇钢筋混凝土结构的整体性较好，设计合理时具有良好的抗震、

抗爆和抗振动的性能。

（3）耐久性好：钢筋混凝土结构具有很好的耐久性。正常使用条件下不需要经常

性的保养和维修。

（4）耐火性好：钢筋混凝土结构与钢结构相比具有较好的耐火性。

（5）易于就地取材：钢筋混凝土结构所用比重较大的砂、石材料易于就地取材，

且可有效利用矿渣、粉煤灰等工业废渣有利于保护环境。

钢筋混凝土结构具有下述主要缺点：

（1）自重大。钢筋混凝土的重力密度约为25kN//3,比砌体和木材的重度都大。尽

管比钢材的重度小，但结构的截面尺寸较大，因而其自重远远超过相同跨度或高度的钢

结构的重量。

（2）抗裂性差。如前所述，混凝土的抗拉强度非常低，因此，普通钢筋混凝土结

构经常带裂缝工作。尽管裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是它影响结构的

耐久性和美观。当裂^数量较多和开展较宽时,还将给人造成•种不安全感。

（3）性质脆。混凝土的脆性随混凝土强度等级的提高而加大。综上所述不难看出，钢

筋混凝土结构的优点多于其缺点。

2.介绍结构设计中的基于概率的极限状态设计方法的基本原理。

答：其基本原理：概率极限状态设计法是“以概率理论为基础的极限状态设计法”

的简称。承载能力的极限状态，即结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的

变形状态。所谓“极限状态”，就是当结构的整体或某一部分，超过了设计规定的要求

时，这个状态就叫做极限状态。极限状态又分为：承载能力极限状态与正常使用极限状

志。这里讲“概率计算”，就是以结构的失效概率来确定结构的可靠度。过去容许应力

法采用了一个安全系数K（简称单一系数法），就是只用一个安全系数来确定结构的可靠

程度。采用了多个分项系数（简称多系数法），把结构计算划分得更细更合理，分别不

同情况，给出了不同的分项系数。这些分项系数是由统计概率方法进行确定的，所以具

有实际意义。来自于工程实践，诸多的分项系数从不同方面对结构计算进行修订后，使

其材料得以充分发挥和结构更加安全可靠。这些系数都是结构在规定的时间内，在规定

建筑工程技术与设计的条件下，完成预定功能的概率（也即可靠度）。所以这个计算方

法的全称应该为“以概率理论为基础的极限状态设计法”。

3.介绍钢筋混凝土结构的耐久性概念及其影响因素有哪些？

答.概念：

混凝土耐久性是指混凝土在设计寿命周期内，在正常维护下，必须保持适合于使用，

而不需要进行维修加固，即指混凝土在抵抗周围环境中各种物理和化学作用下，仍能保

持原有性能的能力。

其影响因素有：

混凝土工程的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能

力，这一正常功能不仅仅包括结构的安全性，而且更多地体现在适用性上。混凝土耐久

性主要包括以下几方面：一是抗渗性。即指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透

的性能。抗渗性对混凝土的耐久性起着重要的作用，因为抗渗性控制着水分渗入的速率，

这些水可能含有侵蚀性的化合物，同时控制混凝土受热或受冷时水的移动。二是抗冻性。

混凝土的抗冻性是指混凝土在饱水状态下，经受多次抵抗冻融循环作用，能保持强度和

外观性的能力。在寒冷地区，尤其是在接触水乂受冻的环境下的混凝土，要求具有较高

的抗冻性能。三是抗侵蚀性。混凝土暴露在有化学物质的环境和介质中，有可能遭受化

学侵蚀而破坏。一般的化学侵蚀有水泥浆体组分的浸出、硫酸盐侵蚀、氯化物侵蚀、碳

化等。四是碱集料反应。某些含有活性组分的骨料与水泥水化析出的KOH和NaOH相互

作用，对混凝土产生破坏性膨胀，是影响混凝土耐久性最主要的因素之一。

影响混凝土结构加固耐久性的因素搜索十分复杂，主要取决于以下四方面因素：①

混凝土材料的自身特性。

②混凝土结构的设计与施工质量。

③混凝土结构所处的环境。

④混凝十.结构的使用条件与防护措施。

混凝土材料的自身特性和混凝土结构的设计与施工质量是决定混凝土结构耐久性

的内因。混凝土是由水泥、水、粗细集料和某些外加剂，经搅拌、浅注、振捣和养护硬

化等过程而形成的人工复合材料混凝土的材料组成，如水灰比（水胶比）、水泥品种和

用量集料的种类与级配等都直接影响混凝土结构的耐久性。混凝土的缺陷（例如裂缝、

气泡、孔穴巧都会造成水分和侵蚀性物质渗入混凝土内部，与混凝上发生物理化学作用，

影响混凝土结构的耐久性。混凝土结构所处的环境条件和防护措施是影响混凝土结构

耐久性外因。外界环境因素对混凝土结构的破坏是环境因素对混凝土结构牧化学作用的

结果。环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏主要有：①混凝土碳化。②氯离子侵蚀。

③碱一集料反应。④冻融循环破坏。⑤钢筋腐浊。

4.什么是正常使用极限状态，在结构设计中有哪些地方和承载能力极限状态不一样。

答：承载能力极限状态是指结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载

的变形的极限状态。对应于结构或结构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形，

他包括结构件或连接因强度超过而破坏，结构或其一部分作为刚体而失去平衡（倾覆或

滑移），在反复荷载下构件或连接发生疲劳破坏等。

正常使用极限状态是结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态

称为正常使用极限状态。

一、当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：

（1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆,滑移等）；

（2）结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形

而不适于继续承载；

（3）结构转变为机动体系；

（4）结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）；

（5）地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）。

二、当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：

(1)影响正常使用或外观的变形；

(2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝)；

(3)影响正常使用的振动；

(4)影响正常使用的其它特定状态。

5.请简述钢筋混凝土受弯构件适筋梁破坏的全过程。

答：(1)第I阶段：混凝土开裂前的未裂阶段a.当受拉边缘的拉应变达到混凝

土极限拉应变时，截面即将开裂的临界状态(la状态)，此时的弯矩值称为开裂弯矩

Mcrb.从开始加荷到受拉区混凝土开裂，梁的整个截面均参加受力。虽然受拉区混凝土

在开裂以前有一定的塑性变形，但整个截面的受力基木接近线弹性，荷载-挠度曲线

或弯矩-曲率曲线基本接近直线。截面抗弯刚度较大，挠度和截面曲率很小，钢筋的

应力也很小，且都与弯矩近似成正比。

(2)第【【阶段：混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段

a.在开裂瞬间，开裂截面受拉区混凝土退出工作，其开裂前承担的拉力将转移给钢

筋承担，导致钢筋应力有一突然增加(应力重分布)，这使中和轴比开裂前有较大上移。

b.随着荷载增加，受拉区不断出现一些裂缝，拉区混凝土逐步退出工作，截面抗弯刚度

降低，荷载-挠度曲线或弯矩-曲率曲线有明显的转折。

c.虽然受拉区有许多裂缝，但如果纵向应变的量测标距有足够的长度(跨过几条裂

缝)，则平均应变沿截面高度的分布近似直线。(平截面假定)

d.荷载继续增加，钢筋拉应力、挠度变形不断增大，裂缝宽度也不断开展，但中和

轴位置没有显著变化。

e.由于受压区混凝土压应力不断增大，其弹塑性特性表现得越来越显著，受压区

应力图形逐渐呈曲线分布。

(3)第III阶段：银筋开始屈服至截面破坏的破坏阶段

a.对于配筋合适的梁，钢筋应力达到屈服时，受压区混凝土一般尚未压坏。

b.在该阶段，钢筋应力保持为屈服强度fy不变，即钢筋的总拉力T保持定值，

但钢筋应变£s则急剧增大，裂缝显著开展。

c.中和轴迅速上移，受压区高度xn有较大减少。

d.由于受压区混凝土的总压力C与钢筋的总拉力T应保持平衡，即T二C,受

压区高度xn的减少将使得混凝土压应力和压应变迅速增大，混凝土受压的塑性特征表

现的更为充分。e.受压区高度xn的减少使得钢筋拉力T与混凝土压力C之间的力

臂有所增大，截面弯矩也略有增加。

「.由于混凝土受压具有很长的下降段，因此梁的变形可持续较长，但有一个最大弯矩

Muog.超过Mu后，承载力将有所降低，直至压区混凝土压酥。Mu称为极限弯矩，

此时的受压边缘混凝土的压应变称为极限压应变£cu,对应截面受力状态为“川a

状态”。h.ecu约在0.003-0.005范围，超过该应变值，压区混凝土即开始压

坏，表明梁达到极限承载力。

6.为什么混凝土材料的抗拉强度要远小于抗压强度？

答：抗压是刚性的指标。抗拉是指柔性的指标，混凝土的特性就是刚性大于柔性，所以

混凝土抗拉强度远远低于抗压强度

7.请介绍混凝土的标准立方体抗压强度的试件制作和试验方法。

答：混凝土立方体抗压强度标准值系指按照标准方法制作养护的边长为150nlm的立

方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。混凝土立方

体抗压强度标准值用feu,k表示。1、当一组试件中强度的最大值和最小值与中间值之

差均未超过中间值的15%时，取3个试件强度的算数平均值做为每组试件的强度代表值。

2、当一组试件中强度的最大值或最小值与中间值之差高于中间值的15与时，取中间值作

为该组试件的强度代表值。3、当一组试件中强度的最大值和最小值与中间值之差均超

过中间值的15%时，该组试件的强度不应作为评定的依据。

8.轴心受压柱和偏心受压柱的区别有哪些？为什么承载能力计算公式有明显差别。

答：轴心受压构件是当轴向力作用线与构件截面重心轴重合时；构件承受的压力作

用点与构件的轴心偏离，使构件产生既受压又受弯时即为偏心受压构件（亦称压弯构件）。

常见于屋架的上弦杆、框架结构柱，砖墙及砖垛等。

构件的受力状态

。max一边沿最大压应力；。min一边沿最小压应力。

由上式可见，在受同样的压力F时，当作用点与截面轴心偏离时，截面内的压应力

增加甚多，而且当偏心距较大时截面内除压应力外将产生一部分拉应力。

9.钢筋混凝土梁和柱中的箍筋作用是什么？

答：用来满足斜截面抗剪强度，并联结受拉主钢筋和受压区混凝土使其共同工作，此外，

用来固定主钢筋的位置而使梁内各种钢筋构成钢筋骨架的钢筋。是梁和柱抵抗剪力配置

的环形（当然有圆形的和矩形的）钢筋，是口字形的，将上部和下部的钢