混凝土结构设计原理课程期末复习题及参考答案

混凝土结构设计原理课程期末复习题及参考答案一、选择题1.混凝土若处于三向应力作用下，当（）A.横向受拉，纵向受压，可提高抗压强度B.横向受压，纵向受拉，可提高抗压强度C.三向受压会降低抗压强度D.三向受压能提高抗压强度答案：D解析：混凝土在三向受压状态下，由于侧向压力的约束作用，会限制混凝土内部微裂缝的开展，从而提高其抗压强度。而横向受拉、纵向受压或横向受压、纵向受拉的情况，并不能像三向受压那样显著提高抗压强度，且三向受压不是降低抗压强度。2.钢筋混凝土梁在正常使用荷载下（）A.通常是带裂缝工作的B.一旦出现裂缝，裂缝贯通全截面C.一旦出现裂缝，沿全长混凝土与钢筋间的粘结力消失殆尽D.不允许有裂缝答案：A解析：在正常使用荷载下，钢筋混凝土梁一般是带裂缝工作的。由于混凝土的抗拉强度较低，在较小的拉应力作用下就可能出现裂缝，但这些裂缝不会立即贯通全截面，且钢筋与混凝土之间的粘结力也不会完全消失。规范是允许梁在正常使用阶段存在一定宽度的裂缝的。3.受弯构件正截面承载力计算基本公式的建立是依据哪种破坏形态建立的（）A.少筋破坏B.适筋破坏C.超筋破坏D.界限破坏答案：B解析：受弯构件正截面承载力计算基本公式是依据适筋破坏形态建立的。适筋破坏具有明显的破坏预兆，属于延性破坏，其破坏过程和受力特点能够较为合理地进行力学分析和公式推导。少筋破坏是脆性破坏，超筋破坏也是脆性破坏，界限破坏是适筋和超筋的界限状态，都不适合作为基本公式建立的依据。4.对于无腹筋梁，当1＜λ＜3时，常发生什么破坏（）A.斜压破坏B.剪压破坏C.斜拉破坏D.弯曲破坏答案：B解析：当剪跨比1＜λ＜3时，无腹筋梁常发生剪压破坏。斜压破坏一般发生在剪跨比较小（λ＜1）的情况下；斜拉破坏发生在剪跨比较大（λ＞3）时；弯曲破坏是正截面破坏形式，与剪跨比无关。5.偏心受压构件界限破坏时（）A.远离轴向力一侧钢筋屈服比受压区混凝土压碎早发生B.远离轴向力一侧钢筋屈服与受压区混凝土压碎同时发生C.远离轴向力一侧钢筋屈服比受压区混凝土压碎晚发生D.无法确定答案：B解析：偏心受压构件界限破坏的特征是受拉钢筋的应力达到屈服强度的同时，受压区混凝土边缘纤维达到极限压应变而被压碎，即远离轴向力一侧钢筋屈服与受压区混凝土压碎同时发生。二、填空题1.混凝土的强度等级是根据（）标准值来确定的。答案：立方体抗压强度解析：我国规范规定，混凝土的强度等级是按立方体抗压强度标准值来划分的，例如C20表示混凝土立方体抗压强度标准值为20N/mm²。2.钢筋与混凝土之间的粘结力由（）、（）和（）三部分组成。答案：化学胶着力、摩擦力、机械咬合力解析：化学胶着力是由于水泥浆体与钢筋表面的化学作用产生的；摩擦力是由于混凝土收缩将钢筋紧紧握裹而产生的；机械咬合力是钢筋表面的凹凸不平与混凝土之间的相互咬合作用。3.适筋梁从加荷开始到破坏，经历了（）、（）和（）三个阶段。答案：弹性工作阶段、带裂缝工作阶段、破坏阶段解析：弹性工作阶段，梁的应力与应变呈线性关系；带裂缝工作阶段，梁出现裂缝，裂缝不断开展和延伸；破坏阶段，受拉钢筋屈服，受压区混凝土被压碎，梁失去承载能力。4.受弯构件斜截面受剪承载力计算公式的适用条件中，上限值是为了防止（）破坏，下限值是为了防止（）破坏。答案：斜压、斜拉解析：上限值限制了构件的截面尺寸和混凝土强度等级，防止斜压破坏的发生，因为斜压破坏时构件的破坏荷载较高，但属于脆性破坏；下限值规定了最小配箍率等要求，防止斜拉破坏，斜拉破坏是突然发生的脆性破坏。5.大偏心受压构件的破坏特征是（），小偏心受压构件的破坏特征是（）。答案：受拉钢筋先屈服，然后受压区混凝土被压碎；受压区混凝土先被压碎，远离轴向力一侧钢筋可能受拉也可能受压但都不屈服解析：大偏心受压构件中，轴向力的偏心距较大，受拉钢筋应力先达到屈服强度，随后受压区混凝土被压碎；小偏心受压构件中，轴向力的偏心距较小，受压区混凝土先被压碎，远离轴向力一侧钢筋的应力状态取决于偏心距大小等因素，但一般不会屈服。三、简答题1.简述混凝土徐变的概念及其影响因素。答：混凝土在长期不变荷载作用下，其应变随时间而持续增长的现象称为徐变。影响因素主要有以下几个方面：（1）应力水平：应力越大，徐变越大。当应力较小时，徐变与应力近似成正比；当应力较大时，徐变增长速度加快，且徐变与应力不再呈线性关系。（2）加荷龄期：加荷时混凝土的龄期越短，徐变越大。因为早期混凝土的强度较低，内部结构尚未完全形成，在荷载作用下更容易产生变形。（3）养护条件：养护条件好，如湿度大、养护时间长，可使水泥水化充分，徐变减小。因为良好的养护有助于混凝土内部结构的形成和发展，提高混凝土的密实性和强度。（4）混凝土组成：水泥用量越多、水灰比越大，徐变越大。水泥用量多会使混凝土中的胶体物质增多，水灰比大则会使混凝土内部孔隙率增大，这些都会导致徐变增大。粗骨料的弹性模量越大、含量越多，徐变越小。因为粗骨料可以限制水泥石的变形。（5）环境湿度：环境湿度越小，徐变越大。干燥的环境会使混凝土中的水分蒸发加快，导致混凝土收缩和徐变增大。2.适筋梁、少筋梁和超筋梁的破坏特征有何不同？答：（1）适筋梁：适筋梁的破坏始于受拉钢筋的屈服。在荷载作用下，梁的受拉区混凝土先出现裂缝，随着荷载增加，裂缝不断开展和延伸。当荷载达到一定程度时，受拉钢筋应力达到屈服强度，钢筋开始塑性变形，裂缝迅速开展和加宽，梁的挠度也显著增大。此时，受压区混凝土的压应力不断增大，最终受压区混凝土被压碎，梁破坏。适筋梁的破坏有明显的预兆，属于延性破坏。（2）少筋梁：少筋梁的破坏是突然的。由于配筋率过低，受拉区混凝土一旦出现裂缝，裂缝截面的拉应力全部由钢筋承担，而钢筋的面积过小，立即达到屈服强度，甚至被拉断。裂缝迅速向上延伸，梁斜向裂开，破坏突然发生，没有明显的预兆，属于脆性破坏。（3）超筋梁：超筋梁的破坏是受压区混凝土先被压碎。由于配筋率过高，在荷载作用下，受拉钢筋应力尚未达到屈服强度，受压区混凝土的压应变就先达到极限压应变，混凝土被压碎，梁破坏。超筋梁破坏时，受拉钢筋未屈服，裂缝宽度较小，挠度也较小，破坏前没有明显的预兆，属于脆性破坏。3.简述受弯构件斜截面受剪破坏的三种主要形态及其特点。答：受弯构件斜截面受剪破坏的三种主要形态为斜拉破坏、剪压破坏和斜压破坏。（1）斜拉破坏：当剪跨比较大（λ＞3）且配箍率很小时，易发生斜拉破坏。其特点是斜裂缝一旦出现，就迅速向受压区延伸，将梁沿斜向拉裂成两部分而破坏。破坏过程急速而突然，破坏荷载很低，破坏前没有明显的预兆，属于脆性破坏。（2）剪压破坏：当剪跨比适中（1＜λ＜3）且配箍率合适时，发生剪压破坏。其特点是在荷载作用下，先在梁的剪弯段出现一些垂直裂缝和斜裂缝，随着荷载增加，其中一条斜裂缝发展成为临界斜裂缝。临界斜裂缝出现后，荷载仍可继续增加，直到剪压区混凝土在剪应力和压应力的共同作用下达到极限强度而破坏。破坏时，与临界斜裂缝相交的箍筋达到屈服强度。剪压破坏有一定的预兆，破坏荷载比斜拉破坏高，属于延性稍好的破坏形态。（3）斜压破坏：当剪跨比较小（λ＜1）或腹筋配置过多时，发生斜压破坏。其特点是在荷载作用下，梁腹部出现一系列大致平行的斜裂缝，将梁腹部分成若干个斜向短柱。随着荷载增加，这些斜向短柱在压应力作用下被压碎，破坏时箍筋一般未屈服。斜压破坏没有明显的预兆，破坏荷载较高，但属于脆性破坏。4.如何判别大、小偏心受压构件？答：判别大、小偏心受压构件的方法有以下两种：（1）根据相对受压区高度ξ判别：当ξ≤ξb时，为大偏心受压构件；当ξ＞ξb时，为小偏心受压构件。其中，ξ为相对受压区高度，ξ=x/h0（x为受压区高度，h0为截面有效高度），ξb为界限相对受压区高度，它与钢筋的强度等级和混凝土的强度等级有关。（2）根据偏心距和配筋情况判别：当偏心距e0较大，且受拉钢筋配筋率不低时，一般为大偏心受压构件。大偏心受压构件的破坏特征是受拉钢筋先屈服，然后受压区混凝土被压碎。当偏心距e0较小，或偏心距e0较大但受拉钢筋配筋率过高时，一般为小偏心受压构件。小偏心受压构件的破坏特征是受压区混凝土先被压碎，远离轴向力一侧钢筋可能受拉也可能受压但都不屈服。四、计算题1.已知一钢筋混凝土矩形截面简支梁，截面尺寸b×h=200mm×500mm，混凝土强度等级为C20（fc=9.6N/mm²，ft=1.1N/mm²），钢筋采用HRB335级（fy=300N/mm²），梁承受的均布荷载设计值q=25kN/m（包括梁自重），梁的计算跨度l0=6m。试计算该梁所需的纵向受拉钢筋面积As。解：（1）计算梁的跨中最大弯矩设计值简支梁在均布荷载作用下，跨中最大弯矩设计值为：M（2）确定截面有效高度h0取保护层厚度c=30mm，设纵向受拉钢筋为一排布置，则h0=h35=50035=465mm（3）计算系数αs根据单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算公式M==（4）计算相对受压区高度ξ由=ξ(10.5ξ取较小值ξ=（5）计算纵向受拉钢筋面积As根据公式AA根据最小配筋率要求，=0.2A=可选用3Φ20（As2.一钢筋混凝土矩形截面柱，截面尺寸b×h=300mm×400mm，承受轴向压力设计值N=2000kN，弯矩设计值M=100kN·m，混凝土强度等级为C30（fc=14.3N/mm²），钢筋采用HRB400级（fy=fy'