混凝土结构设计试题及答案

混凝土结构设计试题及答案一、单项选择题（共10小题，每小题2分，共20分。每小题只有一个正确答案）1.结构可靠指标β与失效概率Pf的关系为（）A.β越大，Pf越大B.β越大，Pf越小C.β与Pf无关D.β与Pf呈线性关系2.钢筋混凝土适筋梁正截面受弯破坏的特征是（）A.受压区混凝土先压碎，受拉钢筋不屈服B.受拉钢筋先屈服，随后受压区混凝土压碎C.受拉区混凝土一开裂，钢筋即屈服D.受压区混凝土先压碎，受拉钢筋同时屈服3.某承受均布荷载的矩形截面简支梁，截面尺寸b×h=200mm×500mm，h0=465mm，混凝土强度等级C30，箍筋采用HPB300级（fyv=270N/mm²），承受斜截面剪力设计值V=150kN，若仅配置双肢箍，下列箍筋配置中满足计算要求且最经济的是（）（已知C30混凝土ft=1.43N/mm²，斜截面受剪承载力公式为V≤0.7ftbh0+1.25fyv·(Asv/s)·h0，最小配箍率ρsv,min=0.24ft/fyv）A.φ6@200B.φ8@250C.φ8@300D.φ10@3004.钢筋混凝土偏心受压构件大、小偏心受压的根本判别条件是（）A.偏心距ei>0.3h0B.相对受压区高度ξ≤ξbC.轴向力设计值N<NbD.受拉钢筋配筋率ρ≤ρmax5.钢筋混凝土轴心受拉构件的正截面承载力主要由（）决定A.混凝土的抗拉强度B.纵向受拉钢筋的抗拉强度C.箍筋的抗拉强度D.混凝土的抗压强度6.钢筋混凝土构件裂缝宽度验算时，荷载效应应采用（）A.基本组合B.标准组合C.偶然组合D.地震组合7.钢筋混凝土受弯构件挠度验算采用的“最小刚度原则”是指（）A.全梁各截面均取支座截面的最小刚度B.全梁各截面均取跨中截面的最大刚度C.同号弯矩区段内，取弯矩最大截面的最小刚度D.同号弯矩区段内，取弯矩最小截面的最小刚度8.一类环境中，设计使用年限为50年的钢筋混凝土梁，混凝土强度等级C30，其最外层钢筋的最小保护层厚度为（）A.15mmB.20mmC.25mmD.30mm9.下列关于钢筋混凝土塑性铰的说法，错误的是（）A.塑性铰能承受一定的弯矩B.塑性铰的转动能力是有限的C.塑性铰是单向铰，只能沿弯矩作用方向转动D.塑性铰可以承受剪力和轴力，但不能承受弯矩10.下列关于连续梁塑性内力重分布调幅的说法，正确的是（）A.调幅后支座负弯矩增大，跨中正弯矩减小B.调幅系数越大，结构的安全储备越高C.均布荷载作用下的连续梁，调幅后跨中正弯矩不应小于按简支梁计算的跨中弯矩的50%D.调幅法仅适用于直接承受动力荷载的连续梁二、多项选择题（共5小题，每小题3分，共15分。每小题有2~4个正确答案，多选、少选、错选均不得分）1.钢筋混凝土受弯构件正截面配筋率ρ的计算与下列哪些参数有关（）A.纵向受拉钢筋面积AsB.截面宽度bC.截面有效高度h0D.混凝土抗压强度fcE.钢筋抗拉强度fy2.影响钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力的主要因素有（）A.剪跨比λB.混凝土强度等级C.配箍率与箍筋强度D.纵向受拉钢筋配筋率E.构件计算跨度3.钢筋混凝土大偏心受压构件的破坏特征有（）A.受拉钢筋先屈服B.受压区混凝土最终被压碎C.破坏前有明显的变形和裂缝开展预兆D.受拉钢筋始终不屈服E.属于延性破坏4.预应力混凝土结构相比普通钢筋混凝土结构的优点有（）A.提高构件的抗裂性能B.提高构件的刚度，减小挠度C.提高构件的正截面受弯承载力D.减轻构件自重，节省材料E.适用于大跨度、重荷载结构5.下列属于正常使用极限状态验算内容的有（）A.受弯构件正截面受弯承载力验算B.受弯构件挠度验算C.轴心受拉构件裂缝宽度验算D.预应力构件抗裂验算E.柱轴心受压稳定性验算三、判断题（共10小题，每小题1分，共10分。正确的打“√”，错误的打“×”）1.混凝土结构的可靠度是指结构在规定的时间内、规定的条件下，完成预定功能的概率。（）2.适筋梁正截面受弯承载力的大小与混凝土的抗拉强度直接相关。（）3.矩形截面梁斜截面受剪承载力计算时，剪跨比λ<1.5时取λ=1.5，λ>3时取λ=3。（）4.大偏心受压构件的正截面受弯承载力随轴向压力的增大而减小。（）5.钢筋混凝土轴心受拉构件的裂缝宽度验算时，荷载效应应采用准永久组合。（）6.受弯构件的长期挠度大于短期挠度，主要原因是混凝土的徐变和收缩。（）7.先张法预应力混凝土构件的预应力损失包括混凝土收缩徐变损失。（）8.混凝土保护层厚度是指纵向受力钢筋重心到混凝土外表面的距离。（）9.钢筋混凝土塑性铰的转动能力随纵向受拉钢筋配筋率的增大而减小。（）10.连续梁支座负弯矩调幅后，跨中正弯矩应按平衡条件相应增大。（）四、简答题（共4小题，每小题8分，共32分）1.简述钢筋混凝土适筋梁正截面受弯破坏的三个工作阶段及其主要特征，并说明各阶段对应的设计验算依据。2.简述影响钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力的主要因素及其影响规律。3.简述钢筋混凝土大偏心受压构件与小偏心受压构件的破坏特征、根本判别条件及设计计算的核心差异。4.简述先张法与后张法预应力混凝土构件在施工工艺、预应力传递方式及适用范围上的区别。五、计算题（共2小题，第1题11分，第2题12分，共23分。要求写出主要计算步骤，结果保留两位小数）1.已知某矩形截面简支梁，截面尺寸b=250mm，h=600mm，环境类别为一类，混凝土强度等级C30，纵向受力钢筋采用HRB400级，梁跨中截面承受的最大弯矩设计值M=220kN·m。试计算该梁所需纵向受拉钢筋的面积，并选配钢筋。已知条件：C30混凝土fc=14.3N/mm²，ft=1.43N/mm²，α1=1.0；HRB400级钢筋fy=360N/mm²，ξb=0.518；一类环境最外层钢筋最小保护层厚度c=20mm，箍筋直径取8mm，纵向钢筋单排布置时as取40mm，双排布置时as取65mm；受拉钢筋最小配筋率取max(0.2%,45ft/fy%)。2.已知某矩形截面钢筋混凝土柱，截面尺寸b=300mm，h=500mm，计算长度l0=4.5m，环境类别为一类，混凝土强度等级C35，纵向钢筋采用HRB400级，承受轴向压力设计值N=350kN，弯矩设计值M=180kN·m，采用对称配筋。试计算该柱所需的纵向钢筋面积As=As'，并选配钢筋。已知条件：C35混凝土fc=16.7N/mm²，ft=1.57N/mm²，α1=1.0；HRB400级钢筋fy=fy'=360N/mm²，ξb=0.518；一类环境最外层钢筋最小保护层厚度c=20mm，箍筋直径取8mm，as=as'=40mm，h0=460mm；附加偏心距ea取max(20mm,h/30)；偏心距增大系数η=1.05；受压构件全部纵向钢筋最小配筋率为0.55%，单侧纵向钢筋最小配筋率为0.2%。====================参考答案====================一、单项选择题1.B2.B3.B4.B5.B6.B7.C8.B9.D10.C二、多项选择题1.ABC2.ABCD3.ABCE4.ABDE5.BCD三、判断题1.√2.×3.√4.×5.×6.√7.√8.×9.√10.√四、简答题1.适筋梁正截面受弯破坏的三个工作阶段及特征如下：（1）第一阶段：弹性工作阶段。荷载较小时，受拉区和受压区混凝土均处于弹性工作状态，截面应变符合平截面假定，弯矩与挠度呈线性关系；受拉区混凝土最大拉应力未超过其抗拉强度，截面无裂缝。第一阶段末（Ⅰa阶段），受拉区混凝土边缘应变达到极限拉应变，处于即将开裂的临界状态，该阶段是构件抗裂验算的依据。（3分）（2）第二阶段：带裂缝工作阶段。荷载超过开裂弯矩后，受拉区混凝土开裂，拉力主要由纵向受拉钢筋承担，裂缝随荷载增大不断开展、延伸，中和轴逐渐上移；钢筋应力随荷载增大逐渐升高，挠度增长速度加快，呈现弹塑性特征。该阶段对应结构正常使用阶段，是裂缝宽度与挠度验算的依据。（3分）（3）第三阶段：破坏阶段。受拉钢筋屈服后，进入塑性流动阶段，应变迅速增大，裂缝进一步扩展，中和轴快速上移，受压区高度减小，受压区混凝土压应力逐渐增大；当受压区混凝土边缘压应变达到极限压应变时，受压区混凝土压碎，构件达到受弯承载力极限状态。第三阶段末（Ⅲa阶段）是正截面受弯承载力计算的依据。（2分）2.影响钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力的主要因素及规律如下：（1）剪跨比λ：剪跨比反映了截面上正应力与剪应力的相对关系。对于无腹筋梁，当1≤λ≤3时，受剪承载力随剪跨比增大而显著降低；当λ<1时，发生斜压破坏，承载力随λ减小而升高；当λ>3时，发生斜拉破坏，承载力趋于稳定，剪跨比影响减弱。对于有腹筋梁，剪跨比的影响随配箍率增大而削弱。（2分）（2）混凝土强度等级：混凝土强度越高，骨料咬合力和混凝土抗剪能力越强，斜截面受剪承载力越高，二者基本呈线性正相关关系。（1.5分）（3）配箍率与箍筋强度：在配箍率适中的范围内，配箍率越大、箍筋强度越高，斜截面受剪承载力越高，基本呈线性关系；当配箍率过大时，会发生斜压破坏，箍筋无法充分屈服，继续提高配箍率对承载力提升作用有限。（1.5分）（4）纵向受拉钢筋配筋率：纵向钢筋的销栓作用可传递部分剪力，配筋率越高，销栓作用越强，受剪承载力越高，在一定范围内呈正相关。（1.5分）（5）其他因素：截面尺寸存在尺寸效应，无腹筋梁截面高度越大，相对受剪承载力越低；T形、I形截面的受压翼缘可提高受剪承载力；反复荷载、间接加载会降低受剪承载力。（1.5分）3.（1）破坏特征：大偏心受压（受拉破坏）：轴向力偏心距较大，受拉区钢筋先屈服，随后受压区混凝土压碎，受压钢筋一般能屈服；破坏前有明显的裂缝开展和挠度变形，属于延性破坏。小偏心受压（受压破坏）：轴向力偏心距较小（或偏心距大但受拉钢筋配筋过多），破坏始于受压区混凝土压碎，受压钢筋屈服，受拉区钢筋可能受压或受拉但不屈服；破坏前无明显预兆，属于脆性破坏。（3分）（2）根本判别条件：相对受压区高度ξ≤ξb时为大偏心受压，ξ>ξb时为小偏心受压。（2分）（3）设计计算的核心差异：①钢筋应力假定不同：大偏心受压受拉钢筋屈服，应力取fy；小偏心受压受拉钢筋不屈服，应力σs需通过平截面假定的应变协调关系确定，取值范围为-fy'≤σs≤fy。②平衡方程数量不同：大偏心受压仅需轴力、弯矩两个平衡方程即可求解；小偏心受压需补充应变协调方程，方程数量多于未知量，需迭代或采用近似公式计算。③验算要求不同：大偏心受压需验算x≥2a'（保证受压钢筋屈服）；小偏心受压除满足ξ>ξb外，还需验算偏心距极小情况下的反向破坏。（3分）4.先张法与后张法的区别如下：（1）施工工艺不同：先张法：先在专用台座或钢模上张拉预应力钢筋并临时锚固，随后浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度的75%以上后，放松预应力钢筋，完成预应力施加。工艺简单、工业化程度高，但需大型张拉台座。后张法：先浇筑混凝土构件并预留预应力筋孔道，待混凝土达到设计强度的75%以上后，将预应力筋穿入孔道，以构件本身为台座进行张拉，张拉完成后用锚具锚固预应力筋，最后进行孔道灌浆。工艺复杂、锚具耗材多，但无需大型台座。（3分）（2）预应力传递方式不同：先张法：依靠预应力钢筋与混凝土之间的粘结力传递预压应力，均为有粘结预应力。后张法：依靠构件两端的工作锚具传递预压应力，孔道灌浆后形成有粘结预应力，不灌浆则为无粘结预应力。（2.5分）（3）适用范围不同：先张法：施工成本较低，质量易控制，适用于批量生产的中小型预制构件，如预应力空心板、预制桩、檩条等。后张法：施工灵活，可现场制作，适用于大型、大跨度构件或现浇结构，如预应力屋架、吊车梁、桥梁箱梁、转换层大梁等。（2.5分）五、计算题1.解：（1）确定基本参数假设纵向受拉钢筋单排布置，as=40mm，h0=h-as=600-40=560mm。（1分）（2）计算受压区相对高度系数αs正截面受弯承载力公式为：M≤α1fcbx(h0-x/2)令αs=M/(α1fcbh0²)，代入数值：M=220×10^6N·mm，α1=1.0，fc=14.3N/mm²，b=250mm，h0=560mmαs=220×10^6/(1.0×14.3×250×560²)=220000000/1121120000≈0.196（2分）（3）计算相对受压区高度ξ与内力臂系数γsξ=1-√(1-2αs)=1-√(1-2×0.196)=1-√0.608≈1-0.780=0.220<ξb=0.518，满足适筋梁要求，不会发生超筋破坏。（2分）γs=0.5×(1+√(1-2αs))=0.5×(1+0.780)=0.890（1分）（4）计算受拉钢筋面积AsAs=M/(fyγsh0)=220×10^6/(360×0.890×560)≈220000000/179424≈1226.14mm²（2分）（5）验算最小配筋率受拉钢筋最小配筋率ρmin=max(0.2%,45ft/fy%)45ft/fy=45×1.43/360≈0.179%<0.2%，故ρmin=0.2%最小配筋面积As,min=ρmin×b×h=0.2%×250×600=300mm²<1226.14mm²，满足最小配筋要求。（1分）（6）选配钢筋选用3Φ25，实际钢筋面积As=3×490.9=1472.7mm²，满足计算要求。验算钢筋净间距：梁宽250mm，扣除保护层2×20mm、箍筋2×8mm、钢筋总宽度3×25mm，剩余净间距总和为250-40-16-75=119mm，单根净间距=119/2=59.5mm>25mm（钢筋直径），满足构造要求，单排布置成立，as符合假定。（2分）2.解：（1）计算偏心距初始偏心距计算：e0=M/N=180×10^6/350×10^3≈514.29mm（1分）附加偏心距ea=max(20mm,h/30)=max(20,500/30≈16.67)=20mm（1分）ei=e0+ea=514.29+20=534.29mm考虑偏心距增大系数后，ηei=1.05×534.29≈561.00mm（1分）（2）初步判别偏心类型ei=534.29mm>0.3h0=0.3×460=138mm，先按大偏心受压计算。（1分）（3）计算受压区高度x对称配筋时，轴力平衡方程为：N=α1fcbxx