【正文】 在反復荷載作用下，鋼筋的力學性能與單向受拉或受壓時的力學性能不同。 1887 年德國人包興格對鋼材進行拉壓試驗時發(fā)現的，所以將這種當受拉（或受壓）超過彈性極限而產生塑性變形后，其反向受壓（或受拉）的彈性極限將顯著降低的軟化現象，稱為包興格效應。 6． 在鋼筋混凝土結構中，宜采用哪些鋼筋？ 答：鋼筋混凝土結構及預應力混凝土結構的鋼筋，應按下列規(guī)定采用：（ 1）普通鋼筋宜采用 HRB400級和 HRB335級鋼筋 ,也可采用 HPB235級和 RRB400 級鋼筋；（ 2）預應力鋼筋宜采用預 應力鋼絞線、鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。 7． 試述鋼筋混凝土結構對鋼筋的性能有哪些要求。 混凝土結構設計原理課后習題答案 15 答：（ 1）對鋼筋強度方面的要求 普通鋼筋是鋼筋混凝土結構中和預應力混凝土結構中的非預應力鋼筋，主要是 HPB23 HRB33HRB400、 RRB400等熱軋鋼筋。 （ 2）強屈比的要求 所以設計中應選擇適當的屈強比，對于抗震結構，鋼筋應力在地震作用下可考慮進入強化段，為了保證結構在強震下“裂而不倒”，對鋼筋的極限抗拉強度與屈服強度的比值有一定的要求，一般不應小于 。 （ 3）延性 在工程設計中，要求鋼筋混凝土結構 承載能力極限狀態(tài)為具有明顯預兆，避免脆性破壞，抗震結構則要求具有足夠的延性，鋼筋的應力應變曲線上屈服點至極限應變點之間的應變值反映了鋼筋延性的大小 。 （ 4）粘結性 粘結性是指鋼筋與混凝土的粘結性能。粘結力是鋼筋與混凝土得以共同工作的基礎，其中鋼筋凹凸不平的表面與混凝土間的機械咬合力是粘結力的主要部分，所以變形鋼筋與混凝土的粘結性能最好，設計中宜優(yōu)先選用變形鋼筋。 混凝土結構設計原理課后習題答案 16 （ 5）耐久性 混凝土結構耐久性是指，在外部環(huán)境下材料性、構件、結構隨時間的退化，主要包括鋼筋銹蝕、凍融循環(huán)、堿 — 骨料反應、化學作用等的機理及物理、 化學和生化過程?；炷两Y構耐久性的降低可引起承載力的降低，影響結構安全。 （ 6）適宜施工性 在施工時鋼筋要彎轉成型，因而應具有一定的冷彎性能。鋼筋彎鉤、彎折加工時應避免裂縫和折斷。熱軋鋼筋的冷彎性能很好，而性脆的冷加工鋼筋較差。預應力鋼絲、鋼絞線不能彎折，只能以直條形式應用。 同時，要求鋼筋具備良好的焊接性能，在焊接后不應產生裂紋及過大的變形，以保證焊接接頭性能良好。 （ 7）經濟性 衡量鋼筋經濟性的指標是強度價格比，即每元錢可購得的單位鋼筋的強度，強度價格比高的鋼筋比較經濟。不僅可以減少配筋率，方便 了施工，還減少了加工、運輸、施工等一系列附加費用。 8． 簡述混凝土的組成結構。并敘述混凝土的結構組成對混凝土破壞強度的影響。 答：混凝土材料結構分為三種基本類型：①微觀結構，即水泥石結構，水泥石結構由水泥凝膠、混凝土結構設計原理課后習題答案 17 晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成，其物理力學性能取決于水泥的礦物成份、粉磨細度、水灰比和硬化條件；②亞微觀結構，即混凝土的水泥砂漿結構，水泥砂漿結構可看作以水泥石為基相、砂子為分散相的二組混凝土體系，砂子和水泥石的結合面是薄弱面。對于水泥砂漿結構，除上述決定水泥石結構的因素外，砂漿配合比、砂 的顆粒級配與礦物組成、砂粒形狀、顆粒表面特性及砂中的雜質含量是重要控制因素；③宏觀結構，即砂漿和粗骨料兩組分體系。 混凝土的宏觀結構中，水泥作為基相，粗骨料隨機分布在連續(xù)的水泥砂漿中。粗骨料的強度遠比混凝土高，硬化水泥砂漿的強度也比混凝土高，由砂漿和粗骨料組成的混凝土復合材料的抗壓強度低于砂漿和粗骨料單一材料的抗壓強度?；炷羶壬皾{與骨料界面的粘結強度只有砂漿抗拉強度的35％－ 65％，這說明砂漿與骨料界面是混凝土內的最薄弱環(huán)節(jié)?；炷疗茐暮?，其中的粗骨料一般無破損的跡象，裂縫和破碎都發(fā)生在粗骨料表面和水泥砂 漿內部，所以混凝土的強度和變形性能在很大程度上取決于水泥砂漿的質量和密實性。 9． 簡述混凝土立方體抗壓強度。 答：混凝土標準立方體的抗壓強度，我國《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（ GB/T500812020）規(guī)定：邊長為 150mm的標準立方體試件在標準條件（溫度 20177。 3℃，相對溫度≥ 90%）下養(yǎng)護 28 天后，以標準試驗方法 (中心加載，加載速度為 ～ )，試件上、下表面不涂潤滑劑，連續(xù)加載混凝土結構設計原理課后習題答案 18 直至試件破壞，測得混凝土抗壓強度為混凝土標準立方體的抗壓強度 fck，單位 N/mm2。 AFfck? fck—— 混凝土立方體試件抗壓強度； F—— 試件破壞荷載； A—— 試件承壓面積。 10． 簡述混凝土軸心抗壓強度。 答：我國《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（ GB/T500812020）采用 150mm179。 150mm179。 300mm棱柱體作為混凝土軸心抗壓強度試驗的標準試件，混凝土試件軸心抗壓強度 AFfcp? fcp—— 混凝土軸心抗壓強度； F—— 試件破壞荷載； A— — 試件承壓面積。 11． 混凝土的強度等級是如何確定的。 答：混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定，混凝土立方體抗壓強度標準值 fcu， k，混凝土結構設計原理課后習題答案 19 我國《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定，立方體抗壓強度標準值系指按上述標準方法測得的具有 95%保證率的立方體抗壓強度，根據立方體抗壓強度標準值劃分為 C1 C C2 C C3 C C4C50、 C5 C60、 C6 C70、 C7 C80 十四個等級。 12． 簡述混凝土三軸受壓強度的概念。 答：三軸受壓試驗是側向等壓σ 2=σ 3=σ r的三軸 受壓，即所謂常規(guī)三軸。試驗時先通過液體靜壓力對混凝土圓柱體施加徑向等壓應力，然后對試件施加縱向壓應力直到破壞。在這種受力狀態(tài)下，試件由于側壓限制，其內部裂縫的產生和發(fā)展受到阻礙，因此當側向壓力增大時，破壞時的軸向抗壓強度相應地增大。根據試驗結果分析，三軸受力時混凝土縱向抗壓強度為 fcc′ = fc′ +βσ r (218) 式中： fcc′ —— 混凝土三軸受壓時沿圓柱體縱軸的軸心抗壓強度； fc′ —— 混凝土的單軸圓柱體軸心抗壓強度； β —— 系數，一般普通混凝土取 4； σ r —— 側向壓應力。 13． 簡述混凝土在單軸短期加載下的應力應變關系。 答：一般用標準棱柱體或圓柱體試件測定混凝土受壓時的應力應變曲線。軸心受壓混凝土典型的混凝土結構設計原理課后習題答案 20 應力應變曲線如圖 23，各個特征階段的特點如下。 圖 23 混凝土軸心受壓時的應力應變曲線 1）應力σ≤ fc sh 當荷載較小時，即σ≤ fc sh，曲線近似是直線（圖 23 中 OA 段）， A 點相當于混凝土的彈性極限。此階段中混凝土的變形主要取決于骨 料和水泥石的彈性變形。 2）應力 fc sh σ≤ fc sh 隨著荷載的增加，當應力約為 (～ ) fc sh，曲線明顯偏離直線，應變增長比應力快，混凝混凝土結構設計原理課后習題答案 21 土表現出越來越明顯的彈塑性。 3）應力 fc sh σ≤ fc sh 隨著荷載進一步增加，當應力約為 (～ ) fc sh，曲線進一步彎曲，應變增長速度進一步加快，表明混凝土的應力增量不大，而塑性變形卻相當大。此階段中混凝土內部微裂縫雖有所發(fā)展，但處于穩(wěn)定狀態(tài)，故 b點稱為臨界應力點，相應的應力相當于混凝土的條件屈 服強度。曲線上的峰值應力 C 點，極限強度 fc sh，相應的峰值應變?yōu)棣?0。 4）超過峰值應力后 超過 C點以后，曲線進入下降段，試件的承載力隨應變增長逐漸減小，這種現象為應變軟化。 14． 什么是混凝土的彈性模量、割線模量和切線模量？ 答：取混凝土應力應變曲線在原點 O 切線的斜率，作為混凝土的初始彈性模量，簡稱彈性模量Ec，即 : Ec = tgα 0 Ec—— 初始彈性模量； a0—— 原點切線的斜率 夾角。 當應力較大時，混凝土已進入彈塑性階段，彈性模量已不能正確反映此時的應力應變關系。比較混凝土結構設計原理課后習題答案 22 精確的方法采用切線模量 Ec′，即在應力應變曲線任一點處作一切線。此切線的斜率即為該點的切線模量，其表達式為 Ec′ = tgα = dσ / dε 切線模量是原點與某點連線即割線的斜率作為混凝土的割線模量，稱為變形模量 Ec″，它的表達式為 Ec″ = tgα 1 = σ c / ε c 15． 什么叫混凝土徐變？混凝土徐變對結構有什么影響？ 答：在不變的應力長期持續(xù)作用下，混凝土的變形隨時間而緩慢增長的現象稱 為混凝土的徐變。 徐變對鋼筋混凝土結構的影響既有有利方面又有不利方面。有利影響，在某種情況下，徐變有利于防止結構物裂縫形成；有利于結構或構件的內力重分布，減少應力集中現象及減少溫度應力等。不利影響，由于混凝土的徐變使構件變形增大；在預應力混凝土構件中，徐變會導致預應力損失；徐變使受彎和偏心受壓構件的受壓區(qū)變形加大，故而使受彎構件撓度增加，使偏壓構件的附加偏心距增大而導致構件承載力的降低。 16． 鋼筋與混凝土之間的粘結力是如何組成的？ 答：試驗表明，鋼筋和混凝土之間的粘結力或者抗滑移力，由四部分組成： 混凝土結構設計原理課后習題答案 23 （ 1）化學膠結力：混凝土中的水泥凝膠體在鋼筋表面產生的化學粘著力或吸附力，來源于澆注時水泥漿體向鋼筋表面氧化層的滲透和養(yǎng)護過程中水泥晶體的生長和硬化，取決于水泥的性質和鋼筋表面的粗糙程度。當鋼筋受力后變形，發(fā)生局部滑移后，粘著力就喪失了。 （ 2）摩擦力：混凝土收縮后，將鋼筋緊緊地握裹住而產生的力，當鋼筋和混凝土產生相對滑移時，在鋼筋和混凝土界面上將產生摩擦力。它取決于混凝土發(fā)生收縮、荷載和反力等對鋼筋的徑向壓應力、鋼筋和混凝土之間的粗糙程度等。鋼筋和混凝土之間的擠壓力越大、接觸面越粗糙，則摩擦力越大。 （ 3）機 械咬合力：鋼筋表面凹凸不平與混凝土產生的機械咬合作用而產生的力，即混凝土對鋼筋表面斜向壓力的縱向分力，取決于混凝土的抗剪強度。變形鋼筋的橫肋會產生這種咬合力，它的咬合作用往往很大，是變形鋼筋粘結力的主要來源，是錨固作用的主要成份。 （ 4）鋼筋端部的錨固力：一般是用在鋼筋端部彎鉤、彎折，在錨固區(qū)焊接鋼筋、短角鋼等機械作用來維持錨固力。 各種粘結力中，化學膠結力較小；光面鋼筋以摩擦力為主；變形鋼筋以機械咬合力為主。 17． 最小錨固長度是如何確定的？ 答：達到錨固極限狀態(tài)時所需要的鋼筋最小錨固長度，稱為臨界錨固 長度 lcra。錨固抗力等于混凝土結構設計原理課后習題答案 24 鋼筋屈服強度 Fy 時，相應的錨固長度就是臨界錨固長度 lcra，這是保證受力鋼筋真到屈服也不會發(fā)生錨固破壞的最小長度。鋼筋屈服后強化，隨錨固長度的延長，錨固抗力還能增長，到錨固抗力等于鋼筋拉斷強度 Fu 時，相應的錨固長度就是極限錨固長度 l ua。設計錨固長度 la 應當在臨界錨固長度和極限錨固長度之間，前者是為了保證鋼筋承載受力的基本性能，后者是因為過長的錨固實際已經不起作用。 18． 簡述綁扎搭接連接的機理。 答：綁扎搭接鋼筋之間能夠傳力是由于鋼筋與混凝土之間的粘結錨固作用。兩根相背受力的 鋼筋分別錨固在搭接連接區(qū)段的混凝土中，都將應力傳遞給混凝土，從而實現了鋼筋之間的應力過渡。因此，綁扎搭接傳力的基礎是錨固。但是搭接鋼筋之間的縫間混凝土會因剪切而迅速破碎，握裹力受到削弱。因此，搭接鋼筋的錨固強度減小，與錨固長度相比，搭接長度應予加長。此外，由于錐楔作用造成的徑向力引起了兩根鋼筋之間的分離趨勢。因此，搭接鋼筋之間容易發(fā)生縱向劈裂裂縫，必須有較強的圍箍約束以維持錨固。 混凝土結構設計原理課后習題答案 25 第二章 鋼筋和混凝土的力學性能 選 擇 題 1．混凝土若處于三向應力作用下，當（ ）。 橫向受拉，縱向受壓 ，可提高抗壓強度； 橫向受壓，縱向受拉，可提高抗壓強度； 三向受壓會降低抗壓強度； 三向受壓能提高抗壓強度； 2．混凝土的彈性模量是指（ ）。 原點彈性模量； 切線模量； 割線模量； 變形模量； 3．混凝土強度等級由 150mm立方體抗壓試驗，按（ ）確定。 混凝土結構設計原理課后習題答案 26 平均值 fcu? ； ?? ?fcu ； ?? 2?fcu ； ?? ?fcu ； 4．規(guī)范規(guī)定的受拉鋼筋錨固長度 al 為（ ）。 A．隨混凝土強度等級的提高而增大； B．隨鋼筋等級提高而降低； C．隨混凝土等級提高而減少，隨鋼筋等級提高而增大； D．隨混凝土及鋼筋等級提高而減小； 5．屬于有明顯屈服點的鋼筋有（ ）。 A．冷拉鋼筋 ；