【正文】 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課后習(xí)題答案 1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課后習(xí)題答案 第一章 緒 論 問答題參考答案 1． 什么是混凝土結(jié)構(gòu)？ 答：混凝土結(jié)構(gòu)是以混凝土材料為主，并根據(jù)需要配置和添加鋼筋、鋼骨、鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筋和各種纖維，形成的結(jié)構(gòu)，有素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)及纖維混凝土結(jié)構(gòu)。混凝土結(jié)構(gòu)充分利用了混凝土抗壓強(qiáng)度高和鋼筋抗拉強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。 2． 以 簡支梁為例，說明素混凝土與鋼筋混凝土受力性能的差異。 答：素混凝土簡支梁，跨中有集中荷載作用。梁跨中截面受拉，拉應(yīng)力在荷載較小的情況下就達(dá)到混凝土的 抗拉強(qiáng)度，梁被拉斷而破壞，是無明顯預(yù)兆的脆性破壞。 鋼筋混凝土梁，受拉區(qū)配置受拉鋼筋梁的受拉區(qū)還會開裂，但開裂后，出現(xiàn)裂縫，拉力由鋼筋承擔(dān)，直至鋼筋屈服以后，受壓區(qū)混凝土受壓破壞而達(dá)到極限荷載，構(gòu)件破壞。 素混凝土簡支梁的受力特點(diǎn)是承受荷載較小，并且是脆性破壞。鋼筋混凝土簡支梁的極限荷載明顯提高，變形能力明顯改善，并且是延性破壞。 3． 鋼筋與混凝土共同工作的基礎(chǔ)條件是什么？ 答：混凝土和鋼筋協(xié)同工作的條件是： （ 1）鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生良好的粘結(jié)力，使兩者結(jié)合為整體； （ 2）鋼筋與混凝土兩者之間線膨脹系 數(shù)幾乎相同，兩者之間不會發(fā)生相對的溫度變形使粘結(jié)力遭到破壞； （ 3）設(shè)置一定厚度混凝土保護(hù)層； （ 4）鋼筋在混凝土中有可靠的錨固。 4． 混凝土結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？ 答：優(yōu)點(diǎn)：（ 1）可模性好；（ 2）強(qiáng)價(jià)比合理；（ 3）耐火性能好；（ 4）耐久性能好；（ 5）適應(yīng)災(zāi)害環(huán)境能力強(qiáng)，整體澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體性好，對抵抗地震、風(fēng)載和爆炸沖擊作用有良好性能；（ 6）可以就地取材。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：如自重大，不利于建造大跨結(jié)構(gòu)；抗裂性差，過早開裂雖不影響承載力，但對要求防滲漏的結(jié)構(gòu)，如容器、管道等，使用受到一定限制；現(xiàn) 場澆筑施工工序多，需養(yǎng)護(hù)，工期長，并受施工環(huán)境和氣候條件限制等。 5． 房屋混凝土結(jié)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件的受力特點(diǎn)是什么？ 答：在房屋建筑中，永久荷載和樓面活荷載直接作用在樓板上，樓板荷載傳遞到梁，梁將荷載傳遞到柱或墻，并最終傳遞到基礎(chǔ)上，各個(gè)構(gòu)件受力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課后習(xí)題答案 2 特點(diǎn)如下： 樓板：是將活荷載和恒荷載通過梁或直接傳遞到豎向支承結(jié)構(gòu)（柱、墻）的主要水平構(gòu)件，樓 板的主要內(nèi)力是彎矩和剪力，是受彎構(gòu)件 。 梁：是將樓板上或屋面上的荷載傳遞到立柱 或墻 上，前者為樓蓋梁，后者為屋面梁， 梁承受板傳來的荷載，主要內(nèi)力有彎矩和剪力，有時(shí)也可能是扭矩， 屬于受彎構(gòu)件 。 柱： 柱承受梁、板體系傳來的荷載，主要內(nèi)力有軸向壓力、彎矩和剪力，可能是軸心受壓構(gòu)件 ，當(dāng)荷載有偏心作用時(shí)，柱受壓的同時(shí)還會受彎，是壓彎構(gòu)件。 墻：承重的混凝土墻常用作基礎(chǔ)墻、樓梯間墻，或在高層建筑中用于承受水平風(fēng)載和地震作用的剪力墻，它受壓的同時(shí)也會受彎，是壓彎構(gòu)件。 基礎(chǔ)：是將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到地基（土層）的承重混凝土構(gòu)件，基礎(chǔ)主要內(nèi)力是壓力和 彎矩，是受壓構(gòu)件或 壓彎構(gòu)件。 6． 簡述混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的主要階段。 答： 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法大體可分為四個(gè)階段： （ 1）在 20 世紀(jì)初以前，鋼筋混凝土 本身計(jì)算理論尚未形成，設(shè)計(jì)沿用材料力學(xué)的容許應(yīng)力方法 。 （ 2） 1938年左右已開始采用按破損階段計(jì)算構(gòu)件破壞承載力， 50 年代，出現(xiàn)了按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，奠定了現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論。 （ 3）二戰(zhàn)以后，設(shè)計(jì)計(jì)算理論已過渡到以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 。 （ 4） 20 世紀(jì) 90 年代以后， 開始采用或積極發(fā)展性能化設(shè)計(jì)方法和理論。 7． 簡述性能設(shè)計(jì)的主要步驟。 答： 性能化方法是確定工程結(jié)構(gòu)要達(dá)到的總體目標(biāo)或設(shè)計(jì)性能，設(shè)計(jì)師根據(jù)性能目標(biāo)的不同，設(shè)計(jì)不同的設(shè)計(jì)方案，并評估設(shè)計(jì)方案是否達(dá)到性能目標(biāo)的要求。 8． 簡述 學(xué)習(xí) 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程的應(yīng)當(dāng)注意的問題。 答： （ 1）鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種材料組成的復(fù)合材料，是非均勻、非連續(xù)、非彈性的材料。力學(xué)關(guān)系是在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過幾何、物理和平衡關(guān)系建立的。 （ 2）鋼筋混凝土構(gòu)件中的兩種材料在強(qiáng)度和數(shù)量上存在一個(gè)合理的配比范圍。如果鋼筋和混凝土在面積上的比例及材料強(qiáng)度的搭配超過了這個(gè)范圍，就會引起構(gòu)件受力性能的改變，從而引起構(gòu)件截面設(shè)計(jì)方法的改變，這是學(xué)習(xí)時(shí)必須注意的一個(gè)方面。 （ 3） 由于混凝土材料的復(fù)雜性、離散性，混凝土材料的理論體系是建立在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上 的。許多假定依賴與試驗(yàn)結(jié)果，許多公式來源于試驗(yàn)驗(yàn)證，許多因素?zé)o法控制，仍需通過構(gòu)造措施加以解決，許多理論尚需不斷發(fā)展與完善，具有不同功能的混凝土材料性能尚需不斷挖掘。 （ 4）本課程主要講解鋼筋混凝土基本構(gòu)件，應(yīng)當(dāng)了解每一種構(gòu)件在結(jié)構(gòu)體系的作用、受力情況。例如梁、柱是受彎構(gòu)件，主要受彎、受剪；柱、墻、受壓弦桿是受壓構(gòu)件，主要受壓、彎，受壓、剪，雙向受壓彎；雨蓬梁、柱是受扭構(gòu)件，主要受扭，受彎、剪、扭，受壓、彎、剪、扭；受拉弦桿是受拉構(gòu)件，主要受拉、彎。 （ 5）本課程所要解決的不僅是構(gòu)件的承載力和變形計(jì)算等問題 ，還包括構(gòu)件的截面形式、材料選用及配筋構(gòu)造等。結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性的問題，需要考慮各方面的因素。因此，學(xué)習(xí)本課程時(shí)要注意學(xué)會對多種因素進(jìn)行綜合分析，培養(yǎng)綜合分析判斷能力。 （ 6）混凝土設(shè)計(jì)與施工工作必須按照規(guī)范進(jìn)行，各種規(guī)范是長期理論研究成果和工程實(shí)踐的總結(jié)。不但要熟練掌握基本要求、使用范圍，還要深入混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課后習(xí)題答案 3 了解每一條文的理論依據(jù)，做到深入理論，靈活運(yùn)用。同時(shí)，隨著科學(xué)的發(fā)展和實(shí)踐的要求，許多新成果會不斷的涌現(xiàn)，規(guī)范會及時(shí)修訂，一般我國混凝土規(guī)范 10 年左右修訂一次，但隨著社會的發(fā)展，規(guī)范的修訂速度會加快，因此， 具體工作時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)掌握最新的規(guī)范。 （ 7）混凝土設(shè)計(jì)與施工是一種社會實(shí)踐行為，不能離開社會的制約因素進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)貫徹執(zhí)行國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，做到技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量。 （ 8）混凝土設(shè)計(jì)與施工是一種法律責(zé)任行為，工程技術(shù)人員一定要遵守國家相關(guān)的法律、法規(guī)的要求，否則，就要承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。 第一章 緒 論 單 選 題 1．與素混凝土梁相比，鋼筋混凝上梁承載能力（ ）。 A． 相同 ； B． 提高許多； C． 有所提高； 2．與素混凝土梁相比，鋼筋混凝土梁抵抗開裂的能力（ ）。 A. 提高不多； B. 提 高許多； C. 完全相同； 3．與素混凝土梁相比，適量配筋的鋼混凝土梁的承載力和抵抗開裂的能力（ ）。 A. 均提高很多； B. 承載力提高很多，抗裂提高不多； C. 抗裂提高很多，承載力提高不多； D. 均提高不多； 4．鋼筋混凝土梁在正常使用荷載下（ ）。 A．通常是帶裂縫工作的； 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課后習(xí)題答案 4 B．一旦出現(xiàn)裂縫，裂縫貫通全截面； C．一旦出現(xiàn)裂縫，沿全長混凝土與鋼筋間的粘結(jié)力喪盡； 5．鋼筋與混凝土能共同工作的主要原因是（ ）。 A. 防火、防銹； B. 混凝土對鋼筋的握裹及保護(hù)； C. 混凝土對鋼筋的握裹，兩者線 膨脹系數(shù)接近； 第二章 緒 論 單選題參考答案 1． B 2． A 3． B 4． A 5． C 第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能 問 答 題 1． 軟鋼和硬鋼的區(qū)別是什么？應(yīng)力一應(yīng)變曲線有什么不同？設(shè)計(jì)時(shí)分別采用什么值作為依據(jù)？ 2．我國用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋有種？我國熱軋鋼筋的強(qiáng)度分為幾個(gè)等級？ 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課后習(xí)題答案 5 3．鋼筋冷加工的目的是什么？冷加工方法有哪幾種？簡述 冷拉 方法？ 4．什么是鋼筋的均勻伸長率？均勻伸長率反映了鋼筋的什么性質(zhì)？ 5．什么是 鋼筋的包興格效應(yīng)？ 6．在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，宜采用哪些鋼筋？ 7．試述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對 鋼筋的性能有哪些要求。 8．簡述混凝土的組成結(jié)構(gòu)。并敘述混凝土的結(jié)構(gòu)組成對混凝土破壞強(qiáng)度的影響。 9．簡述混凝土立方體抗壓強(qiáng)度。 10．簡述混凝土軸心抗壓強(qiáng)度。 11．混凝土的強(qiáng)度等級是如何確定的。 12．簡述混凝土 三軸受壓強(qiáng)度的概念。 13． 簡述混凝土在單軸短期加載下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。 14．什么是混凝土的彈性模量、割線模量和切線模量？ 15．什么叫混凝土徐變？混凝土徐變對結(jié)構(gòu)有什么影響？ 16．鋼筋與混凝土之間的 粘結(jié) 力是如何組成的？ 17． 最小錨固長度是如何確定的？ 18．簡述 綁扎搭接連接的機(jī)理。 第二章 鋼筋和混凝土的力學(xué)性能 問答題參考答案 1． 軟鋼和硬鋼的區(qū)別是什么？應(yīng)力一應(yīng)變曲線有什么不同？設(shè)計(jì)時(shí)分別采用什么值作為依據(jù)？ 答：有物理屈服點(diǎn)的鋼筋，稱為軟鋼，如熱軋鋼筋和冷拉鋼筋；無物理屈服點(diǎn)的鋼筋，稱為硬鋼，如鋼絲、鋼絞線及熱處理鋼筋。 軟鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖 21 所示，曲線可分為四個(gè)階段：彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和破壞階段。 有明顯流幅的鋼筋有兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)：一是屈服強(qiáng)度，這是鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋強(qiáng)度取值的依據(jù)，因?yàn)殇摻钋螽a(chǎn)生了較大的塑性變形，這將使構(gòu)件變形和裂縫寬度大 大增加以致無法使用，所以在設(shè)計(jì)中采用屈服強(qiáng)度 yf 作為鋼筋的強(qiáng)度極限。另一個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)是鋼筋極限強(qiáng)度 uf ，一般用作鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課后習(xí)題答案 6 筋的實(shí)際破壞強(qiáng)度。 圖 21 軟鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線 硬鋼拉伸時(shí)的典型應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖 22。鋼筋應(yīng)力達(dá)到比例極限點(diǎn)之前，應(yīng)力應(yīng)變按直線變化，鋼筋具有明顯的彈性性質(zhì)，超過比例極限點(diǎn)以后，鋼筋表現(xiàn)出越來越明顯的塑性性質(zhì)，但應(yīng)力應(yīng)變均持續(xù)增長，應(yīng)力應(yīng)變曲線上沒有明顯的屈服點(diǎn)。到達(dá)極限抗拉強(qiáng)度 b 點(diǎn)后，同樣由于鋼筋的頸縮現(xiàn)象出現(xiàn)下降段，至鋼筋被拉斷。 設(shè)計(jì)中極限抗拉強(qiáng)度不能作為鋼筋強(qiáng)度取值的依據(jù)，一般取殘余應(yīng)變?yōu)?%所對應(yīng)的應(yīng)力 ，通常稱為條件屈服強(qiáng)度。對于高強(qiáng)鋼絲，條件屈服強(qiáng)度相當(dāng)于極限抗拉強(qiáng)度 。對于熱處理鋼筋，則為 。為了簡化運(yùn)算，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》統(tǒng)一取 =，其中 ζb為無明顯流幅鋼筋的極限抗拉強(qiáng)度。 圖 22硬鋼 拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變曲線 2． 我國用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋有幾種？我國熱軋鋼筋的強(qiáng)度分為幾個(gè)等級？ 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課后習(xí)題答案 7 答：目前我國用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋主要品種有鋼筋、鋼絲和鋼絞線。根據(jù)軋制和加工工藝，鋼筋可分為熱軋鋼筋、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋。 熱軋鋼筋分為熱軋光面鋼筋 HPB235（ Q235，符號 Φ， Ⅰ級 ）、熱軋帶肋鋼筋 HRB335（ 20MnSi，符號 ， Ⅱ級 ）、熱軋帶肋鋼筋 HRB400（ 20MnSiV、20MnSiNb、 20MnTi，符號 ， Ⅲ級 ）、余熱處理鋼筋 RRB400（ K 20MnSi，符號 ， Ⅲ級 ） 。熱軋鋼筋主要用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力普通鋼筋。 3． 鋼筋冷加工的目的是什么？冷加工方法有哪幾種？簡述 冷拉 方法？ 答： 鋼筋冷加工 目的是為了提高鋼筋的強(qiáng)度，以節(jié)約鋼材。除冷拉鋼筋仍具有明顯的屈服點(diǎn)外，其余冷加工鋼筋無屈服點(diǎn)或屈服臺階， 冷加工鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度提高，而延性大幅度下降 。 冷加工方法有 冷撥、冷拉、冷軋、冷扭。 冷拉鋼筋由熱軋鋼筋在常溫下經(jīng)機(jī)械拉伸而成，冷拉應(yīng)力值應(yīng)超過鋼筋的屈服強(qiáng)度。 鋼筋經(jīng)冷拉后，屈服強(qiáng)度提高，但塑性降低，這種現(xiàn)象稱為冷拉強(qiáng)化。 冷拉后，經(jīng)過一段時(shí)間鋼 筋的屈服點(diǎn)比原來的屈服點(diǎn)有所提高，這種現(xiàn)象稱為時(shí)效硬化。時(shí)效硬化和溫度有很大關(guān)系，溫度過高（ 450℃以上）強(qiáng)度反而有所降低而塑性性能卻有所增加，溫度超過 700℃ ，鋼材會恢復(fù)到冷拉前的力學(xué)性能，不會發(fā)生時(shí)效硬化。為了避免冷拉鋼筋在焊接時(shí)高溫軟化，要先焊好后再進(jìn)行冷拉。鋼筋經(jīng)過冷拉和時(shí)效硬化以后，能提高屈服強(qiáng)度、節(jié)約鋼材，但冷拉后鋼筋的塑性（伸長率）有所降低。為了保證鋼筋在強(qiáng)度提高的同時(shí)又具有一定的塑性，冷拉時(shí)應(yīng)同時(shí)控制應(yīng)力和控制應(yīng)變。 4． 什么是鋼筋的均勻伸長率？均勻伸長率反映了鋼筋的什么性質(zhì)？ 答： 均勻伸 長率 δgt為非頸縮斷口區(qū)域標(biāo)距的殘余應(yīng)變與恢復(fù)的彈性應(yīng)變組成。 sbgt El ll 00039。 ?? ??? 0l —— 不包含頸縮區(qū)拉伸前的測量標(biāo)距； 39。l —— 拉伸斷裂后不包含頸縮區(qū)的測量標(biāo)距； 0b? —— 實(shí)測鋼筋拉斷強(qiáng)度； sE —— 鋼筋彈性模量。 均勻伸長率 δgt比延伸率更真實(shí)反映了鋼筋在拉斷前的平均（非局部區(qū)域）伸長率，客觀反映鋼筋的變形能力， 是比較科學(xué)的 指標(biāo)。 5． 什么是 鋼筋的包興格效應(yīng)？ 答： 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下，鋼筋的力學(xué)性能與單向受拉或受壓時(shí)的力學(xué)性能不同。 1887 年德國人包興格對鋼材進(jìn)行拉壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的，所以將這種當(dāng)受拉（或受壓）超過彈性極限而產(chǎn)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(xiàn)象，稱為包興格效應(yīng)。 6． 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，宜采用哪些鋼筋？ 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課后習(xí)題答案 8 答： 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋，應(yīng)按下列規(guī)定采用：（ 1）普 通鋼筋宜采用 HRB4