【正文】 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課后習題答案混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課后習題答案第一章 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)、預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)及纖維混凝土結(jié)構(gòu)?；炷两Y(jié)構(gòu)充分利用了混凝土抗壓強度高和鋼筋抗拉強度高的優(yōu)點。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到混凝土的抗拉強度，梁被拉斷而破壞，是無明顯預兆的脆性破壞。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，直至鋼筋屈服以后，受壓區(qū)混凝土受壓破壞而達到極限荷載，構(gòu)件破壞。 素混凝土簡支梁的受力特點是承受荷載較小，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？答：優(yōu)點：（1）可模性好；（2）強價比合理；（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，整體澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體性好，對抵抗地震、風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：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，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)中各個構(gòu)件的受力特點是什么？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，各個構(gòu)件受力特點如下：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，當荷載有偏心作用時，柱受壓的同時還會受彎，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載和地震作用的剪力墻，它受壓的同時也會受彎，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)計方法的主要階段。答：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法大體可分為四個階段：（1）在20世紀初以前，鋼筋混凝土本身計算理論尚未形成，設(shè)計沿用材料力學的容許應(yīng)力方法。（2）1938年左右已開始采用按破損階段計算構(gòu)件破壞承載力，50年代，出現(xiàn)了按極限狀態(tài)設(shè)計方法，奠定了現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算理論。（3）二戰(zhàn)以后，設(shè)計計算理論已過渡到以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法。（4）20世紀90年代以后，開始采用或積極發(fā)展性能化設(shè)計方法和理論。7． 簡述性能設(shè)計的主要步驟。答：性能化方法是確定工程結(jié)構(gòu)要達到的總體目標或設(shè)計性能，設(shè)計師根據(jù)性能目標的不同，設(shè)計不同的設(shè)計方案，并評估設(shè)計方案是否達到性能目標的要求。8． 簡述學習《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程的應(yīng)當注意的問題。答：（1）鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種材料組成的復合材料，是非均勻、非連續(xù)、非彈性的材料。力學關(guān)系是在試驗的基礎(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度和數(shù)量上存在一個合理的配比范圍。如果鋼筋和混凝土在面積上的比例及材料強度的搭配超過了這個范圍，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)計方法的改變，這是學習時必須注意的一個方面。（3）由于混凝土材料的復雜性、離散性，混凝土材料的理論體系是建立在試驗的基礎(chǔ)上的。許多假定依賴與試驗結(jié)果，許多公式來源于試驗驗證，許多因素無法控制，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)計是一個綜合性的問題，需要考慮各方面的因素。因此，學習本課程時要注意學會對多種因素進行綜合分析，培養(yǎng)綜合分析判斷能力。（6）混凝土設(shè)計與施工工作必須按照規(guī)范進行，各種規(guī)范是長期理論研究成果和工程實踐的總結(jié)。不但要熟練掌握基本要求、使用范圍，還要深入了解每一條文的理論依據(jù)，做到深入理論，靈活運用。同時，隨著科學的發(fā)展和實踐的要求，許多新成果會不斷的涌現(xiàn)，規(guī)范會及時修訂，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，具體工作時應(yīng)當及時掌握最新的規(guī)范。（7）混凝土設(shè)計與施工是一種社會實踐行為，不能離開社會的制約因素進行，應(yīng)當貫徹執(zhí)行國家的技術(shù)經(jīng)濟政策，做到技術(shù)先進、安全適用、經(jīng)濟合理、確保質(zhì)量。（8）混凝土設(shè)計與施工是一種法律責任行為，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，就要承擔相應(yīng)的法律責任。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； 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；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． B2． A3． B4． A5． C第二章 鋼筋和混凝土的力學性能問 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)計時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？我國熱軋鋼筋的強度分為幾個等級？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度的影響。9．簡述混凝土立方體抗壓強度。10．簡述混凝土軸心抗壓強度。11．混凝土的強度等級是如何確定的。12．簡述混凝土三軸受壓強度的概念。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理。第二章 鋼筋和混凝土的力學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)計時分別采用什么值作為依據(jù)？答：有物理屈服點的鋼筋，稱為軟鋼，如熱軋鋼筋和冷拉鋼筋；無物理屈服點的鋼筋，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，曲線可分為四個階段：彈性階段、屈服階段、強化階段和破壞階段。有明顯流幅的鋼筋有兩個強度指標：一是屈服強度，這是鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計時鋼筋強度取值的依據(jù)，因為鋼筋屈服后產(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)計中采用屈服強度作為鋼筋的強度極限。另一個強度指標是鋼筋極限強度，一般用作鋼筋的實際破壞強度。圖21 軟鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線硬鋼拉伸時的典型應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖22。鋼筋應(yīng)力達到比例極限點之前，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。到達極限抗拉強度b點后，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)計中極限抗拉強度不能作為鋼筋強度取值的依據(jù)，%，通常稱為條件屈服強度。對于高強鋼絲。對于熱處理鋼筋。為了簡化運算，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》=，其中σb為無明顯流幅鋼筋的極限抗拉強度。圖22硬鋼拉伸試驗的應(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？我國熱軋鋼筋的強度分為幾個等級？答：目前我國用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預應(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)中的鋼筋和預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預應(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度，以節(jié)約鋼材。除冷拉鋼筋仍具有明顯的屈服點外，其余冷加工鋼筋無屈服點或屈服臺階，冷加工鋼筋的設(shè)計強度提高，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)機械拉伸而成，冷拉應(yīng)力值應(yīng)超過鋼筋的屈服強度。鋼筋經(jīng)冷拉后，屈服強度提高，但塑性降低，這種現(xiàn)象稱為冷拉強化。冷拉后，經(jīng)過一段時間鋼筋的屈服點比原來的屈服點有所提高，這種現(xiàn)象稱為時效硬化。時效硬化和溫度有很大關(guān)系，溫度過高（450℃以上）強度反而有所降低而塑性性能卻有所增加，溫度超過700℃，鋼材會恢復到冷拉前的力學性能，不會發(fā)生時效硬化。為了避免冷拉鋼筋在焊接時高溫軟化，要先焊好后再進行冷拉。鋼筋經(jīng)過冷拉和時效硬化以后，能提高屈服強度、節(jié)約鋼材，但冷拉后鋼筋的塑性（伸長率）有所降低。為了保證鋼筋在強度提高的同時又具有一定的塑性，冷拉時應(yīng)同時控制應(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)域標距的殘余應(yīng)變與恢復的彈性應(yīng)變組成。——不包含頸縮區(qū)拉伸前的測量標距；——拉伸斷裂后不包含頸縮區(qū)的測量標距；——實測鋼筋拉斷強度；——鋼筋彈性模量。均勻伸長率δgt比延伸率更真實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，是比較科學的指標。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(xiàn)的，所以將這種當受拉（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？ 答：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及預應(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HRB400級和HRB335級鋼筋,也可采用HPB235級和RRB400級鋼筋；（2）預應(yīng)力鋼筋宜采用預應(yīng)力鋼絞線、鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。7． 試述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的性能有哪些要求。答：（1）對鋼筋強度方面的要求普通鋼筋是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中和預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的非預應(yīng)力鋼筋，主要是HPB23HRB33HRB400、RRB400等熱軋鋼筋。（2）強屈比的要求所以設(shè)計中應(yīng)選擇適當?shù)那鼜姳?，對于抗震結(jié)構(gòu)，鋼筋應(yīng)力在地震作用下可考慮進入強化段，為了保證結(jié)構(gòu)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。（3）延性在工程設(shè)計中，要求鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)則要求具有足夠的延性，鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線上屈服點至極限應(yīng)變點之間的應(yīng)變值反映了鋼筋延性的大小。（4）粘結(jié)性粘結(jié)性是指鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能。粘結(jié)力是鋼筋與混凝土得以共同工作的基礎(chǔ)，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(jié)力的主要部分，所以變形鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能最好，設(shè)計中宜優(yōu)先選用變形鋼筋。（5）耐久性混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是指，在外部環(huán)境下材料性、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)隨時間的退化，主要包括鋼筋銹蝕、凍融循環(huán)、堿—骨料反應(yīng)、化學作用等的機理及物理