(完整版)混凝土结构设计原理_清华大学试卷B及答案.pdf

一名词解释一名词解释 (本大题分本大题分 5 5 小题，每小题小题，每小题 4 4 分，共分，共 2020 分分)1、可靠度：2、标准组合：3、设计使用年限：4、后张法预应力混凝土结构：5、施工荷载：二简答题二简答题(本大题分本大题分 6 6 小题，共小题，共 5050 分分)1、钢筋和混凝土为什么能在一起共同工作？（6 分）2、混凝土的收缩对钢筋混凝土构件有何影响？收缩与哪些因素有关？（9 分）计算有何联系？（9 分）4、何谓剪跨比，何谓广义剪跨比？剪跨比对斜截面的破坏形态和受剪承载力有何影响？（8 分）5、轴心受压普通钢箍柱与螺旋箍筋柱的受压承载力计算有何区别？（10 分）6、什么是混凝土结构耐久性，如何进行混凝土结构耐久性设计？（8 分）三计算题计算题(本大题分本大题分 2 2 小题，共小题，共 3030 分分)1、已 知 某 T 形 梁 截 面 设 计 弯 矩 M=410kNm，梁 的 截 面 尺 寸 为 b=200 mm，h=600mmbf=1000 mm，hf=90 mm，混 凝 土 采 用C25（fc=11.9N/mm2，ft=1.27N/mm2），钢 筋 采 用HRB335(fy=fy=300N/mm2,b=0.55)，环 境 类 别 为 一 类，取as=60mm。求 所 需 的 受 拉 钢 筋 截 面面 积 As。（20 分）2、已知某矩形截面简支梁，截面尺寸为 b=200 mm，h=600mm，在均布荷载作用下产生的最大剪力设计值为V=70kN,混凝土强度等级为C20（ft=1.1N/mm2，fc=9.6 N/mm2），箍筋采用HPB235级钢筋（fyv=210 N/mm2），求所需箍筋的数量。（10 分）混凝土结构设计原理试题混凝土结构设计原理试题 B B 答案及评分标准答案及评分标准2006-20072006-2007 学年第二学期学年第二学期土木土木 2004-12004-18 8 班班一、名词解释（一、名词解释（445 52020 分）分）1、可靠度：结构在规定的时间内（1 分）分），在规定的条件下，完成预定功能的概率。（3 分）分）2、标准组合：正常使用极限状态验算时（1 分）分），对可变荷载采用标准值、组合值为荷载代表值的组合（3 分）分）。3、设计使用年限：设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的时期。（4 4 分）分）4、后张法预应力混凝土结构：在混凝土达到规定的强度后（2 分）分），通过张拉预应力钢筋并在结构上锚固而建立预加应力的混凝土结构（2 分）分）。5、施工荷载：按短暂状态设计时，施工阶段施加在结构或构件上的临时荷载（3 分）分），包括自重、附着在结构和构件上的模板、材料机具等荷载（1 分）分）。二、简答题（二、简答题（5050 分）分）1 1、钢筋和混凝土为什么能在一起共同工作？（、钢筋和混凝土为什么能在一起共同工作？（6 6 分）分）钢筋和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同，他们可以结合在一起共同工作，是因为：混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，相互传递内力。粘结力是这两种性质不同的材料能够共同工作的基础；（2 2 分）分）钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数十分接近（钢材为1.210-5，混凝土为1.01.510-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏；（2 2 分）分）(3)钢筋置埋于混凝土中，混凝土对钢筋起到了保护和固定作用，是钢筋不易发生锈蚀，且使其受压时不易失稳，在遭受火灾时不致因钢筋很快软化而导致结构整体破坏。（2 2 分）分）2 2、混凝土的收缩对钢筋混凝土构件有何影响？收缩与哪些因素有关？（、混凝土的收缩对钢筋混凝土构件有何影响？收缩与哪些因素有关？（9 9 分）分）混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。（2 2 分）分）混凝土的收缩对于混凝土结构起着不利的影响。在钢筋混凝土结构中，混凝土往往由于钢筋或相邻部件的牵制而处于不同程度的约束状态，使混凝土因收缩产生拉应力，从而加速裂缝的出现和开展。在预应力混凝土结构中，混凝土的收缩导致预应力的损失。对跨度变化比较敏感的超静定结构（如拱），混凝土收缩将产生不利的内力。（3 3 分）分）混凝土收缩主要是由于干燥失水和碳化作用引起的。混凝土收缩量与混凝土的组成有密切的关系。水泥用量愈多，水灰比愈大，收缩愈大；骨料愈坚实（弹性模量愈高），更能限制水泥浆的收缩；骨料粒径愈大，愈能抵抗砂浆的收缩，而且在同一稠度条件下，混凝土用水量就愈少，从而减少了混凝土的收缩。（2 2 分）分）由于干燥失水引起混凝土收缩，所以养护方法、存放及使用环境的温湿度条件是影响混凝土收缩的重要因素。在高温下湿养时，水泥水化作用加快，使可供蒸发的自由水分较少，从而使收缩减小；使用环境温度越高，相对湿度越小，其收缩越大。（2 2 分）分）3 3、适筋梁从开始加载到正截面受弯破坏经历了哪几个阶段？各阶段的主要特点是什么？与、适筋梁从开始加载到正截面受弯破坏经历了哪几个阶段？各阶段的主要特点是什么？与计算有何联系？（计算有何联系？（9 9 分）分）（1）第一阶段截面开裂前的未裂阶段当荷载很小时，截面上的内力很小，应力与应变成正比，截面的应力分布为直线，这种受力阶段称为第阶段。当荷载不断增大时，截面上的内力也不断增大，由于受拉区混凝土出现塑性变形，受拉区的应力图形呈曲线。当荷载增大到某一数值时，受拉区边缘的混凝土可达其实际的抗拉强度和抗拉极限应变值。截面处在开裂前的临界状态，这种受力状态称为第 Ia阶段。（2 2 分）分）(2)第二阶段带裂缝工作阶段梁在各受力阶段的应力、应变图截面受力达 Ia阶段后，荷载只要稍许增加，截面立即开裂，截面上应力发生重分布，裂缝处混凝土不再承受拉应力，钢筋的拉应力突然增大，受压区混凝土出现明显的塑性变形，应力图形呈曲线，这种受力阶段称为第阶段。荷载继续增加，裂缝进一步开展，钢筋和混凝土的应力不断增大。当荷载增加到某一数值时，受拉区纵向受力钢筋开始屈服，钢筋应力达到其屈服强度，这种特定的受力状态称为a阶段。（2 2 分）分）(3)第三阶段破坏阶段受拉区纵向受力钢筋屈服后，截面的承载力无明显的增加，但塑性变形急速发展，裂缝迅速开展，并向受压延伸，受压区面积减小，受压区混凝土压应力迅速增大，这是截面受力的第阶段。在荷载几乎保持不变的情况下，裂缝进一步急剧开展，受压区混凝土出现纵向裂缝，混凝土被完全压碎，截面发生破坏，这种特定的受力状态称为第a阶段。（2 2 分）分）进行受弯构件截面受力工作阶段的分析，不但可以了解截面受力的全过程，而且为裂缝、变形以及承载力的计算提供了依据。截面抗裂验算是建立在第a阶段的基础之上，构件使用阶段的变形和裂缝宽度验算是建立在第阶段的基础之上，而截面的承载力计算则时建立在第a阶段的基础之上的。（3 3 分）分）4 4、何谓剪跨比，何谓剪跨比，何谓广义剪跨比？剪跨比对斜截面的破坏形态和受剪承载力有何影响？何谓广义剪跨比？剪跨比对斜截面的破坏形态和受剪承载力有何影响？（8 8分）分）剪跨比 为集中荷载到临近支座的距离a 与梁截面有效高度 h0的比值，即 a/h0。某截面的广义剪跨比为该截面上弯矩 M 与剪力和截面有效高度乘积的比值，即 M/（Vh0）。（2 2 分）分）剪跨比反映了梁中正应力与剪应力的比值。（1）斜压破坏1 时，发生斜压破坏。这种破坏多数发生在剪力大而弯矩小的区段，以及梁腹板很薄的 T 形截面或工字形截面梁内。破坏时，混凝土被腹剪斜裂缝分割成若干个斜向短柱而被压坏，破坏是突然发生的。（2 2 分）分）（2）剪压破坏13 时，发生剪压破坏。其破坏的特征通常是，在剪弯区段的受拉区边缘先出现一些垂直裂缝，它们沿竖向延伸一小段长度后，就斜向延伸形成一些斜裂缝，而后又产生一条贯穿的较宽的主要斜裂缝，称为临界斜裂缝，临界斜裂缝出现后迅速延伸，使斜截面剪压区的高度缩小，最后导致剪压区的混凝土破坏，使斜截面丧失承载力。（2 2 分）分）（3）斜拉破坏3 时，常发生这种破坏。其特点是当垂直裂缝一出现，就迅速向受压区斜向伸展，斜截面承载力随之丧失。破坏荷载与出现斜面裂缝时的荷载很接近，破坏过程急骤，破坏前梁变形亦小，具有很明显的脆性性质。（2 2 分）分）5 5、轴心受压普通钢箍柱与螺旋箍筋柱的受压承载力计算有何区别？（、轴心受压普通钢箍柱与螺旋箍筋柱的受压承载力计算有何区别？（1010 分）分）（1）普通箍筋柱普通箍筋柱根据轴心受压短柱破坏时的截面应力图形，考虑长柱对承载力的影响以及可靠度调整等因素后，规范给出轴心受压构件普通箍筋柱承载力计算公式：N 0.9(f A fcyAs)（1）式中轴向压力设计值；0.9可靠度调整系数；钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数；Nfc混凝土轴心抗压强度设计值；A构件截面面积；As全部纵向钢筋的截面面积。当纵向钢筋配筋率大于 3%时，计算公式中的A应改用（A-As）代替。（3 3 分）分）（2 2）螺旋箍筋柱）螺旋箍筋柱规范规定螺旋箍筋箍筋柱的承载力计算公式为：式中称为间接钢筋对混凝土约束的折减系数，当混凝土强度等级不大于 C50 时，取=1.0；当混凝土强度等级为C80 时，取=0.85；当混凝土强度等级在C50 与 C80 之间时，按直线内插法确定。（3 3 分）分）从承载力计算公式建立过程中可以看出，箍筋起到了充分约束混凝土的作用，这种作用只有在箍筋具有足够的数量及混凝土压应力比较均匀时才能实现。因此，该计算公式的应用必须满足一定的条件。规范规定：凡属下列情况之一者，不考虑间接钢筋的影响而按式（1）计算构件的承载力：1）当012 时，因构件长细比较大，有可能因纵向弯曲在螺旋筋尚未屈服时构件已经破坏；（1 1 分）分）2）当按式（2）计算的受压承载力小于按式（1）计算的受压承载力时；（1 1 分）分）3）当间接钢筋换算截面面积sso小于纵筋全部截面面积的 25%时，可以认为间接钢筋配置太少，间接钢筋对核心混凝土的约束作用不明显。（1 1 分）分）4）为了防止间接钢筋外面的混凝土保护层过早脱落，按式（2）算得的构件受压承载力不应大于按式（1）算得的构件受压承载力的1.5 倍。（1 1 分）分）6 6、什么是混凝土结构耐久性，如何进行混凝土结构耐久性设计？（、什么是混凝土结构耐久性，如何进行混凝土结构耐久性设计？（8 8 分）分）混凝土结构的耐久性是指在设计使用年限内，结构和结构构件在正常维护条件下应能保持其使用功能，而不需要进行大修加固。（3 3 分）分）由于影响混凝土结构耐久性的因素及规律研究尚欠深入，难以达到进行定量设计的程度。规范采用了宏观控制的方法，以概念设计为主。根据环境类别和设计使用年限对结构混凝土提出了相应的限制和要求，以保证结构的耐久性。基本上能保证在结构规定的设计使用年限内应有的使用性能和安全储备。对临时性混凝土结构，可不考虑混凝土的耐久性的要求。（5 5 分）分）三、计算题（三、计算题（3030 分）分）1、已 知 一T 形 梁 截 面 设 计 弯 矩M=410kNm，梁 的 截 面 尺 寸 为b=200mm，h=600mm，bf=1000mm，hf=90mm，取 as=60mm，混凝土采用 C25（fc=11.9N/mm2，ft=1.27 N/mm2），钢 筋采用 HRB335(fy=fy=300N/mm2,b=0.55)，环 境类别为一类。求所需的受拉钢筋截面面积 As。（20 分）解：解：（1）判断 T 形截面的类型。由 as=60mm 得计算截面有效高度 h0=h-as=600-60=540mm（2 2 分）分）Nu 0.9(fcAcor 2fyAsso fyAs)（2）ldA1fcbfhfh0f2=1.011.9100090（540-90/2）=530.145 kNm M=410kNm此时中和轴在翼缘内，即xh hf，属于第一类 T 形截面，以bf代替 b，按bfh单筋矩形梁进行计算。（4 4分）分）按下式计算所需的截面抵抗矩系数：M410106s 0.118221fcbfh01.011.910005401 12s1 120.118 0.126b=0.55（满足要求）计算所需的钢筋面积 As，即s 0.5（1 12s）0.5（1 120.118）0.937M410106As 2701mm2fysh03000.937540（8 8 分）分）验算配筋率：M410106s 0.1181fcbfh021.011.910005402（满足要求）（6 6 分）分）2、已知一矩形截面简支梁，截面尺寸为bh 200600mm，在均布荷载作用下产生的22f 1.1N/mm,f 9.6N/mmtc最大剪力设计值为 V=70kN,混凝土强度等级为C20（），2f 210N/mmyv箍筋采用 HPB235 级钢筋（），求所需箍筋的数量。（10 分）解：（1）复核截面尺寸：（取截面有效高度为 565mm）h0 565/200 2.83 4,故属于一般梁。b0.25cfcbh0 0.251.09.6200565 271.2kN 70kN,故截面尺寸满足要求。（3 3 分）分）（2）验算是否需要配置箍筋：故可不需计算箍筋数量，可根据构造要求配置箍筋。取6200双肢（3 3 分）分）0.7 ftbh0 0.71.1200565 87.01 70kNsv满足箍筋的构造要求。（4 4 分）分）Asvf228.31.1 0.14%sv,min 0.24t 0.24 0.126%bs200200fyv210