华南理工《混凝土结构原理与设计》平时作业.doc

《混凝土结构原理与设计》平时作业1.请简述钢筋混凝土结构和钢结构相比有哪些优缺点？答：钢筋混凝土结构主要优点：1、合理利用了钢筋和混凝土两种材料的受力特点，形成较高强度的结构构件。

节约钢材，降低造价；2、与木结构和钢结构相比，耐久性和耐火性较好，维护费用低；3、可模性好；4、现浇钢筋混凝土结构的整体性好，又具备较好的延性，适用于抗震结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构；5、混凝土结构中占比例较大的砂、石等材料，便于就地取材。

钢筋混凝土结构主要缺点：1、自重过大；2、抗裂性较差，开裂过早；3、施工复杂，工序多，浇筑混凝土时需要模板支撑，户外施工受到季节条件限制；4、补强修复比较困难等。

2.介绍结构设计中的基于概率的极限状态设计方法的基本原理。

答：概率极限状态设计法，是指以概率理论为基础，视荷载效应和影响结构抗力的主要因素作为随机变量，根据统计分析的方法确定可靠效率来度量结构可靠度的结构设计方法3.介绍钢筋混凝土结构的耐久性概念及其影响因素有哪些？答：混凝土耐久性是指混凝土在设计寿命周期内，在正常维护下，必须保持适合于使用，而不需要进行维修加固，即指混凝土在抵抗周围环境中各种物理和化学作用下，仍能保持原有性能的能力。

混凝土工程的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能不仅仅包括结构的安全性，而且更多地体现在适用性上。

混凝土耐久性主要包括以下几方面：一是抗渗性。

即指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。

抗渗性对混凝土的耐久性起着重要的作用，因为抗渗性控制着水分渗入的速率，这些水可能含有侵蚀性的化合物，同时控制混凝土受热或受冷时水的移动。

二是抗冻性。

混凝土的抗冻性是指混凝土在饱水状态下，经受多次抵抗冻融循环作用，能保持强度和外观性的能力。

在寒冷地区，尤其是在接触水又受冻的环境下的混凝土，要求具有较高的抗冻性能。

三是抗侵蚀性。

混凝土暴露在有化学物质的环境和介质中，有可能遭受化学侵蚀而破坏。

一般的化学侵蚀有水泥浆体组分的浸出、硫酸盐侵蚀、氯化物侵蚀、碳化等。

四是碱集料反应。

某些含有活性组分的骨料与水泥水化析出的KOH和NaOH 相互作用，对混凝土产生破坏性膨胀，是影响混凝土耐久性最主要的因素之一。

影响混凝土结构加固耐久性的因素搜索十分复杂，主要取决于以下四方面因素：①混凝土材料的自身特性。

②混凝土结构的设计与施工质量。

③混凝土结构所处的环境。

④混凝土结构的使用条件与防护措施。

混凝土材料的自身特性和混凝土结构的设计与施工质量是决定混凝土结构耐久性的内因。

混凝土是由水泥、水、粗细集料和某些外加剂，经搅拌、浅注、振捣和养护硬化等过程而形成的人工复合材料混凝土的材料组成，如水灰比（水胶比）、水泥品种和用量集料的种类与级配等都直接影响混凝土结构的耐久性。

混凝土的缺陷（例如裂缝、气泡、孔穴巧都会造成水分和侵蚀性物质渗入混凝土内部，与混凝土发生物理化学作用，影响混凝土结构的耐久性。

混凝土结构所处的环境条件和防护措施是影响混凝土结构耐久性外因。

外界环境因素对混凝土结构的破坏是环境因素对混凝土结构牧化学作用的结果。

环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏主要有：①混凝土碳化。

②氯离子侵蚀。

③碱一集料反应。

④冻融循环破坏。

⑤钢筋腐浊。

4.什么是正常使用极限状态，在结构设计中有哪些地方和承载能力极限状态不一样。

答：承载能力极限状态是指结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态。

对应于结构或结构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形，他包括结构件或连接因强度超过而破坏，结构或其一部分作为刚体而失去平衡(倾覆或滑移)，在反复荷载下构件或连接发生疲劳破坏等。

正常使用极限状态是结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态称为正常使用极限状态。

一、当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态:(1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆,滑移等);(2)结构构件或连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)，或因过度的塑性变形而不适于继续承载;(3)结构转变为机动体系;(4)结构或结构构件丧失稳定(如压屈等);(5)地基丧失承载能力而破坏(如失稳等)。

二、当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态:(1)影响正常使用或外观的变形;(2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝);(3)影响正常使用的振动;(4)影响正常使用的其它特定状态。

5.请简述钢筋混凝土受弯构件破坏的全过程。

答：(1) 第 I 阶段：混凝土开裂前的未裂阶段a. 当受拉边缘的拉应变达到混凝土极限拉应变时，截面即将开裂的临界状态（Ⅰ a 状态），此时的弯矩值称为开裂弯矩 Mcrb.从开始加荷到受拉区混凝土开裂，梁的整个截面均参加受力。

虽然受拉区混凝土在开裂以前有一定的塑性变形，但整个截面的受力基本接近线弹性，荷载- 挠度曲线或弯矩- 曲率曲线基本接近直线。

截面抗弯刚度较大，挠度和截面曲率很小，钢筋的应力也很小，且都与弯矩近似成正比。

(2) 第Ⅱ阶段：混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段a.在开裂瞬间，开裂截面受拉区混凝土退出工作，其开裂前承担的拉力将转移给钢筋承担，导致钢筋应力有一突然增加（应力重分布），这使中和轴比开裂前有较大上移。

b.随着荷载增加，受拉区不断出现一些裂缝，拉区混凝土逐步退出工作，截面抗弯刚度降低，荷载 - 挠度曲线或弯矩 - 曲率曲线有明显的转折。

c.虽然受拉区有许多裂缝，但如果纵向应变的量测标距有足够的长度（跨过几条裂缝），则平均应变沿截面高度的分布近似直线。

（平截面假定）d.荷载继续增加，钢筋拉应力、挠度变形不断增大，裂缝宽度也不断开展，但中和轴位置没有显著变化。

e. 由于受压区混凝土压应力不断增大，其弹塑性特性表现得越来越显著，受压区应力图形逐渐呈曲线分布。

(3) 第Ⅲ阶段：银筋开始屈服至截面破坏的破坏阶段a.对于配筋合适的梁，钢筋应力达到屈服时，受压区混凝土一般尚未压坏。

b.在该阶段，钢筋应力保持为屈服强度 fy 不变，即钢筋的总拉力 T 保持定值，但钢筋应变εs 则急剧增大，裂缝显著开展。

c.中和轴迅速上移，受压区高度 xn 有较大减少。

d.由于受压区混凝土的总压力 C 与钢筋的总拉力 T 应保持平衡，即 T = C ，受压区高度xn 的减少将使得混凝土压应力和压应变迅速增大，混凝土受压的塑性特征表现的更为充分。

e.受压区高度 xn 的减少使得钢筋拉力 T 与混凝土压力 C 之间的力臂有所增大，截面弯矩也略有增加。

f.由于混凝土受压具有很长的下降段，因此梁的变形可持续较长，但有一个最大弯矩 Mu 。

g.超过 Mu 后，承载力将有所降低，直至压区混凝土压酥。

Mu 称为极限弯矩，此时的受压边缘混凝土的压应变称为极限压应变εcu ，对应截面受力状态为“Ⅲ a 状态”。

h. εcu 约在 0.003 - 0.005 范围，超过该应变值，压区混凝土即开始压坏，表明梁达到极限承载力。

6.为什么混凝土材料的抗拉强度要远小于抗压强度？答：抗压是刚性的指标。

抗拉是指柔性的指标，混凝土的特性就是刚性大于柔性，所以混凝土抗拉强度远远低于抗压强度7.请介绍混凝土的标准立方体抗压强度的概念。

答：混凝土立方体抗压强度标准值系指按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。

混凝土立方体抗压强度标准值用fcu，k表示。

1、当一组试件中强度的最大值和最小值与中间值之差均未超过中间值的15%时，取3个试件强度的算数平均值做为每组试件的强度代表值。

2、当一组试件中强度的最大值或最小值与中间值之差高于中间值的15%时，取中间值作为该组试件的强度代表值。

3、当一组试件中强度的最大值和最小值与中间值之差均超过中间值的15%时，该组试件的强度不应作为评定的依据。

8.轴心受压柱和偏心受压柱的区别有哪些？为什么承载能力计算公式有明显差别。

轴心受压构件轴心受压构件是当轴向力作用线与构件截面重心轴重合时。

当轴向力作用线与构件截面重心轴重合时，称为轴心受压构件偏心受压构件构件承受的压力作用点与构件的轴心偏离，使构件产生既受压又受弯时即为偏心受压构件(亦称压弯构件)。

常见于屋架的上弦杆、框架结构柱，砖墙及砖垛等。

构件的受力状态σmax—边沿最大压应力;σmin—边沿最小压应力。

由上式可见，在受同样的压力F时，当作用点与截面轴心偏离时，截面内的压应力增加甚多，而且当偏心距较大时截面内除压应力外将产生一部分拉应力。

9.钢筋混凝土梁和柱中的箍筋作用是什么？答：用来满足斜截面抗剪强度，并联结受拉主钢筋和受压区混凝土使其共同工作，此外，用来固定主钢筋的位置而使梁内各种钢筋构成钢筋骨架的钢筋。

是梁和柱抵抗剪力配置的环形（当然有圆形的和矩形的）钢筋，是口字形的，将上部和下部的钢筋固定起来，同时抵抗剪力。

10.请列出钢筋混凝土结构裂缝出现的原因有哪些？答：钢筋混凝土结构上产生的裂缝,常见于非预应力受弯、受拉等构件中,以及预应力构件的某些部位。

对于各类裂缝,必须先查明其性质和产生的原因,进而确定具体的修缮方法。

钢筋混凝土结构裂缝根据其产生的原因不同可分为：1）荷载裂缝、2）温度裂缝、3）干缩裂缝、4）腐蚀裂缝、5）沉降裂缝等。

产生的原因如下：1）荷载裂缝根据不同的结构部位,采取相应的合理配筋。

温度裂缝由大气温度变化、周围环境高温的影响和大体积混凝土施工时产生的水化热等因素造成,当大于混凝土极限拉伸值时混凝土就开裂。

3）干缩裂缝这类裂缝一是由于材料缺陷引起的,研究表明,水泥加水后变成水泥硬化体,起绝对体积减小,毛细孔缝中水逸出产生毛细压力,使混凝土产生毛细收缩所以引起干缩裂缝。

4）沉降裂缝现浇构件因地基或砌体过大不均匀沉降;模板刚度不足、支撑间距大、支撑松动、过早拆模等,均可导致产生沉降裂缝。

5）腐蚀裂缝由于有害离子Cl - ,SO42 - ,Mg2 + 等侵入混凝土内部,导致钢筋锈蚀而使混凝土产生的后期膨胀裂缝。