第4章 轴心受力构件的性能 思考题参考答案

第4章 思考题参考答案

【4-1】为什么轴心受拉构件开裂后，当裂缝增至一定数量时，不再出现新的裂缝？

在裂缝处的混凝土不再承受拉力，所有拉力均由钢筋来承担，钢筋通过粘结力将拉力再传给混凝土。随着荷载的增加，裂缝不断增加，裂缝处混凝土不断退出工作，钢筋不断通过粘结力将拉力传给相邻的混凝土。当相邻裂缝之间距离不足以使混凝土开裂的拉力传递给混凝土时，构件中不再出现新裂缝。

【4-2】如何确定受拉构件的开裂荷载和极限荷载？

（1） 当0t t εε=时，混凝土开裂，这时构件达到的开裂荷载为：

000(1)tcr c t c E t N E A E A εαρε==+

（2） 钢筋达到屈服强度时，构件即进入第Ⅲ阶段，荷载基本维持不变，但变形急剧增加，这时构件达到其极限承载力为：

tu y s N f A =

【4-3】 在轴心受压短柱荷载试验中，随着荷载的增加，钢筋的应力增长速度和混凝土的应力增长速度哪个快？为什么？

（1）第Ⅰ阶段，开始加载到钢筋屈服。钢筋增长速度较快。此时若忽略混凝土材料应力与应变关系之间的非线性关系，则钢筋与混凝土的应力分别为s E ε和c E ε，由于s c E E >，因此钢筋增长的速度较快，若考虑混凝土非线性的影响，此时混凝土应力与荷载关系呈一条上凸的曲线，则钢筋增长的速度相对混凝土更快。

（2）第Ⅱ阶段，钢筋屈服到混凝土被压碎。混凝土增长速度较快。当达到钢筋屈服后，此时钢筋的应力保持不变，增加的荷载全部由混凝土承担，混凝土的应力加速增加，应力与荷载关系由原来的上凸变成上凹。（图4-9）

【4-4】如何确定轴心受压短柱的极限承载力？为什么在轴压构件中不宜采用高强钢筋？

（1）当00.002εε==时，混凝土压碎，短柱达到极限承载力

cu c y s N f A f A ''=+

（2）由于当轴压构件达到极限承载力时00.002s εεε'===，相应的纵筋应力值为：

3

2

200100.002400/s s s E N m m σε''=≈⨯⨯=

由此可知，当钢筋的强度超过2

400/N mm 时，其强度得不到充分发挥，因此不宜采用

高强钢筋。

【4-5】 构件设计时，为什么要控制轴心受力构件的最小配筋率？如何确定轴心受拉和轴心受压构件的最小配筋率？

（1）轴心受拉构件，为保证所设计截面的极限承载力大于截面的开裂荷载，避免在极限状态下出现脆性破坏，需要控制最小配筋率；而轴心受压构件限制纵筋最小配筋率的主要作用是防止构件出现脆性破坏。

（2）轴心受拉构件可按的最小配筋率可按极限抗拉承载力和开裂荷载相等的原则来确定。即m in m in 0(1)y s c E t t f A E A Af αρε=+≈；m in m in s t y

A f A

f ρ=

≈。

实际应用时中不同的规范还可能对m in ρ的值作适当调整。

轴心受压构件与受拉类似，不同规范对轴心受压构件中纵筋最小配筋率的取值各不相同。 【4-6】 配有普通箍筋的钢筋混凝土轴心受压构件中，箍筋的作用是什么？

配有普通箍筋的钢筋混凝土轴心受压构件中，箍筋的作用是防止纵向钢筋压屈，并与纵筋形成钢筋骨架，便于施工。

【4-7】 钢筋混凝土轴心受压构件在长期荷载作用下，随着荷载作用时间的增长，钢筋的应力和混凝土的应力各发生什么变化？混凝土的徐变是否会影响短柱的承载力？

钢筋混凝土轴心受压构件在长期荷载作用下，随着荷载作用时间的增长，由于混凝土徐变的影响，钢筋的压应力不断增加，混凝土的压应力不断减少。（图4-10，图4-11）

混凝土徐变不会影响短柱的承载力，这是因为柱的承载力为：cu c y s N f A f A ''=+，据此公式可知，与混凝土徐变无关，徐变只是使钢筋与混凝土之间产生应力重分布。 4-8 钢筋混凝土轴心受压构件的承载力计算公式中为什么要考虑稳定系数ϕ，稳定系数ϕ与构件两端的约束情况有何关系？

稳定系数ϕ为长柱轴心抗压承载力与相同截面、相同材料和相同配筋的短柱抗压承载力的比值。因为长柱在轴心压力作用下，不仅发生压缩变形，同时还产生横向挠度，出现弯曲现象。初始偏心距产生附加弯矩，附加弯矩又增大了横向的挠度，这样相互影响，导致长柱最终在弯矩和轴力共同作用下发生破坏，致使长柱承载力降低。因此，需要考虑ϕ的影响。

稳定系数ϕ主要与构件的长细比有关（表4-1），其中长细比中的0l 为构件的计算长度，

而

l的确定与构件两端的约束直接有关。

4-9 为什么长细比

0/12

l b≥的螺旋筋，不考虑螺旋筋对柱承载力的有利作用？

当

0/12

l b≥时，此时长细比较大，由于初始偏心距引起的侧向弯曲和附加弯矩的影响而使构件的承载力降低，螺旋筋有可能不能发挥作用，因此不考虑其的有利作用。

4-10 如箍筋能起到约束混凝土的横向变形作用，则轴心受压短柱的承载力将发生什么变化？为什么？

（1）此时短柱的承载能力提高。

（2）因为箍筋约束混凝土的横向变形，对它施加径向压力，使核心混凝土处于三向受压状态。