同济大学顾祥林 混凝土结构课后答案

课后习题答案《混凝土结构基本原理》

授课教师：熊学玉

思考题

1-1钢筋和混凝土共同工作的基础是什么？

答：（1）混凝土和钢筋之间有良好的粘结性能，二者能够可靠地结合在一起，共同受力，共同变形。

（2）混凝土和钢筋两种材料的温度线膨胀系数很接近，避免温度变化时产生较大的温度应力破坏二者之间的粘结力

（3）混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于过早的腐蚀或高温软化

1-2与素混凝土梁相比，钢筋混凝土梁有哪些优势？

答：钢筋不但提高了梁的承载能力，而且还提高了梁的变形能力，使得梁在破坏前能给人以明显的预告。

1-3与钢筋混凝土梁相比，预应力混凝土梁有哪些优势？

答：预应力钢筋在梁底部产生的预压应力会抵消外部荷载P产生的拉应力，使得梁底部不产生拉应力或仅产生很小的拉应力，提高梁的抗裂行能。

1-4与其他结构相比，混凝土结构有哪些特点？

答：1.混凝土结构的优点：

1）良好的耐久性

2）良好的耐火性

3）良好的整体性

4）良好的可模性

5）可就地取材

6）节约钢材

2.混凝土结构的缺点：

混凝土结构的自重大且易开裂，一般混凝土结构使用时往往带裂缝工作，对裂缝有严格要求的结构构件需采取特殊措施；现浇混凝土结构需耗费大量的模板；施工季节性的影响较大；隔热隔声性能较差等。

思考题

2-1钢筋可以如何分类？

答：1.根据钢筋中的化学成分，可将钢筋分为碳素钢及普通合金钢两大类

2.按加工方法，钢筋可分成热轧钢筋、冷拉钢筋和热处理钢筋三大类；钢丝可分为碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线和冷拔低碳钢丝四大类。

2-2软钢和硬钢的应力——应变关系曲线有何不同？他们的屈服强度是如何取值的？

答：

图2.1 软钢（左）和硬钢（右）的应力应变曲线关系

软钢的应力-应变曲线关系中，在a 点以前，应力与应变呈线性比例关系，与a 点相应的应力称为比列极限；过a 点后，应变较应力增长稍快，尽管从图上看起来并不明显；到达b 点后，应力几乎不增加，应变却可以增加很多，曲线接近于水平线并一直延伸至f 点。cf 段称为流幅或屈服台阶；过f 点后曲线又继续上升，直到最高点d 点，相应于d 点的应力称为钢筋的极限强度，fd 段称为钢筋的强化阶段。过了d 点之后，变形迅速增加，时间最薄弱的截面逐渐缩小，出现“颈缩”现象，应力随之下降，到达e 点时试件发生断裂。硬钢的应力-应变曲线关系中，看不到明显的屈服点和流幅。其强度取值如下。软钢取屈服台阶（屈服下限）的强度作为屈服强度，硬钢一般取残余应变为0.2%时所对应的0.2 应力作为钢筋的条件屈服强度。

2-3钢筋应力——应变曲线的理论模型有哪几种？他们适用于何种情况？

答：三折线模型、两折线模型、双斜线模型。三折线模型适用于有明显流幅的软钢，两折线模型适用于流幅较长的理想弹塑性模型，双斜线模型适用于无明显流幅的高强钢筋或钢丝。 2-4冷拉和冷拔会对钢筋的力学性能有怎样的影响？

答：冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，不提高钢筋的抗压强度。冷拔可同时提高钢筋的抗拉强度及抗压强度。

2-5对混凝土结构中的钢筋性能有哪些要求？

答：1.钢筋的强度。2.钢筋的塑性。3.钢筋的可焊性。4.钢筋的耐火性。5.钢筋与混凝土的粘结力。

2-6如何确定混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和抗拉强度？

答：国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T50081—2002）规定：以边长为150mm 的立方体为标准试件，将其在20℃±3℃的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d ，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为N/mm 2。

我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T50081—2002）规定，以150mm ×150mm ×300mm 的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件。棱柱体试件与立方体试件的制作条件相同，试件上下表面不涂润滑剂。

根据普通混凝土和高强度混凝土的试验资料，混凝土轴心抗拉强度与立方体抗压强度存在如下的关系

0.55t cu F 0.395f

《混凝土结构设计规范》（GB50010）给出的混凝土轴心抗拉强度的标准值与立方体抗压强度标准值存在如下的换算关系

0.550.45tk cu 2F 0.880.395f (11.64)

2-7混凝土强度等级是如何确定的？《混凝土结构设计规范》（GB50010）覆盖的混凝土强度等级范围是什么？

答：混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值（用符号cu,k f 表示）确定，即用按上述标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级。C15-C80共14个强度等级。

2-8混凝土轴心受压应力—应变关系曲线的主要特点是什么？试举一常用的应力—应变关系曲线数学模型加以说明。

答：

a 点前内部裂缝没有发展，应力应变近似直线。

b 点称为临界应力点,内部裂缝有发展,但处于稳定状态。

c 点的应变称为峰值应变,e0约为0.002,内部裂缝延伸到表面， c 点后出现应变软化。

d 点为极限压应变,对普通混凝土取0.0033。

美国的E.Hognestad 建议的模型

公式表达如下：

20002()10.5()

c c c c c r c c c c c c cu cu f f

2-9如何确定混凝土的变形模量和弹性模量？

答：变形模量是应力与应变之比。由于轴心受压混凝土应力——应变关系是一条曲线，在不同的应力阶段变形模量是一个变数。混凝土的变形模量有三种表示方法，及原点弹性模量、割线模量、切线模量。混凝土的弹性模量通常是指原点弹性模量，其值可用E c 表示。我们GB50010规范给出的混凝土弹性模量值是这样得到的：对棱柱体试件，加载至c c 0.5f ，然后卸载至零，这样重复加载卸载5~10次后，卸载曲线接近直线且其斜率趋于稳定，将该直线的斜率定为混凝土的弹性模量。根据实验结果进行统计分析，可将混凝土的弹性模量与立方体抗压强度的关系表示为：

图2.2 混凝土轴心受压应力-应变曲线关系

图2.3 Hognestad 建议的应力应变曲线关系