混凝土结构设计原理简答题部分答案

《混凝土结构设计原理》

第1章概论

1.钢筋与混凝土共同工作的基础条件是什么？

答：混凝土和钢筋协同工作的原因是：（1）钢筋与混凝土之间产生良好的粘结力，使两者结合为整体；（2）钢筋与混凝土两者之间线膨胀系数几乎相同，两者之间不会发生相对的温度变形使粘结力遭到破坏；（3）设置一定厚度混凝土保护层，混凝土的碱性环境使钢筋不易发生锈蚀，遇到火时不致因钢筋很快软化而导致结构破坏；（4）钢筋在混凝土中有可靠的锚固。

混凝土结构的特点是什么？

答：优点——取材容易、合理用材、整体性好、耐久性好、耐火性好可塑性好缺点——自重大、抗裂性差、施工复杂、施工周期长、施工受季节影响、结构隔热隔声性能差、修复加固困难。

第2章钢筋和混凝土的力学性能

《规范》规定混凝土强度等级

答：混凝土强度等级有C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 共十四个等级，其中C50以下的为普通混凝土，C50以上的为高强度等级混凝土

2.什么叫混凝土徐变？引起徐变的原因有哪些？

答：（1）混凝土结构或材料在不变的应力或荷载长期持续作用下，混凝土的变形或应变随时间而缓慢增长的现象称为混凝土的徐变。（2）内在因素：混凝土的组成成分是影响徐变的内在因素。水泥用量越多，徐变越大。水灰比越大，徐变越大。集料的弹性模量越小徐变就越大。构件尺寸越小，徐变越大。环境因素：混凝土养护及使用时的温度是影响徐变的环境因素。温度越高、湿度越低，徐变就越大。若采用蒸汽养护则可以减少徐变量的20%-25%。应力因素：施加初应力的大小和加荷时混凝土的龄期是影响徐变的应力因素。加荷时混凝土的龄期越长，徐变越小。加荷龄期相同时，初应力越大，徐变也越大。

3.钢筋冷加工的目的是什么？冷加工方法有哪几种？简述冷拉方法？

答：（1）钢筋冷加工目的是为了提高钢筋的强度，以节约钢材。除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外，其余冷加工钢筋无屈服点或屈服台阶，冷加工钢筋的设计强度提高，而延性大幅度下降。（2）冷加工方法有冷拨、冷拉、冷轧、冷扭。（3）冷拉钢筋由热轧钢筋在常温下经机械拉伸而成，冷拉应力值应超过钢筋的屈服强度。钢筋经冷拉后，屈服强度提高，但塑性降低，这种现象称为冷拉强化。冷拉后，经过一段时间钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化。时效硬化和温度有很大关系，温度过高（450℃以上）强度反而有所降低而塑性性能却有所增加，温度超过700℃，钢材会恢复到冷拉前的力学性能，不会发生时效硬化。为了避免冷拉钢筋在焊接时高温软化，要先焊好后再进行冷拉。钢筋经过冷拉和时效硬化以后，能提高屈服强度、节约钢材，但冷拉后钢筋的塑性（伸长率）有所降低。为了保证钢筋在强度提高的同时又具有一定的塑性，冷拉时应同时控制应力和控制应变。4.请简述变形钢筋与混凝土之间的粘结力是如何组成的？

答：试验表明，钢筋和混凝土之间的粘结力或者抗滑移力，由四部分组成：

（1）化学胶结力：混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸附力，来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体的生长和硬化，取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度。当钢筋受力后变形，发生局部滑移后，粘着力就丧失了。（2）摩阻力：混凝土收缩后，将钢筋紧紧地握裹住而产生的力，当钢筋和混凝土产生相对滑移时，在钢筋和混凝土界面上将产生摩擦力。它取决于混凝土发生收缩、荷载和反力等对钢筋的径向压应力、钢筋和混凝土之间的粗糙程度等。钢筋和混凝土之间的挤压力越大、接触面越粗糙，则摩擦力越大。（3）机械咬合力：钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬

合作用而产生的力，即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力，取决于混凝土的抗剪强度。变形钢筋的横肋会产生这种咬合力，它的咬合作用往往很大，是变形钢筋粘结力的主要来源，是锚固作用的主要成份。（4）钢筋端部的锚固力：一般是用在钢筋端部弯钩、弯折，在锚固区焊接钢筋、短角钢等机械作用来维持锚固力。各种粘结力中，化学胶结力较小；光面钢筋以摩擦力为主；变形钢筋以机械咬合力为主。

第3章混凝土结构设计的基本原则

5.什么是材料强度标准值？什么是荷载标准值？

答：（1）材料强度标准值的取值原则是在符合规定质量的材料强度实测值得总体中，标准强度应具有不小于95%的保证率，即按概率分布的0.05分数位确定。（2）指在结构的使用期间，在正常情况下出现的最大荷载值。

第4章轴心受力构件承载力

6.轴心受压构件设计时，如果用高强度钢筋，其设计强度应如何取值？

答：纵向受力钢筋一般采用HRB400级、HRB335级和RRB400级，不宜采用高强度钢筋，因为与混凝土共同受压时，不能充分发挥其高强度的作用。混凝土破坏时的压应变0.002，此时相应的纵筋应力值бs’=E sεs’=200×103×0.002=400 N/mm2；对于HRB400级、HRB335级、HPB235级和RRB400级热扎钢筋已达到屈服强度，对于Ⅳ级和热处理钢筋在计算f y’值时只能取400 N/mm2。

简述轴心受拉构件的受力过程和破坏过程？

答：第Ⅰ阶段——加载到开裂前此阶段钢筋和混凝土共同工作，应力与应变大致成正比。在这一阶段末，混凝土拉应变达到极限拉应变，裂缝即将产生。第Ⅱ阶段——混凝土开裂后至钢筋屈服前裂缝产生后，混凝土不再承受拉力，所有的拉力均由钢筋来承担，这种应力间的调整称为截面上的应力重分布。第Ⅱ阶段是构件的正常使用阶段，此时构件受到的使用荷载大约为构件破坏时荷载的50%—70%，构件的裂缝宽度和变形的验算是以此阶段为依据的。第Ⅲ阶段——钢筋屈服到构件破坏当加载达到某点时，某一截面处的个别钢筋首先达到屈服，裂缝迅速发展，这时荷载稍稍增加，甚至不增加都会导致截面上的钢筋全部达到屈服（即荷载达到屈服荷载N y时）。评判轴心受拉破坏的标准并不是构件拉断，而是钢筋屈服。正截面强度计算是以此阶段为依据的。

7.什么是结构的极限状态？极限状态可分为哪两类？

答：（1）整个结构或结构的一部分超过某一特定状态（如达到极限承载力、失稳、裂缝过宽、变形过大等）就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态即为该功能的极限状态。（2）极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类，对结构的各种极限状态，均有明确的标志或限值。承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形。正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。

8.什么是结构可靠度？

答：安全性、适用性和耐久性统称为结构的可靠性，及结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。而结构的可靠度则是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。结构可靠度是结构可靠性的概率度量。

9.什么是结构的安全等级？建筑结构功能要求有哪些？

答：（1）根据结构破坏时可能产生后果（危及人的生命、造成经济损失、对社会或环境产生影响等）将建筑结构分为三个等级，并对其目标可靠指标进行调整。一级很严重，影响很大、二级严重，影响较大、三级不严重，影响较小。建筑结构中结构构件的安全等级，宜与结构的安全等级相同。

（2）《统一标准》规定建筑结构应满足下列功能要求：①在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用，包括荷载及外加变形或约束变形②在正常使用时保持良好的工作性能，如不发生正常使用的过大变形或者过宽的裂缝等③在正常维护下具有足够的耐久性能，如结构材料的风化、老化和腐蚀等不超过一定限度等④当发生火灾时，在规定的时间内可保持足够的承载力⑤当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时，结构能保持必需的整体稳固性，不出现与起因不相称的破坏后果，防止出现结构的连续倒塌。

10.什么是作用效应？

答：由作用引起的结构或结构构件的反应称为作用效应，如内力（弯矩、剪力、轴力、扭矩）和变形（如挠度、裂缝、转角等）。当为直接作用时，其效应也称为荷载效应，通常用S表示。荷载和荷载效应之间一般可近似按线性关系考虑，二者均为随机变量或随机过程。

第5章受弯构件正截面承载力

11.钢筋混凝土受弯构件正截面有哪几种破坏形式？其破坏特征有何不同？

答：根据破坏特征的不同，钢筋混凝土受弯构件正截面有适筋破坏、超筋破坏、少筋破坏三种。

梁配筋适中会发生适筋破坏。受拉钢筋首先屈服，钢筋应力保持不变而产生显著的塑性伸长，受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变，混凝土压碎，构件破坏。梁破坏前，挠度较大，产生较大的塑性变形，有明显的破坏预兆，属于塑性破坏。

梁配筋过多会发生超筋破坏。破坏时压区混凝土被压坏，而拉区钢筋应力尚未达到屈服强度。破坏前梁的挠度及截面曲率曲线没有明显的转折点，拉区的裂缝宽度较小，破坏是突然的，没有明显预兆，属于脆性破坏，称为超筋破坏。

梁配筋过少会发生少筋破坏。拉区混凝土一旦开裂，受拉钢筋即达到屈服，并迅速经历整个流幅而进入强化阶段，梁即断裂，破坏很突然，无明显预兆，故属于脆性破坏。

12.应用“平均应变符合平截面假定”推导受弯构件适筋梁与超筋梁的界限相对受压区高度计算公式，并画出应变图？

答：见课本47页

第6章受弯构件斜截面承载力

13.受弯构件斜截面承载力有哪些？各如何保证？

答：（1）斜截面承载力包括斜截面受剪承载力斜截面受弯承载力两方面。（2）斜截面受剪承载力是由计算和构造要求来满足的，斜截面受弯承载力则是通过构造要求来保证的。为防止斜截面受剪破坏，应根据斜截面受剪承载力计算结果配置箍筋。当剪力较大时，可再设置弯起钢筋，弯起钢筋一般是由梁内纵筋弯起形成的。为防止斜截面受弯破坏，应使梁内纵向钢筋的弯起、截断和锚固满足相应的构造要求。，一般不需要进行截面受弯承载力计算。

斜截面破坏形态有几类？分别采用什么方法加以控制？

答：（1）斜截面破坏形态有三类：斜压破坏，剪压破坏，斜拉破坏

（2）斜压破坏通过限制最小截面尺寸来控制；剪压破坏通过抗剪承载力计算来控制；斜拉破坏通过限制最小配箍率来控制；

14.影响斜截面受剪承载力的主要因素有哪些？

答：（1）剪跨比的影响，随着剪跨比的增加，抗剪承载力逐渐降低；（2）混凝土的抗压强度的影响，当剪跨比一定时，随着混凝土强度的提高，抗剪承载力增加；（3）纵筋配筋率的影响，随着纵筋配筋率的增加，抗剪承载力略有增加；（4）箍筋的配箍率及箍筋强度的影响，随着箍筋的配箍率及箍筋强度的增加，抗剪承载力增加；（5）斜裂缝的骨料咬合力和钢筋的销栓作用；（6）加载方式的影响；（7）截面尺寸和形状的影响；

第6章受扭构件承载力

15.《混凝土结构设计规范》是如何考虑弯矩、剪力、和扭矩共同作用的？t β的意义是什么？起什么作用？上下限是多少？

答：实际工程的受扭构件中，大都是弯矩、剪力、扭矩共同作用的。构件的受弯、受剪和受扭承载力是相互影响的，这种相互影响的性质称为复合受力的相关性。由于构件受扭、受弯、受剪承载力之间的相互影响问题过于复杂，采用统一的相关方程来计算比较困难。为了简化计算，《混凝土结构设计规范》对弯剪扭构件的计算采用了对混凝土提供的抗力部分考虑相关性，而对钢筋提供的抗力部分采用叠加的方法。0

5.015.1Tbh VW t t +=β（0.5≤t β≤1.0），t β称为剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数，当t β小于0.5时,取t β等于0.5;当t β大于1.0时,取t β等于1.0。

第7章 偏心受力构件承载力

16.判别大、小偏心受压破坏的条件是什么？大、小偏心受压的破坏特征分别是什么？

答：（1）b ξξ≤，大偏心受压破坏；b ξξ>，小偏心受压破坏； （2）破坏特征：大偏心受压破坏：破坏始自于远端钢筋的受拉屈服，然后近端混凝土受压破坏； 小偏心受压破坏：构件破坏时，混凝土受压破坏，但远端的钢筋并未屈服；

偏心受拉构件划分大、小偏心的条件是什么？大、小偏心破坏的受力特点和破坏特征各有何不同？

答：（1）当N 作用在纵向钢筋s A 合力点和'

s A 合力点范围以外时，为大偏心受拉；当N

作用在纵向钢筋s A 合力点和's A 合力点范围之间时，为小偏心受拉； （2）大偏心受拉有混凝土受压区，钢筋先达到屈服强度，然后混凝土受压破坏；小偏心受拉破坏时，混凝土完全退出工作，由纵筋来承担所有的外力。

大偏心受拉构件为非对称配筋，如果计算中出现'2s a x <或出现负值，怎么处理？

答：取'2s a x =，对混凝土受压区合力点（即受压钢筋合力点）取矩，

)

('0's y s a h f Ne A -=，bh A s 'min 'ρ= 第8章 钢筋混凝土构件的变形和裂缝

17．为什么说裂缝条数不会无限增加，最终将趋于稳定?

答：假设混凝土的应力σc 由零增大到f t 需要经过l 长度的粘结应力的积累，即直到距开裂截面为l 处，钢筋应力由σs1降低到σs2，混凝土的应力σc 由零增大到f t ，才有可能出现新的裂缝。显然，在距第一条裂缝两侧l 的范围内，即在间距小于2l 的两条裂缝之间，将不可能再出现新裂缝。

18．裂缝宽度与哪些因素有关，如不满足裂缝宽度限值，应如何处理?

答：与构件类型、保护层厚度、配筋率、钢筋直径和钢筋应力等因素有关。如不满足，

可以采取减小钢筋应力（即增加钢筋用量）或减小钢筋直径等措施。

第9章预应力混凝土构件

19.请简述预应力混凝土的基本概念？

答：为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在构件使用（加载）以前，预先给混凝土一个预压力，即在混凝土的受拉区内，用人工加力的方法，将钢筋进行张拉，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先受压力。这种储存下来的预加压力，当构件承受由外荷载产生拉力时，首先抵消受拉区混凝土中的预压力，然后随荷载增加，才使混凝土受拉，这就限制了混凝土的伸长，延缓或不使裂缝出现，这就叫做预应力混凝土。

20．何为预应力？预应力混凝土结构的优缺点是什么？

答：①预应力：在结构构件使用前，通过先张法或后张法预先对构件混凝土施加的压应力。②优点：提高构件的抗裂性、刚度大及抗渗性好，能够充分发挥高强材料的性能，节约钢材、提高构件稳定性和抗疲劳性能。③缺点：构件的设计施工比较复杂、施工制作要求具有较高的机械设备和技术条件，需要锚具及人工费用高的特点，计算及构造较复杂，且延性较差。

21．例举各种预应力损失种类和减少各项预应力损失值的控制措施？

答：①锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失。可通过选择变形小锚具或增加台座长度、少用垫板等措施减小该项预应力损失；②预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失。可通过两端张拉或超张拉减小该项预应力损失；③预应力钢筋与承受拉力设备之间的温度差引起的预应力损失。可通过二次升温措施减小该项预应力损失；④预应力钢筋松弛引起的预应力损失。可通过超张拉减小该项预应力损失；⑤混凝土收缩、徐变引起的预应力损失。可通过减小水泥用量、降低水灰比、保证密实性、加强养互等措施减小该项预应力损失；⑥螺旋式预应力钢筋构件，由于混凝土局部受挤压引起的预应力损失。为减小该损失可适当增大构件直径。

22.什么是消压弯矩？什么是消压轴力？

答：（1）当外荷弯矩产生的截面受拉边缘拉应力恰好抵消混凝土的预压应力时，这时的弯矩称为消压弯矩。（2）当施加的轴力恰好抵消混凝土的预压应力，构件处于消压状态，这时的轴力称为消压轴力。

23.高强钢筋在普通钢筋混凝土中为何得不到充分利用?高强混凝土呢？

答：混凝土的极限拉应变很小，构件的抗裂能力很低，容易产生裂缝。对于使用时允许裂缝宽度为0.2-0.3mm的构件，受拉钢筋的应力也只能达到150-250Mpa左右，这与各种热轧钢筋的正常工作应力相当，而从结构耐久性出发，必须限制裂缝的开展宽度，这就使高强钢筋无法得到充分利用，相应的高强混凝土也不可充分发挥作用。