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《混凝土結(jié)構(gòu)設計原理》作業(yè)1、2、3、4參考答案 作業(yè)1 一、選擇題 A DADC DBA 二、判斷題 1． 2．√ 3. 4. 5． 6．√ 7． 8． 9．√ 10．√ 三、簡答題 1．鋼筋和混凝土這兩種物理和力學性能不同的材料，之所以能夠有效地結(jié)合在一起而共同工作，其主要原因是什么？ 答：1）鋼筋和混凝土之間良好的黏結(jié)力； 2）接近的溫度線膨脹系數(shù)； 3）混凝土對鋼筋的保護作用。 2．試分析素混凝土梁與鋼筋混凝土梁在承載力和受力性能方面的差異。 答：素混凝土梁承載力很低，受拉區(qū)混凝土一開裂，裂縫迅速發(fā)展，梁在瞬間驟然脆裂斷開，變形發(fā)展不充分，屬脆性破壞，梁中混凝土的抗壓能力未能充分利用。 鋼筋混凝土梁承載力比素混凝土梁有很大提高，受拉區(qū)混凝土開裂后，鋼筋可以代替受拉區(qū)混凝土承受拉力，裂縫不會迅速發(fā)展，直到鋼筋應力達到屈服強度，隨后荷載略有增加，致使受壓區(qū)混凝土被壓碎。梁破壞前，其裂縫充分發(fā)展，變形明顯增大，有明顯的破壞預兆，結(jié)構(gòu)的受力特性得到明顯改善。同時，混凝土的抗壓能力和鋼筋的抗拉能力得到充分利用。 3．鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計中選用鋼筋的原則是什么？ 答：1）較高的強度和合適的屈強比； 2）足夠的塑性； 3）可焊性； 4）耐久性和耐火性 5）與混凝土具有良好的黏結(jié)力。 4．什么是結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)？結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為幾類，其含義是什么？ 答：整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計指定的某一功能要求，這個特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類。 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力、疲勞破壞或者達到不適于繼續(xù)承載的變形時的狀態(tài)，稱為承載能力極限狀態(tài)。 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值的狀態(tài)，稱為正常使用極限狀態(tài)。 5．什么是結(jié)構(gòu)上的作用？結(jié)構(gòu)上的作用分為哪兩種？荷載屬于哪種作用？ 答：結(jié)構(gòu)上的作用是指施加在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的力，以及引起結(jié)構(gòu)變形和產(chǎn)生內(nèi)力的原因。 結(jié)構(gòu)上的作用又分為直接作用和間接作用。荷載屬于直接作用。 6．什么叫做作用效應？什么叫做結(jié)構(gòu)抗力？ 答：直接作用和間接作用施加在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，由此在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力和變形，稱為作用效應。 結(jié)構(gòu)抗力R是指整個結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應（即內(nèi)力和變形）的能力，如構(gòu)件的承載力和剛度等。 作業(yè)2 一、選擇題 ACCCD 二、判斷題 1．√2．√ 3． 4． 5． 6．√ 7． 8．√ 三、簡答題 1．鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面的有效高度是指什么？ 答：計算梁、板承載力時，因為混凝土開裂后，拉力完全由鋼筋承擔，力偶力臂的形成只與受壓混凝土邊緣至受拉鋼筋截面重心的距離有關，這一距離稱為截面有效高度。 2．根據(jù)配筋率不同，簡述鋼筋混凝土梁的三種破壞形式及其破壞特點? 答：1）適筋破壞；適筋梁的破壞特點是：受拉鋼筋首先達到屈服強度，經(jīng)過一定的塑性變形，受壓區(qū)混凝土被壓碎，屬延性破壞。2）超筋破壞；超筋梁的破壞特點是：受拉鋼筋屈服前，受壓區(qū)混凝土已先被壓碎，致使結(jié)構(gòu)破壞，屬脆性破壞。3）少筋破壞；少筋梁的破壞特點是：一裂即壞，即混凝土一旦開裂受拉鋼筋馬上屈服，形成臨界斜裂縫，屬脆性破壞。3．在受彎構(gòu)件正截面承載力計算中，的含義及其在計算中的作用是什么？ 答：是超筋梁和適筋梁的界限，表示當發(fā)生界限破壞即受拉區(qū)鋼筋屈服與受壓區(qū)砼外邊緣達到極限壓應變同時發(fā)生時，受壓區(qū)高度與梁截面的有效高度之比。其作用是，在計算中，用來判定梁是否為超筋梁。 4．什么情況下采用雙筋截面梁？ 答：對于給定截面彎矩當按單筋截面梁設計時，若給定彎矩設計值過大，截面設計不能滿足適筋梁的適用條件（），且由于使用要求截面高度受到限制又不能增大，同時混凝土強度等級因條件限制不能再提高時，可采用雙筋截面。即在截面的受壓區(qū)配置縱向鋼筋以補充混凝土受壓能力的不足。 5．有腹筋梁斜截面剪切破壞形態(tài)有哪幾種？各在什么情況下產(chǎn)生？ 答：受彎構(gòu)件斜截面剪切破壞的主要形態(tài)有斜壓、剪壓和斜拉三種。 　　當剪力相比彎矩較大時，主壓應力起主導作用易發(fā)生斜壓破壞，其特點是混凝土被斜向壓壞，箍筋應力達不到屈服強度。 　　當彎剪區(qū)彎矩相比剪力較大時，主拉應力起主導作用易發(fā)生斜拉破壞，破壞時箍筋應力在混凝土開裂后急劇增加并被拉斷，梁被斜向拉裂成兩部分，破壞過程快速突然。 　　剪壓破壞時箍筋在混凝土開裂后首先達到屈服，然后剪壓區(qū)混凝土被壓壞，破壞時鋼筋和混凝土的強度均有較充分利用。 6．影響有腹筋梁斜截面受剪承載力的主要因素有哪些？ 答：配有腹筋的混凝土梁，其斜截面受剪承載力的影響因素有剪跨比、混凝土強度、縱向鋼筋的銷栓作用、箍筋的配筋率及其強度、彎起鋼筋的配置數(shù)量等。 四、計算題 1．已知鋼筋混凝土矩形梁，一類環(huán)境，其截面尺寸，承受彎矩設計值，采用C30 混凝土和HRB335 級鋼筋。試配置截面鋼筋。 解：，，，， 滿足要求 ，取 選配鋼筋3 25（ 2．已知矩形截面梁，已配縱向受拉鋼筋4根22mm 的HRB400級鋼筋，按下列條件計算此梁所能承受的彎矩設計值。 ① 混凝土強度等級為C25； ② 若由于施工原因，混凝土強度等級僅達到C20級。 解： ① 查教材附錄知：對于一類環(huán)境，可取梁的保護層厚度mm，HRB400級鋼筋，C25級混凝土，。 當混凝土強度等級為C25，梁所能承受的彎矩設計值為。 ② 若由于施工原因，混凝土強度等級僅達到C20級，C20級混凝土。 若由于施工原因，混凝土強度等級僅達到C20級，梁所能承受的彎矩設計值為。 3．一鋼筋混凝土矩形截面簡支梁，處于一類環(huán)境，安全等級二級，混凝土強度等級為C25，梁的截面尺寸為，縱向鋼筋采用HRB335級鋼筋，箍筋采用HPB235級鋼筋，均布荷載在梁支座邊緣產(chǎn)生的最大剪力設計值為250kN。正截面強度計算已配置425 的縱筋，求所需的箍筋。 解：（1）確定計算參數(shù) ，，，，， （2）驗算截面尺寸 ，屬一般梁 截面符合要求。 （3）驗算是否需要計算配置箍筋 故需進行計算配置箍筋。 （4）求箍筋數(shù)量并驗算最小配筋率 選雙肢箍Ф8（，）代入上式可得： 取，可得： 滿足要求 4. 承受均布荷載設計值作用下的矩形截面簡支梁，安全等級二級，處于一類環(huán)境，截面尺寸，混凝土為C30級，箍筋采用HPB235級鋼筋。梁凈跨度。梁中已配有雙肢 @200箍筋，試求：梁在正常使用期間按斜截面承載力要求所能承擔的荷載設計值。 解：（1）確定計算參數(shù) ，，，， （1）求荷載設計值 作業(yè)3 一、選擇題 CBDAC AA 二、判斷題 1．√2．√ 3. 4．√ 5． 6．　 7．√8．√ 9．√ 10．√ 11．√ 12．√ 三、簡答題 1．鋼筋混凝土柱中箍筋應當采用封閉式，其原因在于？ 答：鋼筋混凝土柱中箍筋應當采用封閉式箍筋是為了保證鋼筋骨架的整體剛度，并保證構(gòu)件在破壞階段箍筋對混凝土和縱向鋼筋的側(cè)向約束作用。 2．鋼筋混凝土偏心受壓破壞通常分為哪兩種情況？它們的發(fā)生條件和破壞特點是怎樣的？ 答：鋼筋混凝土偏心受壓破壞可分為兩種情況：大偏心受壓破壞與小偏心受壓破壞。 大偏心受壓破壞的發(fā)生條件是：偏心距較大，且受拉鋼筋配置得不太多時。破壞特點是：受拉區(qū)的鋼筋能達到屈服，受壓區(qū)的混凝土也能達到極限壓應變。 小偏心受壓破壞的發(fā)生條件是：偏心距較小或很小，或者雖然相對偏心距較大，但配置了很多的受拉鋼筋。破壞特點是：靠近縱向力一端的鋼筋能達到受壓屈服，混凝土被壓碎，而遠離縱向力一端的鋼筋無論是受拉還是受壓，一般情況下都達不到屈服。 3．簡述矩形截面大偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算公式的使用條件？ 答：矩形截面大偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算公式的適用條件如下： 1）為了保證構(gòu)件破壞時受拉區(qū)鋼筋的應力先達到屈服強度，要求滿足： 2）為了保證構(gòu)件破壞時，受壓鋼筋應力能達到抗壓屈服強度設計值，與雙筋受彎構(gòu)件相同，要求滿足： 4．實際工程中，哪些受拉構(gòu)件可以按軸心受拉構(gòu)件計算，哪些受拉構(gòu)件可以按偏心受拉構(gòu)件計算？ 答：在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，真正的軸心受拉構(gòu)件是罕見的。近似按軸心受拉構(gòu)件計算的有承受節(jié)點荷載的屋架或托架受拉弦桿和腹桿，剛架、拱的拉桿，承受內(nèi)壓力的環(huán)形管壁及圓形儲液池的壁筒等；可按偏心受拉計算的構(gòu)件有矩形水池的池壁、工業(yè)廠房雙肢柱的受拉肢桿、受地震作用的框架邊柱和承受節(jié)間荷載的屋架下弦拉桿等。 5．軸心受拉構(gòu)件從加載開始到破壞為止可分為哪三個受力階段？其承載力計算以哪個階段為依據(jù)？ 答：軸心受拉構(gòu)件從加載開始到破壞為止可分為三個受力階段：第一階段為從加載到混凝土受拉開裂前，第二階段為混凝土開裂至鋼筋即將屈服，第三階段為受拉鋼筋開始屈服到全部受拉鋼筋達到屈服。承載力計算以第三階段末為依據(jù)。 6．大、小偏心受拉構(gòu)件的破壞特征有什么不同？如何劃分大、小偏心受拉構(gòu)件？ 答：大偏心受拉構(gòu)件破壞時，混凝土雖開裂，但還有受壓區(qū)。當數(shù)量適當時，受拉鋼筋首先屈服，然后受壓鋼筋的應力達到屈服強度，混凝土受壓邊緣達到極限應變而破壞。 小偏心受拉構(gòu)件破壞時，一般情況下，全截面均為拉應力，其中一側(cè)的拉應力較大。隨著荷載的增加，一側(cè)的混凝土首先開裂，而且裂縫很快就貫穿整個截面，所以混凝土將退出工作，拉力完全由鋼筋承擔，構(gòu)件破壞時，及都達到屈服強度。 偏心受拉構(gòu)件正截面承載力計算，按縱向拉力N的作用位置不同，可以分為大偏心受拉與小偏心受拉兩種情況：當縱向拉力N作用在鋼筋合力點和合力點范圍之間時，為小偏心受拉。 7．鋼筋混凝土純扭構(gòu)件有哪幾種破壞形式？各有何特點？ 答：鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的破壞形態(tài)可分為適筋破壞、部分超筋破壞、完全超筋破壞和少筋破壞4類。 適筋破壞的特點：縱筋和箍筋先到達屈服強度，然后混凝土被壓碎而破壞，屬于延性破壞。 部分超筋破壞的特點：破壞時僅縱筋屈服，而箍筋不屈服；或箍筋屈服，縱筋不屈服，破壞時具有一定的延性，但較適筋破壞時的截面延性小。 完全超筋破壞的特點：縱筋和箍筋都沒有達到屈服強度，而混凝土先行壓壞，屬于脆性破壞。 少筋破壞的特點：裂縫一旦出現(xiàn)，構(gòu)件就會立即發(fā)生破壞，此時，縱筋和箍筋不僅達到屈服強度而且可能進入強化階段，屬于脆性破壞。 8. 鋼筋混凝土彎剪扭構(gòu)件的鋼筋配置有哪些構(gòu)造要求？ 答： 1）縱筋的構(gòu)造要求 　　對于彎剪扭構(gòu)件，受扭縱向受力鋼筋的間距不應大于200mm和梁的截面寬度；在截面四角必須設置受扭縱向受力鋼筋，其余縱向鋼筋沿截面周邊均勻?qū)ΨQ布置。當支座邊作用有較大扭矩時，受扭縱向鋼筋應按受拉鋼筋錨固在支座內(nèi)。當受扭縱筋按計算確定時，縱筋的接頭及錨固均應按受拉鋼筋的構(gòu)造要求處理。 　　在彎剪扭構(gòu)件中，彎曲受拉邊縱向受拉鋼筋的最小配筋量，不應小于按彎曲受拉鋼筋最小配筋率計算出的鋼筋截面面積，與按受扭縱向受力鋼筋最小配筋率計算并分配到彎曲受拉邊鋼筋截面面積之和。 　　2）箍筋的構(gòu)造要求 　　箍筋的間距及直徑應符合受剪的相關要求。箍筋應做成封閉式，且應沿截面周邊布置；當采用復合箍筋時，位于截面內(nèi)部的箍筋不應計入受扭所需的箍筋面積；受扭所需箍筋的末端應做成135 彎鉤，彎鉤端頭平直段長度不應小于10d（d為箍筋直徑）。 9．鋼筋混凝土裂縫控制的目的是什么？ 答：裂縫控制的目的一方面是為了保證結(jié)構(gòu)的耐久性，因為裂縫過寬時，氣體和水分、化學介質(zhì)會侵入裂縫，引起鋼筋銹蝕，這不僅削弱了鋼筋的面積，而且還會因鋼筋體積的膨脹而引起保護層剝落，產(chǎn)生長期危害，影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。另一方面是考慮建筑物觀瞻、人的心理感受和使用者不安全程度的影響。 四、計算題 1．已知某柱兩端為不動鉸支座，柱高H=5.6m，截面尺寸為400mm400mm，采用C20混凝土、HRB335鋼筋，柱頂截面承受軸心壓力設計值N=1692kN，試確定該柱所需的縱向鋼筋截面面積。 解： （1）確定穩(wěn)定系數(shù) ，，查附表3-3，得 （2）計算縱向鋼筋截面面積 （3）驗算配筋率 而，滿足。 2．已知某鋼筋混凝土屋架下弦，截面尺寸，承受的軸心拉力設計值，混凝土強度等級C30，鋼筋為HRB335。求截面配筋。 解：首先，確定計算參數(shù)，查教材附錄知，HRB335鋼筋。 選用416（）能夠滿足要求。 作業(yè)4 一、選擇題 CDBCA、B 二、判斷題 1．2． 3． 4．5．√ 6．√7．√ 8．9．√10．√ 11． 12.√ 三、簡答題 1．與普通混凝土相比，預應力混凝土具有哪些優(yōu)勢和劣勢？ 答：與普通混凝土相比，預應力混凝土具有優(yōu)勢是： 1）構(gòu)件的抗裂度和剛度提高； 2）構(gòu)件的耐久性增加； 3）自重減輕； 4）節(jié)約材料。 與普通混凝土相比，預應力混凝土具有劣勢是： 預應力混凝土施工需要專門的材料和設備、特殊的工藝、造價較高。 2．簡述有粘結(jié)預應力與無粘結(jié)預應力的區(qū)別？ 答：有粘結(jié)預應力，是指沿預應力筋全長其周圍均與混凝土粘接、握裹在一起的預應力。先張預應力結(jié)構(gòu)及預留孔道穿筋壓漿的后張預應力結(jié)構(gòu)均屬此類。 無粘結(jié)預應力，是指預應力筋伸縮、滑動自由，不與周圍混凝土粘接的預應力。無粘結(jié)預應力混凝土結(jié)構(gòu)通常與后張預應力工藝相結(jié)合。 3．列舉三種建筑工程中常用的預應力錨具？ 答：螺絲端桿錨具、錐形錨具、鐓頭錨具、夾具式錨具。 4．預應力混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件所用的混凝土，需滿足哪些要求？ 答：預應力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件所用的混凝土，需滿足下列要求： 　　1）強度高。與普通鋼筋混凝土不同，預應力混凝土必須采用強度高的混凝土。因為強度高的混凝土對采用先張法的構(gòu)件可提高鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力，對采用后張法的構(gòu)件，可提高錨固端的局部承壓承載力。 　　2）收縮、徐變小。以減少因收縮、徐變引起的預應力損失。 　　3）快硬、早強?？杀M早施加預應力，加快臺座、錨具、夾具的周轉(zhuǎn)率，以利加快施工進度。 5．引起預應力損失的因素有哪些？如何減少各項預應力損失？ 答：引起預應力損失的因素主要有錨固回縮損失、摩擦損失、溫差損失、應力松弛損失、收縮徐變損失等。 見教材P216-220 6．公路橋涵按承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行結(jié)構(gòu)設計，在設計中應考慮哪三種設計狀況？分別需做哪種設計？ 答：公路橋涵按承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行結(jié)構(gòu)設計，在設計中應考慮以下三種設計狀況： 1）持久狀態(tài)。該狀態(tài)需要作承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計。 2）短暫狀態(tài)。該狀態(tài)主要做承載力極限狀態(tài)設計，必要時才作正常使用極限狀態(tài)設計。 3）偶然狀態(tài)。該狀態(tài)僅作承載力極限狀態(tài)設計。 四、計算題 1．已知一矩形截面簡支梁，截面尺寸bh=200mm550mm，混凝土強度等級為C25，縱向鋼筋采用HRB335級，安全等級為二級，梁跨中截面承受的最大彎矩設計值為M=160kNm。 ①若上述設計條件不能改變，試進行配筋計算。 ②若由于施工質(zhì)量原因，實測混凝土強度僅達到C20，試問按①問所得鋼筋面積的梁是否安全？ ，，， 假設mm，則有效高度。 （1）計算受壓區(qū)高度 （2）計算鋼筋數(shù)量 （3）選擇并布置鋼筋 選用3 25（，鋼筋布置如圖所示。 （4）驗算配筋率 實際配筋率 >。 6