中南大学混凝土的结构设计原理考试试题及答案

1、中南大学考试试卷2009 - 2010 学年二 学期时间120分钟混凝土结构设计原理（二）课程24学时_学分 考试形式： _卷专业年级：土木工程2007级 总分100分，占总评成绩70 %主：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上、填空题（每空1分，共计26分）1. 先张法和后张法对混凝土构件施加预应力的途径不同，先张法通过（预应力 筋与混凝土间的黏结力）施加预应力，后张法则通过（锚具）施加预应力。2. 按照预应力筋与混凝土的粘结程度分，预应力混凝土构件分为（有粘结）预 应力混凝土构件和（无粘结）预应力混凝土构件。3. 预应力混凝土中所用的锚具种类很多， 但按照传力方式分，主要可分为：（摩 擦型

2、）、（粘结型）和（承压型）三类。4. 在其他条件相同的情况下，由于预应力构件中建立的有效预压应力 6次高低不 同，使用阶段先张法构件的消压荷载 N0和开裂荷载NCr均（小于）后张法构件, 但先张法构件的极限承载力（等于）后张法构件的极限承载力。（填“大于”、“小 于”或“等于”）。5. 预应力混凝土轴拉构件及受弯构件正截面承载力计算均是以（构件破坏）时 的受力状态为计算依据，计算方法和步骤均类似于普通钢筋混凝土构件。6. 铁路桥涵中普通钢筋混凝土铁路桥梁按（容许应力）法计算，预应力混凝土 铁路桥梁按（破坏阶段）法计算。7. 铁路桥涵钢筋混凝土受弯构件的计算是以应力阶段 （U）的应力状态为依据，

3、 但轴心受压构件的计算则以（破坏）阶段的截面应力状态为依据, 但形式上按容 许应力法表达。8. 根据铁路钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 （TB1002.3-2005），普 通钢筋混凝土单筋矩形截面梁的受压区高度完全取决于截面尺寸、 材料及（配筋率）而与荷载弯矩无关。9.铁路桥涵钢筋混凝土偏心受压构件的计算与受弯构件相同，同样以（平截面_ 假定）、（弹性体假定）及（受拉区混凝土不参加工作）三个基本假定基础，截面 应力采用（应力叠加）原理或（静力平衡）条件进行计算。10预应力受弯构件的变形由两部分组成：一部分是由（荷载产生的挠度，另 一部分是由（预应力）产生的反拱，这两部分的代数和即为构件的

4、总变形。11 用作图法布置斜筋时，还应检查纵筋弯起后所余部分能否满足（截面抗弯） 要求，即要求材料图覆盖（包络图）。12预应力混凝土结构，就是在结构承受外荷载之前，预先采用人为的方法，在 结构内部形成一种预应力状态，使结构在使用阶段产生拉应力的区域预先受到（压）应力，从而达到推迟或限制（裂缝）的出现或开展，提高结构抗裂度 的目的。二、简答题（共5题，计34分）1 什么是张拉控制应力？为什么要对钢筋的张拉应力进行控制？（7分）答：张拉控制应力是指张拉预应力钢筋时所控制达到的最大应力值，其值为张拉设备所控制的总的张拉力除以预应力钢筋面积得到的应力值。（2分）从充分发挥预应力优点的角度考虑，张拉控制

5、应力应尽可能地定得高一些， 张拉控制应力定得高，形成的有效预压应力高，构件的抗裂性能好，且可以节约钢材，但如果控制应力过高，会有构件的延性较差、对后张法构件有可能造成端 部混凝土局部受压破坏、预应力损失增大等缺点。张拉控制应力也不能定过低， 它应有下限值。否则预应力钢筋在经历各种预应力损失后，对混凝土产生的预压 应力过小，达不到预期的抗裂效果。（5分）2什么是换算截面？为什么计算施工阶段的预应力混凝土的应力时，先张法构 件用Ao、后张法构件用净截面An ?而计算外荷载引起的截面应力时，为什么先 张法和后张法构件都用A ? （7分）答：换算截面是按整体工作阶段应变协调的原则将纵向非预应力钢筋和纵

6、向预 应力钢筋截面面积换算成混凝土截面积再加上混凝土的净截面积三者的总和，即精彩文档A。= Ac - ；tp-1 （2 分）dp-1为主拉应力容许限值，任何情况下不得超过，此时必须采用箍筋和斜筋 以外的措施，如增大截面宽度或提高混凝土强度等级。Case2： :丁 ctmax V g（2 分）不需要按计算只须按构造要求设置一定数量的腹筋。CaSe3： ：-_tp-2 W ：-_ctmaxW ：-_tp-1 必须按计算设置腹筋，但Cct V 6-3 部分梁段内，可仅按构造要求配腹筋。（2分）三、计算题（共3题，计40分）1、某铁路桥涵矩形截面混凝土简支梁，计算跨度I。=6.0m,承受均布荷载为20

7、kN/m（含自重），截面尺寸及配筋如下图1。采用C30混凝土，c=10.0MPa, 受力纵筋采用Q235级钢筋，6=130MPa 10 46,单根钢筋面积为20伽命n=20。要求：（1）复核该梁跨中截面混凝土及钢筋的应力；（2）按正截面强度计算该截面能承担的最大弯矩。(2 )(2)受压区高度x计算(4 )截面有效高度h0 =600 -45 -50/2 =530mm配筋率企 20100.01264 Jin =0.2%bh0300 530受压区高度:nJ =20 0.01264 = 0.2528x 二 h( ,(n)2 2- n)=530 0.502 = 266mm(3)截面应力复核(5 )2M2

8、 90.0 106bx(m - x/ 3)300 266 (530 -266/3)5.11MPa V90.0 106As(h)-x/3)2010 (530 -266/3) - 101.5MP s 1fax(h xaj(600 - 266 - 45) =111.1MPa ： g 】h0 - x530 -266满足要求(4)截面能承担的弯矩(4 )、 b Ibx10 300 266Mc-(h0 -x/3)(530 - 266/3) =176.09kN.m2 2Ms J _ =代(厲-x/3)ho -x(h - x _ ai)= 130 2010 (530 -266/3)530 - 266600 -

9、 266 - 45=105.34所以截面能承担的弯矩IM 1 =105.34kN.m2、现有一后张法预应力简支梁，计算跨度l=8.7m。该梁承受的均布恒载标准值gk=14.0kN/m，均布活荷载标准值qk=12.0kN/m。预应力钢筋 A=624.8mm, A p=156.3mrr, ap= a p =65mm e=6.15。净截面 A=7.48 x 104mr7,重心至底边的距 离为yn=465mm距顶边距离yn=335mr，惯性矩I n=7.28 x 10鴛市换算截面 A=9.8542x 10 mm,重心至底边的距离为 y=450mm距顶边y =350mm惯性矩10=8.36 x 10 m

10、m详见图2。已知受拉区张拉控制应力-con=1029N/mrr受压区二仙=735N/mn, 第一批预应力损失为二| =96N/mm,二ii =86N/mm,第二批预应力损失为-iii =150N/mm,二 iii =44N/mm 试计算：(1) 完成第二批预应力损失时跨中截面下缘混凝土的预压应力6c；(2) 使用阶段设计荷载条件下跨中截面下缘混凝土的应力值。(10分)图2预应力混凝土简支梁的截面参数(1)解：(1)内力计算均布荷载设计值：p=1.2 X 14.0+1.4 X 12.0=33.6kN/m1 2 1 2跨中弯矩设计值： M pl 33.6 8.73179kN.m8 8(2)总预应力

11、损失(1 )2G =；丁| hi = 96 150 = 246N / mmcr|=T|i +cr |= 86 + 44 =130N/mm(3) 完成第二批预应力损失时混凝土的预压应力(3 )pcpiiN pII epIIAnInyn(二con G)Ap(con；l)Ap(%on G)Apepn -(沏一二,Inyn(1029 -246) 624.8 (735 -130) 156.39.85 汉 104(1029 -246) 624.8 (465 -65)-(735 -130) 156.3 (335-65)+97.28 10465-18.67N /mrfl(4) 使用阶段设计荷载作用下跨中截面混

12、凝土下缘的应力(3分)Me6450317.9 1098.36 102 2= 17.11N /mm :二pe = 17.2N / mm(1分)混凝土下缘的实际应力% = ；： peII yMc =18.67-17.11 =1.56N/mm2(压)3、某铁路桥涵钢筋混凝土偏心受压柱，其截面尺寸及配筋图如图3示。柱的计算长度lo=6m控制截面上的轴向力 N=900kN,弯矩M=72kN.m采用混凝土强度等级为 C30,相应的；b=11.2MPa，；c=9.0MPa;采用I级钢筋，相应日=130MPa采用对称配筋 A=A =1520mm n=10。要求：复核截面应力及柱稳 定性。（已知: =1.13 , =0.87 , m=11.8） （15 分）解：（1）求换算截面核心矩(6 分)piri r iQr*$4l42040/F上声ho图3偏心受压柱的截面配筋图换算截面几何参数： 截面对称，有屮=y人=bh 2nAS=400 500+2 10 1520=230400mm2l0 =丄 bh3 +2 nAs( as)212213=400 5002 10 1520 (250 - 40)1294=5.51 10 mm核心矩AqY5.51 109230400 250=95.6mm计算偏心距 q = M / N 二 72000/900 二 80mm对换算截面的偏心矩eo =1.13 80 = 90.4