《混凝土结构原理》概述

1、合肥工业大学结构工程 09级硕士研究生混凝土结构理论试题（含参考答案）1 .混凝土在荷载重复加卸作用下的应力应变曲线有哪些特征？（8分）2 .混凝土收缩对结构产生哪些不利影响？工程中经常采取哪些措施减小收缩量？（8分）3 .说明混凝土在多轴应力作用下强度和变形的一般规律。（10分）4 .试分析混凝土产生徐变的机理，如何反映徐变值的大小？（10分）5 .作图说明箍筋约束混凝土受压时的应力应变关系与非约束混凝土有什么区别？ （8分）6 .比较光圆钢筋和螺纹钢筋的粘结锚固性能与拔出破坏形态的异同。（8分）7 .什么是长柱的p-s效应？与重力二阶效应 （p a效应）有何区别？我国规范中分别采用何种方法

2、考虑这两种效应？ （10分）8 .试比较无腹筋混凝土梁弯剪破坏的三种典型形态，说明其主要特征和控制因素。（8分）9 .剪扭构件剪力和扭矩有什么相关性？我国混凝土规范配筋计算时是如何考虑这种相关 性的？（8分） 十.混凝土构件受拉裂缝的机理分析有哪三种方法？比较其主要概念和处理方法的异同。（10 分） 钢筋混凝土梁截面尺寸。乂刀三之。0 x 4。皿口，t配置爱拉钢居建2口，试计 算：c1） 梁开裂时的弯矩和曲率；（钢筋混罐土梁开裂弯矩，3怎=；评祐）<2）钢筋屈服时的弯矩和曲率；（3） 极限状态时的驾矩和曲率, （12分）1 .答：荷载重复加卸作用下，包络线都与单调加载的曲线十分接近，包络

3、线峰点给出的棱柱体抗压强度和峰值应变也与单调加载的相应值（fc, e p）无明显差别。所有试件都是在超过峰值应力后、总应变达（1.53.0） x 10-3时出现第一条裂缝，裂缝细而短，平行于 压应力方向。继续加卸载，会相继出现多条纵向断裂缝，多次重复裂缝无明显发展。应变达到一定值之后时，相邻裂缝会连接成贯通斜裂缝，最终破坏时裂缝较宽， 还有少量残余承载力。 卸载时应变越大，裂缝开展越充分，恢复变形滞后现象越严重，残余应变则随卸载应变增大而增大。再加载时，若再加载起点的应变很小，其上端应变,则曲线上无拐点，斜率单调减小，至切点处斜率仍大于零； 若再加载起点的应变较大， 其上端应变5温/年l。则其

4、上升段在应力较低处有一拐点，后又出现一个极大值（峰点）和一小节下降段，而且起点应变越大，曲线变化幅度越大。开始加载阶段.试件的横向应变很丸 当应力接近混凝土的棱柱体强度£ ）时, 横向应变才明我地加快增长将栽哼，纵向应变能恢爱 部分,而隈向应变几乎没苜帙 复,保持常僦：再加我时.纵向成交即时增大，而横向应变仍保持常侑。只有当曲线超时 共同点（cm,共同点轨迹战）后,纵向应变加速增长时，横向应变才开始增大, 再加载曲线过了共同点以后斜率显著减小，也即试件的纵向应变超过原卸载应变而迅速增长，横向应变也突然增大。达洌稳定理所需的荷战循环次数，取决于卸我时的应变 经统计，在应力.应变曲线 上

5、.升段以内，一股约需"-j次；在卜降附内则需69次,才能达到稳定点“2 .答：混凝土的收缩变形加大了预应力损失，降低了构件的抗裂性，增大了构件的变形，并使构件的截面应力和超静定结构的内力发生不同程度的重分布等。控制混凝土中的水泥用量和水灰比；尽量选择骨料含量大、弹性模量值高、粒径大的混凝土；及时完善的养护、高 温湿养护、蒸汽养护等工艺来加速水泥的水化作用；加入微膨胀剂等抑制混凝土收缩的添加剂。3 .双轴受压时（c/c, （ti=0）,混凝土的二轴抗压强度（f3）均超过其单轴抗压强度 （fc）, 随应力比例的变化规律为：<5/a = 0-0, 2人随应力比的增大而提高较快；氏/5

6、0.2-0. 7不变化平缓，最大抗压强度为（1. 25i. 60）上.发生在中/m= 0.3-0, 6 之间 s3/事-7-1. 0 用随应力比的增大而降低口二轴等卡fm/m 1）强度为启=（l 15 - l35）匕（4 da）混凝土二轴受压的应力-应变曲线为抛物线形，有峰点和下降段，与单轴受压的应 力-应变全曲线相似口试件破坏时，最大主压应力方向的强度后和峰值应变e %都大于 单轴受压的相应值.两个受力方向的峰值应变£配最大应变值发生在0/通心（l 25 , £*由单轴受压时的拉伸逐渐转为压缩变形，至二轴等压时达最大压应变身加，二轴受压的体积应变宫=在应力较低时，混凝土泊

7、松比? <0.5,体积应变为压缩.当应力达到二轴强度的83%90%后，试件内部裂维发展，其体积应变转为缪胀.一轴受拉，另一轴受压时（t/c, 6 2=0）,混凝土二轴拉/压状态的抗压强度小随另一方向拉皮力的熠大而降低.同样的，抗 拉强度不随压应力的加大而减小（图43（冷）,在任意应力比例（a/中）情况 鼠混燃土的 二轴拉/压强度均低于其单釉强度.即t/ci力1*人 力工/（4-2）混凝土处于二轴拉./压状态时，抗压强度随另一个方向的拉应力的增大而降低， 抗拉强度也随压应力的加大而减小b其应力-应变曲线近似于单轴受拉曲线，多数试件 是拉断破坏，瞿性变形小.破坏时的峰值应变均随拉应力金或应力

8、比11唠 的增大而迅速见效.体积应变£ 在开始加载时为压缩，因应力增大而出现裂缝，临近 极限强度肝转为膨胀，4.答：一般认为，混凝土在应力施加后的起始变形，主要是骨料和水泥砂浆的弹性变形，和微裂缝少量发展所构成。徐变则主要是水泥凝胶体的塑性流（滑） 动，以及骨料界面和砂浆 内部微裂缝发展的结果。内部水分的蒸发也产生附加的干缩徐变。与此类似，混凝土卸载后的即时的和滞后的恢复变形，有着相应而相反的作用。反映徐变值大小结内濯凝土在陞力黄岛）作用下、至龄期f时的总庖变为路f,由起始庖变与（出） 和徐变（& 2）等两部分组成m小（k 由）=* （比）+ 跖（，无）（2 -21）其中氯击

9、）二告事（2-22）ef加）单也威力（1 n/mmj）作用卜的徐变fft称为徐变度或单位除变；混凝上的徐变和起始应变的比值称为徐变系数叫徐变道大小通过:余变系数来量度:5.6.答：光圆钢筋开始受力后，加载段的钻着力很快被破坏，钢筋只有靠近加载端的一部 分受力，粘结应力分布也限于这一区段口 .从粘结应力的峰点至加载端之间的钢筋段都发 生相对滑移：其余部分仍为无滑移的玷结区，随荷载埴大受力段和滑移段都在扩展, 直到f/j =0.8.自由端才开始滑移;最终破坏时.钢筋从混凝土中被徐徐拔出，表面上带有少量劈碎的混凝土粉端：变形钢筋受拉时.肋的凸缘挤压圄围混凝土，大大地提高了机械咬合力.和光圆钢 筋相比

10、，自由端滑移时的应力（1）值接近，但力匚。值大大减小刚进 的受力段和滑移段的长度也较早地遍及钢筋的全理长士变形锅的的应力沿埋长的变化曲 率也比较小，粘结应力分布比较均匀，最终破坏时，试件被劈裂成2块或3块.混凝土 劈裂面上留有钢筋的肋印，而钢筋的表面在助前区附着混架土的破碎粉末，苔：（1）长柱在计算弯短时考虑由于彻件的侧向挠度引起的二阶弯矩的影响，（2）受压构件的挠曲效应尸一5效应）计算属于构件层面的问题，一般在构件 设计时考虑，而 重力二阶效应（f一色效应）主要是指竖向荷载在产生了侧移的结构 构件端部控制截面引起的附加内力，计算属结构整体层面的问题，一般在结构整体分析 中考虑.（3） p-6

11、效应中，l./i w 34t2 （屈"£）可不考虑附加弯矩影响（其绝对值 大于lh当构件按单曲率弯曲时，任m为正,否则为负工 通过求附加傕心距来考虑 附加弯矩1效应可采用有限元分析法和简化方法（增大系数法）8.答:三种形态的特征：（1）斜压破坏一剪聘比很小的梁,主压应力方向大致平行于荷 载和反力的连线，破坏前梁腹劄出现一系列大体上平行的腹剪斜裂缝，将梁腹分割成 若干倾斜的受压杆件，最后由于混凝土斜向压酬而破坏。极限剪力寓而变形很小，破 坏突然口<2）剪压破坏一中等剪跨比的梁,极限剪力降低,破坏时变形稍大。梁的跨中纯弯段 有受拉裂建，剪跨段内弯剪裂缝,随荷载塔大向斜上方

12、延伸，向上延伸时倾斜角逐渐 减小,腹剪裂解出现在梁截面中间位置，同时向两个方向延伸由破坏形态的受力作用 如一组复合的变截面拉杆拱。<3）斜拉破坏一剪陶比大的梁，斜裂健一出现便很快发展，形成临界斜裂缝，并迅速 向加载点延伸使混凝土截面裂通，梁被斜向拉断成两部分而破坏。极限剪力低，虽然 因为弯曲段长而有较大的跨中挠度，但破坏完全由混凝土的抗拉强度控制，破坏过程 急促，无阴警。控制因素：剪跨比/.=&m混凝土强度，纵筋配筋率，截面高度，荷载作用位置、 截面形状、轴力作用等9.答：（1）剪力和扭矩的共同作用总是使一个侧面及其附近的剪应力和主拉应力增大， 开裂扭矩降低。开裂后,构件两个相对

13、恻面的斜裂雒开展程度不同，极限扭矩降低。根据扭剪比的变化，出现三种不同的破坏形态唾无腹筋梁在剪力和扭矩的共同作用下 的包络线接近圆曲线。（2）规范中无腹筋梁剪扭相关关系符合四分之一圆的规律$对有腹筋弱扭构件， 假设混凝土部分对剪扭承载力的贡献与无腹筋剪扭构件一样，也可以认为符合四分之 一图规律，计算时采用翦扭构件混凝土受扭承载力降低系麴b :来校正。10.答：（1）粘结-滑移理论：由于某处钢筋和混凝土的粘结破坏，产生相对滑移而引起 裂缝，即以粘结滑移作为控制裂缝的机理。粘结-滑移理论认为裂缝间距和宽度主 要取决于a7p与钢筋和混凝土粘结强度。处理方法：粘结滑移法假设构件开裂后横贯截面的裂缝定度

14、相同，即在钢筋 附近和构件表面的裂缝宽度相等。因此，裂缝宽度为裂建间距范围内钢筋和混凝土 受拉伸长之差。且混凝土的平均应变远小于钢筋拉应变，可忽略不计。3m = 一/ j3m = w/m（2）无滑移法认为配筋率和钢筋直径对裂缝间距和定度影响很小；假设裂缝截面在 钢筋和混凝土界面处相对滑移很小，可予忽略，即此处裂缝宽度为零；构件表 面裂缝的宽度随该点至钢筋的距离（或保护层厚度）成正比。处理方法：采用无滑移理论建议的一种计算式：平均裂缝间距：l=2t表面裂缝平均宽度：4=5 = 2作裂缝最大定度："皿=2%=批（3）综合分析：粘结-滑移法和无滑移法对于裂缝主要影响因素的分析和取舍含有 侧重，但形式和计算结果差别很大，都不能完全解释所有的试验现象和额据。 将两种方法合理地综合起来。处理方法：既考虑构件表面至钢筋的距离（c或t）对裂缝宽度的重大作用， 又修正钢筋界面上相对滑移和裂缝宽度为零的假设，计入粘结-滑移的影响给dim = x + k? 一出的裂缝平均间距的一般计算式为：p11、"的计算：取极限状态时截面力曾为/ h,则极限弯矩为：bh：y hz极限曲率