2020年混凝土原理试题

1、1.说明钢筋在重复加卸载（拉力）和拉压反复加卸载情况下的受力性能和应力应变曲线的区别？答：在两种钢筋的拔出实验中：随着荷载的逐渐增大，螺纹钢筋与光圆钢筋相无y丁比，变形钢筋自由端滑移时的应力值接近，但值大大减小，钢筋的受力段和滑移段的长度也较早地遍及钢筋的全埋长。随着荷载的继续增加，和光/：圆钢筋相比，螺纹钢筋的应力沿埋长的变化曲率较小，故粘结应力分布比较均匀。最后光圆钢筋从混凝土中被徐徐拔出，表面上带有少量磨碎的混凝土粉渣；螺纹钢筋从混凝土中被徐徐拔出，混凝土劈裂面上留有钢筋的肋印，而钢筋的表面在肋前区附着混凝土的破碎粉末。如下图所示：04图5-10拉压反复加载的钢筋应力-应变曲线B图5-9

2、重复加卸载的钢筋应力-应变曲线试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？2.光光圆钢筋和螺纹钢筋的主要区别是钢筋表面具有不同形状的横肋或斜肋。答:圆钢筋表面光滑仅具有化学胶合力及摩擦力因而锚固强度最小；螺纹钢筋表面具有细而密的肋高凸起，受拉时，肋的凸缘挤压周围混凝土，大大提高了机械咬合力改变了粘结受力机理，有利于钢筋在混凝土的粘结锚固性能。但一旦咬合破，锚固力急速下降，呈现出类似“脆性破坏”的特征。3 .讨论混凝土局部受压的可能破坏形态类型与控制方法？答：1).局部承压面下的混凝土先局部下陷2) .沿局部承压面四周的混凝土出现剪切破坏，此时外围混凝土尚未劈裂。3) .荷载增加

3、，外围混凝土被劈裂成数块，破坏先开裂后破坏对结构是最有利的，因为在这种情况下，构件开裂之后还具有一定的承载能力，使其具有更高的可靠度和安全性。后两种破坏形态发生前没有明显的征兆，构件局压开裂，构件就会突然破坏，其破坏荷教远小于下部支承混凝土构件的实际承载力，在一定程度上会造成材料的浪费，对构件的受力和充分利用是非常不利的4 .分析钢筋混凝土拉杆刚化效应随轴力的变化规律和影响因素？答：（a）裂缝图与平衡条件（b）应力分布（c）£x与£y（d）钢筋应变的不均匀系数5：用堆沙模拟法推导矩形截面梁的受扭塑性抵抗矩？答：矩形截面梁采用堆砂模拟法后堆砂的形状如下图所示：推导过程：先计算

4、64取砂堆的倾斜率V.四坡式屋顶状砂堆的体积（tan。）为塑性极限剪应力（Tmax）则此构件塑性极限扭矩为砂堆体，积T产2V由Tr-Mpxt3知；V的2倍，即：Wit.=Tp/Iz=2V，tanU=tan0+b ? 1 ,1 .= 一63+6）=一）"3 人一0）266：肖下列因素：材料强度，纵筋配筋量，轴力或轴压比，剪跨比，箍筋数量等单独 地增大或减少时，混凝土偏压构件的延性比将如何变化，以矩形截面为例加以说 明？答：1）延性或延性比的定义为:在保持结构或材料的基本承载力强度的情况下,hb）tan8/tan6.32.极限变形和初始屈服变形的比值2）对构件延性比的影响如下：提高受拉钢

5、筋的屈服强度,使屈服曲率增大,而极限曲率减小,延性比下降,反之则上升；受拉钢筋的配筋量增大时，使极限状态时的压区高度加大,延性减小,反之则增大；受拉钢筋的配筋量增大时,使压区高度2减小,延性增大,反之则减小；轴压比'增大时使极限状态时的压区高度W加大,延性减小,反之则增大；箍筋数量增加时,则构成约束混凝土,增大混凝土的极限压应变,有利于延性，反之则不利.7 .说明混凝土构件在高速荷栽作用下的受力性能，包括材性，承载力和变形等与常速加教情况的异同？答：爆炸荷载作用下固体材料的力学性能，材料在冲击荷载作用下的特性与缓慢加载下的特性有着本质的区别，在爆炸空气冲击荷载作用下，结构材料经受到毫秒

6、级的快速加载，其应变速率可达102103/s,而常规静载材料试验的应变速率为10'5/s左右，两者差别极大。材料动力快速加载试验表明，随应变速率的提高，材料内部发生了一系列物理化学变化，其力学特性主要表现在应力应变关系更为复杂，一些特征参数，例如强度、延性、弹性模量、阻尼比等均有不同程度的变化.钢（筋）和混凝土是混凝土结构常用的两种材料，所以钢（筋）和混凝土在冲击荷载作用下的材料特性一直是抗爆设计研究的热点。以下为钢筋在不同的应变速度加载情况下的试验曲线：图18V不同尿载速度的制筋拉伸曲线"打Js700图18-5快速加载的钵筋叵服强度Ca）文献1&3（b）文献18-2

7、上屈服点出现明M尖峰,应力提高大。加载速度越快，尖峰更高管,甚至可能如过钢材的极限强度/“；但是，上屈服应力值的岗散度大，且其后的屈服台阶低r此峰伯.在工程中不能用作控制强度的指标。由屈服台阶确定的屈服强度（/；”）单调地增长，且提高幅度较大极限强度（/T）虽稍有增长，但提高值不超过5%10%,故强屈比（.管”/T）佰下降。钢材的弹性模量长、屈服台阶的长度和极限延伸率8等变形性能无明显变化。试件临破坏前的颈缩过程、破坏后的嫉缩率和断口形状等均无明显差别,快速加载前施加初始应力（0.50.7）尔对其快速加载强度无明显影响c所以，快速加载（或变形）对钢筋性能的主要变化是屈服强度的提高,而变形性能（

8、包括延性）不受损失。这一有利性质应该在结构设计中加以利用。混凝土材料具有明显的非线性特征，混凝土的非线性主要是由于内部微裂缝的存在而造成的，所以混凝土的非线性性能主要由微裂缝的生成、扩展和传播特性所决定，并且最终造成材料的破坏，混凝土的动力特性也主要是由于微裂缝的产生和扩展所决定的。以下为混凝土在不同加载速度下的受压、受拉试验曲线：40四。72.4图186不同加教速度的混凝L受压应力-应变曲线mJ,vio io- iq1GFvmBlrais.s快速加装时的混凝土抗拉强度和变形(a)男襄和抗折谈舱中可(b)轴心受拉试般WB结合以上曲线可以看出混凝土在快速加载的情况下的动力特性有以下特点：混凝土材

9、料是明显的应变率相关材料，屈服强度和瞬时应力随应变率的增加而增加，增加幅度与混凝土强度关系不大，拉、压屈服强度增加倍数与应变率成对数线性关系；屈服应力所对应的轴向应变(临界应变)随应变率的增加而变化不大；最大体积应变也随应变率的增加而增加；耗能能力也随应变率的增加而增加；初始弹性模量变化不大；在应力水平较低时波松比变化不大。只有当应力水平较高，引起内部微裂缝迅速发展对，波松比相差较大，出于动态荷载作用下微裂缝发展较慢，所以，动荷载作用下波松比发生明显变化时的应力水平较高；在动力荷载作用下，混凝土材料具有明显的损伤软化效应，循环荷载作用下，混凝土材料的失效与材料微裂缝的发展与材料的损伤累积有关。

10、快速加载情况下，钢筋混凝土梁的抗弯承载力明显提高，提高的幅度主要取决于钢筋的屈服强度，而变形和延性与静载下构件的性能接近。.在快速加载（或变形）情况下，钢筋混凝土柱的极限承载力明显提高，提高的幅度主要取决于钢筋和混凝土的强度，而构件的破坏形态、变形性能和指标值等都与静载构件的无明显差别。计算构件的极限承载力和变形时，都可应用静载构件的有关公式，但式中的材料强度和弹性模量等需要改用快速加载（变形）情况下的相应值。验证试验说明，这样计算的结果偏于安全。8 .讨论钢筋混凝土非线性有限元分析不同于线弹性有限元分析的特点，以及其解决方*去？若：线弹性理论来分析钢筋混凝土结构的应力或内力，以极限状态的设计

11、方法确定构件的承载能力、刚度和抗裂性。这种设计方法往往基于大量试验数据上的经验公式，虽然这些经验公式能够反映钢筋混凝土构件的非弹性性能，对常规设”来说也是行之有效且简便易行的，但是在使用上还有局限性，也缺乏系统的理论性。这种设计方法的不足之处，主要有：（1）在钢筋混凝土结构的设计中，往往按弹性进行内力计算和分析，却按极限状态进行构件截面设计，显然两者是不协调的。其内力分析和截面设计的结果都不能反映结构的实际受力状态，造成了钢筋混凝土结构内力分析和截面设计的严重脱节。（2）规范提供的设计方法不能清晰地给出结构在受到各种外荷载作用下的各受力阶段的性状及其发展规律，不能揭示结构内力和变形重分布的过程

12、，从而也不能较准确地评估整个结构的可靠性。（3）钢筋和混凝土能够共同工作的条件之一是两者的变形应当协调，没有相对滑移。但是在实际中，这种条件并不能严格满足，特别是在反复荷载的作用下，粘结破坏相当严重，而传统的分析方法并不能反映这些现象。（4）在长期荷载的作用下，混凝土会产生一定的收缩或徐变变形。这时，结构的内力和变形就发生了变化，按弹性理论分析求得的内力和变形不能反映实际情况。除了上述几点以外，还有许多没有搞清楚的问题，而这些问题仅仅靠单一的试验方法是难以解决的。正是基于以上问题，钢筋混凝土结构的非线性分析就显得格外重要，成为结构工程领域研究的一个热点，得到越来越多设计研究人员的重视钢筋混凝土

13、结构非线性分析的优点用传统的解析方法分析钢筋混凝土结构的非线性问题，只能解决一些非常简单的结构和构件计算。对于大量的钢筋混凝土结构分析问题，只能用数值方法解决。应用数值方法，可以帮助我们把非线性问题转化成短区间上的线性问题，通过反复迭代和数值计算，可以确定构件内部位移和力，从而有可能模拟实际试验的全过程。人们曾作了大量的研究工作，探索考虑塑性变形的结构非线性分析方法，以便能正确反映钢筋混凝土结构的实际性状。钢筋混凝土非线性有限元分析就是结合钢筋混凝土特点而发展起来的一种弹塑性分析方法。其主要优点在于：（1）可以在计算模型中分别反映混凝土和钢筋材料的非线性特性，并可以4哈尔滨工程大学硕士学位论文

14、考虑或模拟钢筋与混凝土之阅的粘结。（2）可以对结构自开始受荷直到破坏的全过程进行分析，从而获得结构在整个过程中各种材料参数和力学性能的变化情况，借助于先进的计算机图形显示技术，还可以直观地看到结构受荷载后从弹性变形刘开裂、破坏的全过程，为进行合理的设计提供形象的依据。（3）可以用来改进试验研究方法并取代一部分试验。受到各方面条件的制约，结构试验的数量总是有限的，难以对影响结构性能的所有究,而应用数值方法模拟构件受力的全过程,可以输入各种参参数作系统的研.且可以针对同一参数来研究对其他参数的影响。因此，它能广数进行研究，并结构类型和不同的受力条件和环境。.泛地适应于各种.,（4）为传统的试验方法

15、难以研究的大型、复杂、非杆件体系的钢筋混凝土结构，如海上石油平台和核反应堆安全壳等，提供了有力的分析研究手段。这些结构的合理设计离开了钢筋混凝土非线性有限元分析是难以进行的。（5）能够对结构的极限承载能力和可靠度作出评估，能够揭示出结构的薄弱部位和环节，以利于优化结构的设计。基于以上优点，钢筋混凝土非线性有限元分析越来越受到人们的重视。它在钢筋混凝土结构和构件基本性能分析、合理设计方法的研究及构造措施等方面，都发挥着日益重要的作用，具有重要的现实意义和实用价值。9 .比较柱的方形箍筋、螺旋箍筋和钢管混凝土约束作用的异同？答：相同点它们三者都是约束内部混凝土的横向变形使混凝土处于三轴受压应力状态

16、提高了混凝土的强度和变形能力。不同点方形箍筋在轴压力的作用下核芯混凝土的横向膨胀变形使箍筋的直线段产生水平弯曲。箍筋的抗弯刚度极小它对核芯混凝土的反作用很小。另一方面箍筋的转角部刚度大变形小两个垂直方向的拉力合成对核芯混凝土对角线45度方向的强力约束。故核芯混凝土承受的约束力是沿对角线的集中挤压力和沿箍筋分布的很小横向力。受压柱内配设连续的螺旋箍筋对其包围的核芯混凝土构成有效约束其约束作用比方形箍筋更强。当螺旋箍筋混凝土中横向箍筋密集地连在一起且与纵筋合一去除外围混凝土自然地发展成为钢管混凝土。其对混凝土的约束作用最强且有效提高柱子的延性。10 .目前混凝土构件受拉裂缝的机理分析有几种方法？试

17、比较其主要概念和处理方法的异同？答：裂缝机理分析1）粘结-滑移法拉杆受力后，临近开裂（N-Ncr）前，混凝土和钢筋的应变值相等，应力分别为。cgft和。s=nft/xto二者沿轴线均为常值，粘结应力为1二0,无相对滑移。根据上述分析，粘结-滑移法概念推导的受拉裂缝间距和宽度，主要取决于d/u比值和tmo还假设了钢筋附件和构件表面的裂缝宽度相等。2）无滑移法如果按照粘结-滑移法理论，我们知道，变形钢筋和光圆钢筋对混凝土的平均粘结强度相差4倍，对裂缝应该有巨大的影响。并且，截面形状和钢筋的保护层厚度对裂缝宽度影响不大。（a）图：3个试件，每个试件截面相同，配有相同直径、相等数量的变形钢筋和光圆钢筋

18、。（b）图：4个试件，截面积和配筋率完全相同，但是截面形状和钢筋保护层厚度不等。综合分析粘结-滑移法和无滑移法都对揭示混凝土受拉裂缝的规律作出了贡献。他们对于裂缝主要因素的分析和取舍各有侧重，都有一定的试验结果支持。但是他们计算式的形式和计算结果差别很大,乂都不能完全的解释所有的试验想象和数据。但是通过对此两种方法合理的结合起来，综合已有的研究成果，可对混凝土受拉裂缝的机理分析加以概括，现以轴心受拉构件为例说明。裂缝宽度的计算我国设计规范中的计算公式如下。1.构件受力之后出现裂缝，在稳定阶段的裂缝平均间距取其中在M教的长期作用下，构件表面上的最大裂缝宽度为_ ' 一叫耽=CpG(7 £c"m = CpJCcg/项整理之后为其中模式规范CEB-FIP MC90中，混凝土构件受拉裂