水工钢筋混凝土结构形成性考核册答案

水工钢筋混凝土结构形成性考核册答案作业1

一、简答题1.钢筋与混凝土共同工作的基础是什么？答：钢筋与混凝土共同工作的基础主要有以下几点：钢筋与混凝土之间有可靠的粘结力：能保证在荷载作用下，钢筋与混凝土协同变形，共同受力。钢筋与混凝土的线膨胀系数接近：当温度变化时，两者之间不会产生过大的相对变形而使粘结力遭到破坏。混凝土对钢筋有保护作用：混凝土包裹在钢筋外面，可防止钢筋锈蚀，保证结构的耐久性。2.简述受弯构件正截面的三种破坏形式及其特征？答：适筋破坏：受拉钢筋首先达到屈服强度，经过一定的塑性变形后，受压区混凝土被压碎，构件破坏。这种破坏形式具有明显的预兆，属于塑性破坏。超筋破坏：受压区混凝土先被压碎，受拉钢筋未达到屈服强度。破坏前没有明显预兆，属于脆性破坏。少筋破坏：受拉区混凝土一旦开裂，受拉钢筋立即达到屈服强度，并迅速经历整个流幅而进入强化阶段，梁即断裂破坏，属于脆性破坏。3.什么是双筋截面梁？在什么情况下采用双筋截面梁？答：双筋截面梁是指在梁的受拉区和受压区都配置纵向受力钢筋的梁。采用双筋截面梁的情况通常有：当构件承受的弯矩设计值很大，按单筋矩形截面计算所得的ξ＞ξb，而梁的截面尺寸和混凝土强度等级又受到限制不能增大时：为了满足承载力要求，可采用双筋截面梁。当构件在不同荷载组合下，梁截面承受异号弯矩时：也需采用双筋截面梁，受压区的钢筋可承受负弯矩。4.简述斜截面破坏的三种形态及各自的破坏特征？答：斜压破坏：破坏时，梁腹部的混凝土被一系列平行的斜裂缝分割成许多倾斜的受压柱体，在箍筋应力尚未达到屈服强度时，混凝土就因主压应力过大而被压碎，属于脆性破坏。剪压破坏：当剪跨比适中，且腹筋配置量适当时，在剪弯区段先出现一些垂直裂缝，然后延伸发展成斜裂缝，其中一条主要斜裂缝称为临界斜裂缝，随着荷载增加，临界斜裂缝顶端混凝土在剪应力和压应力共同作用下被压碎，箍筋达到屈服强度，梁破坏，属于塑性破坏。斜拉破坏：当剪跨比较大，或箍筋配置过少时，梁内一旦出现斜裂缝，该裂缝往往迅速延伸到梁顶，使梁沿斜向拉裂成两部分而破坏，属于脆性破坏。

二、计算题1.已知矩形截面梁，b×h=200mm×500mm，混凝土强度等级为C20，纵筋采用HRB335级钢筋，as=35mm，承受弯矩设计值M=160kN·m。求纵向受拉钢筋截面面积As。解：查规范得：C20混凝土：fc=9.6N/mm²HRB335级钢筋：fy=300N/mm²单筋矩形截面梁最大相对受压区高度ξb=0.55计算受压区高度x：由公式\(M=\alpha_1f_cbx(h_0\frac{x}{2})\)可得：\(160×10^6=1.0×9.6×200×x(50035\frac{x}{2})\)整理得：\(4.8x²4464x+160×10^6=0\)解方程得：\(x=112.5mm\)（另一根舍去）计算纵向受拉钢筋截面面积As：由公式\(M=fyAs(h_0\frac{x}{2})\)可得：\(As=\frac{M}{fy(h_0\frac{x}{2})}=\frac{160×10^6}{300×(50035\frac{112.5}{2})}=1464.3mm²\)验算适用条件：\(\xi=\frac{x}{h_0}=\frac{112.5}{50035}=0.243＜\xi_b=0.55\)，满足要求。2.已知T形截面梁，b=200mm，bf=500mm，hf=120mm，h=500mm，混凝土强度等级为C25，纵筋采用HRB400级钢筋，as=35mm，承受弯矩设计值M=250kN·m。求纵向受拉钢筋截面面积As。解：查规范得：C25混凝土：fc=11.9N/mm²HRB400级钢筋：fy=360N/mm²单筋T形截面梁判别式：\(M_1=\alpha_1f_cbf'hf'(h_0\frac{hf'}{2})\)\(=1.0×11.9×500×120×(50035\frac{120}{2})\)\(=304.7×10^6N·mm=304.7kN·m＞M=250kN·m\)属于第一类T形截面。计算纵向受拉钢筋截面面积As：由公式\(M=\alpha_1f_cbf'hf'(h_0\frac{hf'}{2})\)可得：\(As=\frac{M}{fy(h_0\frac{hf'}{2})}=\frac{250×10^6}{360×(50035\frac{120}{2})}=1537.7mm²\)

作业2

一、简答题1.轴心受压构件中纵筋和箍筋的作用分别是什么？答：纵筋的作用：协助混凝土承受压力，提高构件的承载力。承受可能存在的不大的弯矩。防止构件突然脆性破坏，改善破坏的脆性性质。减少混凝土的徐变变形。箍筋的作用：防止纵向钢筋受力后压屈而向外凸出，保证纵筋的稳定。改善构件破坏时的脆性性质。与纵筋形成钢筋骨架，便于施工。2.简述偏心受压构件正截面破坏的两种形式及其特征？答：大偏心受压破坏：受拉钢筋首先达到屈服强度，然后受压区混凝土被压碎。破坏前有明显的预兆，属于塑性破坏。小偏心受压破坏：受压区混凝土先被压碎，远侧钢筋可能受拉也可能受压，但都未达到屈服强度。破坏前没有明显预兆，属于脆性破坏。3.简述受扭构件的破坏形态及各自的破坏特征？答：少筋破坏：受扭构件配筋过少时，一旦受扭纵筋和箍筋屈服后，构件立即发生破坏，破坏具有脆性。适筋破坏：当纵筋和箍筋配置适量时，受扭纵筋和箍筋先屈服，然后混凝土被压碎，破坏具有一定的延性。超筋破坏：当纵筋和箍筋配置过多时，构件在纵筋和箍筋未屈服前，混凝土先被压碎，破坏具有脆性。部分超筋破坏：当构件纵筋和箍筋配筋比例相差较大时，破坏时配筋率较小的那种钢筋先屈服，然后混凝土被压碎，破坏也具有一定脆性。4.什么是剪扭构件的相关性？答：剪扭构件的相关性是指在剪扭共同作用下，混凝土受剪承载力和受扭承载力都将比剪、扭单独作用时降低，即存在剪扭相关性。这是因为扭矩的存在会使混凝土的抗剪能力降低，剪力的存在也会使混凝土的抗扭能力降低。规范采用混凝土受扭承载力降低系数βt来考虑剪扭相关性，通过βt对受扭承载力计算公式进行修正。

二、计算题1.已知矩形截面轴心受压柱，b×h=300mm×400mm，计算长度l0=4.0m，混凝土强度等级为C30，纵筋采用HRB400级钢筋，承受轴向压力设计值N=1200kN。求纵筋截面面积As和箍筋截面面积Asv。解：查规范得：C30混凝土：fc=14.3N/mm²HRB400级钢筋：fy=360N/mm²计算柱的轴心受压承载力：\(\varphi=0.905\)（根据l0/h=4000/400=10，查钢筋混凝土结构设计规范附表得到）\(N_u=\varphi(fcA+fy'As')=0.905×(14.3×300×400+360×As')\)令\(N_u=N=1200×10^3\)，可得：\(1200×10^3=0.905×(14.3×300×400+360×As')\)解得\(As'=452.6mm²\)，选用4根直径12mm的钢筋，As'=452.4mm²计算箍筋截面面积Asv：取箍筋间距s=200mm由公式\(A_{sv}=\frac{\frac{N}{0.9}(fcA+fy'As')}{2f_{yv}}\)可得：\(A_{sv}=\frac{\frac{1200×10^3}{0.9}(14.3×300×400+360×452.4)}{2×270}\)\(=177.2mm²\)选用双肢箍，\(\phi8\)，\(A_{sv1}=50.3mm²\)\(n=\frac{A_{sv}}{A_{sv1}}=\frac{177.2}{50.3}=3.5\)，取4肢箍2.已知偏心受压柱，b×h=400mm×600mm，计算长度l0=5.0m，混凝土强度等级为C35，纵筋采用HRB400级钢筋，承受轴向压力设计值N=1800kN，弯矩设计值M=200kN·m。求纵向钢筋截面面积As和As'。解：查规范得：C35混凝土：fc=16.7N/mm²HRB400级钢筋：fy=360N/mm²，fy'=360N/mm²\(\xi_b=0.518\)计算偏心距：\(e_0=\frac{M}{N}=\frac{200×10^6}{1800×10^3}=111.1mm\)附加偏心距\(e_a=max\{\frac{h}{30},20\}=20mm\)\(e_i=e_0+e_a=111.1+20=131.1mm\)计算轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离e：\(e=e_i+\frac{h}{2}a_s=131.1+\frac{600}{2}40=391.1mm\)判别大小偏心受压：假设为大偏心受压，由公式\(N=\alpha_1f_cbx+fy'As'fyAs\)可得：\(1800×10^3=1.0×16.7×400×x+360×As'360×As\)由公式\(Ne=\alpha_1f_cbx(h_0\frac{x}{2})+fy'As'(h_0a_s')\)可得：\(1800×10^3×391.1=1.0×16.7×400×x(60040\frac{x}{2})+360×As'(6004040)\)联立上述方程求解得：\(x=133.7mm＜\xi_bh_0=0.518×(60040)=285.3mm\)，假设成立，为大偏心受压。计算纵向钢筋截面面积As和As'：由公式\(N=\alpha_1f_cbx+fy'As'fyAs\)可得：\(1800×10^3=1.0×16.7×400×133.7+360×As'360×As\)由公式\(Ne=\alpha_1f_cbx(h_0\frac{x}{2})+fy'As'(h_0a_s')\)可得：\(1800×10^3×391.1=1.0×16.7×400×133.7×(60040\frac{133.7}{2})+360×As'(6004040)\)联立求解得：\(As=1491.6mm²\)，选用4根直径22mm的钢筋，As=1520.5mm²\(As'=564.7mm²\)，选用4根直径14mm的钢筋，As'=615.8mm²

作业3

一、简答题1.简述受弯构件斜截面抗剪承载力计算中，限制截面最小尺寸的目的是什么？答：限制截面最小尺寸的目的是防止斜压破坏。当截面尺寸过小，箍筋配置过多时，在荷载作用下，梁腹部混凝土会因主压应力过大而被压碎，发生斜压破坏，这种破坏是脆性的。通过限制截面最小尺寸，可避免出现这种不合理的破坏形式，保证构件具有足够的抗剪能力。2.简述提高受弯构件斜截面抗剪承载力的主要措施？答：合理配置箍筋：箍筋的数量、间距、直径等应符合规范要求，能有效地抑制斜裂缝的开展，提高抗剪能力。适当增加弯起钢筋：弯起钢筋可承担部分剪力，增强构件的抗剪性能。增大截面尺寸：较大的截面尺寸能提高构件的抗剪能力，特别是对于承受较大剪力的情况。提高混凝土强度等级：较高强度等级的混凝土能承受更大的剪应力，从而提高构件的抗剪承载力。3.简述无腹筋梁斜截面受剪破坏的主要形态及影响因素？答：斜压破坏：当剪跨比\(\lambda＜1\)时，或集中荷载距支座很近时，梁腹部混凝土被一系列平行的斜裂缝分割成许多倾斜的受压柱体，在箍筋应力尚未达到屈服强度时，混凝土就因主压应力过大而被压碎。剪