混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理試題庫(kù)答案一、選擇題1.鋼筋混凝土梁在正常使用荷載下（）A.通常是帶裂縫工作的B.一旦出現(xiàn)裂縫，裂縫貫通全截面C.一旦出現(xiàn)裂縫，沿全長(zhǎng)混凝土與鋼筋間的粘結(jié)力喪盡D.不出現(xiàn)裂縫答案：A解析：在正常使用荷載下，由于混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，鋼筋混凝土梁通常是帶裂縫工作的。裂縫并不會(huì)貫通全截面，且裂縫處鋼筋與混凝土間仍存在一定的粘結(jié)力，并非粘結(jié)力喪盡。所以選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤。2.與素混凝土梁相比，適量配筋的鋼混凝土梁的承載力和抵抗開(kāi)裂的能力（）A.均提高很多B.承載力提高很多，抗裂提高不多C.抗裂提高很多，承載力提高不多D.均提高不多答案：B解析：適量配筋后，鋼筋可以承擔(dān)拉力，大大提高了梁的承載能力。而混凝土的開(kāi)裂主要取決于其抗拉強(qiáng)度，配筋對(duì)混凝土的抗拉強(qiáng)度提高有限，所以抵抗開(kāi)裂的能力提高不多。故選項(xiàng)B正確。3.鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件的承載力取決于（）A.混凝土的抗拉強(qiáng)度B.混凝土的抗壓強(qiáng)度C.鋼筋的抗拉強(qiáng)度D.鋼筋的抗壓強(qiáng)度答案：C解析：在軸心受拉構(gòu)件中，拉力全部由鋼筋承擔(dān)，混凝土不承受拉力，所以其承載力取決于鋼筋的抗拉強(qiáng)度。選項(xiàng)C正確。4.雙筋矩形截面梁，正截面承載力計(jì)算公式的第二個(gè)適用條件$x\geq2a_{s}'$的物理意義是（）A.防止出現(xiàn)超筋破壞B.防止出現(xiàn)少筋破壞C.保證受壓鋼筋達(dá)到規(guī)定的抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度D.保證受拉鋼筋達(dá)到規(guī)定的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度答案：C解析：當(dāng)$x\geq2a_{s}'$時(shí)，能保證受壓鋼筋在構(gòu)件破壞時(shí)達(dá)到其抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度。若$x\lt2a_{s}'$，受壓鋼筋可能達(dá)不到其抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度。所以選項(xiàng)C正確。5.受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算基本公式的建立是依據(jù)哪種破壞形態(tài)建立的（）A.少筋破壞B.適筋破壞C.超筋破壞D.界限破壞答案：B解析：適筋破壞是一種延性破壞，破壞前有明顯的預(yù)兆，在設(shè)計(jì)中是希望發(fā)生的破壞形態(tài)。受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算基本公式就是依據(jù)適筋破壞形態(tài)建立的。少筋破壞和超筋破壞是脆性破壞，不適合作為設(shè)計(jì)依據(jù)。界限破壞是適筋破壞和超筋破壞的界限狀態(tài)。所以選項(xiàng)B正確。二、判斷題1.混凝土強(qiáng)度等級(jí)的確定是根據(jù)立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。（）答案：正確解析：我國(guó)規(guī)范規(guī)定，混凝土強(qiáng)度等級(jí)按照立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)確定，用符號(hào)C表示，后面跟立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（單位為MPa），如C30表示立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為30MPa。2.鋼筋的伸長(zhǎng)率越小，表明鋼筋的塑性越好。（）答案：錯(cuò)誤解析：鋼筋的伸長(zhǎng)率是衡量鋼筋塑性性能的一個(gè)指標(biāo)，伸長(zhǎng)率越大，說(shuō)明鋼筋在破壞前能夠產(chǎn)生較大的變形，即鋼筋的塑性越好；反之，伸長(zhǎng)率越小，鋼筋的塑性越差。3.梁的斜截面破壞形態(tài)主要有斜壓破壞、剪壓破壞和斜拉破壞三種，其中剪壓破壞具有脆性性質(zhì)。（）答案：正確解析：斜壓破壞、剪壓破壞和斜拉破壞均屬于脆性破壞。剪壓破壞時(shí)，破壞前變形較小，沒(méi)有明顯的預(yù)兆，突然發(fā)生破壞，所以具有脆性性質(zhì)。4.軸心受壓構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比越大，其穩(wěn)定系數(shù)$\varphi$越小，構(gòu)件的承載力越低。（）答案：正確解析：長(zhǎng)細(xì)比是反映軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定性的一個(gè)重要參數(shù)。長(zhǎng)細(xì)比越大，構(gòu)件的縱向彎曲變形越大，穩(wěn)定性越差，穩(wěn)定系數(shù)$\varphi$越小，從而使得構(gòu)件的承載力越低。5.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)可以提高構(gòu)件的抗裂性能，但不能提高構(gòu)件的承載能力。（）答案：正確解析：預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)通過(guò)預(yù)先對(duì)混凝土施加壓應(yīng)力，抵消或部分抵消外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而提高構(gòu)件的抗裂性能。但構(gòu)件的承載能力主要取決于構(gòu)件的截面尺寸、材料強(qiáng)度等因素，預(yù)應(yīng)力并不能改變這些本質(zhì)因素，所以不能提高構(gòu)件的承載能力。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述混凝土的徐變及其產(chǎn)生的原因。答：混凝土在長(zhǎng)期不變荷載作用下，其應(yīng)變隨時(shí)間繼續(xù)增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱(chēng)為徐變。產(chǎn)生徐變的原因主要有以下兩個(gè)方面：（1）內(nèi)在原因：混凝土是由水泥石和骨料組成的復(fù)合材料。水泥石中凝膠體在長(zhǎng)期荷載作用下會(huì)產(chǎn)生粘性流動(dòng)，使凝膠體中的吸附水逐漸擠出，導(dǎo)致凝膠體產(chǎn)生塑性變形，這是產(chǎn)生徐變的主要內(nèi)在原因。（2）外部原因：在長(zhǎng)期荷載作用下，混凝土內(nèi)部的微裂縫會(huì)不斷發(fā)展和擴(kuò)展，導(dǎo)致混凝土的變形不斷增加。另外，混凝土的養(yǎng)護(hù)條件、使用環(huán)境的溫度和濕度等外部因素也會(huì)影響徐變的大小。例如，養(yǎng)護(hù)時(shí)濕度大、溫度高，水泥水化作用充分，徐變就??；使用環(huán)境溫度高、濕度低，徐變就大。2.什么是鋼筋的屈強(qiáng)比？它反映了鋼筋的什么性能？答：鋼筋的屈強(qiáng)比是指鋼筋的屈服強(qiáng)度與極限強(qiáng)度的比值，即$\frac{f_{y}}{f_{u}}$，其中$f_{y}$為鋼筋的屈服強(qiáng)度，$f_{u}$為鋼筋的極限強(qiáng)度。屈強(qiáng)比反映了鋼筋的強(qiáng)度儲(chǔ)備。屈強(qiáng)比越小，說(shuō)明鋼筋的極限強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的差值越大，即鋼筋在屈服后還有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備，結(jié)構(gòu)在破壞前有較大的變形能力，結(jié)構(gòu)的可靠性較高；反之，屈強(qiáng)比越大，鋼筋的強(qiáng)度儲(chǔ)備越小，結(jié)構(gòu)在破壞前的變形能力越小，結(jié)構(gòu)的脆性越大。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)中希望鋼筋具有適當(dāng)?shù)那鼜?qiáng)比，以保證結(jié)構(gòu)既具有足夠的強(qiáng)度，又具有一定的延性。3.簡(jiǎn)述梁斜截面受剪破壞的三種形態(tài)及其特點(diǎn)。答：梁斜截面受剪破壞主要有斜壓破壞、剪壓破壞和斜拉破壞三種形態(tài)，其特點(diǎn)如下：（1）斜壓破壞：當(dāng)梁的剪跨比$\lambda$較?。ㄒ话?\lambda\lt1$），或腹筋配置過(guò)多時(shí)，易發(fā)生斜壓破壞。破壞時(shí)，梁腹部混凝土被一系列斜裂縫分割成若干個(gè)斜向短柱，隨著荷載的增加，這些斜向短柱被壓碎，破壞時(shí)斜裂縫多而密，但沒(méi)有主裂縫。斜壓破壞的破壞荷載較高，但變形很小，屬于脆性破壞。（2）剪壓破壞：當(dāng)梁的剪跨比適中（一般$1\lt\lambda\lt3$），且腹筋配置適量時(shí)，發(fā)生剪壓破壞。破壞時(shí)，首先在剪彎段出現(xiàn)垂直裂縫，隨著荷載的增加，這些垂直裂縫向斜向發(fā)展，形成一條主要的斜裂縫，稱(chēng)為臨界斜裂縫。臨界斜裂縫出現(xiàn)后，梁承受的荷載還能繼續(xù)增加，直到剪壓區(qū)混凝土在剪應(yīng)力和壓應(yīng)力的共同作用下被壓碎而破壞。剪壓破壞有一定的預(yù)兆，破壞時(shí)的變形和承載能力介于斜壓破壞和斜拉破壞之間，但仍屬于脆性破壞。（3）斜拉破壞：當(dāng)梁的剪跨比$\lambda$較大（一般$\lambda\gt3$），或腹筋配置過(guò)少時(shí)，易發(fā)生斜拉破壞。破壞時(shí)，斜裂縫一旦出現(xiàn)就迅速向梁頂延伸，將梁沿斜向拉裂成兩部分，破壞過(guò)程突然，破壞荷載很低，變形也很小，屬于脆性破壞。4.簡(jiǎn)述大、小偏心受壓構(gòu)件的破壞特征及判別方法。答：（1）破壞特征-大偏心受壓構(gòu)件：大偏心受壓構(gòu)件的破壞是由于受拉鋼筋首先達(dá)到屈服強(qiáng)度，然后受壓區(qū)混凝土被壓碎。破壞前有明顯的預(yù)兆，屬于延性破壞。其破壞過(guò)程為：當(dāng)荷載作用后，截面受拉區(qū)混凝土首先出現(xiàn)裂縫，隨著荷載的增加，受拉鋼筋的應(yīng)力不斷增大，直至達(dá)到屈服強(qiáng)度。此后，受拉鋼筋的應(yīng)變迅速增大，裂縫不斷開(kāi)展和延伸，受壓區(qū)高度逐漸減小，最后受壓區(qū)混凝土被壓碎，構(gòu)件破壞。-小偏心受壓構(gòu)件：小偏心受壓構(gòu)件的破壞是由于受壓區(qū)混凝土被壓碎，而遠(yuǎn)離軸向力一側(cè)的鋼筋可能受拉也可能受壓，但都未達(dá)到屈服強(qiáng)度。破壞前沒(méi)有明顯的預(yù)兆，屬于脆性破壞。其破壞過(guò)程為：隨著荷載的增加，受壓區(qū)混凝土的壓應(yīng)變不斷增大，最終被壓碎。而遠(yuǎn)離軸向力一側(cè)的鋼筋，若為受拉，則其應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度；若為受壓，則其應(yīng)力也未達(dá)到屈服強(qiáng)度。（2）判別方法-理論判別：當(dāng)$\xi\leq\xi_$時(shí)，為大偏心受壓構(gòu)件；當(dāng)$\xi\gt\xi_$時(shí)，為小偏心受壓構(gòu)件。其中，$\xi$為相對(duì)受壓區(qū)高度，$\xi_$為界限相對(duì)受壓區(qū)高度。-實(shí)用判別：當(dāng)$e_{i}\gt0.3h_{0}$，且$A_{s}\geq\rho_{min}bh$時(shí)，可先按大偏心受壓構(gòu)件計(jì)算；當(dāng)$e_{i}\leq0.3h_{0}$時(shí)，可先按小偏心受壓構(gòu)件計(jì)算。其中，$e_{i}$為初始偏心距，$h_{0}$為截面有效高度，$\rho_{min}$為最小配筋率。四、計(jì)算題1.已知一鋼筋混凝土矩形截面梁，截面尺寸$b\timesh=200mm\times500mm$，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，鋼筋采用HRB400級(jí)，梁承受的彎矩設(shè)計(jì)值$M=150kN\cdotm$，環(huán)境類(lèi)別為一類(lèi)。求所需的受拉鋼筋截面面積$A_{s}$。解：（1）確定基本參數(shù)-查規(guī)范得：$f_{c}=14.3N/mm^{2}$，$f_{t}=1.43N/mm^{2}$，$f_{y}=360N/mm^{2}$，$\alpha_{1}=1.0$，$\xi_=0.550$，$c=20mm$（一類(lèi)環(huán)境），取$a_{s}=40mm$，則$h_{0}=h-a_{s}=500-40=460mm$。（2）計(jì)算系數(shù)$\alpha_{s}$根據(jù)公式$M=\alpha_{1}f_{c}bh_{0}^{2}\alpha_{s}$，可得$\alpha_{s}=\frac{M}{\alpha_{1}f_{c}bh_{0}^{2}}=\frac{150\times10^{6}}{1.0\times14.3\times200\times460^{2}}\approx0.242$（3）計(jì)算相對(duì)受壓區(qū)高度$\xi$由$\alpha_{s}=\xi(1-0.5\xi)$，即$0.242=\xi(1-0.5\xi)$，解一元二次方程$0.5\xi^{2}-\xi+0.242=0$$\xi=\frac{1\pm\sqrt{1-4\times0.5\times0.242}}{2\times0.5}=\frac{1\pm\sqrt{1-0.484}}{1}=\frac{1\pm\sqrt{0.516}}{1}$取較小值$\xi=1-\sqrt{1-2\alpha_{s}}=1-\sqrt{1-2\times0.242}=1-\sqrt{0.516}\approx0.286\lt\xi_=0.550$，為適筋梁。（4）計(jì)算受拉鋼筋截面面積$A_{s}$根據(jù)公式$A_{s}=\frac{\alpha_{1}f_{c}bh_{0}\xi}{f_{y}}=\frac{1.0\times14.3\times200\times460\times0.286}{360}\approx1047mm^{2}$查鋼筋表，可選用$3\Phi22$（$A_{s}=1140mm^{2}$）。2.已知一軸心受壓柱，截面尺寸$b\timesh=300mm\times300mm$，計(jì)算長(zhǎng)度$l_{0}=3.6m$，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，鋼筋采用HRB335級(jí)，柱承受的軸向壓力設(shè)計(jì)值$N=1200kN$。求所需的縱向鋼筋截面面積$A_{s}'$。解：（1）確定基本參數(shù)-查規(guī)范得：$f_{c}=11.9N/mm^{2}$，$f_{y}'=300N/mm^{2}$，$c=30mm$（假設(shè)），取$a_{s}=a_{s}'=40mm$，$h_{0}=h-a_{s}=300-40=260mm$。-計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比$\frac{l_{0}}=\frac{3600}{300}=12$，查穩(wěn)定系數(shù)表得$\varphi=0.95$。（2）根據(jù)軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算公式$N\leq0.9\varphi(f_{c}A+f_{y}'A_{s}')$，可得$A_{s}'=\frac{\frac{N}{0.9\varphi}-f_{c}A}{f_{y}'}$其中$A=b\timesh=300\times300=90000mm^{2}$$A_{s}'=\frac{\frac{1200\times10^{3}}{0.9\times0.95}-11.9\times90000}{300}=\frac{\frac{1200000}{0.855}-1071000}{300}=\frac{1403509-1071000}{300}=\frac{332509}{300}\approx1108mm^{2}$查鋼筋表，可選用$4\Phi20$（$A_{s}'=1256mm^{2}$）。五、論述題1.論述鋼筋與混凝土共同工作的基礎(chǔ)條件及原因。答：鋼筋和混凝土這兩種物理力學(xué)性能截然不同的材料能夠有效地結(jié)合在一起共同工作，主要基于以下基礎(chǔ)條件及原因：（1）良好的粘結(jié)力鋼筋與混凝土之間存在著良好的粘結(jié)力，使兩者能夠可靠地結(jié)合在一起，在荷載作用下能共同變形，協(xié)調(diào)工作。粘結(jié)力主要由以下三部分組成：-化學(xué)膠著力：混凝土中的水泥凝膠體在硬化過(guò)程中與鋼筋表面產(chǎn)生的化學(xué)吸附力。這種膠著力一般較小，且僅在鋼筋與混凝土接觸的初始階段起作用，當(dāng)鋼筋與混凝土之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，化學(xué)膠著力就會(huì)破壞。-摩擦力：由于混凝土凝固時(shí)收縮，將鋼筋緊緊握裹住，當(dāng)鋼筋與混凝土之間有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在兩者的接觸面上會(huì)產(chǎn)生摩擦力。摩擦力的大小與混凝土的收縮程度、鋼筋表面的粗糙程度以及鋼筋周?chē)炷恋拿軐?shí)度等因素有關(guān)。-機(jī)械咬合力：鋼筋表面的橫肋與混凝土之間的機(jī)械咬合作用。帶肋鋼筋的橫肋能夠嵌入混凝土中，阻止鋼筋與混凝土之間的相對(duì)滑動(dòng)，提供較大的粘結(jié)力。這種機(jī)械咬合力是粘結(jié)力的主要組成部分。（2）相近的溫度線膨脹系數(shù)鋼筋和混凝土的溫度線膨脹系數(shù)較為接近。鋼筋的溫度線膨脹系數(shù)約為$1.2\times10^{-5}/^{\circ}C$，混凝土的溫度線膨脹系數(shù)約為$(1.0\sim1.5)\times10^{-5}/^{\circ}C$。當(dāng)溫度變化時(shí)，兩者的變形基本一致，不會(huì)因溫度變形差異過(guò)大而導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生過(guò)大的溫度應(yīng)力，從而保證了它們能夠共同工作。（3）混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用混凝土可以保護(hù)鋼筋不被銹蝕，提高結(jié)構(gòu)的耐久性?；炷脸蕢A性，在鋼筋表面會(huì)形成一層鈍化膜，這層鈍化膜能夠阻止鋼筋與外界環(huán)境中的氧氣、水分等物質(zhì)接觸，從而防止鋼筋生銹。此外，混凝土的保護(hù)層厚度也對(duì)鋼筋的耐久性起著重要作用，足夠的保護(hù)層厚度可以有效地保護(hù)鋼筋，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。綜上所述，鋼筋與混凝土之間良好的粘結(jié)力、相近的溫度線膨脹系數(shù)以及混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，使得它們能夠共同工作，成為土木工程中廣泛應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu)材料。2.論述預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。答：預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受荷載作用前，預(yù)先對(duì)其施加壓力，使其在外荷載作用時(shí)的受拉區(qū)混凝土預(yù)先受壓，從而提高構(gòu)件的抗裂性能和剛度。它具有以下優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：（1）優(yōu)點(diǎn)-提高構(gòu)件的抗裂性能：預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)通過(guò)預(yù)先施加壓應(yīng)力，抵消或部分抵消外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使構(gòu)件在使用荷載作用下不出現(xiàn)裂縫或推遲裂縫的出現(xiàn)，從而提高了構(gòu)件的抗裂性能。這對(duì)于一些對(duì)裂縫控制要求較高的結(jié)構(gòu)，如水池、壓力容器等，具有重要意義。