混凝土结构设计原理试题库及其参考答案(4)

（2）偏心距增大系数的物理意义是，考虑长柱偏心受压后产生的二阶弯矩对受压承载力的影响。 3.附加偏心距ea的物理意义是什么？如何取值?

答：附加偏心距ea的物理意义在于，考虑由于荷载偏差、施工误差等因素的影响，e0会增大或减小，另外，混凝土材料本身的不均匀性，也难保证几何中心和物理中心的重合。其值取20mm和偏心方向截面尺寸的1/30两者中的较大者。

4．偏心受拉构件划分大、小偏心的条件是什么？大、小偏心破坏的受力特点和破坏特征各有何不同？ 答：（1）当

N作用在纵向钢筋As合力点和As'合力点范围以外时，为大偏心受拉；当N作用在纵向钢筋As合力点和As'合力点范围之间时，为小偏心受拉；

（2）大偏心受拉有混凝土受压区，钢筋先达到屈服强度，然后混凝土受压破坏；小偏心受拉破坏时，混凝土完全退出工作，由纵筋来承担所有的外力。 5．大偏心受拉构件为非对称配筋，如果计算中出现

x?2as'或出现负值，怎么处理？

答：取

x?2as'，对混凝土受压区合力点（即受压钢筋合力点）取矩，

Ne'''As?，As??minbh'fy(h0?as)第8章 钢筋混凝土构件的变形和裂缝

1．为什么说裂缝条数不会无限增加，最终将趋于稳定?

答：假设混凝土的应力σc由零增大到ft需要经过l长度的粘结应力的积累，即直到距开裂截面为l处，钢筋应力由σs1降低到σs2，混凝土的应力σc由零增大到ft，才有可能出现新的裂缝。显然，在距第一条裂缝两侧l的范围内，即在间距小于2l的两条裂缝之间，将不可能再出现新裂缝。

2．裂缝宽度与哪些因素有关，如不满足裂缝宽度限值，应如何处理?

答：与构件类型、保护层厚度、配筋率、钢筋直径和钢筋应力等因素有关。如不满足，可以采取减小钢筋应力（即增加钢筋用量）或减小钢筋直径等措施。 3．钢筋混凝土构件挠度计算与材料力学中挠度计算有何不同? 为何要引入“最小刚度原则”原则?

答：主要是指刚度的取值不同，材料力学中挠度计算采用弹性弯曲刚度，钢筋混凝土构件挠度计算采用由短期刚度修正的长期刚度。

“最小刚度原则”就是在简支梁全跨长范围内，可都按弯矩最大处的截面抗弯刚度，亦即按最小的截面抗弯刚度，用材料力学方法中不考虑剪切变形影响的公式来计算挠度。这样可以简化计算，而且误差不大，是允许的。

4．简述参数ψ的物理意义和影响因素?

答：系数ψ的物理意义就是反映裂缝间受拉混凝土对纵向受拉钢筋应变的影响程度。ψ的大小还与以有效受拉混凝土截面面积计算的有效纵向受拉钢筋配筋率ρte有关。 5．受弯构件短期刚度Bs与哪些因素有关，如不满足构件变形限值，应如何处理?

答：影响因素有：配筋率ρ、 截面形状、 混凝土强度等级、 截面有效高度h0。可以看出，如果挠度验算不符合要求，可增大截面高度，选择合适的配筋率ρ。 6．确定构件裂缝宽度限值和变形限值时分别考虑哪些因素? 答：确定构件裂缝宽度限值主要考虑(1)外观要求；(2)耐久性。

变形限值主要考虑(1) 保证建筑的使用功能要求 (2) 防止对非结构构件产生不良影响 (3) 保证人们的感觉在可接受的程度之内。 第9章 预应力混凝土构件

1．何为预应力？预应力混凝土结构的优缺点是什么？

答：①预应力：在结构构件使用前，通过先张法或后张法预先对构件混凝土施加的压应力。 ②优点：提高构件的抗裂性、刚度及抗渗性，能够充分发挥材料的性能，节约钢材。 ③缺点：构件的施工、计算及构造较复杂，且延性较差。 2．为什么预应力混凝土构件所选用的材料都要求有较高的强度？

答：①要求混凝土强度高。因为先张法构件要求提高钢筋与混凝土之间的粘结应力，后张法构件要求具有足够的锚固端的局部受压承载力。 ②要求钢筋强度高。因为张拉控制应力较高，同时考虑到为减小各构件的预应力损失。 3．什么是张拉控制应力？为何先张法的张拉控制应力略高于后张法？ 答：①张拉控制应力：是指预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。

②因为先张法是在浇灌混凝土之前在台座上张拉钢筋，预应力钢筋中建立的拉应力就是控制应力。放张预应力钢筋后构件产生回缩而引起预应力损失；而后张法是在混凝土构件上张拉钢筋，张拉时构件被压缩，张拉设备千斤顶所示的张拉控制应力为已扣除混凝土弹性压缩后的钢筋应力，所以先张法的张拉控制应力略高于后张法。

4．预应力损失包括哪些？如何减少各项预应力损失值？

答：预应力损失包括：①锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失。可通过选择变形小锚具或增加台座长度、少用垫板等措施减小该项预应力损失； ②预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失。可通过两端张拉或超张拉减小该项预应力损失； ③预应力钢筋与承受拉力设备之间的温度差引起的预应力损失。可通过二次升温措施减小该项预应力损失；

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④预应力钢筋松弛引起的预应力损失。可通过超张拉减小该项预应力损失；

⑤混凝土收缩、徐变引起的预应力损失。可通过减小水泥用量、降低水灰比、保证密实性、加强养互等措施减小该项预应力损失； ⑥螺旋式预应力钢筋构件，由于混凝土局部受挤压引起的预应力损失。为减小该损失可适当增大构件直径。 5．预应力轴心受拉构件，在施工阶段计算预加应力产生的混凝土法向应力时，为什么先张法构件用

A0，而后张法用An？荷载作用阶段时都采用A0？先张法和后

张法的

A0、An如何计算？

A0，且

答：因为在施工阶段，先张法构件放松预应力钢筋时，由于粘结应力的作用使混凝土、预应力钢筋和非预应力钢筋共同工作，变形协调，所以采用换算截面

A0?Ac??EsAs??EpAp；而后张法构件，构件中混凝土和非预应力钢筋共同工作良好，而与预应力钢筋较差，且预应力是通过锚具传递，所以采用净截面An，

且

An?A0??EpAp。

6．如采用相同的控制应力

?con，相同的预应力损失值，当加载至混凝土预压应力?pc为零时，先张法和后张法两种构件中预应力钢筋的应力?p是否相同，哪个

大？

答：当

?pc为零时，由于先张法预应力钢筋的应力?p为?p??con??l

后张法构件应力钢筋的应力

?p为?p??con??l??E?pc??

p比较发现，二者不同，在给定条件下，后张法中预应力钢筋中应力大一些。

7．预应力轴心受拉构件的裂缝宽度计算公式中，为什么钢筋的应力

?sk?Nk?Np0Ap?As？

答：因为

?sk?Nk?Np0Ap?As为等效钢筋应力，根据钢筋合力点处混凝土预压应力被抵消后的钢筋中的应力来确定。

8．后张法预应力混凝土构件，为什么要控制局部受压区的截面尺寸，并需在锚具处配置间接钢筋？在确定力作用下的轴压验算有何不同？

答：①在后张法构件中，在端部控制局部尺寸和配置间接钢筋是为了防止局部混凝土受压开裂和破坏。 ②在确定

?l时，为什么Ab和Al不扣除孔道面积？局部验算和预应

?l时，Ab和Al不扣除孔道面积是因为二者为同心面积，所包含的孔道为同一孔道。

③两者的不同在于，局部验算是保证端部的受压承载能力，未受载面积对于局部受载面积有约束作用，从而可以间接的提高混凝土的抗压强度；而轴压验算是保证整个构件的强度和稳定。

9．对受弯构件的纵向受拉钢筋施加预应力后，是否能提高正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力，为什么？

答：对正截面受弯承载力影响不明显。因为预应力可以提高抗裂度和刚度。破坏时，预应力已经抵消掉，与非预应力钢筋混凝土受弯构件破坏特性相似。首先达到屈服，然后受压区混凝土受压边缘应变到达极限应变而破坏。提高斜截面受剪承载力，因为预应力钢筋有约束斜裂缝开展的作用，增加了混凝土剪压区高度，从而提高了混凝土剪压区所承担的剪力。

10．预应力混凝土受弯构件正截面的界限相对受压区高度与钢筋混凝土受弯构件正截面的界限相对受压区高度是否相同？

答：通过比较可知，两者的正截面的界限相对受压区高度是不同的。预应力混凝土受弯构件的界限相对受压区高度与预应力钢筋强度、混凝土压应力为零时的应力有关。 11．预应力混凝土构件为什么要进行施工阶段的验算？预应力轴心受拉构件在施工阶段的正截面承载力验算、抗裂度验算与预应力混凝土受弯构件相比较，有何区别？ 答：①预应力混凝土构件在施工阶段，由于施加预应力，构件必须满足其承载和抗裂的要求，所以施工阶段需要验算。 ②两者的区别为受弯构件受压区混凝土压应力需要满足承载力、抗裂度要求之外，受拉区混凝土拉应力也需要满足相应要求。 12．预应力混凝土受弯构件的变形是如何进行计算的？与钢筋混凝土受弯构件的变形相比有何异同？

答：预应力混凝土受弯构件的挠度包括两部分：一部分为预加应力产生的反拱；一部分为荷载产生的挠度。荷载作用产生的挠度计算与钢筋混凝土受弯构件相似。 13．公路预应力桥梁的预应力损失如何估算？与建筑结构预应力梁的预应力损失有何异同？

答：公路预应力桥梁的预应力损失可按《公路桥规》进行估算。与建筑结构预应力梁的预应力损失比较，损失的种类相似，但有些损失计算方法有较大区别，如混凝土收缩、徐变引起的预应力损失。

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14．预应力混凝土的张拉控制应力

?con为何不能取的太高？

答：如果张拉控制应力计算题参考答案

?con取得太高，则可能引起构件的某些部位开裂或端部混凝土局部压坏、构件的延性降低或产生较大塑性变形。

第3章 轴心受力构件承载力

1． 某多层现浇框架结构的底层内柱，轴向力设计值N=2650kN，计算长度l0?H?3.6m，混凝土强度等级为C30（fc=14.3N/mm2），钢筋用HRB400级（f'y?360N/mm2），环境类别为一类。确定柱截面积尺寸及纵筋面积。

解：根据构造要求，先假定柱截面尺寸为400mm×400mm 由l0/b?3600/400?9，查表得?根据轴心受压承载力公式确定

?0.99

As'

1N12650?103A?'(?fcA)?(?14.3?400?400)?1906mm2

3600.9?0.99fy0.9?'sAs'1906'????1.2%??min?0.6%，对称配筋截面每一侧配筋率也满足0.2%的构造要求。

A400?400'选 ，As?1964mm

'2设计面积与计算面积误差

1964?1906?3.0%<5%，满足要求。

19062．某多层现浇框架厂房结构标准层中柱,轴向压力设计值N=2100kN,楼层高H=5.60m，计算长度l0=1.25H，混凝土用C30（fc=14.3N/mm2），钢筋用HRB335级（

fy'?300N/mm2），环境类别为一类。确定该柱截面尺寸及纵筋面积。

[解] 根据构造要求，先假定柱截面尺寸为400mm×400mm

长细比

l01.25?5600??17.5，查表??0.825 b400As'

根据轴心受压承载力公式确定

As'?'1N12100000(?fcA)?(?14.3?400?400)?1801mm2 '3000.9?0.825fy0.9?'As1801'????1.1%??min?0.6%，对称配筋截面每一侧配筋率也满足0.2%的构造要求。

A400?400选620，As?1884mm

'2设计面积与计算面积误差

1884?1801?4.6%<5%，满足要求。

18013．某无侧移现浇框架结构底层中柱，计算长度l0?4.2m，截面尺寸为300mm×300mm，柱内配有416纵筋（fy'?300N/mm2），混凝土强度等级为C30

（fc=14.3N/mm2），环境类别为一类。柱承载轴心压力设计值N=900kN，试核算该柱是否安全。 解： （1）求

?

则

l04200??14.0，由表得??0.92 b300Nu

（2）求

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?)?0.9?0.92(14.3?300?300?300?804)Nu?0.9?(fcA?fy?As?1265kN?900kN(满足要求）第4章 受弯构件正截面承载力

1．已知梁的截面尺寸为b×h=200mm×500mm，混凝土强度等级为C25,fc =11.9N/mm2，矩设计值M=165KN.m。环境类别为一类。求：受拉钢筋截面面积

解：采用单排布筋

ft?1.27N/mm2, 钢筋采用HRB335，fy?300N/mm2截面弯

h0?500?35?465mm

将已知数值代入公式

?1fcbx?fyAs 及 M??1fcbx(h0?x/2)得

1.0

?11.9?200?x=300?As 165?106=1.0?11.9?200?x?(465-x/2)

两式联立得：x=186mm As=1475.6mm2

验算 x=186mm<

?bh0?0.55?465=255.8mm

As?1475.6??minbh?0.2%?200?500?200mm2

所以选用3

?25 As=1473mm2

ft?1.27N/mm2,fc?11.9N/mm2，截面弯矩设计值M=125KN.m。环境类别为

2．已知梁的截面尺寸为b×h=200mm×500mm，混凝土强度等级为C25，一类。

求：（1）当采用钢筋HRB335级解：（1）由公式得

2fy?300N/mm2时，受拉钢筋截面面积；（2）当采用钢筋HRB400级fy?360N/mm时，受拉钢筋截面面积.

?s?M?fcbh02125?106?1.0?11.9?200?4652=0.243

??1?1?2?s?1?1?2?0.243?0.283

?s?0.5?(1?1-2??s)?0.5?(1?1?2?0.243)?0.858

125?106As?M/fy?sh0??1044mm2

300?0.858?465 选用钢筋4?18,As?1017mm2

As?1044??minbh?0.2%?200?500?200mm2

As?300?1044/360?870mm2。

（2）

3．已知梁的截面尺寸为b×h=250mm×450mm;受拉钢筋为4根直径为16mm的HRB335钢筋，即Ⅱ级钢筋，

fy?300N/mm2，As=804mm2；混凝土强度等级

为C40，

ft?1.71N/mm2,fc?19.1N/mm2；承受的弯矩M=89KN.m。环境类别为一类。验算此梁截面是否安全。

解：fc=19.1N/mm2，ft=1.7 N/mm2，fy=300 N/mm2。由表知，环境类别为一类的混凝土保护层最小厚度为25mm，故设a=35mm，h0=450-35=415mm

As?804??minbh?0.26%?250?450?293mm2

19

则

???fy?1fc?0.0077?2300?0.121??b?0.55，满足适用条件 。1.0?19.1

Mu??1fcbh0??1?0.5???1.0?19.1?250?4152?0.121??1?0.5?0.121??93.49KN.m?M?89KN.m，安全。4．已知梁的截面尺寸为b×h=200mm×500mm，混凝土强度等级为C40，

ft?1.71N/mm2,fc?19.1N/mm2，钢筋采用HRB335，即Ⅱ级钢筋，

fy?300N/mm2，截面弯矩设计值M=330KN.m。环境类别为一类。受压区已配置3φ20mm钢筋，As’=941mm2,求受拉钢筋As

解：M''?fyAsh0?a'?300?941??440?35??114.3?106KN?m

''??则M?M?M1?330?106?114.3?106?215.7?106 KN?m

已知后，就按单筋矩形截面求As1。设a=60mm、h0=500-60=440mm。

?s?M'?1fcbh02215.7?106??0.292 1.0?19.1?200?4402??1?1?2?s?1?1?2?0.292?0.355??b?0.55，满足适用条件。 ?s?0.51?1?2?s?0.5?1?1?2?0.292?0.823

????M'215.7?106As1???1986mm2

fy?sh0300?0.823?440最后得

As?As1?As2?1986?941?2927.0mm2

选用6φ25mm的钢筋，As=2945.9mm2

5．已知梁截面尺寸为200mm×400mm，混凝土等级C30，fc?14.3N/mm2，钢筋采用HRB335，fy?300N/mm2，环境类别为二类，受拉钢筋为3φ25

的钢筋，As=1473mm2，受压钢筋为2φ6的钢筋，A?s = 402mm2；承受的弯矩设计值M=90 KN.m。试验算此截面是否安全。

解：fc=14.3N/mm2，fy=fy’=300N/mm2。 由表知，混凝土保护层最小厚度为35mm，故a?35?25?47.5mm，h0=400-47.5=352.5mm 2由式

?1fcbx?fy'As'?fyAs，得

fyAs?fy'As'?300?1473?300?402?112.3mm??bh0 1.0?14.3?200

x??1fcb?0.55?352.5?194mm?2a'?2?40?80mm代入式

x??''Mu??1fcbx?h0???fyAsh0?a'2??112.3???1.0?14.3?200?112.3??352.5???300?402??352.5?40?

2?????132.87?106N.mm?90?106N.mm，安全。注意，在混凝土结构设计中，凡是正截面承载力复核题，都必须求出混凝土受压区高度x值。 6．已知T形截面梁，截面尺寸如图所示，混凝土采用C30，

fc?14.3N/mm2，纵向钢筋采用HRB400级钢筋，fy?360N/mm2，环境类别为一类。

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