(完整)2015級(jí)碩士高等混凝土試題及答案16.2.1剖析,推薦文檔

1、考試科目 ：高等混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)理論與應(yīng)用姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：1. 簡(jiǎn)述混凝土受壓應(yīng)力 -應(yīng)變?nèi)€的測(cè)試方法、 特征，并給出其常見的本構(gòu)模型 （ 3 種）。要求繪制相關(guān)曲線、標(biāo)注特征點(diǎn)、敘述規(guī)律，并評(píng)價(jià)各本構(gòu)模型的特點(diǎn)和適用范圍。答： (18-21)試驗(yàn)方法分為兩類：應(yīng)用電液伺服閥控制的剛性試驗(yàn)機(jī)直接進(jìn)行試件等應(yīng)變速度加載； 在普通液壓試驗(yàn)機(jī)上附加剛性元件，使裝置的總體剛度超過(guò)試件下降段的最大線剛度，就可防止混凝土的急速破壞。本構(gòu)模型： Hognestad 本構(gòu)模型 (見圖 1-14)y2xx2 , (0x1)表達(dá)式：x1 ,( x 1)y 1 0.15xu1特點(diǎn)：能較好的反映混凝土受壓

2、時(shí)的基本特征，其曲線方程形式被多國(guó)混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范所采用； Kent-Park 本構(gòu)模型 (見圖 1-14)2 c2fcKf c'c; c 0.002K表達(dá)式：0.002K0.002KfcKf c'1 Zm c0.002K; c 0.002K(其中 K 為考慮箍筋約束所引起的混凝土強(qiáng)度增強(qiáng)系數(shù)，Zm 為應(yīng)變軟化階段斜率 )特點(diǎn)：可以很好的描述箍筋對(duì)核心混凝土的約束作用； Rusch 本構(gòu)模型 (見圖 1-14)y2xx2 ;0 x 1表達(dá)式：1; x1y特點(diǎn)：由拋物線上升段和水平段組成，比較接近于理想彈塑性模型。2. 簡(jiǎn)述混凝土重復(fù)加載下的主要現(xiàn)象和規(guī)律，包括：包絡(luò)線，裂縫和破壞

3、過(guò)程，卸載曲線，再加載曲線，共同點(diǎn)軌跡線，穩(wěn)定點(diǎn)軌跡線。并繪制、標(biāo)注相關(guān)曲線、特征點(diǎn)。答： P37-39（ 1）包絡(luò)線沿著重復(fù)荷載下混凝土應(yīng)力 應(yīng)變曲線的外輪廓描繪所得的光滑曲線稱為包絡(luò)線 (圖中以 EV 表示 )。各種重復(fù)荷載 (BF) 下的包絡(luò)線都與單調(diào)加載的全曲線 (A) 十分接近。.（2）裂縫和破壞過(guò)程在超過(guò)峰值應(yīng)力后、總應(yīng)變達(dá)（1.53.0）× 10-3 時(shí)出現(xiàn)第一條可見裂縫。裂縫細(xì)而短，平行于壓應(yīng)力方向。繼續(xù)加卸載，相繼出現(xiàn)多條縱向短裂縫。若荷載重復(fù)加卸多次，則總應(yīng)變值并不增大，裂縫無(wú)明顯發(fā)展。當(dāng)試什的總應(yīng)變達(dá)（3.05）× 10-3 時(shí)，相鄰裂縫延伸并連接，形

4、成貫通的斜向裂縫。（3）卸載曲線圖 卸載和再加載曲線一般形狀從混凝土的受壓應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€或包絡(luò)線上的任一點(diǎn)卸裁至應(yīng)力為零，得完全卸載曲線。每次卸載剛開始時(shí)，試件應(yīng)力下降降很快，順應(yīng)變恢復(fù)很少。隨著應(yīng)力值的減小，變形的恢復(fù)才逐漸加快。當(dāng)應(yīng)力降至卸載時(shí)應(yīng)力的約 20 30以下，變形恢復(fù)最快。這是恢復(fù)變形滯后現(xiàn)象， 主要原因是試件中存在的縱向裂縫在高壓應(yīng)力下不可能恢復(fù)。 故卸載時(shí)應(yīng)變?cè)酱螅芽p開展越充分，恢復(fù)變形滯后現(xiàn)象超嚴(yán)重。（ 4）再加載曲線從應(yīng)力為零的任一應(yīng)變值(錯(cuò)誤 !未找到引用源。 開始再加載，直至與包絡(luò)續(xù)相切或重合(錯(cuò)誤!未找到引用源。，為再加載曲線 (圖 22)。再加載曲線有兩種不同的

5、形狀： 當(dāng)再加載起點(diǎn)的應(yīng)變很小 (錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。 /錯(cuò)誤 !未找到引用源。 )時(shí)，其上端應(yīng)變 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 /錯(cuò)誤 !未找到引用源。，即與包絡(luò)線的上升段相切，曲線上無(wú)拐點(diǎn)，斜率單調(diào)減小，至切點(diǎn)處斜率仍大于零；若再加載起點(diǎn)的應(yīng)變較大，其上端應(yīng)變 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 /錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。，即與包絡(luò)續(xù)的下降段相切。（ 5）橫向應(yīng)變?cè)谥貜?fù)荷載 (B)( 圖左 )作用下，試件橫向應(yīng)變 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的變化如圖右開始加載階段試件的橫向應(yīng)變很小。當(dāng)應(yīng)力接近混凝土的棱柱體強(qiáng)度時(shí)，橫向應(yīng)變才加快增長(zhǎng)。卸載時(shí)，縱向應(yīng)變能恢復(fù)一部分，而橫向應(yīng)變幾乎沒有恢復(fù)，保持常值。再加載時(shí)

6、，縱向應(yīng)變即時(shí)增大，而橫向應(yīng)變?nèi)员３殖Ｖ怠Ｖ挥挟?dāng)曲線超過(guò)共同點(diǎn) (CM ，共同點(diǎn)軌跡線 )后，縱向應(yīng)變加速增長(zhǎng)時(shí)，橫向應(yīng)變才開始增大。這些現(xiàn)象顯然也是縱向裂縫的發(fā)展和滯后恢復(fù)所致。（ 6）共同點(diǎn)軌跡線在重復(fù)荷載試驗(yàn)中， 從包絡(luò)線 卜任一點(diǎn)卸載后再加載， 其交點(diǎn)稱共同點(diǎn)。 將多次加卸載所得的共同點(diǎn)，用光滑曲線依次相連，即為共同點(diǎn)軌跡線。圖中CM 表示分析各種重復(fù)荷載下的共同點(diǎn)軌跡線，顯然與相應(yīng)的包絡(luò)線或單調(diào)加載全曲線的形狀相似，經(jīng)計(jì)算對(duì)比給出前者與后兩者的相似比值為Kc=0.860.93平均為 0.89（ 7）穩(wěn)定點(diǎn)軌跡線重復(fù)荷載試驗(yàn) (E， F)中，在預(yù)定應(yīng)變值下經(jīng)過(guò)多次加卸載混凝土的應(yīng)力 (

7、承載力 )不再下降，殘余應(yīng)變不再加大，卸載 再加載曲線成為一穩(wěn)定的閉合環(huán)，環(huán)的上端稱穩(wěn)定點(diǎn)。將各次循環(huán)所得的穩(wěn)定點(diǎn)連以光滑曲線，即為穩(wěn)定點(diǎn)軌跡線，圖中以 ST 表示。這也就是混凝土低周疲勞的極限包線。3. 分別繪制高強(qiáng)混凝土、輕質(zhì)混凝土、纖維混凝土的受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并與普通混凝土的進(jìn)行對(duì)比分析，重點(diǎn)比較力學(xué)性能的異同。答：曲線見課本。(1)高強(qiáng)混凝土：其力學(xué)主要特征是隨著強(qiáng)度的提高，混凝土的脆性增加，表現(xiàn)為：內(nèi)部裂縫在高應(yīng)力下出現(xiàn)和發(fā)展， 破壞過(guò)程急促，應(yīng)力應(yīng)變曲線峰部尖銳， 吸能能力差，極限應(yīng)變小抗拉強(qiáng)度增加幅度小。 其基本性質(zhì)和普通混凝土一致， 其與普通混凝土使用同類原材料，材性本質(zhì)相

8、同，力學(xué)性能指標(biāo)互相銜接；(2)輕質(zhì)混凝土：力學(xué)性能總體上與普通混凝土相似，但是質(zhì)更脆，性能指標(biāo)有差別。輕骨料混凝土與普通混凝土的基本區(qū)別在于粗骨料， 普通混凝土是水泥砂漿包圍粘結(jié)粗骨料，其粘結(jié)部位為構(gòu)造薄弱部位，而輕骨料混凝土是水泥砂漿包圍粘結(jié)輕骨料，薄弱部位為輕骨料，破壞發(fā)生的部位不同。其次，輕骨料的裂縫發(fā)展緩慢；(3)纖維混凝土：與普通混凝土相比，抗拉和抗折強(qiáng)度增加，抗裂性能大大提高，抗壓強(qiáng)度雖然提高不多， 但延性大大提高， 疲勞強(qiáng)度顯著提高，動(dòng)力強(qiáng)度增大，耐磨和沖刷性能增強(qiáng)等，其開裂前與普通混凝土無(wú)異，最終破壞為纖維的滑移和拔出。4. 簡(jiǎn)述變形鋼筋的粘結(jié)力組成和粘結(jié)機(jī)理，分析影響粘結(jié)力

9、的主要因素。答： (1)粘結(jié)力組成： a 混凝土中水泥凝膠在鋼筋表面產(chǎn)生化學(xué)粘著力；b 周圍混凝土的摩阻力； c 鋼筋表面凹凸不平或變形產(chǎn)生的機(jī)械咬合力。(2)粘結(jié)機(jī)理：變形鋼筋受拉時(shí)，其肋的凸緣擠壓混凝土形成機(jī)械咬合力，抑制了混凝土產(chǎn)生可能的相對(duì)滑移，大大提高了粘結(jié)力。(3)影響因素： a 混凝土強(qiáng)度； b 保護(hù)層厚度； c 鋼筋埋長(zhǎng)； d 鋼筋直徑和外形； e 橫向鋼筋； f 橫向壓應(yīng)力； g 其他因素。5. C30 混凝土承受雙向應(yīng)力 1 / 3=0.1 /-1（2=0）時(shí)，確定其二軸拉 -壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值。（C30混凝土的單軸抗壓和抗拉強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值分別為：fc = 14.3N / mm2

10、 ， f t = 1.43 N / mm2 ）解： 計(jì)算其應(yīng)力比： r130.10. 050. 1- 1用表（ DE 段）的公式計(jì)算得：f 30. 96f t f cft ( 0. 0480. 96r )f c0. 961. 4314. 39. 28N/21. 43( 0. 0480. 96(0. 1) 14. 3mmf 1 rf 30.1(9. 28)20. 928N / mmf 39. 28N/214. 3/2 ,f 10. 928N/21.43 /2mmNmmmmNmm可見混凝土的二軸拉 -壓強(qiáng)度既小于單軸抗壓強(qiáng)度，又小于單軸抗拉強(qiáng)度， 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予注意。6. 試比較柱的方形箍筋、螺旋箍筋

11、和鋼管混凝土約束作用的異同，并分析影響其約束性能的主要因素，計(jì)算中應(yīng)如何考慮？答：（1）方形箍筋：矩形箍筋柱在軸壓力的作用下， 核芯混凝土的橫向膨脹變形使箍筋的直線段產(chǎn)生水平彎曲。箍筋的抗彎剛度極小， 它對(duì)核芯混凝土的反作用力很小。另一方面，箍筋的轉(zhuǎn)角部o剛度大，變形小，兩個(gè)垂直方向的拉力合成對(duì)核芯混凝土對(duì)角線（ 45 ）方向的強(qiáng)力約束。相應(yīng)于約束混凝土極限強(qiáng)度和箍筋屈服同時(shí)達(dá)到的界限約束指標(biāo)約為f yt0.32，而約束混凝土的性能在此界限前后有不同的變化率：ttfcfc ,c1 0.5 t,0.32fctfc ,c0.551.9 t,0.32f ct（2）螺旋箍筋：螺旋箍筋混凝土柱與普通箍筋

12、柱和素混凝土柱相比，承載力有所提高， 特別是變形性能得到了很大的改善。 從螺旋箍筋柱的受力過(guò)程（ N 曲線）中看到，其極限承載力有兩個(gè)控制值：a、縱筋受壓屈服，全截面混凝土達(dá)棱柱體抗壓強(qiáng)度（N1 ）此時(shí)混凝土的橫向應(yīng)變尚小，可忽略箍筋的約束作用，計(jì)算式為N1f c Acf y As 。b、箍筋屈服后，核芯混凝土達(dá)約束抗壓強(qiáng)度f(wàn)c,c (N 2 ) 此時(shí)柱的應(yīng)變很大，外圍混凝土已退出工作，縱向鋼筋仍維持屈服強(qiáng)度不變，計(jì)算式為N2fc, c Acorf y As 。根據(jù)平衡條件，當(dāng)箍筋屈服時(shí)，核芯混凝土的最大約束壓應(yīng)力為：2 f yt Ast112sdcort f c ，2若核芯混凝土的三軸抗壓強(qiáng)

13、度按Richart 公式近似取用，則有：fc ,cfc4 21 2 tf c ，N212 t Acorf y Asfc Acor2 f yt t Acor fy As（3）鋼管混凝土當(dāng)螺旋箍筋混凝土中橫向箍筋密集地連在一起， 且與縱筋合一， 去除外圍混凝土， 自然地發(fā)展成鋼管混凝土。 鋼管混凝土的約束指標(biāo)與方形箍筋、 螺旋箍筋相同， 計(jì)算式稍有變化：f yAs f y4tf ytt fcAc f cdc fc鋼管混凝土的極限抗壓強(qiáng)度（即平均的約束混凝土強(qiáng)度f(wàn)c, c ）隨約束指標(biāo)而提高，理論值的基本計(jì)算式應(yīng)為： f c,cN u1zp As。鋼管混凝土的抗壓強(qiáng)度，在兩種極端情況下的極值如Acc

14、p AcAc下：a、鋼管和混凝土在縱向受力，達(dá)到各自的單軸抗壓強(qiáng)度，即zp f y 和 cp fc ，但鋼管的切向應(yīng)力tp0 ，無(wú)約束應(yīng)力（r0 ），故 fc,c,1f c 1t ；b、鋼管的切向應(yīng)力達(dá)屈服強(qiáng)度tpf y但 zp0，核芯混凝土的約束應(yīng)力為最大t ,maxt f y / 2 ，故 fc,c,2fc 1max t一個(gè)已知約束指標(biāo)的鋼管混凝土， 達(dá)到極限軸力時(shí)是應(yīng)力狀態(tài)出于上述兩種極端情況之間。建立的鋼管混凝土極限強(qiáng)度計(jì)算式為：f c,cf c 1t1.1 t。7. 在采用一定的分析假定的基礎(chǔ)上，鋼筋混凝土構(gòu)件的截面力學(xué)性能可以通過(guò)建立三類基本方程求得截面的應(yīng)力和應(yīng)變分布、曲率等，請(qǐng)

15、舉一個(gè)例子予以說(shuō)明。答：一鋼筋混凝土短柱，已知其截面尺寸（b×h）和配筋（ As= bh，為配筋率）幾何（變形）條件：柱子在軸心壓力作用下發(fā)生壓縮變形。從試件開始受力、 直至破壞，一個(gè)平截面始終保持平面，即截面上各點(diǎn)的應(yīng)變值相等。在受力過(guò)程中， 如若鋼筋和混凝土的粘結(jié)良好， 不發(fā)生相對(duì)滑移， 而且鋼筋外側(cè)有封閉箍筋圍住，即使受壓屈服后也不外鼓，不崩裂混凝土保護(hù)層，那么，在任意軸力值下，柱內(nèi)鋼筋和混凝土的應(yīng)變相等，也即構(gòu)件的應(yīng)變，故物理（本構(gòu)）關(guān)系鋼材本構(gòu)模型混凝土受壓非線性應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系：式中混凝土的受壓變形系數(shù)，其數(shù)值隨應(yīng)變的增大而單調(diào)減小力學(xué)（平衡）方程軸心受力構(gòu)件只有一個(gè)內(nèi)外力

16、平衡條件：8. 簡(jiǎn)述鋼筋混凝土構(gòu)件常用截面剛度計(jì)算方法的基本概念和計(jì)算要點(diǎn)，并分析各方法的應(yīng)用范圍。答：（1）有效慣性矩法其主要原則是將截面上的鋼筋，通過(guò)彈性模量比值的折換，得到等效的勻質(zhì)材料換算截面，推導(dǎo)并建立相應(yīng)的計(jì)算公式。這一原則和方法，應(yīng)用在開裂前預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、剛度分析、疲勞驗(yàn)算等。1）開裂前截面慣性矩：拉區(qū)鋼筋面積為As，其換算面積為 nA s，其中 n=Es/E0 為彈性模量比。換算截面總面積A 0=bh+(n-1)A s受壓區(qū)高度由拉壓區(qū)對(duì)中和軸靜距相等條件確定：12122 bx02bh x)( n1)s (h0x0)(0A1 b2( n1)A h2h0所以，x 0sbh(

17、n1)Asb33s(2換算截面慣性矩為I0x 0( hx 0) ( n 1)h0)B3Ax 0開裂前截面剛度E I0c02）裂縫截面的換算慣性矩1 b2n()裂縫受壓區(qū)高度算法同上2x crA hx0crs解得( n22n ) h0x cr2n122I crn As( h0xcr )裂縫截面換算剛度為3 b x crBcrE0 I cr3）有效慣性矩33I( Mcr ) 1( Mcr ) II 0effcrMM（ 2）剛度解析法如圖 a 所示，純彎曲混凝土梁進(jìn)入裂縫穩(wěn)定發(fā)展階段后， 截面已不符合平截面假定， 中和軸成波浪形。裂縫截面處受壓區(qū)高度 xcr 為最小值。如圖 b 所示：受壓區(qū)混凝土壓

18、應(yīng)變和受拉區(qū)鋼筋應(yīng)變也成波浪形1）幾何條件頂部混凝土壓應(yīng)變cc鋼筋平均拉應(yīng)變ss式中，為裂縫間受拉筋應(yīng)變的不均勻系數(shù)。2）物理關(guān)系cE0cE0s頂部混凝土壓應(yīng)力c受拉鋼筋應(yīng)力ss Es3）力學(xué)方程Mcb xcrh0Mssh0A將上式代入該式得1MMMn222( x cr )Es As h0xcr E0 b h0Es As h0故截面平均剛度2h0MEs As h0B1 /n( xcr /h0)（ 3）受拉剛化效應(yīng)修正法ME I 0混凝土開裂之前 (M Mcr1 /B11混凝土受拉開裂 (M cr<M<M y)MEBIcr22受拉鋼筋屈服后 (M y<M<M cr)BMu

19、My31 /1 /yu鋼筋屈服彎矩 M 和極限彎矩M 時(shí)的曲率分別為：1y1cxuyuh0xy考慮混凝土徐變收縮等因素，yub M cr構(gòu)件開裂彎矩修正為b12=1.0（變形鋼筋）=0.5（光圓鋼筋）； =0.8（第一次加載）=0.5（長(zhǎng)期持續(xù)重復(fù)加載）1122截面平均曲率的計(jì)算當(dāng)Mb M cr11ME I 0時(shí)1時(shí)111當(dāng)b M crMM y2ts1式中， 考慮混凝土的受拉剛化效應(yīng)后的曲率修正值ts111M crbMts2r1r混凝土開裂（ M=M）1M cr1M crcr前、后的曲率分別為1rEI02rEI cr故1M-M crM crM crE I crb E I crE I 0M當(dāng)M<M<M 時(shí)yu11M crM cr M cr1M M y11yb E I crE I 0 M y2 M u M yuy9. 簡(jiǎn)要說(shuō)明按桁架模型（如圖示）建立鋼筋混凝土受扭構(gòu)件極限承載力的要點(diǎn)。要求：（1）說(shuō)明桁架模型如何確定，并在圖中標(biāo)注各桿件； （ 2）簡(jiǎn)述計(jì)算公式的推導(dǎo)方法，并說(shuō)明公式中參數(shù) 的含義以及 與構(gòu)件截面達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)鋼筋屈服的關(guān)系； （3）說(shuō)明你對(duì)這種方法的理解及看法。