第二章鋼筋和混凝土的力學性能判斷題1.混凝土立方體試塊的尺寸越大,強度越高。(2.混凝土在三向壓力作用下的強度可以提高。(3.鋼筋受壓時的屈服強度與受拉時基本相同。(4.鋼筋經冷拉后,強度和塑性均可提高。(5.冷拉鋼筋不宜用作受壓鋼筋。(6.C20表示f cu=20N/mm。(7.混凝土受壓破壞是由于內部微裂縫擴展的結果。(8.混凝土抗拉強度隨著混凝土強度等級提高而增大。(9.混凝土在剪應力和法向應力雙向作用下,抗剪強度隨拉應力的增大而增大。(10.混凝土受拉時的彈性模量與受壓時相同。(11.線性徐變是指壓應力較小時,徐變與應力成正比,而非線性徐變是指混凝土應力較大時,徐變增長與應力不成正比。(12.混凝土強度等級愈高,膠結力也愈大(13.混凝土收縮、徐變與時間有關,且互相影響。(第二章鋼筋和混凝土的力學性能判斷題參考答案1.錯;2.對;3.對;4.錯;5.對;6.錯;7.對;8.對;9.錯;10.對;11.對12.對;13.對;第二章鋼筋和混凝土的力學性能問答題參考答案1.軟鋼和硬鋼的區別是什么?應力一應變曲線有什么不同?設計時分別采用什么值作為依據?答:有物理屈服點的鋼筋,稱為軟鋼,如熱軋鋼筋和冷拉鋼筋;無物理屈服點的鋼筋,稱為硬鋼,如鋼絲、鋼絞線及熱處理鋼筋。軟鋼的應力應變曲線如圖2-1所示,曲線可分為四個階段:彈性階段、屈服階段、強化階段和破壞階段。有明顯流幅的鋼筋有兩個強度指標:一是屈服強度,這是鋼筋混凝土構件設計時鋼筋強度取值的依據,因為鋼筋屈服后產生了較大的塑性變形,這將使構件變形和裂縫寬度大大增加以致無法使用,所以在設計中采用屈服強度yf作為鋼筋的強度極限。另一個強度指標是鋼筋極限強度uf,一般用作鋼筋的實際破壞強度。 圖2-1 軟鋼應力應變曲線硬鋼拉伸時的典型應力應變曲線如圖2-2。鋼筋應力達到比例極限點之前,應力應變按直線變化,鋼筋具有明顯的彈性性質,超過比例極限點以后,鋼筋表現出越來越明顯的塑性性質,但應力應變均持續增長,應力應變曲線上沒有明顯的屈服點。到達極限抗拉強度b 點后,同樣由于鋼筋的頸縮現象出現下降段,至鋼筋被拉斷。設計中極限抗拉強度不能作為鋼筋強度取值的依據,一般取殘余應變為0.2%所對應的應力0.2作為無明顯流幅鋼筋的強度限值,通常稱為條件屈服強度。對于高強鋼絲,條件屈服強度相當于極限抗拉強度0.85倍。對于熱處理鋼筋,則為0.9倍。為了簡化運算,混凝土結構設計規范統一取0.2=0.85b,其中b為無明顯流幅鋼筋的極限抗拉強度。 圖2-2硬鋼拉伸試驗的應力應變曲線2. 我國用于鋼筋混凝土結構的鋼筋有幾種?我國熱軋鋼筋的強度分為幾個等級? 答:目前我國用于鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構的鋼筋主要品種有鋼筋、鋼絲和鋼絞線。根據軋制和加工工藝,鋼筋可分為熱軋鋼筋、熱處理鋼筋和冷加工鋼筋。 熱軋鋼筋分為熱軋光面鋼筋HPB235(Q235,符號,級、熱軋帶肋鋼筋HRB335(20MnSi ,符號,級、熱軋帶肋鋼筋HRB400(20MnSiV 、20MnSiNb 、20MnTi ,符號 ,級、余熱處理鋼筋RRB400(K 20MnSi ,符號,級。熱軋鋼筋主要用于鋼筋混凝土結構中的鋼筋和預應力混凝土結構中的非預應力普通鋼筋。3. 鋼筋冷加工的目的是什么?冷加工方法有哪幾種?簡述冷拉方法?答:鋼筋冷加工目的是為了提高鋼筋的強度,以節約鋼材。除冷拉鋼筋仍具有明顯的屈服點外,其余冷加工鋼筋無屈服點或屈服臺階,冷加工鋼筋的設計強度提高,而延性大幅度下降。冷加工方法有冷撥、冷拉、冷軋、冷扭。冷拉鋼筋由熱軋鋼筋在常溫下經機械拉伸而成,冷拉應力值應超過鋼筋的屈服強度。鋼筋經冷拉后,屈服強度提高,但塑性降低,這種現象稱為冷拉強化。冷拉后,經過一段時間鋼筋的屈服點比原來的屈服點有所提高,這種現象稱為時效硬化。時效硬化和溫度有很大關系,溫度過高(450以上強度反而有所降低而塑性性能卻有所增加,溫度超過700,鋼材會恢復到冷拉前的力學性能,不會發生時效硬化。為了避免冷拉鋼筋在焊接時高溫軟化,要先焊好后再進行冷拉。鋼筋經過冷拉和時效硬化以后,能提高屈服強度、節約鋼材,但冷拉后鋼筋的塑性(伸長率有所降低。為了保證鋼筋在強度提高的同時又具有一定的塑性,冷拉時應同時控制應力和控制應變。4. 什么是鋼筋的均勻伸長率?均勻伸長率反映了鋼筋的什么性質?答:均勻伸長率gt 為非頸縮斷口區域標距的殘余應變與恢復的彈性應變組成。s b gt E l l l 000+-= 0l 不包含頸縮區拉伸前的測量標距;l 拉伸斷裂后不包含頸縮區的測量標距;b 實測鋼筋拉斷強度;s E 鋼筋彈性模量。 均勻伸長率gt 比延伸率更真實反映了鋼筋在拉斷前的平均(非局部區域伸長率,客觀反映鋼筋的變形能力,是比較科學的指標。5. 什么是鋼筋的包興格效應?答:鋼筋混凝土結構或構件在反復荷載作用下,鋼筋的力學性能與單向受拉或受壓時的力學性能不同。1887年德國人包興格對鋼材進行拉壓試驗時發現的,所以將這種當受拉(或受壓超過彈性極限而產生塑性變形后,其反向受壓(或受拉的彈性極限將顯著降低的軟化現象,稱為包興格效應。6. 在鋼筋混凝土結構中,宜采用哪些鋼筋?答:鋼筋混凝土結構及預應力混凝土結構的鋼筋,應按下列規定采用:(1普通鋼筋宜采用HRB400級和HRB335級鋼筋,也可采用HPB235級和RRB400級鋼筋;(2預應力鋼筋宜采用預應力鋼絞線、鋼絲,也可采用熱處理鋼筋。7. 試述鋼筋混凝土結構對鋼筋的性能有哪些要求。答:(1對鋼筋強度方面的要求普通鋼筋是鋼筋混凝土結構中和預應力混凝土結構中的非預應力鋼筋,主要是HPB235、HRB335、HRB400、RRB400等熱軋鋼筋。(2強屈比的要求所以設計中應選擇適當的屈強比,對于抗震結構,鋼筋應力在地震作用下可考慮進入強化段,為了保證結構在強震下“裂而不倒”,對鋼筋的極限抗拉強度與屈服強度的比值有一定的要求,一般不應小于1.25。(3延性在工程設計中,要求鋼筋混凝土結構承載能力極限狀態為具有明顯預兆,避免脆性破壞,抗震結構則要求具有足夠的延性,鋼筋的應力應變曲線上屈服點至極限應變點之間的應變值反映了鋼筋延性的大小。(4粘結性粘結性是指鋼筋與混凝土的粘結性能。粘結力是鋼筋與混凝土得以共同工作的基礎,其中鋼筋凹凸不平的表面與混凝土間的機械咬合力是粘結力的主要部分,所以變形鋼筋與混凝土的粘結性能最好,設計中宜優先選用變形鋼筋。(5耐久性混凝土結構耐久性是指,在外部環境下材料性、構件、結構隨時間的退化,主要包括鋼筋銹蝕、凍融循環、堿骨料反應、化學作用等的機理及物理、化學和生化過程。混凝土結構耐久性的降低可引起承載力的降低,影響結構安全。(6適宜施工性在施工時鋼筋要彎轉成型,因而應具有一定的冷彎性能。鋼筋彎鉤、彎折加工時應避免裂縫和折斷。熱軋鋼筋的冷彎性能很好,而性脆的冷加工鋼筋較差。預應力鋼絲、鋼絞線不能彎折,只能以直條形式應用。同時,要求鋼筋具備良好的焊接性能,在焊接后不應產生裂紋及過大的變形,以保證焊接接頭性能良好。(7經濟性衡量鋼筋經濟性的指標是強度價格比,即每元錢可購得的單位鋼筋的強度,強度價格比高的鋼筋比較經濟。不僅可以減少配筋率,方便了施工,還減少了加工、運輸、施工等一系列附加費用。8.簡述混凝土的組成結構。并敘述混凝土的結構組成對混凝土破壞強度的影響。答:混凝土材料結構分為三種基本類型:微觀結構,即水泥石結構,水泥石結構由水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成,其物理力學性能取決于水泥的礦物成份、粉磨細度、水灰比和硬化條件;亞微觀結構,即混凝土的水泥砂漿結構,水泥砂漿結構可看作以水泥石為基相、砂子為分散相的二組混凝土體系,砂子和水泥石的結合面是薄弱面。對于水泥砂漿結構,除上述決定水泥石結構的因素外,砂漿配合比、砂的顆粒級配與礦物組成、砂粒形狀、顆粒表面特性及砂中的雜質含量是重要控制因素;宏觀結構,即砂漿和粗骨料兩組分體系。混凝土的宏觀結構中,水泥作為基相,粗骨料隨機分布在連續的水泥砂漿中。粗骨料的強度遠比混凝土高,硬化水泥砂漿的強度也比混凝土高,由砂漿和粗骨料組成的混凝土復合材料的抗壓強度低于砂漿和粗骨料單一材料的抗壓強度。混凝土內砂漿與骨料界面的粘結強度只有砂漿抗拉強度的35%-65%,這說明砂漿與骨料界面是混凝土內的最薄弱環節。混凝土破壞后,其中的粗骨料一般無破損的跡象,裂縫和破碎都發生在粗骨料表面和水泥砂漿內部,所以混凝土的強度和變形性能在很大程度上取決于水泥砂漿的質量和密實性。9.簡述混凝土立方體抗壓強度。答:混凝土標準立方體的抗壓強度,我國普通混凝土力學性能試驗方法標準(GB/T50081-2002規定:邊長為150mm的標準立方體試件在標準條件(溫度203,相對溫度90%下養護28天后,以標準試驗方法(中心加載,加載速度為0.31.0N/mm 2/s,試件上、下表面不涂潤滑劑,連續加載直至試件破壞,測得混凝土抗壓強度為混凝土標準立方體的抗壓強度f ck ,單位N/mm 2。A F f ck =f ck 混凝土立方體試件抗壓強度;F 試件破壞荷載;A 試件承壓面積。10. 簡述混凝土軸心抗壓強度。答:我國普通混凝土力學性能試驗方法標準(GB/T50081-2002采用150mm150mm300mm 棱柱體作為混凝土軸心抗壓強度試驗的標準試件,混凝土試件軸心抗壓強度A F f cp = (2-8f cp 混凝土軸心抗壓強度;F 試件破壞荷載;A 試件承壓面積。11. 混凝土的強度等級是如何確定的。答:混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定,混凝土立方體抗壓強度標準值f cu ,k ,我國混凝土結構設計規范規定,立方體抗壓強度標準值系指按上述標準方法測得的具有95%保證率的立方體抗壓強度,根據立方體抗壓強度標準值劃分為C15、C20、 C25、C30、C35、C40、C45、C50、 C55、 C60、C65、 C70、 C75、 C80十四個等級。12. 簡述混凝土三軸受壓強度的概念。答:三軸受壓試驗是側向等壓2=3=r 的三軸受壓,即所謂常規三軸。試驗時先通過液體靜壓力對混凝土圓柱體施加徑向等壓應力,然后對試件施加縱向壓應力直到破壞。在這種受力狀態下,試件由于側壓限制,其內部裂縫的產生和發展受到阻礙,因此當側向壓力增大時,破壞時的軸向抗壓強度相應地增大。根據試驗結果分析,三軸受力時混凝土縱向抗壓強度為f cc = f c +r (2-18式中:f cc 混凝土三軸受壓時沿圓柱體縱軸的軸心抗壓強度;f c 混凝土的單軸圓柱體軸心抗壓強度; 系數,一般普通混凝土取4;r 側向壓應力。13. 簡述混凝土在單軸短期加載下的應力應變關系。答:一般用標準棱柱體或圓柱體試件測定混凝土受壓時的應力應變曲線。軸心受壓混凝土典型的應力應變曲線如圖2-3,各個特征階段的特點如下。 圖2-3 混凝土軸心受壓時的應力應變曲線1應力0.3 f c sh當荷載較小時,即0.3 f c sh,曲線近似是直線(圖2-3中OA段,A點相當于混凝土的彈性極限。此階段中混凝土的變形主要取決于骨料和水泥石的彈性變形。2應力0.3 f c sh 0.8 f c sh隨著荷載的增加,當應力約為(0.30.8 f c sh,曲線明顯偏離直線,應變增長比應力快,混凝土表現出越來越明顯的彈塑性。3應力0.8 f c sh 1.0 f c sh隨著荷載進一步增加,當應力約為(0.81.0f c sh,曲線進一步彎曲,應變增長速度進一步加快,表明混凝土的應力增量不大,而塑性變形卻相當大。此階段中混凝土內部微裂縫雖有所發展,但處于穩定狀態,故b點稱為臨界應力點,相應的應力相當于混凝土的條件屈服強度。曲線上的峰值應力C點,極限強度f c sh,相應的峰值應變為0。4超過峰值應力后超過C點以后,曲線進入下降段,試件的承載力隨應變增長逐漸減小,這種現象為應變軟化。14.什么是混凝土的彈性模量、割線模量和切線模量?答:取混凝土應力應變曲線在原點O切線的斜率,作為混凝土的初始彈性模量,簡稱彈性模量E c,即:E c= tg0E c初始彈性模量;a0原點切線的斜率夾角。當應力較大時,混凝土已進入彈塑性階段,彈性模量已不能正確反映此時的應力應變關系。比較精確的方法采用切線模量Ec,即在應力應變曲線任一點處作一切線。此切線的斜率即為該點的切線模量,其表達式為Ec= tg= d / d切線模量是原點與某點連線即割線的斜率作為混凝土的割線模量,稱為變形模量Ec,它的表達式為Ec= tg1 = c / c15.什么叫混凝土徐變?混凝土徐變對結構有什么影響?答:在不變的應力長期持續作用下,混凝土的變形隨時間而緩慢增長的現象稱為混凝土的徐變。徐變對鋼筋混凝土結構的影響既有有利方面又有不利方面。有利影響,在某種情況下,徐變有利于防止結構物裂縫形成;有利于結構或構件的內力重分布,減少應力集中現象及減少溫度應力等。不利影響,由于混凝土的徐變使構件變形增大;在預應力混凝土構件中,徐變會導致預應力損失;徐變使受彎和偏心受壓構件的受壓區變形加大,故而使受彎構件撓度增加,使偏壓構件的附加偏心距增大而導致構件承載力的降低。16.鋼筋與混凝土之間的粘結力是如何組成的?答:試驗表明,鋼筋和混凝土之間的粘結力或者抗滑移力,由四部分組成:(1化學膠結力:混凝土中的水泥凝膠體在鋼筋表面產生的化學粘著力或吸附力,來源于澆注時水泥漿體向鋼筋表面氧化層的滲透和養護過程中水泥晶體的生長和硬化,取決于水泥的性質和鋼筋表面的粗糙程度。當鋼筋受力后變形,發生局部滑移后,粘著力就喪失了。(2摩擦力:混凝土收縮后,將鋼筋緊緊地握裹住而產生的力,當鋼筋和混凝土產生相對滑移時,在鋼筋和混凝土界面上將產生摩擦力。它取決于混凝土發生收縮、荷載和反力等對鋼筋的徑向壓應力、鋼筋和混凝土之間的粗糙程度等。鋼筋和混凝土之間的擠壓力越大、接觸面越粗糙,則摩擦力越大。(3機械咬合力:鋼筋表面凹凸不平與混凝土產生的機械咬合作用而產生的力,即混凝土對鋼筋表面斜向壓力的縱向分力,取決于混凝土的抗剪強度。變形鋼筋的橫肋會產生這種咬合力,它的咬合作用往往很大,是變形鋼筋粘結力的主要來源,是錨固作用的主要成份。(4鋼筋端部的錨固力:一般是用在鋼筋端部彎鉤、彎折,在錨固區焊接鋼筋、短角鋼等機械作用來維持錨固力。各種粘結力中,化學膠結力較小;光面鋼筋以摩擦力為主;變形鋼筋以機械咬合力為主。17.最小錨固長度是如何確定的?答:達到錨固極限狀態時所需要的鋼筋最小錨固長度,稱為臨界錨固長度l cr a。錨固抗力等于鋼筋屈服強度F y時,相應的錨固長度就是臨界錨固長度l cr a,這是保證受力鋼筋真到屈服也不會發生錨固破壞的最小長度。鋼筋屈服后強化,隨錨固長度的延長,錨固抗力還能增長,到錨固抗力等于鋼筋拉斷強度F u時,相應的錨固長度就是極限錨固長度l u a。設計錨固長度l a應當在臨界錨固長度和極限錨固長度之間,前者是為了保證鋼筋承載受力的基本性能,后者是因為過長的錨固實際已經不起作用。18.簡述綁扎搭接連接的機理。答:綁扎搭接鋼筋之間能夠傳力是由于鋼筋與混凝土之間的粘結錨固作用。兩根相背受力的鋼筋分別錨固在搭接連接區段的混凝土中,都將應力傳遞給混凝土,從而實現了鋼筋之間的應力過渡。因此,綁扎搭接傳力的基礎是錨固。但是搭接鋼筋之間的縫間混凝土會因剪切而迅速破碎,握裹力受到削弱。因此,搭接鋼筋的錨固強度減小,與錨固長度相比,搭接長度應予加長。此外,由于錐楔作用造成的徑向力引起了兩根鋼筋之間的分離趨勢。因此,搭接鋼筋之間容易發生縱向劈裂裂縫,必須有較強的圍箍約束以維持錨固。第二章鋼筋和混凝土的力學性能選擇題1.混凝土若處于三向應力作用下,當(。A. 橫向受拉,縱向受壓,可提高抗壓強度;B. 橫向受壓,縱向受拉,可提高抗壓強度;C. 三向受壓會降低抗壓強度;D. 三向受壓能提高抗壓強度;2.混凝土的彈性模量是指( 。A. 原點彈性模量;B. 切線模量;C. 割線模量;D. 變形模量;3.混