混凝土结构设计原理（沈浦生第五版）课后思考题答案—第四章

4-1受弯构件中适筋梁从加载到破坏经历哪几个阶段?各阶段正截面上应力-应变分布、中和轴位置、梁的跨中最大挠度的变化规律是怎样的?各阶段的主要特征是什么？每个阶段是哪种极限状态的计算依据?

答：①第Ⅰ阶段——截面开裂前的阶段（用于抗裂验算的依据）

特征：第Ⅰ阶段荷载较小，梁基本上处于弹性工作阶段，随着荷载增加，弯矩加大，拉区边缘纤维混凝土表现出一定塑性性质。

 

②第Ⅱ阶段——从截面开裂到受拉区纵向受力钢筋开始屈服的阶段（由于裂缝宽度，挠度验算的依据）

特征：弯矩超过开裂弯矩，梁出现裂缝，裂缝截面的混凝土退出工作，拉力由纵向受拉钢筋承担，随着弯矩的增加，受压区混凝土也表现出塑性性质，当梁处于第Ⅱ阶段末时，受拉钢筋开始屈服。

 

③第Ⅲ阶段——破坏阶段（用于承载能力受弯构件正截面承载能力计算的依据）

特征：钢筋屈服后，梁的刚度迅速下降，挠度急剧增大，中和轴不断上升，受压区高度不断减小。受拉钢筋应力不再增加，经过一个塑性转动构成，压区混凝土被压碎，构件丧失承载力。

4-2钢筋混凝土梁正截面应力-应变状态与匀质弹性材料梁(如钢梁)有什么主要区别?

答：钢筋混凝土梁正截面应力-应变状态与均质弹性材料梁相似，两者的区别在于：钢筋混凝土梁从加载到破坏的全过程分为三个阶段，而均质弹性材料梁没有后两个阶段，始终在弹性阶段内工作。

4-3什么叫配筋率?配筋率对梁的正截面承载力有何影响?

4-4说明少筋梁、适筋梁与超筋梁的破坏特征有何区别?

答：①少筋梁：当构件的配筋率低于某一定值时,构件不但承载能力很低，而且只要其一开裂,裂缝便急速开展,裂缝截面处的拉力全部由钢筋承受,钢筋由于突然增大的应力而屈服,构件立即发生破坏。这种破坏称为少筋破坏，也叫脆性破坏。

②适筋梁：当构件的配筋率不是太低也不是太高时,构件的破坏首先是由于受拉纵向受力钢筋屈服,然后受压区混凝土被压碎,钢筋和混凝土的强度都得到充分利用。这种破坏称为适筋破坏。

③超筋梁：当构件的配筋率超过某一定值时,构件的破坏特征又发生质的变化。构件的破坏是由于受压区的混凝土被压碎而引起,受拉区纵向受力钢筋不屈服,这种破坏称为超筋破坏。超筋破坏在破坏前虽然也有一定的变形和裂缝预兆,但不像适筋破坏那样明显,而且当混凝土压碎时,破坏突然发生,钢筋的强度得不到充分利用,破坏带有脆性性质。

4-5单筋矩形截面梁正截面承载力的计算应力图形如何确定?

4-6梁,板中混凝土保护层的作用是什么?其最小值是多少?对梁内受力主筋的直径净距有何要求?

答：①保护层是为了保证钢筋与其周围混凝土能共同工作，并使钢筋充分发挥计算所需强度。 　　

②防止钢筋受到锈蚀，以保证构件在设计使用年限内钢筋不发生降低结构可靠度的锈蚀。 　

③满足有防火要求的钢筋混凝土梁、板及预应力构件，保证构件在火灾中按建筑物的耐火等级确定的耐火极限的这段时间里，构件不会失去支持能力。

要求：梁上部钢筋水平方向的净间距不应小于30mm和1.5d；梁下部钢筋水平方向的净间距不应小于25mm和d。

4-7试就图4-39所示4种受弯截面情况回答下列问题:

(1)它们破坏的原因和破坏的性质有何不同?

(2）破坏时的钢筋应力情况如何?

(3）破坏时钢筋和混凝土的强度是否被充分利用?

(4）破坏时哪些截面能利用力的平衡条件写出受压区高度x的计算式,哪些截面则不能?

(5)破环时截面的极限弯矩M多大?

答：相对界限受压区高度：界限受压区高度与截面有效高度的比值为截面相对界限受压区高度。

作用：受压区高度达到相对界限受压区高度时构件达到最大承载力，用于控制截面是否超筋，取值与混凝土强度有关,与构件级别有关。

4-10在什么情况下可采用双筋梁,其计算应力图形如何确定?在双筋截面中受压钢筋起什么作用?为什么双筋截面一定要用封闭箍筋?

答：什么时候用：①结构或构件承受某种交变的作用(如地震),使截面上的弯矩改变方向

②截面承受的弯矩设计值大于单筋截面所能承受的最大弯矩设计值,而截面尺寸和材料品种等由于某些原因又不能改变

③结构或构件的截面由于某种原因,在截面的受压区预先已经布置了一定数量的受力钢筋(如连续梁的某些支座截面)

应力图形的确定：根据荷载值按结构力学、材料力学的计算方法算出不同截面的弯矩值，转化成应力值，放入平面坐标系（应力值与截面位置)，就可以画出双筋矩形截面梁正截面承载力的计算应力图形。

作用：双筋截面梁中受压钢筋帮助混凝土承担压力，决定受压区的高度。

原因：因为开口箍不利于纵向钢筋的定位，且不能约束芯部混凝土，所以规范规定箍筋应做成封闭式。故除小过梁以外，一般构件不应采用开口箍。箍筋末端弯折考虑锚固及抗震与非抗震之分。

答：因为热轧钢筋的抗压性能和抗拉性能都比较稳定，而钢绞线和预应力螺纹筋的抗拉强度很高，而抗压强度则不如热轧钢筋稳定。