1 引言

这个笔记简要总结了 <混凝土结构设计> 第一章 <钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能> 的复习思考题与习题(1-1到1-5) [3/8/2021至3/14/2021],供课后学习参考使用. 

1-1 配置在混凝土梁截面受拉区钢筋的作用是什么？

当荷载超过了素混凝土梁的破坏荷载时，受拉区混凝土开裂，此时，受拉区混凝土虽退出工作，但配置在受拉区的钢筋将承担几乎全部的拉力，能继续承担荷载，直到受拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混凝土也被压碎破坏。钢筋的作用是代替混凝土受拉（受拉区混凝土出现裂缝后）或协助混凝土受压。(P8)

 

1-2 试解释以下名词：混凝土立方体抗压强度；混凝土轴心抗压强度；混凝土抗拉强度；混凝土劈裂抗拉强度。

(1) 混凝土立方体抗压强度(P9)：我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定以每边边长为150mm的立方体为标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号f_cu表示。

(2) 混凝土轴心抗压强度(P10)：我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定以150mm×150mm×300mm的棱柱体为标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）称为混凝土轴心抗压强度，用符号f_c表示。

(3) 混凝土抗拉强度(P11)：采用100×100×500mm混凝土棱柱体轴心受拉试验，破坏时试件在没有钢筋的中部截面被拉断，其平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度，目前国内外常采用立方体或圆柱体的劈裂试验测得的混凝土劈裂抗拉强度值换算成轴心抗拉强度，换算时应乘以换算系数0.9，即f_t=0.9f_ts。

(3) 混凝土劈裂抗拉强度(P11)：我国交通部部颁标准《公路工程水泥混凝土试验规程》（JTG E30）规定，采用150mm立方体作为标准试件进行混凝土劈裂抗拉强度测定，按照规定的试验方法操作，则混凝土劈裂抗拉强度f_ts按下式计算：

1-3 混凝土轴心受压的应力-应变曲线有何特点？影响混凝土轴心受压应力-应变曲线有哪几个因素？

完整的混凝土轴心受压应力-应变曲线由上升段OC、下降段CD和收敛段DE三个阶段组成。(P13-14)

(1) 上升段：当压应力左右时，应力-应变关系接近直线变化（OA段），混凝土处于弹性阶段工作。在压应力后，随着压应力的增大，应力-应变关系愈来愈偏离直线，任一点的应变可分为弹性应变和塑性应变两部分，原有的混凝土内部微裂缝发展，并在孔隙等薄弱处产生新的个别裂缝。当应力达到0.8（B点）左右后，混凝土塑性变形显著增大，内部裂缝不断延伸拓展，并有几条贯通，应力-应变曲线斜率急剧减小，如果不继续加载，裂缝也会发展，即内部裂缝处于非稳定发展阶段。当应力达到最大应力时（C点），应力-应变曲线的斜率已接近于水平，试件表面出现不连续的可见裂缝。

(2) 下降段：到达峰值应力点C后，混凝土的强度并不完全消失，随着应力的减小（卸载），应变仍然增加，曲线下降坡度较陡，混凝土表面裂缝逐渐贯通。

(3) 收敛段：在反弯点D点之后，应力下降的速率减慢，趋于残余应力。表面纵缝把混凝土棱柱体分为若干个小柱，外载力由裂缝处的摩擦咬合力及小柱体的残余强度所承受。

影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素：混凝土强度、应变速率、测试技术和试验条件。

1-4 什么叫混凝土的徐变？影响混凝土徐变的因素主要有哪些？

在荷载长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，即在应力保持不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种现象称为混凝土的徐变(在岩石力学中也称之为蠕变或流变)。混凝土徐变的主要原因是在荷载长期作用下，混凝土凝胶体中的水分逐渐压出，水泥石逐渐发生粘性流动，微细空隙逐渐闭合，结晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生等各种因素的综合结果。(P16)

影响混凝土徐变变形的因素主要有：①水泥用量越大（水灰比一定时），徐变越大。②W/C越小，徐变越小。③龄期长、结构致密、强度高，则徐变小。④骨料用量多，弹性模量高，级配好，最大粒径大，则徐变小。⑤应力水平越高，徐变越大。此外还与试验时的应力种类、试件尺寸、温度等有关。(P17)

1-5 混凝土的徐变和收缩变形都是随时间而增长的变形，两者有何不同之处？

在混凝土凝结核硬化的物理过程中体积随时间推移而减小的现象称为收缩。引起混凝土收缩的原因，主要是硬化初期水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内自由水分蒸发而引起的干缩。(P18)

徐变变形是在持久作用下混凝土结构随时间推移而增加的应变；收缩变形是混凝土在凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象，是一种不受力情况下的自由变形。

1-6 公路桥梁钢筋混凝土结构采用普通热轧钢筋，普通热轧钢筋的拉伸应力-应变关系曲线有什么特点？《公路桥规》规定使用的普通热轧钢筋有哪些强度级别？强度等级代号分别是什么？

热轧钢筋从试验加载到拉断，共经历了4个阶段。从开始加载到钢筋应力达到比例极限a点之前，钢筋拉伸的应力-应变曲线呈直线，钢筋的应力与应变比例为常数，钢筋处于弹性阶段；钢筋受拉的应力超过比例极限之后，应变的增长快于应力增长，到达b点后，钢筋的应力基本不增加而应变持续增加，应力-应变曲线接近水平线，钢筋处于屈服阶段。一般以屈服下限为依据，称为屈服强度。钢筋的拉伸应力超过f点之后，材料恢复了部分弹性性能，应力-应变曲线表现为上升曲线，到达曲线最高点d。d点的钢筋应力称为钢筋的极限强度，fd段称为钢筋的强化阶段。过了d点后，钢筋试件薄弱处的截面发生局部颈缩，变形迅速增加，应力随之下降，达到e点时，钢筋被拉断。de段称为钢筋的破坏阶段。(P21)

《公路桥规》规定使用的普通热轧钢筋强度级别与强度等级代号如下表所示.

特别注意: 在2020年12月11日完成的 <混凝土结构设计规范(局部修订条文征求意见稿)> 中, 删除了HRB335级钢筋, 因此在本课程中尽量不提及HRB335.

 

1-7 什么是钢筋和混凝土之间粘结应力和粘结强度？为保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力要采取哪些措施？

(1) 钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土之间具有足够的粘结强度，能承受由于变形差(相对滑移) 沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力，通常称这种剪应力为粘结应力。(P22)

(2) 在实际工程中，通常以拔出试验中粘结失效(钢筋被拔出，或者混凝土被劈裂)时的最大平均粘结应力作为钢筋和混凝土的粘结强度。平均粘结应力计算式为： 

式中，F为拉拔力；d为钢筋直径；l为钢筋埋置长度。(P23)

(3) 解答I: 为保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力要采取的措施有：提高混凝土的强度等级；将钢筋处于适当位置；保证钢筋净距；保证混凝土保护层厚度；选用带肋钢筋。

(3) 解答II: 主要措施：①光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度均随混凝土等级的提高而提高，所以可以通过提高混凝土强度等级来增加粘结力；②水平位置钢筋比竖位钢筋的粘结强度低，所以可通过调整钢筋布置来增强粘结力；③多根钢筋并排时，可调整钢筋之间的净距来增强粘结力；④增大混凝土保护层厚度⑤采用带肋钢筋。(P25)

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混凝土结构材料物理力学性能

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知识点：钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能