【新手问题汇】混凝土结构设计规范中常规问题扫盲第二期

1.混凝土和钢筋标准强度的统计含义是什么?
解: 混凝土标准强度: 以边长为150 MM立方体在20 C的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天,依照标准方法测得的具有95%保证率的抗压强度
钢筋标准强度: 混凝土设计规范中采用国标规定的废品率限制作为钢筋的强度标准值，为 97.73%。

2. 你认为影响钢筋混凝土和预应力混凝土结构耐久性的因素有那些?
解: 保护层厚度，裂缝，材料性能有关（笔记）
内部因素：混凝土强度，密实性，水泥用量，水灰比，氯离子及碱含量，外加剂用量，保护层厚度。
外部因素：温度，湿度，CO2含量，侵蚀性介质，空气流动性。

3.什么是混凝土的碳化?为什么碳化深度与钢筋全面锈蚀有直接关系?
解: 大气中的CO2或其它酸性气体,将使混凝土中性化而降低其碱度,这就是混凝土的碳化; 因为混凝土的高碱性环境使得钢筋免于被酸性物质腐蚀, 当混凝土碳化前锋达到钢筋表面后,钢筋开始锈蚀,此后钢筋锈蚀不断加剧,直到全面锈蚀。

4．混凝土构件的保护层厚度是按什么原则确定的？为什么板、墙、壳类构件的保护层厚度可以比梁柱类构件取得小？
解：保证混凝土与钢筋的共同工作和耐久性的要求来确定的。处于一般室内环境中的构件，受力钢筋的混凝土保护层最小厚度主要按结构构造或耐火性的要求确定。处于露天或室内高湿度环境中的构件，结构的使用寿命基本上取决于保护层完全碳化所需的时间。总之受力钢筋的混凝土保护层的最小厚度应根据不同等级混凝土在设计基准期内碳化深度来确定。
对于梁柱等构件，因棱角部分的混凝土双向碳化，且易产生沿钢筋的纵向裂缝，而板、壳是单向碳化，故保护层厚度要比梁柱的小。

5．请说明钢筋混泥土结构构件和预应力结构构件的裂缝控制等级。这些等级与耐久性有什么关系？
解： 环境类别 钢筋混泥土结构 预应力混泥土结构 裂缝控制等级 （ｍｍ） 裂缝控制等级 （ｍｍ） 一 三 ０.３（０.４） 三 ０.２ 二 三 ０.２ 二 —— 三 三 ０.２ 一 —— （《混凝土结构设计规范》Ｐ１３）

6．请说明当裂缝面与钢筋垂直相交时，与裂缝相交处钢筋的锈蚀是如何发展的？裂缝宽度与这一锈蚀过程有什么关系？
解： 钢筋首先在裂缝宽度较大处发生个别点的“坑蚀”,继而渐渐形成“环蚀”,同时向裂缝两边扩展形成锈蚀面,使钢筋截面削弱。钢筋锈蚀严重时，体积膨胀，导致沿钢筋长度出现纵向裂缝，并使保护层剥落，习称“暴筋”，从而截面承载力降低，最终将使结构破坏或失效。
裂缝宽度越大，水和酸性气体更易进入裂缝，与钢筋表面接触面积更大，更易锈蚀。

7．请说明碳化深度达到钢筋表面所引起的锈蚀与裂缝处钢筋锈蚀的发育特征有什么区别？
答：保护层失效引起的钢筋锈蚀是全面锈蚀，钢筋膨胀引起的裂缝一旦发生，是沿钢筋全长的。
而裂缝引起的钢筋锈蚀是局部发展的。从裂缝处逐渐向两边发展。

8．碳化深度达到钢筋表面后，钢筋要锈蚀还需要水和氧气，请问水和氧是如何到达钢筋表面的？由此我们可以得到什么可以改善耐久性的启发？
答：水和氧气是通过混凝土保护层的孔隙和裂缝进入的;改善方法:提高混凝土的密实性,控制裂缝宽度或不开裂,在钢筋表面涂防护层.

9．当保护层的厚度因耐久性的需要而超过35～40mm时，应在保护层中采取什么措施以减少保护层混凝土蹦落的可能性？
答：通常是在混凝土保护层中离构件表面一定距离处全面增配由细钢筋制成的构造钢筋网片.（《混凝土结构设计规范》293页9.2.4）。

1 0．一个轴心受压的混凝土圆柱，当其周边受有径向水平均布压应力时，轴心受压的应力-应变曲线会发生什么样的变化？这种变化与径向均匀压应力的大小有什么关系？
答：曲线峰部抬高，变得平缓和丰满（径向压应力约束了混凝土的横向膨胀，阻滞纵向裂缝的出现和开展，在提高其极限强度的同时，塑性变形也有了很大的发展）（过镇海《钢筋混凝土原理》79页）。均匀压应力越大，峰值越大，峰值点越靠后，峰值后的曲线越平缓（孙会郎）。轴压应力的极限强度与径向均匀压应力的关系式为（三校《混凝土结构》21页）：
——有侧向压应力约束的试件的轴心抗压强度
——无侧向压应力约束的试件的轴心抗压强度
——侧向均匀压应力

11．矩形箍筋对混凝土的约束作用与圆形箍筋或螺旋形箍筋有什么实质性区别？复合矩形箍筋对核心混凝土的约束作用为什么又要比单个矩形箍筋好？箍筋间距对这种约束的好坏有影响吗？纵筋的根数和直径对这种约束有影响吗？为什么？在设计中考虑这种影响吗？
答：圆形箍筋和螺旋形箍筋对混凝土产生的作用是均匀分布的径向压应力。而矩形箍筋却有所不同，矩形箍筋柱在轴压力的作用下，核心混凝土的膨胀变形使箍筋的直线段产生水平弯曲。因为箍筋直线段的抗弯刚度很小，因此直线段对核心混凝土的反作用力也很小。另一方面，箍筋的转角部刚度大，变形小，两个垂直方向上的拉力合成对核心混凝土对角线方向的强力约束。故核心混凝土承受的是沿对角线方向的集中压应力和沿箍筋方向分布的很小的横向力（过镇海《钢筋混凝土原理》172页）。
复合箍筋的中间肢能加强箍筋直线段对核心混凝土的约束作用，因此复合箍筋对混凝土的约束作用比单个箍筋要好。箍筋的间距越小，对混凝土的约束作用越好。纵筋能把箍筋的一部分约束力传递给箍筋上下方的混凝土，因此能加强对箍筋之间的混凝土的约束力，并且纵筋的根数越多直径越大这种作用越明显。但总体来说它的影响还是比较小，因此设计中一般不考虑（个人意见，有待斟酌）。

12．由轴心受压构件经验得出的箍筋约束效果能直接用于偏心受压区混凝土吗？有没有什么办法能验证直接应用的合理性？
答：经验证明用轴心受压的结果模拟偏心受压下的应力-应变关系误差是不大的,故由轴心受 压构件经验得出的箍筋约束效果能直接用于偏心受压区混凝土。

13．在一根受弯的梁中，当尚未出现弯曲裂缝时，纵向钢筋的表面有粘接应力吗？什么是“粘接应力”，粘接应力的大小与各正截面中的作用剪力大小有关吗？如有，为什么？
答：有。因为任何一段钢筋的应力差都由其表面的纵向剪应力所平衡，而此剪应力即周围混凝土所提供的粘接应力（过镇海《钢筋混凝土原理》143页）。钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力，混凝土收缩，将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力，钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力以及因钢筋端部加弯钩、弯折或在锚固区焊短钢筋、角钢而产生的锚固力全称为粘接应力（三校合编《混凝土结构》上册31页）。

14．试说明一根带肋钢筋在受力逐步增大的过程中其粘接-滑移的基本规律（画粘接-滑移曲线，并请关注该曲线的纵、横坐标物理量是什么？），并说明其中的各个关键点和与这些关键点对应的物理现象(其中应着重说明:后藤幸正发现的肋前角向斜外向发展的裂缝;肋前混凝土局部压碎区;局压区的形成对钢筋劈裂力的形成起什么作应,劈裂力如何作应给钢筋周围的混凝土,其后果是什么?)为什么说锚固段周围的配箍对锚固能力有重要作用? 答： 1拉力较小，钢筋与混凝土间的化学粘接没有破坏。
2拉力增大，出现后藤裂缝。 3拉力继续增大，肋前混凝土局部压碎。
4拉力再增大，曲线坡度减小，后藤裂缝继续扩展，件劈效应更加明显。在没有箍筋的情况下，将形成通长的劈裂裂缝导致粘接破坏。
5若有箍筋约束，则劈裂裂缝不能充分发展，这时钢筋肋纹间的混凝土将全部被压碎，在肋纹的外表面形成一粗糙的破坏面，钢筋与混凝土间的粘接应力逐渐减小。
钢筋被拔出（三校合编《混凝土结构》上册31页）。
肋前的混凝土压碎成粉末的时候，尖劈效应更加明显，如果保护层太薄且没有箍筋保护，则会产生劈裂裂缝。因为箍筋可以限制辟裂裂缝开展，有效提高粘接应力。

15．说明带90度弯折的锚固端的受力机理，水平直段的长度对弯弧及尾段的受力有影响吗？带90度弯折锚固端的总锚长为什么不需要满足直线锚固长度的要求？其水平段过短会形成什么样的失效方式？试举例说明什么地方要用到这种锚固形式？
答：带90度弯折的锚固端的粘接力由三部分提供，一是直段与混凝土之间的粘接力，二是弯钩处因“缆索效应”而产生的拉力，三是弯折段与混凝土之间的粘接力。因为“缆索效应”加强了钢筋与混凝土之间粘接能力，所以带90度弯折的钢筋的总锚长取0.7倍的直线锚长。如果水平段过小将会形成拉脱型锚固失效。这种锚固形式主要应用在梁和边柱的接点和错层处的梁柱接点。

16．钢筋受拉锚固长度是用什么样的试验确定的？它与那些主要因素有关（参看 GB50010-2002规范）？为什么它与混凝土保护层厚度不小于钢筋直径的规定有关？受拉锚固长度考虑了可靠度问题吗？用什么思路考虑的？ 答：《规范》规定的纵向受拉钢筋的最小锚固长度是根据拔出试件试验结果的统计分析给出的。它与混凝土强度等级、钢筋的强度、钢筋的直径、混凝土保护层的厚度等有关。因《规范》在确定锚固长度所做的试验取偏心至边缘的距离为d（钢筋直径），故规定保护层厚度不得小于d。受拉锚固长度是考虑了可靠度的，具体体现在钢筋的外形系数α内，α是经对各类钢筋进行系统粘接锚固试验及可靠度分析得出的（《规范》294页9.3.1）。

17.什么是钢筋的机械连接接头？你知道哪几种机械连接接头？
答：钢筋的机械连接是通过连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用将一根钢筋中的力传至另一根钢筋的连接方法; 机械连接接头有带肋钢管套筒挤压连接,钢筋锥螺纹连接 .

18.钢筋搭接接头是如何传力的？为什么搭接长度比锚固长度要长些？为什么同一连接区段内搭接钢筋占总受拉钢筋面积的百分比越高，规范规定的搭接长度越大？
解： 1．钢筋的搭接接头传力方式：位于两根搭接钢筋之间的混凝土受到肋的斜向挤压作用，有如一斜压杆，通过钢筋与混凝土之间的粘结力来逐步传递。 2． 因为搭接区段内除了粘接应力外还有其他外力作用使钢筋受拉,而钢筋锚固段内只有粘接应力存在,不存在其他外力.
3．因为搭接取段内搭接钢筋占受拉钢筋面积的百分率越高，是因为搭接接头受力后，相互搭接的两根钢筋将产生相对滑移，且搭接接头长度越小，滑移越大。为了使接头充分受力的同时，刚度不致过差，就需要相应增大搭接长度。

19.什么是“同一连接区段”搭接接头“同一连接区段”如何定义（参考《混凝土结构设计规范》及条文说明）
解：钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度，凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段。（《规范》116页9。4。3条）
（搭接钢筋接头中心距不大于1.3倍搭接接头长度，或搭接钢筋端部距离不大于0.3倍搭接接头长度时，均属位于同一连接区段的搭接接头）（见规范296）

20.请对比一下机械连接接头、焊接接头和搭接接头各自的优缺点。
解：机械连接节省钢材，施工方便。机械连接在保护层设定时应该注意套筒的影响。锥螺纹的加工要求很精细，但现在国内很难保证。在冷扎螺纹的时候会使接头处产生残余应力，回火可以降低残余应力，但成本就会上升。
焊接连接可以达到较好的连接效果，节省钢材。但由于施工水平的限制，很难保证质量 搭接废钢。

21.为什么搭接接头区要加密箍筋？为什么受压搭接接头两个端头的外面还要增设两个间距较小的构造箍筋。
解：搭接的传力方式是通过搭接的钢筋与混凝土之间的粘接力将一根钢筋的力传给另外一根钢筋。位于两根钢筋之间的混凝土受到肋的挤压作用，肋对混凝土的斜向挤压力的径向分力同样使外围混凝土产生横向拉力。故搭接区段外围混凝土受到两根钢筋所产生的辟裂力。为了防止纵向辟裂，提高粘接强度，在搭接范围内，须将箍筋加密。
受压搭接接头两端头外面增设两个间距较小的构造箍筋是为了防止钢筋端头因存在压力而导致的局部挤压裂缝。（《混凝土规范》297页9.4.5条）

22.请以单筋矩形截面为例重点说明受拉配筋率的大小、受压配筋率的大小对混凝土受压区高度有什么影响？同时利用平截面假定说明：
① 和 对受拉钢筋恰好屈服时受压边混凝土达到的压应变有什么影响？（即对屈服曲率 的影响）
② 和 对受压边缘达到极限压应变时的截面曲率（极限曲率 ）有什么影响？
解：受拉配筋率大，受压区越高；受压配筋率越大受压区高度越小。受压边缘达到极限压应变时截面曲率越小，否则越大

23.大偏心受压截面和小偏压截面的M- 又有什么特征？大偏压截面的M- 曲线与轴压力大小有什么关系？
答： 大偏压的M- 曲线有明显的弹性阶段,屈服点,以及屈服后构件表现出较好的延性,小偏压的M- 曲线没有屈服点,构件的延性较差.
大偏压截面的M- 曲线随着轴力的增大(不进入小偏压阶段)屈服点随着增大,延性随着降低;若进入小偏压阶段,则随着轴力的增大承载力降低.

24.请说明大偏压截面和小偏心受压截面破坏状态的控制特征的主要区别。
解：大偏压截面破坏始自受拉区钢筋屈服，最后受压区混凝土被压碎；小偏压截面破坏时受压区混凝土被压碎，另一侧钢筋没有受拉屈服，可能是受拉或受压。

25.请说明大偏心受拉截面和小偏心受拉截面破坏状态的控制特征的主要区别。
解：大偏心受拉破坏时，截面一侧混凝土受压破坏，另一侧钢筋受拉屈服；小偏拉破坏时，全截面混凝土被拉段，两侧钢筋都受拉，靠近拉力的一侧钢筋屈服，另一侧钢筋没有屈服。

26. 从大小偏心受压到轴心受压状态之间时小偏心受压状态。请问在这个范围内受拉一侧（或受力较小一侧）的钢筋应力、受压边缘的极限压应变随偏心矩的减小会有什么变化？修订后的混凝土结构设计规范是如何解决小偏心受压构件的截面设计问题的？
解： 在这一过程中受力较小一侧的钢筋应力受拉屈服——受拉不屈服——受压屈服；受压边缘的极限压应变依次减小。
规范规定：对非对称配筋的小偏心受压构件，当偏心距很小时，为了防止As产生受压破坏，尚应按公式（7.3.4—5）进行验算，此处，不考虑偏心具增大系数，并引进了初始偏心距 .

27.在做正截面受力性能的计算机模拟时，你认为可以取什么样的混凝土应力-应变曲线？为什么？ 答：我认为使用Rüsch模型就可以

28.结合以下四个典型简单结构说明在a、c在无侧移情况下b、d的有侧移情况下结构中的二阶内力（二阶弯矩）的分布规律。哪些是p-δ效应，哪些是P-Δ效应？
答：在无侧移框架中，二阶效应是由柱轴力在柱轴线产生挠曲变形后的结构中引起的，一般也称p-δ效应。由楼层附加水平力在各柱中引起的附加弯矩通常称为P-Δ效应。在同层各柱最终P-Δ效应中，包含了p-δ效应的影响。a、c中为p-δ效应，b，d中为P-Δ效应。


29.什么是模型柱，或者说两端等偏心距偏心压杆？在这个压杆上，偏心距增大系数 或者美国弯矩增大系数 表示的是什么关系？
答：在研究和建立钢筋混凝土偏心受压柱的偏心距增大系数表达式的时候，世界各国最初所用的基本构件形式都是两端铰支的便感偏心距压杆，也称标准柱。表示的是标准柱柱高中点截面考虑柱子挠曲后的偏心距与未考虑柱子挠曲的偏心距的比值。（二阶效应资料p8）

30.中国用与美国 不同的 计算 ，然后用 考虑二阶效应，为什么在一般规则的框架中于美国 - 法相差不太显著？
答：因为上文建议使用 曲率表达式的改进 法以及美国ACI318规范的使用轴力表达式的法均采用来计算考虑二阶效应后的截面总弯矩，而原规范使用 极限曲率表达式的用于一般多层框架的法则式由统乘来计算考虑二阶效应后的截面总弯矩的。但前一个式子中采用能够的计算长度l0偏大（采用框架柱侧向失稳时挠曲线反弯点之间的竖向距离），而原规范法所用的后一个式子中对一般多层房屋采用的计算长度l0则取用根据工程经验确定的较小值。所以总体结果尚差别不大。