第四章-混凝土结构材料的性能课后习题详解
第4章混凝土结构材料的性能
4.1 思考题
4-1 混凝土立方体抗压强度能不能代表实际构件中混凝土的强度？既然用立方体抗压强度f c u作为混凝土的强度等级，为什么还要有轴心抗压强度f c ?
答：不能代表实际构件中混凝土的强度，因为立方体抗压强度采用立方体受压试件，有箍的作用，而混凝土构件的实际长度一般远大于截面尺寸，没有“箍”的作用，因此采用棱柱体试件的轴心抗压强度能更好的反映实际状态。所以除立方体抗压强度外，还有轴心抗压强度。
4-2 混凝土的基本强度指标有哪些？各用什么符号表示，它们之间有什么关系?
答：混凝土的基本强度指标有立方体抗压强度标准值f cu,k；轴心抗压强度f c、轴心抗拉强度f t s及混凝土劈裂抗拉强度f t；其分别用f cu,k，f c，f t s表示；它们的关系为f cu,k>f c>f t s>f t，其中f t=0.9f ts。
4-3 混凝土应力等于f c时的应变ξ0和极限压应变ξcu有什么区别？它们各在什么受力情况下考虑，其应变值大致为多少？
答：A、混凝土应力等于f c时，ξ0为峰值应变，试件处于不稳定阶段，而ξcu为极限压应变，试件已近宏观破坏，峰值应变的应力大于极限压应变。
B、峰值应变是以在峰值应力（以棱柱体式样的抗压强度f c）作用下得到应变，其值大约为0.0015~0.0025；极限压应变是极限应力作用下的应变，其值大约为0.003~0.005.
4-4 混凝土的受压变形模量有几种表达方式？混凝土的受压弹性模量如何测定、如何根据立方抗压强度标准值进行计算？
答：混凝土的受压变形模量有两种表达方式，分别为弹性模量和变形模量。
弹性模量E c测定：我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》规定E c用以下方法测定：棱柱体式样，应力上限0.5f c，下限位0，反复加载-卸载5~10次，应力-应变曲线接近于直线，取该直线的斜率为弹性模量E c。
（补1：将混凝土受压时的应力应变曲线的切线斜率定义为混凝土的切线模量，并将原点时的切线斜率定义为混凝土的初始模量，简称弹性模量。）
（补2：变形模量E’c：将应力应变曲线上任意一点的割线斜率（割线模量）定义为变形模量，用E’c表示。）
用立方抗压强度标准值进行计算：根据大量试验结果，得立方抗压强度标准值f cu,k计
算E c的经验公式：E c=
2
5
/
N
k
fcu
7.
34
2.2
10
mm
，
。
4-5 什么叫约束混凝土？处于三向受压的混凝土，其变形特点如何？
答：A、混凝土构件的在受压方的侧向还受其他压力作用并约束混凝土侧向膨胀的混凝土叫约束混凝土。
B、处于三向受压的混凝土，起到了限制混凝土横向变形的作用，使混凝土三向受压，使其变形能力也增大，从而提高抗压强度的目的。
4-6 混凝土的收缩和徐变有什么不同？是由什么原因引起的？变形特点是什么？
答：A、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；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变形。
B 、原因：水泥用量越多、水灰比越大、骨料颗粒越小、孔隙率越高、骨料的弹性模量越低，则收缩越大。砼越密实，收缩越小。砼在结硬过程中周围湿度大以及使用环境的湿度大时，收缩较小；徐变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。
C 、变形特点：收缩是体积慢慢减小最终趋于某一特定值；而徐变应力不大时为混凝土内未结晶的水泥胶体的应力重分布所致（水泥石中的胶体具有流动的性质）；应力较大时，是混凝土内微裂缝发展的结果（裂缝促进徐变发展）；应力较小时就会发生，部分可恢复。
4-7 混凝土的收缩和徐变对钢筋混凝土结构各有什么影响？减少收缩和徐变的措施有哪些？
答：A 、影响：1、收缩对混凝土构件a.使构件产生裂缝，影响正常使用；b.在预应力混凝土结构中，混凝土收缩可引起预应力损失；2、徐变对混泥土结构 a. 增加构件的变形 b. 使柱的附加偏心距增大c. 在构件中引起内力重分布 d. 造成预应力钢筋的预应力损失 e.使受弯构件绕度增大。
B 、措施：1、减少收缩；a 减少水泥用量，减小水灰比。B 选择合理的混凝土级配式样。c 加强养护d 增大骨料的弹性模量e 在施工中应注意振捣质量；f 使用湿度大的环境g 使构件的体积与面积之比较大，还可采用膨胀水泥等方法来减轻砼的收缩等对钢筋混凝土结构物所造成的危害。2、减少徐变a 降低应力b 在混凝土龄期较长时，施加荷载c 减少水泥用量，降低水灰比增加骨料的强度弹性e 使养护的温度、湿度较大。
4-8 如何选择混凝土的强度等级？
答：1、钢筋混凝土结构，混凝土强度等级不应低于C15，当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20，当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于C20；
2、预应力混凝土结构，混凝土强度等级不应低于C30，当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。
3、有时候耐久性对混还有一些特殊的要求规定。
4-9 我国混凝土结构中使用的钢筋有几种？热轧钢筋的强度分哪几个等级，分别用什么符号表示？
答：A 、我国混凝土结
构中使用的钢筋有普通钢筋
（热轧钢筋）和预应力钢筋两类；
B 、热轧钢筋分为四个级别：HPB235、HRB235、HRB400和RRB400。
C 、符号分别为Ф
4-10 混凝土结构对钢筋性能的主要要求有哪些？
答：适当的屈强比，足够的塑性，可焊性，与混凝土的黏结力，抗低温性能。
4-11 预应力钢筋的抗压强度设计值如何确定？
热轧钢筋RRB400HRB400HRB335HPB235
答：由抗拉强度设计值公式s
f p t k 85.0fpy γ=，再由fpy py ' f =，最后，限制Es 002.0'e py 'f =<=s Es ，三个方程式确定预应力钢筋的抗压强度设计值。
4-12 何谓伸长率？何谓屈强比？
答：A 、伸长率是材料塑性好坏的指标，是决定结构或构件时否安全可靠的主要因素之一，它以拉断式样后的残余变形量来定义的。即σ=%1000
01X L L L - B 、屈服比是强度储备的大小常用f y/f u ，该比值称为屈服强度。
4-13 为什么钢筋和混凝土能够共同工作？它们之间的黏结力是由哪几部分组成的？提高钢筋和混凝土之间的黏结力可采取哪些措施？
答：A 、1、钢筋与混凝土的接触面上存在黏结强度，能够传递两者之间的相互作用，使之共同受力。2、钢筋与混凝土的温度线膨胀系数很接近，钢筋为1。2x 5
-10（1/0C ）,混凝土为1.0x 5-10~1.5x 5-10（1/0C ）。当温度变化时，钢筋和混凝土额变形基本相等，不会破坏两者之间黏结，能够保证结构的整体性；3、钢筋包裹于混凝土之中，避免了与大气的接触，不会锈蚀，从而保证了耐久性。
B 、它们之间的黏结力由以下四部分组成：
1、混凝土凝结时，水泥胶凝体的化学作用使钢筋和混凝土在接触面上产生的胶结力；
2、混凝土凝结收缩将钢筋紧紧握裹，形成正压力，在发生相对滑移时产生的摩擦力；
3、钢筋表面粗糙不平或变形钢筋表面凸起的肋与混凝土之间机械咬合力；
4、当采用锚固措施后所造成的机械锚固力。
C 、1、足够的锚固长度；2、一定的搭接长度；3、光面钢筋末端应做弯钩；4、混凝土应有足够的厚度；5、配置箍筋；6、注意浇筑混凝土时钢筋的位置。
4-14 为什么钢筋绑扎搭接时应有一定的搭接长度？
答：受力钢筋绑扎搭接时，通过钢筋与混凝土之间的黏结应力来传递钢筋与钢筋间的内力，因此必须有一定的搭接长度，才能保证内力的传递和钢筋强度的充分利用。
4-15 黏结力沿钢筋长度方向的分布图形如何？钢筋埋入混凝土中的长度无限增大时，黏结力图形的长度是否也随之无限增大？为什么？
答：A 、黏结力沿钢筋长度方向的分布图形成曲线分布；
B 、钢筋埋入混凝土中的长度无限增大时，黏结力图形的长度趋向稳定。
C 、因为埋入长度过长时，则其尾部的黏结应力很小，基本上不起作用。
4-16 为使钢筋在混凝土中有可靠的锚固，可采取哪些措施？
答：1、有足够的锚固长度；2、光圆钢筋：180
3、带肋钢筋可采用末端直钩和机械锚固（末端带135
4.2 选择题
4-1 混凝土立方抗压强度标准值是由混凝土立方体试块测得的具有一定保证率的统计值。该保证率为（ A ）。
A ．95%
B ．97%
C ．90%
D ．85%
4-2 为减小混凝土徐变对结构的影响，以下措施何者正确？（ B ）。
A．提早对结构施加荷载B．提高混凝土的密实度和养护湿度
C．采用强度等级高的水泥D．加大水灰比
4-3 评定混凝土强度采用的标准试件尺寸，应为（A ）。
A．150 mm ?150 mm ?150 mm B．φ150 mm?300 mm
C．100 mm ?100 mm ?100 mm D．200 mm ?200 mm ?200 mm 4-4 同一强度等级的混凝土，各种力学指标的关系为（B ）。
A．f cu≥f c≤f t B．f cu>f c>f t
C．f cu
4-5 配有螺旋筋的混凝土柱体，其抗压强度高于f c是因为螺旋筋（A ）。
A．参与受压B．使混凝土密实
C．使混凝土中不出现微裂缝D．约束了混凝土的横向变形4-6 混凝土的水灰比增大、水泥用量增多，则混凝土的徐变及收缩值将（C ）。
A．基本不变B．难以确定
C．增大D．减小
4-7 混凝土的材料分项系数c的取值为（D ）。
A．1.10 B．1.20
C．1.30 D．1.40
4-8 在下列钢筋中，具有明显屈服点的钢筋是（A ）。
A．热轧钢筋B．碳素钢丝
C．钢绞线D．热处理钢筋
4-9 对于无明显流幅的钢筋，其强度标准值取值的依据是（C ）。
A．0.9倍极限强度B．0.2倍极限强度
C．残余应变为0.2%时的应力D．极限抗拉强度
4-10 钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于（B ）。
A．C20 B．C15
C．C25 D．C30
4-11 当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于（D ）。
A．C20 B．C30
C．C35 D．C40
4-12 当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于（A ）。
A．C20 B．C25
C．C15 D．C30
4-13 HRB400钢筋的材料分项系数s的取值为（A ）。
A．1.10 B．1.20
C．1.30 D．1.40
4-14 预应力钢筋的材料分项系数s的取值为（B ）。
A．1.10 B．1.20
C．1.30 D．1.40
4-15 受力钢筋不得采用绑扎搭接接头的构件是（D ）。
A．受弯构件B．轴心受压构件
C．偏心受压构件D．轴心受拉及小偏心受拉构件
4.3 计算题
4-1 试计算C30和C55混凝土的轴心抗压强度标准值、设计值，轴心抗拉强度标准值、设计值，以及弹性模量。
答：
4-2 公称直径为22mm的HRB400级钢筋在C30混凝土中的锚固长度l a应为多少？答：
4-3 工地上往往需要进行钢筋代换。代换的基本原则是代换前后强度相等，即承担的极限拉力相等。有两种方式：其一是等面积代换，要求钢筋级别不变，改变直径和根数，使钢筋面积在代换前后相等；其二是等强度代换，要求改变钢筋级别，钢筋直径可变、可不变，在保证承担极限拉力相等条件下计算代换钢筋的根数。试分别推导出代换计算公式，并用于下面的计算：某钢筋混凝土结构设计钢筋为6根直径18mm的HRB335级钢筋，假设工地上仅有直径为20mm的HPB235级钢筋，问需要几根方能满足要求？如果钢筋级别不变，工地上只有直径16mm的钢筋，试选择代用钢筋根数。
答：