1.闡明鋼筋在反復(fù)加卸載（拉力）和拉壓反復(fù)加卸載狀況下日勺受力性能和應(yīng)力應(yīng)

變曲線的區(qū)別?

答：在兩種鋼筋的I拔出實(shí)驗(yàn)中：①隨著荷載時(shí)逐漸增大，螺紋鋼筋與光圓鋼筋相

比，變形鋼筋自由端滑移時(shí)日勺應(yīng)力值亍接近，但亍/工值大大減小，鋼筋H勺受

力段和滑移段的長度也較早地遍及鋼筋口勺全埋長。②隨著荷載的繼續(xù)增長，和光

圓鋼筋相比，螺紋鋼筋的應(yīng)力6招埋長的變化曲率較小，故粘結(jié)應(yīng)力分布比較

均勻。③最后光圓鋼筋從混凝土中被徐徐拔出，表面上帶有少量磨碎的混凝土粉

渣；螺紋鋼筋從混凝土中被徐徐拔出，混凝土劈裂面.上留有鋼筋的肋印，而鋼筋

H勺表面在肋前區(qū)附著混凝土日勺破碎粉末。如下圖所示：

圖5-10拉壓反復(fù)加載的鋼筋應(yīng)力一應(yīng)變曲線

￡res

圖5-9重復(fù)加卸載的鋼腦應(yīng)力-應(yīng)變曲線

2.試比較光圓鋼筋和螺紋鋼筋的粘結(jié)錨固性能與拔出破壞形態(tài)日勺異同？

答：光圓鋼筋和螺紋鋼筋的重要區(qū)別是鋼筋表面具有不同形狀的橫肋或斜肋。光

圓鋼筋表面光滑僅具有化學(xué)膠合力及摩擦力因而錨固強(qiáng)度最??；螺紋鋼筋表面具

有細(xì)而密的肋高凸起，受拉時(shí)，肋的凸緣擠壓周邊混凝土，大大提高了機(jī)械咬合力

變化了粘結(jié)受力機(jī)理，有助于鋼筋在混凝土的粘結(jié)錨固性能。但一旦咬合破，錨固

力急速下降，呈現(xiàn)出類似“脆性破壞”的特性。

3.討論混凝土局部受壓的也許破壞形態(tài)類型與控制措施？

答：1).局部承壓面下日勺混凝土先局部下陷

2).沿局部承壓面因周日勺混凝土浮現(xiàn)剪切破壞，此時(shí)外圍混凝土尚未劈裂。

3).荷載增長，外圍混凝土被劈裂成數(shù)塊，破壞

先開裂后破壞對構(gòu)造是最有利的，由于在這種狀況下，構(gòu)件開裂之后還具有一定

的承載能力，使其具有更高的可靠度和安全性。后兩種破壞形態(tài)發(fā)生前沒有明顯

日勺征兆，構(gòu)件局壓開裂，構(gòu)件就會忽然破壞，其破壞荷載遠(yuǎn)小于下部支承混凝土

構(gòu)件的實(shí)際承載力，在一定限度上會導(dǎo)致材料的揮霍，對構(gòu)件的受力和充足運(yùn)用

是非常不利日勺

4.分析鋼筋混凝土拉桿剛化效應(yīng)隨軸力的變化規(guī)律和影響因素?？

答：

(a)裂縫圖與平衡條件(b)應(yīng)力分布(c)￡x與￡y(d)鋼筋應(yīng)變口勺不均勻

系數(shù)

5：用堆沙模擬法推導(dǎo)矩形截面梁H勺受扭塑性抵御矩？

答：矩形截面梁采用堆砂模擬法后堆砂的形狀如下圖所示：推導(dǎo)過程：先計(jì)算

V=-b'tan^+—Z?2(/?-Z?)tan6^

四坡式屋頂狀砂堆的體積V.64取砂堆H勺傾斜率

（tan0）為塑性極限剪應(yīng)力（Tmax）則此構(gòu)件塑性極限扭矩為砂堆體，積

VH勺2倍，即：

TH=2V

由Tp-WTPXTHex知，

Wb=T|?/Tnk；x=2Vtriri〃=—/tan0

.32

=-b^-b2（h-b）=-b2（3h-b）

326

6：當(dāng)下列因素：材料強(qiáng)度，縱筋配筋量，軸力或軸壓比，剪跨比，箍筋數(shù)量等單獨(dú)

地增大或減少時(shí)，混凝土偏壓構(gòu)件口勺延性比將如何變化，以矩形截面為例加以

闡明？

答：1）延性或延性比日勺定義為:在保持構(gòu)造或材料的基本承載力強(qiáng)度口勺狀況下，

極限變形和初始屈服變形的比值

2）對構(gòu)件延性比H勺影響如下：

①提高受拉鋼筋的屈服強(qiáng)度，使屈服曲率增大,而吸限曲率減小，延性比下降，反

之則上升；

②受拉鋼筋口勺配筋量增大時(shí)，使極限狀態(tài)時(shí)口勺壓區(qū)高度€加大，延性減小，反之

則增大；

③受拉鋼筋日勺配筋量增大時(shí)，使壓區(qū)高度&減小，延性增大,反之則減小；

④軸壓比N增大時(shí)使極限狀態(tài)時(shí)日勺壓區(qū)高度€加大，延性減小,反之則增大：

⑤箍筋數(shù)量增長時(shí),則陶成約束混凝土,增大混凝土的極限壓應(yīng)變,有助于延性，

反之則不利.

7.闡明混凝土構(gòu)件在高速荷載作用下的受力性能，涉及材性，承載力和變形等與

常速加載狀況的異同？

答：爆炸荷載作用下固體材料的力學(xué)性能，材料在沖擊荷載作用下H勺特性與緩慢

加載下的特性有著木質(zhì)的區(qū)別，在爆炸空氣沖擊荷載作用下，構(gòu)造材料經(jīng)受到毫

秒級的迅速加載，其應(yīng)變速率可達(dá)102-103/s,而常規(guī)靜載材料實(shí)驗(yàn)日勺應(yīng)變速

率為10'5/s左右，兩者差別極大。材料動力迅速加載實(shí)驗(yàn)表白，隨應(yīng)變速率的

提高，材料內(nèi)部發(fā)生了一系列物理化學(xué)變化，其力學(xué)特性重要表目前應(yīng)力應(yīng)變關(guān)

系更為復(fù)雜，某些特性參數(shù)，例如強(qiáng)度、延性、彈性模量、阻尼比等均有不同限

度的變化.鋼（筋）和混凝土是混凝土構(gòu)造常用的兩種材料，因此鋼（筋）和混

凝土在沖擊荷載作用下H勺材料特性始終是抗爆設(shè)計(jì)研究的熱點(diǎn)。

如下為鋼筋在不同的應(yīng)變速度加載狀況下的實(shí)驗(yàn)曲線:

圖18-4不同反轂速度的鍬筋拉伸曲線⑴”

圖18.5快送加載的鋼第屈服強(qiáng)度

(a)文做：1831(b)文獻(xiàn)[182]

①上屈服點(diǎn)出現(xiàn)明M尖峰,應(yīng)力提高大。加我速度越快，尖峰更而聳，甚至可能超過

鋼材的極限強(qiáng)度力。但是，上屈服應(yīng)力值的離散度大，且其后的屈服臺階低f?此峰值,在

工程中不能用作控制強(qiáng)度的指標(biāo)。

②由屈服臺階確定的屈服強(qiáng)度（力”）單調(diào)地增長，且提高幅度較大。極限強(qiáng)度（武）

雖梢有增長，但提高值不超過5%~10%,故強(qiáng)屈比（.優(yōu)//7）值下降。

③鋼材的彈性模量E、屈服臺階的長度和極限延伸率B等變形性能無明顯變化。

?試件臨破壞前的頸縮過程、破壞后的頸縮率和斷口形狀等均無明顯差別。

⑤快速加載前施加初始應(yīng)力（0.5~0.7）人，對其快速加或強(qiáng)度無明顯影響。

所以，快速加裁（或變形）對鋼筋性能的主要變化是屈服強(qiáng)度的提高，而變形性能（包

括延性）不受損失。這一有利性質(zhì)應(yīng)該在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加以利用。

混凝土材料具有明顯的非線性特性，混凝土日勺非線性重要是由于內(nèi)部微裂縫日勺存

在而導(dǎo)致的，因此混凝土的非線性性能重要由微裂縫的生成、擴(kuò)展和傳播特性所

決定，并且最后導(dǎo)致材料的破壞，混凝土啊動力特性也重要是由于微裂縫的產(chǎn)生

和擴(kuò)展所決定的。

如下為混凝土在不同加載速度下的受壓、受拉實(shí)驗(yàn)曲線：

圖18-6不同加我速度的混凝土受壓應(yīng)力?應(yīng)變曲線

力N,mrrr2?sT

'1

10IO2IO1

(a)

918.8快速加刎的混聚土抗位強(qiáng)度和變形

(a)另一和打折試和(b)珀心曼拉試和心1

結(jié)合以上曲線可以看出混凝土在迅速加載的狀況下的動力特性有如下特點(diǎn)：

①混凝土材料是明顯日勺應(yīng)變率有關(guān)材料，屈服強(qiáng)度和瞬時(shí)應(yīng)力隨應(yīng)變率日勺增長而

增長，增長幅度與混凝土強(qiáng)度關(guān)系不大，拉、壓屈服強(qiáng)度增長倍數(shù)與應(yīng)變率成對

數(shù)線性關(guān)系；

②屈服應(yīng)力所相應(yīng)的軸向應(yīng)變(臨界應(yīng)變)隨應(yīng)變率的增長而變化不大；

③最大體積應(yīng)變也隨應(yīng)變率日勺增長而增長；

④耗能能力也隨應(yīng)變率歐I增長而增長；

⑤初始彈性模量變化不大；

⑥在應(yīng)力水平較低時(shí)波松比變化不大。只有當(dāng)應(yīng)力水平較高，引起內(nèi)部微裂縫迅

速發(fā)展對，波松比相差較大，出于動態(tài)荷載作用下微裂縫發(fā)展較慢，因此，動荷

載作用下波松比發(fā)生明顯變化時(shí)日勺應(yīng)力水平較高；

⑦在動力荷載作用下，混凝土材料具有明顯日勺損傷軟化效應(yīng)，循環(huán)荷載作用下,

混凝土材料日勺失效與材料微裂縫日勺發(fā)展與材料的頂傷累積有關(guān)。

迅速加載狀況下，鋼筋混凝土梁日勺抗彎承載力明顯提高，提高歐J幅度重要取決于

鋼筋的屈服強(qiáng)度，而變形和延性與靜載下構(gòu)件的性能接近。

在迅速加載（或變形）狀況下，鋼筋混凝土柱的I極限承載力明顯提高，提高口勺幅

度重要取決于鋼筋和混凝土日勺強(qiáng)度，而構(gòu)件H勺破壞形態(tài)、變形性能和指標(biāo)值等都

與靜載構(gòu)件日勺無明顯差別。

計(jì)算構(gòu)件的吸限承載力和變形時(shí)，都可應(yīng)用靜載構(gòu)件日勺有關(guān)公式，但

式中的材料強(qiáng)度和彈性模量等需要改用迅速加載（變形）狀況下口勺相應(yīng)值。臉證

明驗(yàn)闡明，這樣計(jì)算的成果偏于安全。

8.討論鋼筋混凝土非線性有限元分析不同于線彈性有限元分析的特點(diǎn)，以及其解

決措施？

答：線彈性理論來分析鋼筋混凝土構(gòu)造的I應(yīng)力或內(nèi)力，以極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)措施

擬定構(gòu)件的承載能力、剛度和抗裂性。這種設(shè)計(jì)措施往往基于大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上的

經(jīng)驗(yàn)公式，雖然這些經(jīng)驗(yàn)公式可以反映鋼筋混凝土構(gòu)件時(shí)非彈性性能，對常規(guī)

設(shè)計(jì)來說也是行之有效且簡便易行的，但是在使用上尚有局限性，也缺少系統(tǒng)

的理論性。這種設(shè)計(jì)措施的局限性之處，重要有：（1）在鋼筋混凝土構(gòu)造的

設(shè)計(jì)中，往往按彈性進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和分析，卻按極限狀態(tài)進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì)，

顯然兩者是不協(xié)調(diào)的。其內(nèi)力分析和截面設(shè)計(jì)的成果都不能反映構(gòu)造日勺實(shí)際受

力狀態(tài)，導(dǎo)致了鋼筋混凝土構(gòu)造內(nèi)力分析和截面設(shè)計(jì)日勺嚴(yán)重脫節(jié)。（2）規(guī)范

提供的設(shè)計(jì)措施不能清晰地給出構(gòu)造在受到多種外荷載作用下的各受力階段的

性狀及其發(fā)展規(guī)律，不能揭示構(gòu)造內(nèi)力和變形重分布的過程，從而也不能較精

確地評估整個(gè)構(gòu)造的可靠性。（3）鋼筋和混凝土可以共同工作的條件之一是

兩者的變形應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)，沒有相對滑移。但是在實(shí)際中，這種條件并不能嚴(yán)格滿

足，特別是在反復(fù)荷載日勺作用下，粘結(jié)破壞相稱嚴(yán)重，而老式日勺分析措施并不

能反映這些現(xiàn)象。（4）在長期荷載的作用下，混凝土?xí)a(chǎn)生一定的收縮或徐

變變形。這時(shí)，構(gòu)造日勺內(nèi)力和變形就發(fā)生了變化，按彈性理論分析求得的內(nèi)力

和變形不能反映實(shí)際狀況。除了上述幾點(diǎn)以外，尚有許多沒有弄清晰的問題，

而這些問題僅僅靠單一的實(shí)驗(yàn)措施是難以解決的。正是基于以上問題，鋼筋混

凝土構(gòu)造的非線性分析就顯得格外重要，成為構(gòu)造工程領(lǐng)域研究的一種熱點(diǎn)，

得到越來越多設(shè)計(jì)研究人員的注重鋼筋混凝土構(gòu)造非線性分析的長處用老式的

解析措施分析鋼筋混凝土構(gòu)造的非線性問題，只能解決某些非常簡樸日勺構(gòu)造和

構(gòu)件計(jì)算。對于大量的鋼筋混凝土構(gòu)造分析問題，只能用數(shù)值方法解決。應(yīng)用

數(shù)值措施，可以協(xié)助我們把非線性問題轉(zhuǎn)化成短區(qū)間上的線性問題，通過反復(fù)

迭代和數(shù)值計(jì)算，可以擬定構(gòu)件內(nèi)部位移和力，從而有也許模擬實(shí)際實(shí)驗(yàn)日勺全

過程。人們曾作了大量日勺研究工作，摸索考慮塑怛變形日勺構(gòu)造非線性分析措施,

以便能對的反映鋼筋混凝土構(gòu)造日勺實(shí)際性狀。鋼筋混凝土非線性有限元分析就

是結(jié)合鋼筋混凝土特點(diǎn)而發(fā)展起來的一種彈塑性分析措施。其重要長處在于：

（1）可以在計(jì)算模型中分別反映混凝土和鋼筋材料日勺非線性特性，并可以4

哈爾濱工程大學(xué)研究生學(xué)位論文考慮或模擬鋼筋與混凝土之閱的粘結(jié)。（［2）

可以對構(gòu)造自開始受荷直到破壞日勺全過程進(jìn)行分析，從而獲得構(gòu)造在整個(gè)過程

中多種材料參數(shù)和力學(xué)性能日勺變化狀況，借助于先進(jìn)H勺計(jì)算機(jī)圖形顯示技術(shù)，

還可以直觀地看到構(gòu)造受荷載后從彈性變形劉開裂、破壞的全過程，為進(jìn)行合

理的設(shè)計(jì)提供形象的根據(jù)。（3）可以用來改善實(shí)驗(yàn)研究措施并取代一部分實(shí)

驗(yàn)。受到各方面條件的制約，構(gòu)造實(shí)驗(yàn)的數(shù)量總是有限的，難以對影響構(gòu)造性

能的所有參數(shù)作系統(tǒng)日勺研究，而應(yīng)用數(shù)值措施模擬構(gòu)件受力的全過程，可以輸

入多種參數(shù)進(jìn)行研究，并且可以針對同一參數(shù)來研究對其他參數(shù)日勺影響。因此,

它能廣泛地適應(yīng)于多種構(gòu)造類型和不同的受力條件和環(huán)境。..'（4）為

老式的實(shí)驗(yàn)措施難以研究的大型、復(fù)雜、非桿件體系H勺鋼筋混凝土構(gòu)造，如海

上石油平臺和核反映堆安全殼等，提供了有力的分析研究手段。這些構(gòu)造H勺合

理設(shè)計(jì)離開了鋼筋混凝土非線性有限元分析是難以進(jìn)行的。（5）可以對陶造

日勺極限承載能力和可靠度作出評估，可以揭示出陶造日勺薄弱部位和環(huán)節(jié)，以利

于優(yōu)化構(gòu)造口勺設(shè)計(jì)?；谝陨祥L處，鋼筋混凝土非線性有限元分析越來越受到

人們的注重。它在鋼筋混凝土構(gòu)造和構(gòu)件基本性能分析、合理設(shè)計(jì)措施的研究

及構(gòu)造措施等方面，都發(fā)揮著日益重要的作用，具有重要H勺現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)

值。

9.比較柱的方形箍筋、螺旋箍筋和鋼管混凝土約束作用的異同？

答：相似點(diǎn)它們?nèi)叨际羌s束內(nèi)部混凝土的橫向變形使混凝土處在三軸受壓應(yīng)力

狀態(tài)提高了混凝土的強(qiáng)度和變形能力。不同點(diǎn)方形箍筋在軸壓力的作用下核芯

混凝土H勺橫向膨脹變形使箍筋的直線段產(chǎn)生水平彎曲。箍筋H勺抗彎剛度極小它對

核芯混凝土的反作用很小。另一方面箍筋的轉(zhuǎn)角部剛度大變形小兩個(gè)垂直方向的

拉力合成對核芯混凝土對角線45度方向的強(qiáng)力約束。故核芯混凝土承受的為束

力是沿對角線的集中擠壓力和沿箍筋分布的很小橫向力。受壓柱內(nèi)配設(shè)持續(xù)的

螺旋箍筋對其包圍的核芯混凝土構(gòu)成有效約束其約束作用比方形箍筋更強(qiáng)。當(dāng)

螺旋箍筋混凝土中橫向箍筋密集地連在一起且與縱筋合一清除外圍混凝土自然

地發(fā)展成為鋼管混凝土。其對混凝土日勺約束作用最強(qiáng)且有效提高柱子日勺延性。

10.目前混凝土構(gòu)件受拉裂縫的機(jī)理分析有幾種措施？試比較其重要概念和解

決措施的異同？

答：裂縫機(jī)理分析1）粘結(jié)-滑移法拉桿受力后，臨近開裂（N-Ncr）前,混

凝土和鋼筋日勺應(yīng)變值相等，應(yīng)力分別為。c*ft和。s=nft/Xto

兩者沿軸線均為常值，粘結(jié)應(yīng)力為T=0,無相對滑移。根據(jù)上述分析，粘結(jié)-

滑移法概念推導(dǎo)日勺受拉裂縫間距和寬度，重要取決于d/口比值和Tmo還假

設(shè)了鋼筋附件和構(gòu)件表面的裂縫寬度相等。2）無滑移法如果按照粘結(jié)-滑移法

理論，我們懂得，變形鋼筋和光圓鋼筋對混凝土的I平均粘結(jié)強(qiáng)度相差4倍，對

裂縫應(yīng)當(dāng)有巨大日勺影響。并且，截面形狀和鋼筋的保護(hù)層厚度對裂縫寬度影響

不大。（a）圖：3個(gè)試件，每個(gè)試件截面相似，配有相似直徑、相等數(shù)量日勺變

形鋼筋和光圓鋼筋。（b）圖：4個(gè)試件，截面積和配筋率完全相似，但是截

面形狀和鋼筋保護(hù)層厚度不等。綜合分析粘結(jié)-滑移法和無滑移法都對揭示混

凝土受拉裂縫的規(guī)律作出了奉獻(xiàn)。他們對于裂縫重要因素日勺分析和取舍各有側(cè)

重，都有一定的實(shí)驗(yàn)成果支持。但是他們計(jì)算式日勺形式和計(jì)算成果差別很大,

又都不能完全的解釋所有的實(shí)驗(yàn)想象和數(shù)據(jù)。但是通過對此兩種措施合理日勺結(jié)

合起來，綜合已有的研究成果，可對混凝土受拉裂縫日勺機(jī)理分析加以概括，現(xiàn)

以軸心受拉構(gòu)件為例闡明。裂縫寬度的計(jì)算我國設(shè)計(jì)規(guī)范中的計(jì)算公式如下。

1.構(gòu)件受力之后浮現(xiàn)裂縫，在穩(wěn)定階段的裂縫平均間距取

在荷載的長期作用下，構(gòu)件表面上的最大裂縫寬度為

整頓之后為

a%。=答（1?9。+0.08答）