20条混凝土结构设计规范的常规问题

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哪些?

解: 保护层厚度，裂缝，材料性能有关。

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？

解：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？

解：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？

解：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）。

10．一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？

解：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？

解：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。

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？

解：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？

解：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．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？

解：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。

15.什么是钢筋的机械连接接头？你知道哪几种机械连接接头？

解：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 。

16.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。

17.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）

18.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？

解：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。

19.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。

20.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。

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