第2章 混凝土结构材料的物理力学性能
§2.1 混凝土的物理力学性能
习题1
题型：填空题
题目：立方体抗压强度（fcu，fcu，k）：以边长为 的立方体在 的温度和相对湿度 以上的潮湿空气中养护 天，依照标准试验方法测得的 强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为 。 分析与提示：本题主要考察学生对立方体抗压强度概念中关键因素是否掌握，通过此题的评讲可加深学生对混凝土强度影响因素的理解。
答案：以边长为150mm的立方体在（20＋3）°C的温度和相对湿度90％以上的潮湿空气中养护28天，依照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为N/mm2。
习题2
题型：绘图简述题
题目：绘制混凝土棱柱体受压应力－应变全曲线，标注曲线上的特征点，并简要分段叙述曲线的特征及意义。
分析与提示：通过本题帮助学生理解混凝土受压的强度和变形性能。
答案：混凝土棱柱体实测受压应力－应变全曲线见下图。由图可见，曲线分为上升段和下降段，其中OA段为线弹性变形阶段，应力－应变关系接近直线；AB段为裂缝稳定扩展阶段， 应变的增长速度较弹性阶段略有增加，应力－应变关系呈略为弯曲的曲线；BC段为裂缝不稳定扩展阶段，应变快速增长，应力－应变呈明显的曲线关系；CD段为初始下降段，应变增长不太大的情况下应力迅速下降，曲线呈下凹形状，试件平均应力强度下降显著；DE段，当应力下降到一定程度，应变增长率明显增大，曲线呈下凹形状，试件应变增长显著；EF段，试件残余平均应力强度较低，应变较大，已无结构意义。
§2.2 钢筋的物理力学性能
习题1
题型：绘图简述题
题目：绘制有明显流幅钢材的受拉应力－应变全曲线，标注曲线上的特征点，并简要叙述曲线的特征及意义。
分析与提示：通过本题帮助学生理解有明显流幅钢材受拉的强度和变形性能。
答案：钢筋受拉应力－应变全曲线见下图。由图可见，曲线分为上升段、平台段、强化段和颈缩段。其中OA段（原点→比例极限点）为线性阶段，AB?段（比例极限点→屈服上限）应变较应力增长稍快，应变中包含少量塑性成分；B?（B）C段（屈服上(下)限→屈服台阶终点）应力基本不变，应变急速增长；CD段（屈服台阶终点→极限应力点）应变增长较快，应力有一定幅度的增长；DE段（极限应力点→材料强度破坏）即使应力下降，钢材的应变仍然增长，试件出现明显的“颈缩”现象。
习题2
题型：简述题
题目：简要叙述什么是钢筋的冷拉和冷拔，经冷拉和冷拔工艺处理后的钢筋材性有何变化。 分析与提示：通过本题理解钢筋的冷加工工艺及其对钢材材性的影响。
答案：钢筋的冷加工工艺包括冷拉和冷拔。冷拉是指在常温下对热轧钢筋施加超过其屈服强度的拉应力，
经过一段时间后钢筋受拉的屈服点将高于原来的屈服点（时效硬化），从而提高热轧钢筋的抗拉强度的钢材的冷加工方法；冷拔是将钢筋用强力拔过小于其自身直径的硬质合金拔丝模的加工方法。冷拉
和冷拔均降低钢材的塑性，冷拉只可提高钢材的抗拉强度，而冷拔可同时提高钢筋的抗拉和抗压强度。
§2.3 钢筋与混凝土的粘结
习题1
题型：简述题
题目：简述钢筋与混凝土粘结的概念，并说明粘结力的组成。 分析与提示：理解粘结的意义及响粘结力的因素。
答案：粘结是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础，其实质是钢筋与混凝土接触面上所产生的沿钢筋纵向的剪应力，即通常所说的粘结应力。粘结力由胶结力、混凝土收缩握裹钢筋产生的摩阻力和机械咬合力组成，光圆钢筋的粘结力主要由胶结力和摩阻力提供，变形钢筋的粘结力主要由机械咬合力提供。
习题2
题型：简述题
题目：简要叙述影响粘结强度的因素及其主要影响规律。 分析与提示：粘结强度是衡量钢筋与混凝土接触面上抗剪能力的指标，所以其影响因素及规律应从抗剪角度去分析。
答案：影响粘结强度的因素及其主要影响规律如下：
（1） 混凝土强度：粘结强度τu与混凝土抗拉强度ft大致成正比关系； （2） 相对保护层厚度：粘结强度与相对保护层厚度的平方根成正比； （3） 钢筋间的净距：钢筋间净距越小，粘结强度降低越多；
（4） 横向钢筋的数量：横向钢筋的数量多可防止保护层脱落，对保护后期粘结强度
有利；
（5） 横向约束应力（压应力）：横向压应力可约束混凝土的横向变形，增大摩阻力，
因而提高了粘结强度；
（6） 浇铸位置：在易于出现混凝土沉淀收缩和离析泌水的部位，容易形成强度较低
的疏松空隙层，从而削弱钢筋与混凝土的粘结作用；
（7） 钢筋的表面形状：变形钢筋的粘结强度大于光圆钢筋。
第3章 按近似概率理论的极限状态设计方法
第 3 章 第3.1节 知识点1：结构上的作用 问题1
题型：问答题 题目：
什么是结构的作用？它是怎样分类的？ 分析与解答： 答：结构上的作用是指施加在结构上的集中或分布荷载以及引起结构外加变形或约束变形的原因。即使结构产生内力或变形的原因称为“作用”。作用包括直接作用和间接作用两种。
问题2
题型：问答题 题目：
“荷载”属于哪种“作用”？“荷载效应”与“荷载作用产生的内力”有什么区别？ 分析与解答： 答：“荷载”属于“直接作用”；“荷载效应”不仅包括“荷载作用产生的内力”，例如弯矩、轴力、剪力等，同时也包括荷载引起的应力、应变、变形、裂缝等。
第 3 章 第 3.1 节 知识点2：结构的功能要求 问题1
题型：问答题 题目：
什么是结构的可靠性？它包括哪些功能要求？ 分析与解答：
答：结构的可靠性是指结构在规定的时间（设计使用年限）内，在正常使用、维护条件下，完成预定功能的能力。其功能要求包括结构的安全性、适用性、耐久性。
问题2
题型：问答题 题目：
什么是结构的设计使用年限？ 分析与解答： 答：结构的设计使用年限是指设计中规定的结构或构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的时期，它是计算结构可靠度所依据的年限，对于一般的建筑结构可取为50年。
第 3 章 第3.1 节 知识点3：结构功能的极限状态 问题1
题型：问答题 题目：
什么是结构的极限状态？我国建筑结构设计中考虑了哪几种极限状态？试举例说明。 分析与解答： 答：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，此特定状态就称为该功能的极限状态。我国考虑的极限状态分为二类，即承载能力极限状态、正常使用极限状态。承载力能力极限状态是指结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形状态，称为承载力能力极限状态。超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性的功能要求。具体包括：（1）结构或构件达到最大承载力（包括疲劳）；（2）结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移）；（3）结构塑性变形过大而不适于继续使用；（4）结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）；（5）结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）等。正常使用极限状态是指结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态，称为正常使用极限状态。超过该极限状态，结构就不能满足预
定的适用性和耐久性的功能要求。它包括（1）过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）；（2）过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；（3）过大的振动（不舒适）；（4）局部损坏或影响正常使用要求的其他特定状态。
第 3 章 第 3.1节 知识点4：极限状态方程 问题1
题型：问答题 题目：
什么是结构的功能函数？什么是结构的极限状态？什么是结构的极限状态方程？ 分析与解答：
答：按结构的功能要求，用函数形式将影响结构可靠度的各基本变量联系起来，这个函数关系式称为功能函数，即Z?g(x1,x2,x3,???,xn)。极限状态指当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这一特定状态就称为该功能的极限状态，它可以写为Z?g(xi)?g(x1,x2,x3,???,xn)?0，该关系式称为极限状态方程。
第 3 章 第 3.2 节 知识点1：结构设计中的不确定性与结构设计方法 问题1
题型：问答题 题目：
导致荷载效应不确定性的因素主要有哪些？影响结构构件抗力的主要因素是哪些？ 分析与解答：
答：导致荷载效应不确定性的因素有（1）恒荷载 g（与构件尺寸、材料容重等有关），其离散性一般不大（其变异系数约0.07）；（2）活荷载 q（楼面活荷载、雪荷载等，其最大值是随时间、位置而变化的，具有明显的随机性）；（3）计算模型，如计算跨度 l、理想铰结支座、弹性假定等与实际结构的差异。其中，荷载效应S的随机性主要由活荷载 q的随机性质形成。导致抗力R（或抵抗弯矩Mu）随机性的因素有（1）材料强度 fy 和 fc 的离散性，这是造成抗力R随机性的主要原因；（2）截面尺寸h0和 b 的施工误差（包括构件外形尺寸和钢筋位置的偏差）；（3）计算抗力R时对混凝土和钢筋的应力-应变关系、计算方法等进行简化。
第 3 章 第 3.2 节 知识点2：结构的可靠度 问题1
题型：问答题 题目：
什么是结构的可靠度？结构的可靠度是怎样度量和表达的？ 分析与解答：
答：结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，它是以结构在规定的时间（设计使用年限）内，在正常使用、维护条件下，完成预定功能的概率Ps来度量的，它与失效概率Pf为对立事件，即Ps?Pf?1。与Pf对应的是可靠指标?，通常以可靠指标?来表达结构的可靠度。
第 3 章 第3.2 节 知识点3：以近似概率为基础的极限状态设计法 问题1
题型：问答题 题目：
我国建筑结构采用的是什么设计方法？其主要特点是什么？ 分析与解答：
答：我国建筑结构采用的是以概率理论为基础的极限状态设计方法，其主要特点是（1）引入了现代的结构可靠性理论，采用概率设计法；（2）明确了结构可靠性的度量尺度，即可靠指标?；（3）发展了结构的极限状态设计方法，即用与结构可靠度直接有关的极限状态方
程来描述极限状态，设计表达式的各分项系数不是由经验确定的，而是经概率分析通过优化得到的；（4）统一了结构设计的基本原则；（5）提出了保证结构可靠度的质量控制措施，即将材料和构件的质量控制和验收与结构设计规范的要求相互衔接配套。
第 3 章 第3.3节 知识点1：实用设计的基本表达形式 问题1
题型：问答题 题目：
我国采用的实用设计表达式基本形式是怎样的？它是如何保证结构的可靠度要求的？ 分析与解答： R答：我国采用的实用设计表达式的基本形式为?SSk?S*?R*?k。结构的可靠度要求是?R通过将S*和R*均采用标准值和相应的“分项系数”来表示，其中，隐含于实用设计表达式中的分项系数需按照目标可靠指标和工程经验确定，它起着考虑目标可靠指标的等级作用。 第 3 章 第3.3节 知识点2：承载能力极限状态设计表达式 问题1
题型：问答题 题目：
按我国采用的承载能力极限状态进行设计时，应考虑哪几种作用效应的组合？ 分析与解答：
答：按承载能力极限状态进行设计时，应考虑应考虑作用效应的基本组合、作用效应的偶然组合（一般情况下不需考虑）。其中作用效应的基本组合又包括由可变荷载效应控制的组合）和由永久荷载效应控制的组合两种形式。
问题2
题型：问答题 题目：
在我国采用的承载能力极限状态实用设计表达式中，由可变荷载效应控制的组合采用了什么样的形式？其中各个符号的物理意义与取值原则是怎样的？ 分析与解答：
答：在承载能力极限状态实用设计表达式中，由可变荷载效应控制的组合采用的形式为：
nff???0??G?CG?Gk??Q1?CQ1?Q1k???Ci??Qi?CQi?Qik??R(ck，sk，?k?)
?c?si?2??其中各符号的物理意义与取值原则是：
?0——结构构件的重要性系数，对应于安全等级为一级、二级和三级的结构构件，其
重要性系数?0分别取为1.1、1.0、0.9。；
Gk——永久荷载的标准值；
Q1k——最大的一个可变荷载的标准值（即各可变荷载效应中起控制作用者）； Qik——其余可变荷载的标准值；
?G 、?Q1、?Qi ——永久荷载、可变荷载的分项系数。当永久荷载效应对结构不利时，由可变荷载效应控制的组合一般?G取1.2，由永久荷载效应控制的组合?G取1.35；当永久荷载效应对结构有利时，?G取1.0。?Qi一般取1.4；
CG 、CQ1 、CQi ——分别为永久荷载、可变荷载的荷载效应系数； ?Ci——可变荷载组合值系数；
fck、fsk ——分别为混凝土、钢筋的强度标准值；
?C 、?S——分别为混凝土、钢筋材料强度的分项系数；
?k——构件几何尺寸参数的标准值，即按设计尺寸确定的截面几何参数、截面配筋等。