《结构设计原理》习题集
第1章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能1-1、配置在混凝土梁截面受拉区钢筋的作用是什么？
答：配置在混凝土梁截面受拉区的钢筋作用是代替混凝土受拉。钢筋混凝土梁承受的荷载较大时，梁的受拉区会出现裂缝。在出现裂缝的截面处，受拉区混凝土退出工作，钢筋可承担几乎全部的拉力。钢筋混凝土梁能继续承受荷载作用，直至受拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混凝土也被压碎，梁才破坏。因此，钢筋混凝土梁是充分利用混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度。
1-2、试解释以下名词：混凝土立方体抗压强度；混凝土轴心抗压强度；混凝土抗拉强度；混凝土劈裂抗拉强度。
答：混凝土立方体抗压强度是按规定的标准试件和标准试验方法得到的混凝土强度基本代表值。我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定以每边边长为150mm的立方体为标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）作为混
凝土的立方体抗压强度，用符号
cu
f表示。
混凝土轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）：按照与立方体试件相同条件下制作和试验方
法所得的棱柱体试件的抗压强度值，称为混凝土轴心抗压强度，用符号
c
f表示。国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定，混凝土的轴心抗压强度试验以150mm×150mm×300mm。
混凝土抗拉强度可采用在两端预埋钢筋的混凝土棱柱体，试验时用试验机的夹具加紧试件的两端外伸的钢筋施加拉力，破坏时试件在没有钢筋的中部截面被拉断，其平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度。目前国内外常采用立方体或圆柱体的劈裂试验来测定混凝土的轴心抗拉强度。
混凝土劈裂抗拉强度：我国交通部颁布标准《公路工程水泥混凝土试验规程》规定，采用150mm立方块作为标准试件进行混凝土劈裂抗拉强度测定，按照规定是试验方法操作，
则混凝土的劈裂抗拉强度按下式：
2
0.637
ts
F F
f
A A
π
==。式中
ts
f——混凝土劈裂抗拉
强度（MPa）；P——破坏荷载（N）；A——试件劈裂面面积（mm2）。
采用上述试验方法测得的混凝土劈裂抗拉强度值换算成轴心抗拉强度时，应乘以换算
系数0.9，即0.9t ts f f 。
1-3
1-4什么是混凝土的线性徐变？什么是混凝土的非线性徐变？影响徐变的主要因素有
哪些？
答：线性徐变 就是时间和变形量成正比 比例为常数C 。非线性徐变就是 时间和变形
量成正比 比例为某一变量。影响混凝土徐变变形的因素主要有：①水泥用量越大（水灰比一定时），徐变越大。②W/C 越小，徐变越小。③龄期长、结构致密、强度高，则徐变小。④骨料用量多，弹性模量高，级配好，最大粒径大，则徐变小。⑤应力水平越高，徐变越大。此外还与试验时的应力种类、试件尺寸、温度等有关。
1-5、混凝土的徐变和收缩变形都是随时间而增长的变形，两者有何不同之处？
答：在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，即在应力不变的情况下，混
凝土的应变随时间继续增长，这种现象被称为混凝土的徐变。混凝土徐变的主要原因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。
在混凝土凝结核硬化的物理过程中体积随时间推移而减小的现象称为收缩。引起混凝土
收缩的原因，主要是硬化初期水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内自由水分蒸发而引起的干缩。
1-6、公路桥梁钢筋混凝土结构采用普通热轧钢筋的拉伸应力-应变关系曲线有什么特
点？《公路桥规》规定使用的普通热轧钢筋有哪些强度级别？强度等级代号分别是什么？
答：普通热轧钢筋的拉伸应力-应变关系曲线有明显流幅。在达到比例极限a 之前，材
料处于弹性阶段，应力与应变的比值为常数，即为钢筋的弹性模量s E 。此后应变比应力增加快，达到b 点进入屈服阶段，即应力不增加，应变却继续增加很多，应力-应变曲线图形接近水平线，称为屈服台阶（或流幅）。通常取屈服下限
为屈服强度。过了d 点后，材料又恢复部分弹性进入强
化阶段，应力-应变关系表现为上升的曲线，达到曲线最
高点e ，e 点的应力称为极限强度，过了e 点后，试件的
薄弱处发生局部“颈缩”现象，应力开始下降，应变仍
继续增加，到f 点后发生断裂，f 点所对应的应变称为伸
长率.。
《公路桥规》规定使用的普通热轧钢筋有哪些强度级别跟强度等级代号如下表：
1-7、什么是钢筋和混凝土之间粘结应力和粘结强度？为保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力要采取哪些措施？
答：钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土之间具有足够的粘结强度，能承受由于变形差（相对滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力，通常称这种剪应力为粘结应力。
在实际工程中，通常以拔出试验中粘结失效（钢筋被拔出，或者混凝土被劈裂）时的最
大平均粘结应力作为钢筋和混凝土的粘结强度。平均粘结应力计算式为：
F
dl
τ
π
=，式中，
F——拉拔力；d——钢筋直径；l——钢筋埋置长度。
为保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力要采取的措施有：提高混凝土的强度等级；将钢筋处于适当位置；保证钢筋净距；保证混凝土保护层厚度；选用带肋钢筋。
第2章结构按极限状态法设计计算的原则
2-1、桥梁结构的功能包括哪几方面的内容？何谓结构的可靠性？
答：桥梁结构的功能包括：1）承载能力，结构应能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种荷载、外加变形、约束变形等的作用；2)适用性，结构在正常使用条件下具有良好的工作性能；３）耐久性，结构在正常使用和正常维护的条件下，在规定的时间内，具有足够的耐久性；４）稳定性，在偶然荷载（如地震、强风）作用下或偶然事件（如爆炸）发生时和发生后，结构仍能保持整体稳定性，不发生倒塌。
结构的可靠性为结构的安全性，适用性和耐久性三者的总称。
2-2、结构的设计基准期和使用寿命有何区别？
答：设计基准期是在进行结构可靠性分析时，考虑持久设计状况下各项基本变量与时间关系所采用的基准时间参数，可参考结构使用寿命的要求适当选定，但不能将设计基准期简单地理解为结构的使用寿命。两者是有联系的，然而又不完全相同。当结构的使用年限超过设计基准期时，表明它的失效概率可能会增大，不能保证其目标可靠指标，但不等于结构丧失所要求的功能甚至报废。一般来说，使用寿命长，设计基准期也可以长一些，使用寿命短，设计基准期应短一些。通常设计基准期应小于寿命期，而不应大于寿命期。
2-3 什么叫极限状态？我国《公路桥规》规定了哪儿类结构的极限状态？
答：当整个结构或结构的一部分超过某一种特定而不能呢个满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态陈伟该功能的极限状态。
极限状态分为乳如下三类：1.承载能力极限状态。2.正常使用极限状态。3.“破坏——安全”极限状态。
2-4试解释以下名词：作用直接作用间接作用抗力
答：作用：作用为施加在结构上的一组力或引起结构变形的原因。直接作用:施加在结构上的一组集中力或分布力；间接作用：引起结构外加变形或约束变形的原因；抗力：结构构件或材料承受作用效应的能力。
2-5 我国《公路桥规》规定结构设计哪三种情况？
答：我国《公路桥规》规定结构设计的三种情况：持久情况、短暂情况和偶然情况。
2-6 结构承载力极限状态和正常使用极限状态设计计算的原则是什么？
答：《公路桥规》规定按承载能力极限状态设计时，应根据各自的情况选用基本组合和偶然组合中的一种或两种做效应组合，按正常使用极限状态设计时，应根据不同结构的设计要求，选用以下一种或两种效应组合（1）作用短期效应组合是永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应组合（2）作用长期效应组合是永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合。
2-7：什么叫材料强度的标准值和设计值？
答：1)材料强度的标准值:材料强度标准值是材料强度的一种特征值，也是设计结构或构件时采用的材料强度的基本代表值。2)材料强度的设计值:材料强度的设计值是材料强度标准值除以材料性能分项系数后的值。
2-8 作用分为几类？什么叫作用的标准值，可变作用的准永久值，可变作用的频遇值？
答：作用分为：永久作用；可变作用；偶然作用。
作用的标准值是结构或结构构件设计时，采用的各种作用的基本代表值。
可变作用的准永久值指在设计基准期间，可变作用超越的总时间约为设计基准期一半的作用值。它是对在结构上经常出现的且量值较小的荷载作用取值。
可变作用的频遇值指在设计基准期间，可变作用超越的总时间为规定的较小比率或超越次数为规定次数的作用值。它是指结构上比较频繁出现的且量值较大的荷载作用取值。
第三章受弯构件正截面承载力计算
3-1试比较图3-4和3-5，说明钢筋混凝土板与钢筋混凝土梁钢筋布置的特点。
答：钢筋混凝土板的钢筋布置特点：单向板内主钢筋沿板的跨度方向(短边方向)布置在板的受拉区，钢筋数量由计算决定。在板内应设置垂直于板受力钢筋的分布钢筋。分布钢筋是在主钢筋上按一定间距设置的连接用横向钢筋，属于构造配置钢筋，即其数量不通过计算，而是按照设计规范规定选择的。《公路桥规》规定，行车道板内分布钢筋直径不小于8mm，其间距应不大于200mm，截面面积不宜小于板截面面积的0.1％。在所有主钢筋的弯折处，均应设置分布钢筋。人行道板内分布钢筋直径不应小于6mm，其间距不应大于200mm。对于周边支承的双向板，板的两个方向同时承受弯矩，所以两个方向均应设置主钢筋。
钢筋混凝土梁的钢筋布置特点：梁内的钢筋有纵向受拉钢筋、弯起钢筋或斜钢筋、箍筋、架立钢筋和水平纵向钢筋等。梁内的钢筋常常采用骨架形式，一般分为绑扎钢筋骨架和焊接钢筋骨架两种形式。梁内纵向受拉钢筋的数量由计算决定。可选择的钢筋直径一般为（12~32）mm，通常不得超过40mm。在同一根梁内主钢筋宜用相同直径的钢筋，当选用两种以上直径的钢筋时，为了便于施工识别，直径间应相差2mm以上。绑扎钢筋骨架中，各主钢筋的净距或层与层间的净距：当钢筋为三层或三层以下时，应不小于30mm，并不小于主钢筋直径d；当为三层以上时，不小于40mm或主钢筋直径d的1.25倍。焊接钢筋骨架中，多层主钢筋是竖向不留空隙用焊缝连接，钢筋层数一般不宜超过6层。梁内弯起钢筋是由主钢筋按规定的部位和角度弯至梁上部后，并满足锚固要求的钢筋；斜钢筋是专门设置的斜向钢筋，它们的设置及数量均由抗剪计算确定。梁内箍筋是沿梁纵向按一定间距配置并箍住纵向钢筋的横向钢筋。架立钢筋和沿梁高的两侧面呈水平方向布置的水平纵向钢筋，均为梁内构造钢筋。
3-2 什么叫受弯构件纵向受拉钢筋的配筋率？配筋率的表达式中，h0含义是什么？
答：配筋率是指所配置的钢筋截面面积与规定的混凝土截面面积的比值（化为百分比表达）。h0表示截面有效高度。
3-3为什么钢筋要有足够的混凝土保护层厚度？钢筋的最小混凝土保护层厚度的选择应考虑哪些因素？
答：1）设置保护层是为了保护钢筋不直接受到大气的侵蚀和其它环境因素作用们也是为了保证钢筋和混凝土有良好的粘结。2）钢筋的最小混凝土保护层厚度应不小于钢筋的公称直径，且应符合附表1-8的规定值。
3-4 参照图3-7，试说明规定各主钢筋横向净距和层与层之间的竖向净距的原因
答：1）为了保证钢筋和混凝土之间的握裹力；2）保证混凝土的浇注质量。
3-5 钢筋混凝土适筋梁正截面受力全过程可划分为几个阶段？各阶段受力主要特点是什么？
答：全过程可划分为三个阶段，这三个阶段是：第Ⅰ阶段，梁没有裂缝；第Ⅱ阶段，梁带有裂缝工作；第Ⅲ阶段，裂缝急剧开展，纵向受力钢筋应力维持在屈服强度不变。
第Ⅰ阶段：梁混凝土全截面工作，混凝土的压应力和拉应力基本上都呈三角形分布。纵向钢筋承受拉应力。混凝土处于弹性工作阶段，即应力与应变成正比。
第Ⅰ阶段末：混凝土受压区的应力基本上仍是三角形分布。但由于受拉区混凝土塑性变形的发展，拉应变增长较快，根据混凝土受拉时的应力—应变图曲线[图3-12c )]，拉区混凝土的应力图形为曲线形。这时，手拉边缘混凝土的拉应变临近极限拉应变，拉应力达到混凝土抗拉强度，表示裂缝即将出现，梁截面上作用的弯矩用M cr表示。
第Ⅱ阶段：荷载作用弯矩到达M cr后，在梁混凝土抗拉强度最弱截面上出现了第一批裂缝。这时，在有裂缝的截面上，拉区混凝土退出工作，把它原承担的拉力转给了钢筋，发生了明显的应力重分布，钢筋的拉应力随荷载的增加而增加；混凝土的压应力不再是三角形分布，而形成微曲的曲线形，中和轴位置向上移动。
第Ⅱ阶段末：钢筋拉应变达到屈服时的应变值，表示钢筋应力达到其屈服强度，第Ⅱ阶段结束。
第Ⅲ阶段：在这个阶段里，钢筋的拉应变增加很快，但钢筋的拉应力一般仍维持在屈服强度不变（对具有明显流幅的钢筋）。这时，裂缝急剧开展，中和轴继续上升，混凝土受压区不断缩小，压应力也不断增大，压应力图成为明显的丰满曲线形。
第Ⅲ阶段末：这时，截面受压上边缘的混凝土压应变达到其极限压应变值，压应力图呈明显曲线形，并且最大压应力已不在上边缘而是在距上边缘稍下处，这都是混凝土受压时的应力—应变图所决定的。在第Ⅲ阶段末，压区混凝土的抗压强度耗尽，在临界裂缝两侧的一定区段内，压区混凝土出现纵向水平裂缝，随即混凝土被压碎，梁破坏，在这个阶段，纵向钢筋的拉应力仍维持在屈服强度。
受力特点为：1）钢筋混凝土梁的截面正应力状态随着荷载的增大不仅有数量上的变化，
而且有性质上的改变—应力分布图形改变。不同的受力阶段，中和轴的位置及内力偶臂也是有所不同的，因此，无论压区混凝土的应力或是纵向受拉钢筋的应力，不像弹性匀质材料梁那样完全与弯矩成比例。2）梁的大部分工作阶段中，受拉区混凝土已开裂。随着裂缝的开展，压区混凝土塑性变形也不完全服从弹性匀质梁所具有的比例关系。
3-6 什么叫钢筋混凝土少筋梁，适筋梁和超筋梁？各自有什么样的破坏形态？为什么把少筋梁和超筋梁都称为脆性破坏？
答：梁中的实际配筋率ρ小于ρmin 时，梁受拉区混凝土一开裂，受拉钢筋达到屈服点，并迅速经过整个流幅而进入强化阶段，梁仅出现一条集中裂缝，不仅宽度较大，而且沿梁高延伸很高，此时受压区混凝土还未压坏，而裂缝宽度已很宽，挠度过大，钢筋甚至被拉断。把具有这种破坏形态的梁称为少筋梁；适筋梁的配筋率适中，其破坏始于受拉钢筋屈服，构件破坏之前有明显征兆，属于塑性破坏。换句话说当纵向配筋率适中时，纵向钢筋的屈服先于受压区混凝土被压碎，梁是因钢筋受拉屈服而逐渐破坏的，破坏过程较长，有一定的延性，称之为适筋破坏，相应的梁称为适筋梁; 配筋率过高的钢筋混凝土梁称为超筋梁。其破坏始于受压区混凝土被先压碎。当钢筋混凝土梁内钢筋配置多到一定程度时，钢筋抗拉能力就过强，而作用（荷载）的增加，使受压混凝土应力首先达到抗压强度极限值，混凝土即被压碎，导致梁的破坏。（1）少筋梁破坏形态：构件一裂就坏，无征兆，为“脆性破坏”。未能充分利用混凝土的抗压强度。(2) 适筋破坏形态：受拉钢筋先屈服，受压区混凝土后压坏，破坏前有明显预兆——裂缝、变形急剧发展，为“塑性破坏”。 (3) 超筋破坏形态：受压区混凝土先压碎，钢筋不屈服，破坏前没有明显预兆，为“脆性破坏”。钢筋的抗拉强度没有被充分利用。
少筋梁和超筋梁都是是在没有明显预兆情况下由于受压区混凝土突然压碎而被破坏，故习惯上称为“脆性破坏”。
3-7 钢筋混凝土适筋粱当受拉钢筋屈服后能否在增加荷载？为什么？少筋梁能否这样？
答：（1）能。（2）适筋截面受弯构件破坏于受拉区钢筋屈服，经历一段变形过程后压区边缘混凝土达到极限压应变后破坏。（3）不能。
3-8 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算有哪些基本假定？其中的“平截面假定”与均质弹性材料（例如钢）受弯构件计算的平截面假定情况有何不同？
答：1）平截面假定；2）不考虑混凝土的抗拉强度；3）材料应力应变物理关系。平截面假定是材料力学中的一个变形假设。内容：垂直于杆件轴线的各平截面（即杆的横截面）
在杆件受拉伸、压缩或纯弯曲而变形后仍然为平面，并且同变形后的杆件轴线垂直。
这的“平截面假定”是近似的，它与实际情况或多或少存在某些差距，大事，分析表明，由此而引起的误差是不大的，完全能符合工程计算的要求。同时，它为钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算提供了变形协调的集合关系，可加强计算方法的逻辑性和条理性，使计算公式具有更明确的物理意义。
均质弹性材料的平截面假定是假定构建受力变形后，截面仍然为平面，理论上平截面假定只适用于连续匀质弹性材料的构件。而不是上述的近似假设，是种理想状态下的假设，更加精确些。
3—9. 什么叫做钢筋混凝土受弯构件的截面相对受压区高度和相对界限受压区高度ξ
b？ξb在正截面承载力计算中起什么作用？ξb取值与哪些因素有关？
答：为了防止将构件设计成超筋构件，要求构件截面的相对受压区高度ξ不得超过其相对界限受压区高度ξb即(4-11)
相对界限受压区高度ξb是适筋构件与超筋构件相对受压区高度的界限值，它需要
根据截面平面变形等假定求出。下面分别推导有明显屈服点钢筋和无明显屈服点钢筋配筋受
弯构件相对界限受压区高度ξb的计算公式。
有明显屈服点钢筋配筋的受弯构件破坏时，受拉钢筋的应变等于钢筋的抗拉强度设计值
f y与钢筋弹性量E s之比值，即ξs=f y/E s，由受压区边缘混凝土的应变为ξcu与受拉钢筋应
变ξs的几何关系（图4-14）。可推得其相对界限受压区高度ξb的计算公式为：
(4－12)
图4-14 截面应变分布
为了方便使用，对于常用的有明显屈服点的HPB235、HRB335、HRB400和RRB400钢筋，将其抗拉强度设计值f y和弹性模量E s代入式（4-12）中，可算得它们的相对界限受压区高度ξb如表4-4所示，设计时可直接查用。当ξ≤ξb时，受拉钢筋必定屈服，为适筋构件。当ξ>ξb时，受拉钢筋不屈服，为超筋构件。
建筑工程受弯构件有屈服点钢筋配筋时的ξb值表4-4
图4-15 无明显屈服点钢筋的应力—应变曲线(4－13)
式中 f y——无明显屈服点钢筋的抗拉强度设计值；
E s——无明显屈服点钢筋的弹性模量。
根据截面平面变形等假设，可以求得无明显屈服点钢筋受弯构件相对界限受压区
高度ξb的计算公式为： (4－14) 截面相对受压区高度ξ与截面配筋率ρ之间存在对应关系。ξb求出后，可以求
出适筋受弯构件截面最大配筋率的计算公式。由式（4-8）可写出：(4－15)
(4－16)
式（4-16）即为受弯构件最大配筋率的计算公式。为了使用上的方便起见，将常用的具有明显屈服点钢筋配筋的普通钢筋混凝土受弯构件的最大配筋率ρmax列在表4-5中。建筑工程受弯构件的截面最大配筋率ρmax（%）表4-5
当构件按最大配筋率配筋时，由（4-9a ）可以求出适筋受弯构件所能承受的最大弯矩为：
(4-17)
式中 αsb ——截面最大的抵抗矩系数，αsb =ξb (1-ξb /2) 。
对于具有明显屈服点钢筋配筋的受弯构件，其截面最大的抵抗矩系数见表4-6。 建筑工程受弯构件截面最大的抵抗矩系数αsb 表4-6
由上面的讨论可知，为了防止将构件设计成超筋构件，既可以用式（4-11）进行控制，也可以用：
(4-18)
(4-19)
进行控制。式（4-11 ）、式（4-18）和式（4-19）对应于同一配筋和受力状况，因而三者是等效的。
设计经验表明，当梁、板的配筋率为：实心板: ρ=0.4%~0.8%；矩形梁:
ρ=0.6%~1.5%；T形梁: ρ=0.9%~1.8%时，构件的用钢量和造价都较经济，施工比较方便，受力性能也比较好。因此，常将梁、板的配筋率设计在上述范围之内。梁、板的上述配筋率称为常用配筋率，也有人称它们为经济配筋率。
由于不考虑混凝土抵抗拉力的作用，因此，只要受压区为矩形而受拉区为其它形状的受弯构件（如倒T形受弯构件），均可按矩形截面计算。
3-10 在什么情况下可采用钢筋混凝土双筋截面梁? 为什么双筋截面梁一定要采用封闭式箍筋？截面受压区的钢筋设计强度是如何确定的？
答：当截面承受的弯矩组合设计值Md较大，而截面尺寸收到使用条件限制或混凝土强度又不宜提高的情况下，又出现ξ>ξ b 而承载力不足时，则可改用双筋截面。
若钢筋刚度不足或箍筋间距过大，受压钢筋会过早向外侧向凸出，反而会引起受压钢筋的混凝土保护层开裂，使受压区混凝土过早破坏，因此双筋截面梁一定要采用封闭式箍筋。
<<公路桥规>>取受压钢筋应变ε’s=0.002，这时对R235级钢筋σ’s=ε’s *E’s=0.002*2.1*100000=420MPa>f’sk(=235MPa) 对HRB335. HRB400和KL400级钢筋σ’s=ε’s *E’s=0.002*2*100000=400MPa≧f’sk(=335MPa及400MPa) 3-11
3-12
3—13 什么叫T形梁受压翼板的有效宽度？《公路桥规》对T形梁的受压翼板有效宽度取值有何规定？
答：在设计计算中，为了便于计算，根据等效受力原则，把与梁肋共同工作的翼板宽度限制在一定的范围内，称为受压翼板的有效宽度。《公路桥规》规定，T形截面梁的受压翼板有效宽度用下列三者中最小值。
1）简支梁计算跨径的1/3。对连续梁各中间跨正弯矩区段，取该跨计算跨径的0.2倍；边跨正弯矩区段，取该跨径的0.27倍；各中间支点负弯矩区段，则取该支点相邻两跨计算跨径之和的0.07倍。
2）相邻两梁的平均间距。b+2b(h)+12b’(f)。当h(h)/b(h)<1/3时，取（b+6h(h)+h’(f)）。
3-14.在截面设计时，如何判别两类T形截面？在截面复核时有如何判别？
答：截面设计当M小于或等于全部翼板高度hf一瞥时，属于第一类T形截面，否则属于第二类T形截面。截面复合时，钢筋所承受的拉力小于等于全部受压翼板高度hf一撇内混凝土压应力合理，则x<=hf一撇，属于第一类T形截面，否则属于第二类T形截面。
第4章受弯构件斜截面承载力计算
4-1 钢筋混凝土受弯构件沿斜截面破坏的形态有几种？各在什么情况下发生？
答：破坏形态有：斜拉破坏，剪压破坏，斜压破坏。
斜拉破坏发生于剪跨比较大（m>3）情况下；剪压破坏发生于1<=m<=3的情况下；斜压破坏发生于剪跨比较小（m<1）的情况下。
4-2 影响钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯能力的主要因素有哪些？
答：影响有腹筋梁斜截面抗弯能力的主要因素有剪跨比、混凝土强度、纵向受拉钢筋配筋率和箍筋数量及强度等。
4-3 钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯承载力基本公式的适用范围是什么？公式的上下限值物理意义的什么？
答：在进行晚期钢筋布置时，为满足斜截面抗弯强度的要求，弯起钢筋的弯起点位置应设在按正截面抗弯承载力计算该钢筋的强度全部被利用的截面以外，其距离不小于0.5h0. 上限值---截面最小尺寸；下限值---按构造要求配置箍筋。
4-4 为什么把图4-12称为“腹筋初步设计计算图”？
答：考虑到梁支座处的支承反力较大以及纵向受拉钢筋的锚固要求，《公路桥规》规定，在钢筋混凝土梁的支点处，应至少有两根并且不少于总数1/5的下层受拉主钢筋通过。就是说，这部分纵向受拉钢筋不能在梁间弯起，而其余的纵向受拉钢筋可以在满足规范要求的条件下弯起。根据梁斜截面抗剪要求，所需的第i排弯起钢筋的截面面积，要根据图4-12分配的、应由第i排弯起钢筋承担的计算剪力值来决定。《公路桥规》还规定：取离支点中心线梁高一半处的剪力设计值；其中不少于60%由混凝土和箍筋共同承担；不超过40%由弯起钢筋（按45°角弯起）承担，并且用水平线将剪力设计值包络图分割。
4-5 试解释下列术语：
剪跨比：剪跨比是一个无量纲常数，用m=M/Vho表示，此处M和V分别为剪压区段的某个竖直截面的弯矩和剪力。
配筋率：用配筋率是钢筋混凝土构件中纵向受力（拉或压）钢筋的面积与构件的有效面积之比（轴心受压构件为全截面的面积）。
剪压破坏：剪压破坏衡量的是受弯构件斜截面承载能力。在这种破坏形态中，先
出现垂直裂缝和几条微细的斜裂缝，当荷载增大到一定程度时，其中一条形成临界斜裂缝，这条临界斜裂缝虽向斜上方延伸，但仍保留一定的剪压区混凝土截面而不裂通，直到斜裂缝顶端压区的混凝土在剪应力和压应力共同作用下被压碎而破坏。其特点是破坏过程比较缓慢，破坏荷载明显高于斜裂缝出现时的荷载。剪压破坏的形成主要与箍筋的布置有关。
斜截面投影长度：斜截面投影长度L是自纵向钢筋与斜裂缝底端相交点至斜裂缝顶端距离的水平投影长度，其大小与有效高度ho和剪跨比有关。
充分利用点：钢筋强度被充分利用的点。
不需要点：钢筋的强度不被需要的点。
弯矩包络图：弯矩包络图是沿梁长度各截面上弯矩组合设计值Md的分布图，其纵坐标表示截面上作用的最大设计弯矩。
抵抗弯矩图：又称材料图，就是沿梁长度各个截面按实际配置的总受拉钢筋面积能产生的抵抗弯矩图即表示各正截面所具有的抗弯承载力。
4-6 钢筋混凝土抗剪承载力复核时，如何选择复核截面？
答：《公路桥规》规定，在进行钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪承载力复合时，其复合位置应按照下列规定选取：
（1）距支座中心h/2（梁高一半）处的截面；
（2）受拉区弯起钢筋弯起处的截面，以及锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处的截面；
（3）钢筋数量或间距有改变处的截面；
（4）梁的肋板宽度改变处的截面。
4-7 试述纵向钢筋在支座处锚固有哪些规定？
答：为了防止钢筋被拔出而破坏，《公路桥规》规定：1）在钢筋混凝土梁的支点处，应至少有两根且不少于总数1/5的下层受拉主钢筋通过。2）底层两外侧之间不向上弯曲的受拉主筋，伸出支点截面以外的长度应不小于10d（R235钢筋应带半圆钩）；对环氧树脂涂层钢筋应不小于12.5d，d为受控主筋直径。
4-8 钢筋混凝土连续梁斜截面破坏有哪些特点？
答：在承受集中荷载的连续梁中，斜截面的剪压破坏特点与简支梁有明显不同。在剪跨比适中的连续梁中，当荷载增加到一定程度时，将首先在正，负弯矩较大的区段内出现垂直裂缝。随着荷载的增大，在反弯点两侧将分别出现一条剪弯斜裂缝，并可能成为最终发生剪切破坏的临界斜裂缝。这两条斜裂缝几乎相互平行，分别指向支座和荷载作用点。
第5章 受扭构件承载力计算
5-1 钢筋混凝土纯扭构件有哪几种破坏形式？钢筋配置量是如何影响纯扭构件的破坏形式？
答：破坏形式：1）少筋破坏；2）多筋破坏；3）超筋破坏；4）部分超筋破坏。
少筋破坏：当抗扭钢筋数量过少时，在构件受扭开裂后，由于钢筋没有足够的能力承受混凝土开裂后卸给它的那部分扭矩，因而构件立即破坏，其破坏性质与素混凝土构件无异。
适筋破坏：在正常配筋条件下，随着外扭矩的不断增加，抗扭箍筋和纵筋首先达到屈服强度，然后主裂缝迅速开展，最后促使混凝土受压面被压碎，构件破坏。
超筋破坏：抗扭钢筋配置过多或混凝土强度过低时，随着外扭矩的增加，构件混凝土先被压碎，从而导致构件破坏，而此时抗扭箍筋和纵筋还均未达到屈服强度。
部分超筋破坏：当抗扭纵.箍筋中的一种配置过多时，构件破坏时只有部分纵筋或箍筋屈服，而另一部分尚未达到屈服强度。
5-2 受扭构件设计时，怎样避免出现少筋构件和完全超筋构件?什么情况下可不进行剪、扭承载力计算而仅按构造配置抗剪、扭钢筋?
答：1）抗扭配筋的上限值。当抗扭钢筋配量过多时，受扭构件可能在抗扭钢筋屈服以前便由于混凝土被压碎而破坏。这时，即使进一步增加钢筋，构件所能承担的破坏扭矩几乎不在增长，也就是说，其破坏扭矩取决于混凝土的强度和截面尺寸。因此，《公路桥规》规定钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的截面尺寸应符合式（5-18）要求： k cu t d
f W ,301015.0-?≤T γ （2
mm kN ） (5-18) 式中 d T ——扭矩组合设计值（mm kN ?）;
t W ——矩形截面受扭塑性抵抗矩（3
mm ）;
k cu f ,——混凝土立方体刚压强度标准值（MPa ）。
2）抗扭配筋的下限值
当抗扭配筋配置过少或过稀时，配筋将无助于开裂后构件的抗扭能力，因此，为防止纯扭构件在低配筋时混凝土发生脆断，应使配筋纯扭构件所承担的扭矩不小于其抗裂扭矩。《公路桥规》规定钢筋混凝土纯扭构件满足（5-19）要求时，可不进行抗扭承载力计算，但必须按构造要求（最小配筋率）配置抗扭钢筋：
td t d
f W T 301050.0-?≤γ (2mm kN ) (5-19)
式中的td f 为混凝土刚拉强度设计值，其余符号意义与式（5-18）相同。
《公路桥规》规定，纯扭构件的箍筋配筋率应满足： sv
cd v sv sv f f b S A 055.0≥=ρ （5-20） 纵向受力钢筋配筋率应满足： sd
cd st st f f bh A 08.0≥=ρ （5-21） 式中符号意义与式（5-13）相同
5-3 受弯、剪、扭共同作用的构件箍筋和纵筋最小配筋率在《公路桥规》中是如何规定的？
答：纵筋受力钢筋的配筋率不应小于受弯构件纵向受力钢筋最小配筋率与受剪扭构件纵向受力钢筋最小配筋率之和，如配置在截面弯曲受拉边的纵向受力钢筋，其截面面积不应小于按受弯构件受拉钢筋最小配筋率计算出的面积与按受扭纵向钢筋最小配筋计算并分配到弯曲受拉边的面积之和。同时，其箍筋最小配筋率不应小于剪扭构件的箍筋最小配筋率。
第6章 轴心受压构件的正截面承载力计算
6-1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压短柱与长柱的破坏形态有何不同？什么叫做长柱的稳定系数φ？影响稳定系数φ的主要因素有哪些？
答：1）短柱是受压破坏，长柱则是失稳破坏，长柱的承载力要小于相同截面、配筋、材料的短柱承载力。
2）稳定系数φ就是长柱失稳破坏时的临界承载力P L 与短柱压坏时的轴心力P S 的比值，表示长柱承载力降低的程度。
3）稳定系数φ主要与构件的长细比有关，混凝土强度等级及配筋率ρ对其影响较小 6-2 对于轴心受压普通箍筋柱，《公路桥规》为什么规定纵向受压钢筋的最大配筋率和最小配筋率？对于纵向钢筋在截面上的布置一级复合箍筋设置，《公路桥规》有什么规定？
答：（1）若纵向钢筋配筋率很小时，纵筋对构件承载力影响很小，此时接近混泥土柱，徐变使混泥土的应力降低得很小，纵筋将起不到防止脆性破坏的作用同时为了承受可能存在的较小弯矩以及混泥土收缩温度变化引起的拉应力。
若纵筋配筋率很大会造成浪费。
（2）《公路桥规》将位于箍筋折角处的纵向钢筋定义为角筋，沿箍筋设置的纵向钢筋离角筋间距S不小于150mm或15倍箍筋直径（取较大者）范围内，若超过此范围内设置纵向受力钢筋应设复合钢筋。
第7章偏心受压构件的正截面承载力计算
7-1钢筋混凝土偏心受压构件截面形式与纵向钢筋布置有什么特点？
答：截面形式主要有矩形截面，工字型截面，箱型截面，圆形截面等。其中矩形截面最为常见，截面高度h大于600mm的偏心受压构件多采用工字型或箱型截面，圆截面主要用于柱式墩台、桩基础中。
纵向受力钢筋在截面中最常见的配置方式是将纵向钢筋集中放置在偏心方向的两对面，其数量通过正截面承载力计算确定。对于圆形截面，则采用沿截面周边均匀配筋的方式。
7-2简述钢筋混凝土偏心受压构件的破坏形态和破坏类型。
答：钢筋混凝土偏心受压构件随着偏心距的大小及纵向钢筋配筋情况不同，有以下两种主要破坏形态。
1）受拉破坏---大偏心受压破坏。在相对偏心距e0/h较大，且受拉钢筋配置得不太多时，会发生这中破坏形态。
2）受压破坏---小偏心受压破坏。小偏心受压就是压力N的初始偏心距e0较小的情况。
偏心受压构件的破坏类型：钢筋混凝土偏心受压构件按长细比可分为短柱，长柱和细长柱。
1）短柱。随着荷载的增大，当短柱达到极限承载能力时，柱的截面由于材料达到其极限强度而破坏。
2）长柱。实际偏心距是随荷载的增大而非线性增加，构件控制截面最终仍然是由于截面中材料达到其强度极限而破坏，属材料破坏。
3）细长柱。当偏心压力N达到最大值时，侧向变形u突然剧增，此时，偏心受压构件截面上钢筋和混凝土的应变均为达到材料破坏时的极限值，即压杆达到最大承载能力是发生在其控制截面材料强度还未达到其破坏强度，这种破坏类型称为失稳破坏。
7-3由式（7-2），偏心距增大系数 与哪些因素有关？
7-4钢筋混凝土矩形截面（非对称配筋）偏心受压构件的截面设计和截面复核中，如何判断是大偏心受压还是小偏心受压？
7-5 试根据7.3.2节的内容，写出矩形截面信心受压构件非对称配筋的计算流程图和截面复核的计算流程图。
答：不对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面计算和截面复核。
（一）偏心距增大系数的计算公式
212
000
140011ζζη??? ??+=h l h e (1-4) N
A f d c 15.0γζ= (1-5) h l /01.015.102-=ζ (1-6)
式中 0e _____轴向力对截面重心的偏心距，e 0=M/N ；在公式e 0＜h /30时， 取e 0=h /30； 0l _____构件的计算长度，
h _____截面高度；
0h _____截面有效高度；
A _____构件的截面面积；
1ζ______截面应变对截面曲率的影响系数，当1ζ＞1时，取1ζ=1；
2ζ_____构件长细比对截面曲率的影响系数，当l 0/h ≤15时，取2ζ=1。
对于l 0/h ≤8的矩形截面短柱，可不考虑纵向弯曲的影响，取η=1；对于l 0/h ＞30的细长柱，式(1-4)不再适用，其纵向弯曲问题应专门研究。
（二）截面设计
1、大偏心受压构件
（1）基本公式
()s y s y c d d u 1A f A f bx f N N -''+=≤
γγ (1-8) ()??
????'-''+??? ??-=≤a h A f x h bx f e N Ne 0s y 0c d d u 21γγ (1-9) 式中 N _____轴向力设计值；
d γ_____结构系数；
x _____混凝土受压区高度；
e _____轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点之间的距离。a h e e '-+=2
0η （2）适用条件：1）为了保证构件在破坏时，受拉钢筋应力能达到抗拉强度设计值f y ，必须满足：0b h x ξ≤；2）为了保证构件在破坏时，受压钢筋应力能达到抗压强度设计值y f '，必须满足：a x '≥2。
（4）大偏心受压构件的计算
1）判别大、小偏心受压
N M e /0=；在公式e 0＜h /30时， 取e 0=h /30；
212
000140011ζζη??? ??+=h l h e (1-4) N
A f d c 15.0γζ= (1-5) h l /01.015.102-=ζ (1-6)
1ζ_____截面应变对截面曲率的影响系数，当1ζ＞1时，取1ζ=1；
2ζ_____构件长细比对截面曲率的影响系数，当l 0/h ≤15时，取2ζ=1。
对于l 0/h ≤8的矩形截面短柱，可不考虑纵向弯曲的影响，取η=1；
当0e η＞0.3h 0时，可按大偏心受压构件设计：
当0e η03.0h <时，可按小偏心受压构件设计。
3）A s 和s A '均未知。基本公式中有三个未知数，即A s 、s A '、x ，故无唯一解。为使总配筋面积(A s +s A ')最小，应充分利用受压区混凝土承受压力，也就是应使受压区高度尽可能大，
可取0b h x ξ=，代入(1-9)式可得()()
a h f bh f Ne A '-'--='0y
b b 20
c
d s 5.01ξξγ (1-11) 若求得的s A '≥o bh min ρ'代入式(1-8)可得y s
y b 0c s f A f bh f A '+=ξ (1-12)
若由式（1-11）计算出的0min bh A s ρ<'，则按0min bh A s ρ='配筋。此时，s A '为已知，按第
3）计算A s 。
3）s A '为已知。此时基本公式有两个未知数，即A s 和x ，计算x ：
()??
????'-''+??? ??-=≤a h A f x h bx f e
N Ne 0s y 0c d d u 21γγ (1-9) 4）当0b 2h x a ξ≤≤'时，计算s A ：
()s y s y c d d u
1A f A f bx f N N -''+=≤γγ (1-8)
若0min s bh A ρ<，需按0mi n s bh A ρ=配置受拉钢筋
5）当0b h x ξ>时，应加大构件截面尺寸或按s A '未知的情形重新计算。
6）当a x '<2时，计算s A ：近似取x =a '2则 ()a h f e N A '-'=0y d s γ (1-14) 式中 e '___轴向压力作用点至钢筋合力点之间的距离 a h e e '+-='2
0η (1-15) 若求出的受拉钢筋0mi n s bh A ρ<，需按0mi n s bh A ρ=配置受拉钢筋。
2．小偏心受压构件
（1）基本公式
()s s s y c d d
u
1A A f bx f N N σγγ-''+=≤ (1-16) ()??
????'-''+??? ??-=≤a h A f x h bx f e
N Ne 0s y 0c d d u 21γγ (1-17) （2）小偏心受压构件的计算
1）判别大、小偏心受压。 计算h l 0，是否考虑纵向弯曲的影响；
在公式N M e =0＜h /30时， 取e 0=h /30；N M e =0＞30/h 时，按实际偏心距0e 计算
N A f d c 15.0γζ=
()h l 0201.015.1-=ζ ()
()212000140011ζζηh l h e += 1ζ_____截面应变对截面曲率的影响系数，当1ζ＞1时，取1ζ=1；
2ζ_____构件长细比对截面曲率的影响系数，当l 0/h ≤15时，取2ζ=1。
对于l 0/h ≤8的矩形截面短柱，可不考虑纵向弯曲的影响，取η=1；
当0e η＞0.3h 0时，可按大偏心受压构件设计；
当0e η03.0h <时，可按小偏心受压构件设计。 属于小偏心受压破坏：a h e e -+=2
0η
2）配筋计算 按构造要求配置s A ：0min bh A s ρ=，选配钢筋A s
将A s 、s σ的计算公式和o h x ξ=代入式(5-16)和(5-17)；联立求解可计算出ξ值。
b
y s 8.08.0ξξσ--=f a ）当b 6.1ξξ-<时，将ξ代入式(5-17)求出s A '。
b ）当b 6.1ξξ-≥时，取b 6.1ξξ-= (时当0h h >ξ，0h h =ξ取)，并取y s f -=σ，代入式(1-16)和式(1-17)求出A s 和s A '值，A s 和s A '必须满足最小配筋率的要求。
3）垂直于弯矩作用平面的承载力复核
计算l 0'，查表1-10得?。
()[]s s y c u A A f A f N +''+=?d u
γN <
4）当轴向力偏心距很小，且轴向力又比较大()0c d bh f N >γ时，全截面受压，远离轴向力一侧面的s A 如果配置的太少，该侧混凝土可能先达到极限压应变而破坏。为防止此种情况发生，对s A '合力点取力矩平衡求得A s ，这时取h x =，y f s '=σ，可得
()??????-''+??? ??-'=
'≤'a h A f h h bh f e N e N 0s y 0c d d u 21γγ (1-18) 式中 h'0 纵向钢筋s A '合力点距轴向力较远一侧截面边缘的距离，a h h '-='0
。 则 ()a h f h h bh f e N A '-''??? ?
?-'-'=0y 0
c d s 2γ (1-19) 02
e a h e -'-='，此时为偏于安全，计算e '时，取1=η。 7-10与非对称布筋的矩形截面偏心受压构件相比，对称布筋设计时的大小偏心受压的判别方法有何不同之处？
答：假定为大偏心受压，由于是对称配筋。A S =A S ，f sd =f ’sd ,相当于补充了一个设计条
《钢结构设计原理》讲义教案 钢结构的特点、设计方法和材料 一、钢结构的特点 （1）强度高，塑性和韧性好 强度高，适用于建造跨度大、承载重的结构。 塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然破坏。 韧性好，适宜在动力荷载下工作。 （2）重量轻 （3）材质均匀，和力学计算的假定比较符合 钢材内部组织比较均匀，接近各向同性，实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。 （4）钢结构制作简便，施工工期短 钢结构加工制作简便，连接简单，安装方便，施工周期短。 （5）钢结构密闭性较好 水密性和气密性较好，适宜建造密闭的板壳结构。 （6）钢结构耐腐蚀性差 容易腐蚀，处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢结构。 （7）钢材耐热但不耐火 温度在200℃以内时，钢材主要力学性能降低不多。温度超过200℃后，不仅强度逐步降低，还会发生兰脆和徐变现象。温度达600℃时，钢材进入塑性状态不能继续承载。 （8）在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂。 二、钢结构的设计方法和设计表达式 《钢结构设计规范》除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。 1．极限状态 当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。 （1)承载能力极限状态包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于
继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。 （2)正常使用极限状态 包括影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括混凝土裂缝）。 以结构构件的荷载效应S 和抗力R 这两个随机变量来表达结构的功能函数，则 Z ＝g (R ，S )＝R -S (1) 在实际工程中，可能出现下列三种情况： Z ＞0 结构处于可靠状态； Z ＝0 结构达到临界状态，即极限状态； Z ＜0 结构处于失效状态。 按照概率极限状态设计方法，结构的可靠度定义为：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。这里所说“完成预定功能”就是对于规定的某种功能来说结构不失效(Z ≥0)。这样结构的失效概率f p 表示为 )0(<=Z P p f (2) 可靠指标β与f p 存在对应的关系，β增大，f p 减小；β减小，f p 增大。 2．分项系数的设计表达式 对于承载能力极限状态荷载效应的基本组合按下列设计表达式中最不利值确定 可变荷载效应控制的组合： f n i QiK ci Qi K Q Q GK G ≤?? ? ??++∑=2110σ?γσγσγγ （3） 永久荷载效应控制的组合： f n i QiK ci Qi GK G ≤?? ? ??+∑=10σ?γσγγ （4） 式中 0γ— 结构重要性系数，对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构 件，不应小于1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年及结构构件，不 应小于1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为5年结构构件，不应小于0.9； GK σ——永久荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力； K Q 1σ——起控制作用的第一个可变荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力 （该值使计算结果为最大）； Q i K σ——其他第i 个可变荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力；
混凝土结构设计基本原理复习重点(总结很好) 第 1 章绪论 1.钢筋与混凝土为什么能共同工作： （1）钢筋与混凝土间有着良好的粘结力，使两者能可靠地结合成一个整体，在荷载作用下能够很好地共同变形，完成其结构功能。 （2）钢筋与混凝土的温度线膨胀系数也较为接近，因此，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结。 （3）包围在钢筋外面的混凝土，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，保证了钢筋与混凝土的共同作用。 1、混凝土的主要优点：1)材料利用合理2 )可模性好3)耐久性和耐火性较好4)现浇混凝土结构的整体性好5)刚度大、阻尼大6)易于就地取材 2、混凝土的主要缺点：1)自重大2)抗裂性差3 )承载力有限4)施工复杂、施工周期较长5 )修复、加固、补强较困难 建筑结构的功能包括安全性、适用性和耐久性三个方面 作用的分类：按时间的变异，分为永久作用、可变作用、偶然作用 结构的极限状态：承载力极限状态和正常使用极限状态 结构的目标可靠度指标与结构的安全等级和破坏形式有关。 荷载的标准值小于荷载设计值；材料强度的标准值大于材料强度的设计值 第2章钢筋与混凝土材料物理力学性能 一、混凝土 立方体抗压强度（f cu,k）：用150mm×150mm×150mm的立方体试件作为标准试件，在温度为（20±3）℃，相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法加压到破坏，所测得的具有95%保证率的抗压强度。（f cu,k为确定混凝土强度等级的依据） 1.强度轴心抗压强度（f c）：由150mm×150mm×300mm的棱柱体标准试件经标准养护后用标准试验方法测得的。（f ck=0.67 f cu,k） 轴心抗拉强度（f t）：相当于f cu,k的1/8～1/17, f cu,k越大，这个比值越低。 复合应力下的强度：三向受压时，可以使轴心抗压强度与轴心受压变形能力都得到提高。 双向受力时，（双向受压：一向抗压强度随另一向压应力的增加而增加；双向受拉：混凝土的抗拉强度与单向受拉的基本一样； 一向受拉一向受压：混凝土的抗拉强度随另一向压应力的增加而降低，混凝土的抗压强度随另一向拉应力的增加而降低） 受力变形：（弹性模量：通过曲线上的原点O引切线，此切线的斜率即为弹性模量。反映材料抵2.变形抗弹性变形的能力） 体积变形（温度和干湿变化引起的）：收缩和徐变等。 混凝土单轴向受压应力-应变曲线数学模型 1、美国E.Hognestad建议的模型 2、德国Rusch建议的模型 混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量 弹性模量 变形模量 切线模量 3、（1）徐变：混凝土的应力不变，应变随时间而增长的现象。 混凝土产生徐变的原因： 1、填充在结晶体间尚未水化的凝胶体具有粘性流动性质 2、混凝土内部的微裂缝在载荷长期作用下不断发展和增加的结果 线性徐变：当应力较小时，徐变变形与应力成正比；非线性徐变：当混凝土应力较大时，徐变变形与应力不成正比，徐变比应力增长更快。影响因素：应力越大，徐变越大；初始加载时混凝土的龄期愈小，徐变愈大；混凝土组成成分水灰比大、水泥用量大，徐变大；骨料愈坚硬、弹性模量高，徐变小；温度愈高、湿度愈低，徐变愈大；尺寸大小，尺寸大的构件，徐变减小。养护和使用条件 对结构的影响：受弯构件的长期挠度为短期挠度的两倍或更多；长细比较大的偏心受压构件，侧向挠度增大，承载力下降；由于徐变产生预应力损失。（不利）截面应力重分布或结构内力重分布，使构件截面应力分布或结构内力分布趋于均匀。（有利） （2）收缩：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象，在水中体积膨胀。 影响因素：1、水泥的品种：水泥强度等级越高，则混凝土的收缩量越大； 2、水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大； 3、骨料的性质：骨料的弹性模量大，则收缩小； 4、养护条件：在结硬过程中，周围的温、湿度越大，收缩越小； 5、混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小； 6、使用环境：使用环境的温度、湿度大时，收缩小； 7、构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。 对结构的影响：会使构件产生表面的或内部的收缩裂缝，会导致预应力混凝土的预应力损失等。 措施：加强养护，减少水灰比，减少水泥用量，采用弹性模量大的骨料，加强振捣等。 混凝土的疲劳是荷载重复作用下产生的。（200万次及其以上） 二、钢筋 光圆钢筋：HPB235 表面形状 带肋钢筋：HRB335、HRB400、RRB400 有明显屈服点的钢筋：四个阶段（弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、破坏阶段），屈服强度力学性能是主要的强度指标。 （软钢）
首页-我的作业列表-《结构设计原理》第一次作业答案 欢迎你，刘晓星（DI4131R6009 '你的得分：100.0 完成日期：2014年07月02日10点04分 一、单项选择题。本大题共25个小题，每小题2.0 分，共50.0分。在每小题给出的选项中，只有一 项是符合题目要求的。 若用S表示结构或构件截面上的荷载效应，用R表示结构或构件截面的抗力，结构或构件截面处于极限状态时，对应于（）式。 （B ） R> S R= S R v S R WS 对所有钢筋混凝土结构构件都应进行（）。 （D ） 抗裂度验算 裂缝宽度验算 变形验算 承载能力计算混凝土各项强度指标的基本代表值是（）。 （B ） 轴心抗压强度标准值立方体抗压强度标准值 轴心抗压强度平均值立方体抗压强度平均值 工程结构的可靠指标3与失效概率P f之间存在下列（）关系。 （D ） 3愈大，P f愈大 3与P f呈反比关系 3与P f呈正比关系 3与P f存在一一对应关系，3 愈大，P f愈小
(B ) a b c d 热轧钢筋冷拉后，()。 (A ) 可提高抗拉强度和抗压强度只能提高抗拉强度 可提高塑性，强度提高不多 只能提高抗压强度 无明显流幅钢筋的强度设计值是按()确定的。 (C ) 材料强度标准值x材料分布系数 材料强度标准值/材料分项系数 0.85 x材料强度标准值/材料分项系数 材料强度标准值/ (0.85 x材料分项系数) 钢筋混凝土梁的受拉区边缘混凝土达到下述哪一种情况时，开始出现裂缝？( ) (A ) 达到混凝土实际的轴心抗拉强度 达到混凝土轴心抗拉强度标准值 达到混凝土轴心抗拉强度设计值 达到混凝土弯曲受拉时的极限拉应变值 (D ) a b c d
第一章 1.钢筋混凝土梁比素混凝土梁，有哪些改善？ （1）钢筋混凝土梁充分利用了钢筋和混凝土各自的材料特点，使二者结合，共同工作。（2）提高构件的承载能力 （3）改善构件的受力性能 2.钢筋和混凝土共同工作机理？ （1）钢筋和混凝土之间有着良好的粘结力，在荷载作用下能很好的共同变形。 （2）钢筋和混凝土的线膨胀系数接近，当温度改变时，两者变形接近，不会产生较大的相对变形而破坏二者之间的粘结。 （3）混凝土作为保护层，保护钢筋不发生锈蚀。 3.钢筋混凝土结构的优点？ （1）钢筋被混凝土包裹不致锈蚀，有较好的耐久性。 （2）充分发挥了混凝土和钢筋两种材料的特点，形成的构件有较大的承载力和刚度。（3）可模性好，可以根据需要浇筑成各种结构形状和尺寸的结构。 （4）所用原材料大部分为砂石，便于就地取材。 （5）现浇钢筋混凝土结构整体性较好，设计合理时有良好的抗震、抗爆和抗振动性能。（6）耐火性较好，钢筋混凝土结构与钢结构相比具有较好的耐火性。 4.钢筋混凝土结构的缺点？ （1）自重大，使得结构很大一部分承载力消耗在承受自重上。 （2）抗裂性能较差，往往是带缝工作。 （3）施工受气候条件影响较大。 （4）检测、加固、拆除比较困难。 5.混凝土强度的3个指标（基本代表值）？
（1）混凝土立方体抗压强度fcu：边长为150mm的立方体标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95％以上的潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和试验方式测得的抗压强度值。（立方体抗压强度标准值fcuk，具有95%的强度保证率，是混凝 土强度等级分级的根据。） （2）混凝土轴心抗压强度fc（棱柱体抗压强度）：以150mm×150mm×300mm的 标准试件，按照与立方体试件相同条件和试验方法，所得棱柱体抗压强度值称为混凝土轴心抗压强度。 （3）混凝土轴心抗拉强度ft：通过劈裂试验测定混凝土劈裂抗拉强度fts，再乘换算系数 0.9，得到混凝土轴心抗拉强度。 6.徐变：在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，亦即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种现象被称为徐变。 7.减小徐变的手段？ 降低水灰比，减少水泥用量；增大集料的体积比；适当提高混凝土养生的温度和湿度，使得水泥水化更充分。 8.徐变的好处与坏处？ 好处：（1）有利于结构构件产生应力重分布，减少应力集中现象（2）减小大体积混凝土的温度应力 坏处：（1）引起预应力损伤（2）在长期高应力作用下会导致破坏 9.混凝土的收缩：在混凝土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。10：热轧钢筋的强度限值为什么取屈服强度？ 热轧钢筋受拉达到屈服点后，有比较大的流幅，构件会出现很大的变形和过宽的裂缝而不能正常使用，因此以屈服强度作为钢筋强度的限值。 对于硬钢，没有明显的流幅，一般取残余应变为0.2%时对应的应力作为其强度限值，称为条件屈服强度。 11.光圆钢筋与混凝土粘结机理？ （1）钢筋与混凝土中水泥胶体的胶结力 （2）钢筋与混凝土接触面上的摩擦力
本学期的第4次作业 二、主观题(共13道小题) 10. 极限状态法按预定功能划分为哪几种极限状态？ 答：极限状态法按预定功能划分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。 11. 钢管混凝土中，为什么混凝土的强度能提高？ 答：因为在较高应力状态下，混凝土的泊松比大于钢材泊松比，这样钢管对其内的混凝土形成横向“套箍作用”。 12. 为什么以钢材的屈服强度作为静力强度设计指标？ 答：（1）有强化阶段作为安全储备； （2）不致产生工程中不允许的过大变形； （3）实测值较为可靠； （4）可以近似沿用虎克定律。 13. 为什么伸长率试验时要规定标距长度？ 答：因为不同标距的试件测出的伸长率大小不同。 14. 防止脆性断裂的措施有哪些？ 答：（1）采用性能较好的钢材； （2）减少应力集中程度； （3）采用较薄厚度的钢板组成构件。 15. 什么叫钢材的硬化？ 答：钢材因加工等原因使其强度提高，塑性降低的现象。
16. 应力集中如何影响钢材的性能？ 答：应力集中会导致三向同号受力，与单向受力相比，三向同好受力更容易发生脆性断裂。 17. 什么叫钢材的塑性破坏？ 答：钢材应力达到或超过其屈服强度，破坏前有明显变形给以预兆，破坏不突然。 18. 影响钢材疲劳破坏的主要因素有哪些？ 答：（1）钢材本身的质量； （2）应力集中程度； （3）应力比； （4）应力循环次数； （5）应力幅。 19. 钢板厚度如何影响钢材脆性断裂？ 答：钢板厚度越大，因应力集中引起（三向同号受力中）板厚方向的应力就越大，主剪应力就越小，正应力就越有可能起控制作用，所以钢板越厚，越有可能发生度如何影响钢脆性断裂。 20. 各级焊缝的实际强度与母材强度的相对大小关系如何？规范规定如何取值？ 答：各级焊缝的抗压强度没有明显差异，可抗拉、抗剪就不同了。试验表明一、二级焊缝的实际强度高于母材强度，规范取母材强度；三级焊缝的拉、剪强度低于母材强度，规范专门规定了其取值。 21.
二．填空题： 1．我国钢材按化学成分可以分为、普通低合金钢两大类。2．在钢筋混凝土构件中钢筋的作用是替混凝土受拉和。 3．混凝土的强度指标有混凝土的立方体强度、和混凝土轴心抗压强度。 4．混凝土的变形可分为受力变形和。 5．钢筋被混凝土包住，可以保护钢筋免于生锈，保证结构的。6．公路桥涵设计中所采用的荷载有永久荷载、可变荷载和。 7．当永久作用的效应对结构安全不利时，其作用分项系数取。8．当结构的状态函数Z服从正态分布时，其可靠指标与Z的成正比。9．容许应力是以平截面和的假定为基础。 10．近几十年来钢筋混凝土结构计算理论的发展，主要是由容许应力法向发展。 11．钢筋混凝土受弯构件常用的截面形式有矩形、和T形等。12．钢筋混凝土板可分为整体现浇板和。 13．混凝土保护层是具有足够厚度的混凝土层，它是取钢筋边缘至构件截面表面之间的。 14．肋板式桥的桥面板可分为周边支承板和。 15．梁内的钢筋常常采用骨架形式， 一般分为绑扎钢筋骨架和两种 形式。 16．为了避免少筋梁破坏，必须确定 钢筋混凝土受弯构件的。 17．受弯构件在荷载作用下，各截面 上除产生弯矩外，一般同时还 有。 18．把配有纵向受力钢筋和腹筋的梁 称为。 19．在矩形截面梁中，主拉应力的数 值是沿着某一条主拉应力轨迹线 逐步增大的。 20．随着剪跨比的变化，无腹筋简支 梁沿斜截面破坏的主要形态有斜拉破 坏、斜压破坏和。 21．当主拉应力超过混凝土的抗拉强 度时，构件便会。 22．钢筋混凝土构件抗扭性能有两个 重要衡量指标，它们分别是构件的开裂 扭矩和构件的。 23．根据抗扭配筋率的多少，钢筋混 凝土矩形截面受扭构件的破坏形态一般 可分为少筋破坏、、超筋破坏 和部分超筋破坏。 24．在纯扭作用下，构件的裂缝总是 与构件纵轴成方向发展。 25．扭矩和抗扭刚度的大小在很大程 度上取决于的数量。 26．普通箍筋的作用是防止纵向钢 筋，并与纵向钢筋形成钢筋骨 架，便于施工。 27．轴压柱中，螺旋箍筋的作用是使 截面中间部分混凝土成为，从 而提高构件的承载力和延性。 28．按照构件的长细比不同，轴心受 压构件可分为两种。 29．在长柱破坏前，增加得 很快，使长柱的破坏来得比较突然，导 致失稳破坏。 30．当钢筋混凝土螺旋箍筋柱承受轴 心压力时，核心部分的混凝土将处于 的工作状态。 31．钢筋混凝土偏心受压构件随着偏 心距的大小及纵向钢筋配筋情况不同， 有两种主要破坏形态，分别是受拉破坏 和。 32．可用受压区高度界限系数或 来判别两种不同偏心受压破坏形态。 33．钢筋混凝土偏心受压构件按长细 比可分为短柱、长柱和。 34．实际工程中最常遇到的是长柱， 由于最终破坏是材料破坏，因此在设计 计算中需考虑由于构件侧向挠度而引起 的的影响。 35．试验研究表明，钢筋混凝土圆形 截面偏心受压构件的破坏最终表现 为。 36．当纵向拉力作用线与构件截面形 心轴线相重合时，此构件为。 37．对受拉构件施加一定的，
第一章 钢筋混凝土结构基本概念及材料的物理力学性能 1.混凝土立方体抗压强度cu f ：（基本强度指标）以边长150mm 立方体试件，按标准方法制作养护28d ，标准试验方法（不涂润滑剂，全截面受压，加载速度0.15~0.25MPa/s ）测得的抗压强度作为混凝土立方体抗压强度 cu f 。 影响立方体强度主要因素为试件尺寸和试验方法。尺寸效应关系： cu f （150）=0.95cu f （100） cu f （150）=1.05cu f （200） 2.混凝土弹性模量和变形模量。 ①原点弹性模量：在混凝土受压应力—应变曲线图的原点作切线，该切线曲率即为原点弹性模量。表示为：E '=σ/ε=tan α0 ②变形模量：连接混凝土应力应变—曲线的原点及曲线上某一点K 作割线，K 点混凝土应力为σc （=0.5c f ），该割线（OK ）的斜率即为变形模量，也称割线模量或弹塑性模量。 E c '''=tan α1=σc /εc 混凝土受拉弹性模量与受压弹性模量相等。 ③切线模量：混凝土应力应变—上某应力σc 处作一切线，该切线斜率即为相应于应力σc 时的切线模量''c E =d σ/d ε 3 . 徐变变形：在应力长期不变的作用下，混凝土的应变随时间增长的现象称为徐变。 影响徐变的因素：a. 内在因素，包括混凝土组成、龄期，龄期越早，徐变越大；b. 环境条件，指养护和使用时的温度、湿度，温度越高，湿度越低，徐变越大；c. 应力条件，压应力σ﹤0.5 c f ，徐变与应力呈线性关系；当压应力σ介于（0.5～0.8）c f 之间，徐变增长比应力快；当压应力σ﹥0.8 c f 时，混凝土的非线性徐变不收敛。 徐变对结构的影响：a.使结构变形增加；b.静定结构会使截面中产生应力重分布；c.超静定结构引起赘余力；d.在预应力混凝土结构中产生预 应力损失。 4.收缩变形：在混凝土中凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减少的现象称为收缩。 混凝土收缩原因：a.硬化初期，化学性收缩，本身的体积收缩；b.后期，物理收缩，失水干燥。 影响混凝土收缩的主要因素：a.混凝土组成和配比；b.构件的养护条件、使用环境的温度和湿度，以及凡是影响混凝土中水分保持的因素；c.构件的体表比，比值越小收缩越大。 混凝土收缩对结构的影响：a.构件未受荷前可能产生裂缝；b.预应力构件中引起预应力损失；c.超静定结构产生次内力。 5.钢筋的基本概念 1.钢筋按化学成分分类，可分为碳素钢和普通低合金钢。 2钢筋按加工方法分类，可分为a.热轧钢筋；b.热处理钢筋；c.冷加工钢筋（冷拉钢筋、冷轧钢筋、冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋。） 6.钢筋的力学性能 物理力学指标：（1）两个强度指标：屈服强度，结构设计计算中强度取值主要依据；极限抗拉强度，材料实际破坏强度，衡量钢筋屈服后的抗拉能力，不能作为计算依据。（2）两个塑性指标：伸长率和冷弯性能：钢材在冷加工过程和使用时不开裂、弯断或脆断的性能。 7.钢筋和混凝土共同工作的的原因：（1）混凝土和钢筋之间有着良好的黏结力；（2）二者具有相近的温度线膨胀系数；（3）在保护层足够的前提下，呈碱性的混凝土可以保护钢筋不易锈蚀，保证了钢筋与混凝土的共同作用。 第二章 结构按极限状态法设计计算的原则 1.结构概率设计的方法按发展进程划分为三个水准：a.水准Ⅰ，半概率设计法，只对影响结构可靠度的某些参数，用数理统计分析，并与经验结合，对结构的可靠度不能做出定量的估计；b.水准Ⅱ，近似概率设计法，用概率论和数理统计理论，对结构、构件、或截面设计的可靠概率做出近似估计，忽略了变量随时间的关系，非线性极限状态方程线性化；c.水准Ⅲ，全概略设计法，我国《公桥规》采用水准Ⅱ。 2.结构的可靠性：指结构在规定时间（设计基准期）、规定的条件下，完成预定功能的能力。 可靠性组成：安全性、适用性、耐久性。 可靠度：对结构的可靠性进行概率描述称为结构可靠度。 3.结构的极限状态：当整个结构或构件的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为该功能的极限状态。 极限状态分为承载能力极限状态、正常使用极限状态和破坏—安全状态。 承载能力极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形，具体表现：a.整个构件或结构的一部分作为刚体失去平衡；b.结构构件或连接处因超过材料强度而破坏；c.结构转变成机动体系；d.结构或构件丧失稳定；e.变形过大，不能继续承载和使用。 正常使用极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，具体表现：a.由于外观变形影响正常使用；b.由于耐久性能的局部损坏影响正常使用；c.由于震动影响正常使用；d.由于其他特定状态影响正常使用。 破坏—安全状态是指偶然事件造成局部损坏后，其余部分不至于发生连续倒塌的状态。（破坏—安全极限状态归到承载能力极限状态中） 4.作用：使结构产生内力、变形、应力、应变的所有原因。 作用分为：永久作用、可变作用和偶然作用。 永久作用：在结构使用期内，其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的作用 可变作用：在结构试用期内，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比较不可忽略的作用。
《结构设计原理》课程教学试验指导 陈晓强编 钱培舒核 东南大学交通学院 桥梁与隧道工程系 2007年6月
试验一：钢筋混凝土矩形截面简支梁正截面抗弯试验 一、试验目的 研究适筋梁、超筋梁和少筋梁在纯弯区段内，沿截面高度混凝土的应变，观察梁的裂缝出现和开展及梁的挠度变化。观察梁最后破坏的外观特征。加深对钢筋混凝土梁正截面的三个工作阶段和两种破坏特征(塑性破坏、脆性破坏)的认识。 二、试验内容 1.观察梁在纯弯段内的第一条裂缝出现和开展过程，记下开裂荷载。 2.用位移计测量梁的跨中截面在各级荷载下的挠度值和支座沉降量，计算出梁的跨中截面在各级荷载下的实际挠度值，并绘制荷载—挠度的关系曲线，验证理论的开裂荷载是否正确。 3.用应变计量测梁的纯弯段内截面不同高度处混凝土应变值及主筋应变，绘制出沿梁高而变化的平均应变分布图，验证平截面假定是否成立。 4.观察梁的破坏特征和延性对比，记录下破坏荷载。 三、试验梁尺寸及试验方法 1. 受弯试验梁尺寸及配筋图，混凝土按强度等级C40进行配制。 图1—1 受弯试验梁尺寸及配筋(尺寸单位：mm)
2. 实验设备 ①反力架与加荷千斤顶 ②磁性表架与大行程百分表 ③手持应变仪、数据采集仪 ④读数显微镜 ⑤钢尺、铅笔等 3. 实验方法 ①受弯试验根据课程要求分适筋梁、超筋梁和少筋梁三组进行，按照一班分三组，一组十人的规模方式进行。 ②试验在静力试验台座上进行，用千斤顶、分配梁和反力架组合成加载系统，进行两点加载。 ③通过数据采集仪对荷载、应变和挠度传感器进行数据采集；或用手持应变仪量测截面应变，用百分表量测挠度，用读数显微镜测量裂缝宽度。 4.试验步骤 ①未加荷载前读出应变计、位移计和千斤顶油压表的初读数，检查混凝土梁的表面有无初始裂缝。 ②试验分五级加载，每次加荷维持3~5分钟后，再读取应变仪和位移计的各级读数。 ③在估计的开裂荷载前加载级差应减小，直至观察到第一条裂缝的出现。使用读数显微镜，读取主筋位置处的裂缝宽度。 ④.开裂后继续分级加载，观察各条裂缝开展形态，读取主筋位置处的裂缝宽度，及时用铅笔在梁上实际裂缝的近旁（2～3mm处）描绘裂缝开展图，在裂缝末端注明相应的加载数值。 ⑤加载至估计的破坏荷载之前，注意观察描述破坏时的特征，记录下破坏荷载值。 四、试验资料整理 1.材料力学性能、荷载分级及实测数据 (1)混凝土轴心抗压强度 f= MPa，钢筋抗拉强度s f= MPa。 c (2)实测数据汇总表 a、B—1梁
结构设计原理 交卷时间：2016-11-05 15:53:42一、单选题 1. (2分)钢筋屈服状态指 得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案B 解析 考查要点： 试题解答： 2. (2分)地震荷载属于（）
得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案D 解析 考查要点： 试题解答： 3. (2分)下列对结构的分类不属于按受力特征分类的是：（） 得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案A 解析 考查要点： 试题解答： 4. (2分) 直径300mm的轴心受压柱，由C25混凝土（f cd=11.5Mpa），HPB300（f sd=270Mpa）钢筋制作，要它能够承担1400kN的压力，最好选直径25mm的钢筋（）根。
得分： 2 知识点：结构设计原理考试题 答案C 解析 考查要点： 试题解答： 5. (2分)梁内抵抗弯矩的钢筋主要是（） 得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案A 解析 考查要点： 试题解答： 6. (2分)事先人为引入内部应力的混凝土叫（）。
得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案C 解析 考查要点： 试题解答： 7. (2分)下列描述是适筋梁的是（） 得分： 2 知识点：结构设计原理考试题 答案C 解析 考查要点： 试题解答： 8. (2分)拉伸长度保持不变，钢筋中的应力随时间而减小的现象叫（）。
得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案D 解析 考查要点： 试题解答： 9. (2分)针对地震荷载的计算属于（） 得分： 2 知识点：结构设计原理考试题 答案D 解析 考查要点： 试题解答： 10.
结构设计原理第十二章作业 1、何谓预应力混凝土？为什么要对构件施加预应力？ 答：在工程结构构件承受荷载之前，对受拉模块中的钢筋，施加预应力，提高构件的强度，推迟裂缝出现的时间，增加构件的耐久性。对于机械结构看，其含义为预先使其产生应力，其好处是可以提高构造本身刚性，减少震动和弹性变形，这样做可以明显改善受拉模块的弹性强度，使其原本的抗性更强。在结构承受外荷载之前，预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力，以改善结构使用的性能的结构型式称之为预应力结构。 2、什么是预应力度？《公路桥规》对预应力混凝土构件如何分类？ 答：预应力度：由预加应力大小确定的消压弯矩与外荷载产生的弯矩的比值。 《公路桥规》分三类：○1全预应力混凝土构件—在作用（荷载）短期效应组合下控制的正截面受拉边缘不允许出现拉应力（不得消压）○2部分预应力混凝土构件—在作用（荷载）短期效应组合下控制的正截面受拉边缘出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝○3钢筋混凝土构件—不预加应力的混凝土构件 3、预应力混凝土的预加力施工方法有哪些？ 答;机械法(先张法、后张法)、电热法、自张法 4、什么是先张法？先张法构件是如如何实现预应力筋的锚固？ 答：（1）先张法是在浇筑混凝土前张拉预应力筋，并将张拉的预应力筋临时锚固在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，待混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75％，保证预应力筋与混凝土有足够的粘结时，放松预应力筋，借助于混凝土与预应力筋的粘结，对混凝土施加预应力的施工工艺。 （2）采用握裹锚固 5、什么是后张法？后张法构件是如何实现预应力筋的锚固的？ 答：（1）后张法是先浇筑构件混凝土待混凝土结硬后再张拉预应力钢筋并锚固的方法。 （2）利用锚具锚固 6.公路桥梁中常用的制孔器有哪些？ 答：橡胶管制孔器、金属伸缩管制孔器、钢管制孔器 7、预应力混凝土结构对所使用的混凝土有何要求？ 答：（1）高强度。预应力混凝土必须具有较高的抗压强度，才能建立起较高的预压应力，并可减小构件截面尺寸，减轻结构自重，节约材料。对于先张法构件，高强混凝土具有较高的粘结强度。 （2）收缩徐变小。这样可减小预应力损失。
结构设计原理案例计算步骤 一、单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 计算公式： ——水平力平衡 （）——所有力对受拉钢筋合力作用点取矩（） （）——所有力对受压区砼合力作用点取矩（）使用条件： 注：/，&& 计算方法： ㈠截面设计yy 1、已知弯矩组合设计值，钢筋、混凝土强度等级及截面尺寸b、h，计算。 ①由已知查表得：、、、； ②假设； ③根据假设计算； ④计算（力矩平衡公式：）； ⑤判断适用条件：（若，则为超筋梁，应修改截面尺寸或提 高砼等级或改为双筋截面）； ⑥计算钢筋面积（力平衡公式：）； ⑦选择钢筋，并布置钢筋（若 ，则按一排布置）； 侧外 ⑧根据以上计算确定（若与假定值接近，则计算，否则以的确定值作 为假定值从③开始重新计算）； ⑨以的确定值计算； ⑩验证配筋率是否满足要求（，）。 2、已知弯矩组合设计值，材料规格，设计截面尺寸、和钢筋截面面积。 ①有已知条件查表得：、、、； ②假设，先确定； ③假设配筋率（矩形梁，板）； ④计算（，若，则取）； ⑤计算（令，代入）； ⑥计算（，&&取其整、模数化）； ⑦确定（依构造要求，调整）； ⑧之后按“1”的计算步骤计算。 ㈡承载力复核 已知截面尺寸b、，钢筋截面面积，材料规格，弯矩组合设计值，
所要求的是截面所能承受的最大弯矩，并判断是否安全。 ①由已知查表得：、、、； ②确定； ③计算； ④计算（应用力平衡公式：，若，则需调整。令， 计算出，再代回校核）； ⑤适用条件判断（，，）； ⑥计算最大弯矩（若，则按式计算最大弯矩） ⑦判断结构安全性（若，则结构安全，但若破坏则破坏受压区，所以应以受压区控制设计；若,则说明结构不安全，需进行调整——修改尺寸或提高砼等级或改为双筋截面）。 二、双筋矩形截面梁承载力计算 计算公式： ， ，（）+（） 适用条件： （1） （2） 注：对适用条件的讨论 ①当&&时，则应增大截面尺寸或提高砼等级或增加的用量（即 将当作未知数重新计算一个较大的）；当时，算得的即为安全要 求的最小值，且可以有效地发挥砼的抗压强度，比较经济； ②当&&时，表明受压区钢筋之布置靠近中性轴，梁破坏时应变较 小，抗压钢筋达不到其设计值，处理方法： a.《公桥规》规定：假定受压区混凝土压应力的合力作用点与受压区钢筋合力作用 点重合，并对其取矩，即 令2，并 （） 计算出； b.再按不考虑受压区钢筋的存在（即令），按单筋截面梁计算出。 将a、b中计算出的进行比较，若是截面设计计算则取其较小值，若是承载能力复核则取其较大值。 计算方法： ㈠截面设计 1.已知截面尺寸b、h，钢筋、混凝土的强度等级，桥梁结构重要性系数，弯矩组合 设计值，计算和。 步骤： ①根据已知查表得：、、、、； ②假设、（一般按双排布置取假设值）； ③计算；
东北林业大学土木工程学院 教案 教研室：桥梁教研室 课程名称：结构设计原理 课程类型：专业基础课 学时： 72 讲课教师：贾艳敏 教案的有关要求： 教师应该在充分备课的基础上，每节课前应写好教案（课时计划）。教案一般应包括下列内容：本次课的目的、要求；讲授内容提要，重点、难点及其解决方法；各教学环节及时间分配；根据本节课的内容特点所采取的教学方法何实施步骤；模型、图表、幻灯、录像、演示实验、多媒体、CAI的配套使用；课堂讨论与课外学习的思考题、练习题及作业题；检测教育目标实现程序的具体措施等。
第一节课 本次课的目的：使同学了解钢筋混凝土结构发展，现状与应用 要求；学生掌握结构设计原理课程的研究方法 讲授内容提要，介绍钢筋混凝土结构发展，现状与应用，钢筋混凝土结构设计原理课程所讲述的内容、研究的方法 重点：设计原则 难点及其解决方法；该节课没有难点 各教学环节及时间分配：讲授2学时 根据本节课的内容特点所采取的教学方法：多媒体教学 第二节课 本次课的目的：使学生掌握钢筋混凝土构件受力特点，工作性能及优点，了解钢筋、混凝土材料本身的特性。重点掌握混凝土各种强度指标。 要求：学生掌握钢筋、混凝土各种强度指标 讲授内容提要：钢筋混凝土构件受力特点，工作性能及优点，钢筋、混凝土各种指标。 重点：混凝土各种强度指标 难点及其解决方法；该节课没有难点 各教学环节及时间分配：讲授1.6学时，讨论0.4学时 根据本节课的内容特点所采取的教学方法：多媒体教学 第三节课 本次课的目的：使学生掌握结构上的作用、构的抗力及其不定因素、结构的功能要求 要求：学生必须掌握作用的定义、分类及结构的功能要求。 讲授内容提要：结构上的作用、构的抗力及其不定因素、结构的功能要求。 重点：作用的分类，结构的抗力 难点及其解决方法；该节课没有难点 各教学环节及时间分配：2学时 根据本节课的内容特点所采取的教学方法：多媒体教学 第四节课 本次课的目的：使学生掌握作用效应组合、正常使用极限状态计算应计算的内容要求：学生掌握结构的极限状态的定义、分类；结构安全等级，作用效应组合讲授内容提要：结构的极限状态、结构安全等级，作用效应组合、基本组合、偶然组合、短期组合、长期组合 重点：作用效应组合、正常使用极限状态计算应计算的内容 难点及其解决方法；极限状态，列举工程实例 各教学环节及时间分配：2学时 根据本节课的内容特点所采取的教学方法：多媒体教学
立方体抗压强度fcu>轴心抗压强度fc>轴心抗拉强度ft ；fcu 和试验方法、实验尺寸有关。试验尺寸越小，强度值越大。（1）双向受压时，一向混凝土强度随另一向压应力增加而增加；（2）双向受拉时，双向抗拉强度接近单向抗拉强度（3）一侧受拉一侧受压，强度均低于单向受力强度。 影响砌体抗压强度主要因素：块材的强度、尺寸和形状，砂浆的物理力学性能，砌筑质量 分为荷载作用下的变形和体积变形（收缩）。徐变：在荷载长期作用下，混凝土变形随时间增加而增加，应力不变的情况下，应变随时间增加。 （1）混凝土强度越高，应力应变曲线下降越剧烈，延性越差。（2）应变速率小，峰值应力fc 降低，峰值应变增大，下降段曲线显著减缓（3）测试技术和实验条件 后者与前者相比，后者没有明显的流服或屈服点。同时其强度很高，但延伸率大为减少， 塑性性能降低。 软钢：有物理屈服点。以屈服点处的强度值作为计算承载力时的强度极限。 硬钢：无物理屈服点。设计上取相应残余应变为0.2%的应力作为假定屈服强度 结构功能：（1）结构应能承受在正常施工和正常使用期间出现的各种荷载、外加变形、约束变形的作用（2）结构在正常使用条件下具有良好的工作性能（3）结构在正常使用和正常维护条件下，具有足够的耐久性（4）在偶然荷载作用下或偶然事件发生时、发生后，结构仍能保持整体稳定性，不发生倒塌。 功能函数：Z=R-S ≥０结构处于可靠、极限状态。 (1)适筋梁破坏；钢筋先屈服后混凝土被压碎，属延性破坏。 (2)超筋梁破坏；混凝土先被压碎，钢筋不屈服，属脆性破坏。 (3)少筋梁破坏；混凝土一开裂，钢筋马上屈服而破坏，属脆性破坏 （１）平截面假设：混凝土平均应变沿截面高度按直线分布。（２）不考虑混凝土的抗拉强度。拉力全部由钢筋承担。（３）纵向钢筋应力应变方程：s s =s y E f σε≤（纵向钢筋的极限拉应变取0.01） （４）混凝土受压应力应变曲线方程按规定取用 优点：提高了截面承受弯矩的能力；提高截面的延性。 缺点：钢筋用量增多，不经济 若超过４００，则混凝土破坏时钢筋未达到屈服强度，适用高强度钢筋不经济。 梁：纵向受拉钢筋（主钢筋）、弯起钢筋或斜拉钢筋、箍筋、架立钢筋和水平纵向钢筋。梁内
《混凝土结构设计原理》作业参考答案 作业一 一、填空题： 1. 1.05 0.95 接触摩阻力 2.化学胶着力 摩擦力 机械咬合力 3.最小配筋率 4.斜拉破坏 剪压破坏 斜压破坏 脆性破坏 5.少筋破坏 适筋破坏 超筋破坏 适筋破坏 脆性破坏 二、名词解释： 1.剪跨比：是一个无量纲常数，用 m ＝M /(Qh 0)来表示，此处M 和Q 分别为剪弯区段中某个竖直截面的弯矩和剪力，h 0为截面有效高度。 2.《规范》规定的混凝土立方体抗压强度是：边长为150mm 立方体试件、在20°C ±3°C 的温度、相对湿度在95%以上的潮湿空气中、养护28天、按标准制作方法和试验方法测得的具有95%保证率的混凝土抗压强度。 3.预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，预应力筋中预应力会从控制应力开始逐步减少，并经过相当长时间最终稳定下来，这种应力的降低称为预应力损失。 4.当偏心受压构件的相对偏心距00/e h 较小，或受拉侧纵向钢筋配置较多时，受拉侧的钢筋应力较小，没有达到屈服或承受压力，截面是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏。 5.混凝土在长期不变的荷载作用下，混凝土的应变随时间的增加二持续增长的现象。 三、简单题： 1.钢筋混凝土结构中的钢筋和混凝土两种不同的材料为什么能共同工作？ 钢筋与混凝土之所以能共同工作，主要是由于：两者间有良好的粘结力、相近的温度线膨胀系数和混凝土对钢筋的保护作用。 2.什么是结构的承载能力极限状态？它的表现特征包括哪些方面？ 承载能力极限状态：是指结构或结构构件达到最大承载力或不适于极限承载的变形或变位的状态。四个表现特征： （1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡，如滑动、倾覆等； （2）结构构件或连接处因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不能继续承载； （3）结构转变成机动体系；（4）结构或结构构件丧失稳定，如柱的压屈失稳等。 3.预应力混凝土结构中传递和保持预应力的主要方式有哪些？ 预应力混凝土结构，后张法是靠工作锚具来传递和保持预加应力的；先张法则是靠粘结力来传递并保持预加应力的。 4.偏心受压构件的破坏特征如何？主要取决于什么因素？ 破坏特征：大偏心受压构件的破坏从受拉钢筋开始，受拉钢筋先达到屈服强 度，然后受压区混凝土被压坏；小偏心受压构件的破坏从受压区开始，受压 区边缘混凝土先达到极限压应变而破坏，受拉钢筋一般达不到屈服强度。 主要影响因素：相对偏心距大小和配筋率。 四、计算题：
1 配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用是什么？ 混凝土梁的受拉能力很弱，当荷载超过c f 时，混凝土受拉区退出工作，受拉区钢筋承担全部荷载，直到达到钢筋的屈服强度。因此，钢筋混凝土梁的承载能力比素混凝土梁提高很多。 2解释名词： 混凝土立方体抗压强度：以边长为150mm 的混凝土立方体为标准试件，在规定温度和湿度下养护28天，依照标准制作方法，标准试验方法测得的抗压强度值。 混凝土轴心抗压强度：采用150*150*300的混凝土立方体为标准试件，在规定温度和湿度下养护28天，依照标准制作方法和试验方法测得的混凝土抗压强度值。 混凝土抗拉强度：采用100*100*150的棱柱体作为标准试件，可在两端预埋钢筋，当试件在没有钢筋的中部截面拉断时，此时的平均拉应力即为混凝土抗拉强度。 混凝土劈裂抗拉强度：采用150mm 立方体试件进行劈裂抗拉强度试验，按照规定的试验方法操作，按照下式计算A F A F 673.02f ts ==π 3 混凝土轴心受压的应力—应变曲线有何特点？影响混凝土轴心受压应力—应变曲线有哪几个因素？ 完整的混凝土轴心受压的应力-应变曲线由上升段OC ，下降段CD,收敛段DE 组成。 0~时呈直线；~曲线偏离直线。之后，塑性变形显著增大，曲线斜率急速减小，fc 点时趋近于零，之后曲线下降较陡。D 点之后，曲线趋于平缓。 因素：混凝土强度，应变速率，测试技术和试验条件。 4 什么叫混凝土的徐变？影响徐变有哪些主要原因？ 在荷载的长期作用下，混凝土的变形随时间增长，即在应力不变的情况下，混凝土应变随时间不停地增长。这种现象称为混凝土的徐变。 主要影响因素：混凝土在长期荷载作用下产生的应力大小，加载时龄期，混凝土结构组成和配合比，养生及使用条件下的温度和湿度。 5 混凝土的徐变和收缩变形都是随时间而增长的变形，两者有和不同之处？ 徐变变形是在长期荷载作用下变形随时间增长，收缩变形是混凝土在凝结和硬化的物理化学反应中体积随时间减小的现象，是一种不受外力的自由变形。 6 普通热轧钢筋的拉伸应力-应变关系曲线有什么特点？《公路桥规》规定使用的普通热轧钢筋有哪些强度级别？强度等级代号分别是什么？ 答：屈服钢筋从试验加载到拉断共四个阶段：弹性阶段，屈服阶段，强化阶段，破坏阶段 按屈服强度分为：235MPa ，300MPa ，335MPa ，400MPa ，500MPa 代号：HPB235(R235),HRB335，HRB400，RRB400(KL400)
《结构设计原理（2）》教学大纲 第一部分教学大纲说明 一、课程的性质与任务 1．《结构设计原理》（2）是中央广播电视大学工科土建类土木工程专业（专升本）本科一门必修课程。本课程针对中央广播电视大学土木工程专业（专科）学生具有钢筋混凝土结构基本知识，在此基础上，理解结构设计理论，掌握构件计算方法。本课程的主要任务是：1）理解结构设计理论，掌握构件设计计算方法。2）了解现行《公路桥规》对结构构件计算的有关规定。 2．《结构设计原理》课程是在已开设的《建筑材料学》、《材料力学》、《结构力学》等先修课程的基础上设置的专业基础课，后续课程是《桥梁工程》。 3．《结构设计原理》课程内容包括：钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、混凝土与砌体结构、钢结构、钢—混凝土组合结构。 二、课程的目的与要求 1．《结构设计原理》课程研究各种结构构件的设计计算理论、截面应力应变、承载力计算方法。通过对材料力学性能、截面受力性能的分析、结合试验，给出截面承载力计算方法，应力、位移、裂缝计算方法。本课程要求学生重点掌握：结构设计计算理论、截面受力分析、承载力计算方法。 2．《结构设计原理》课程，在了解材料力学性能、本构关系、掌握受力分析的基础上，要求学生了解结构试验方法、观察试验过程、能将试验结果应用到承载力计算中。 3．《结构设计原理》课是一门实践性较强的课程。一方面各种构件计算方法都有试验分析作为基础，同时截面设计要考虑构造要求；另一方面设计计算为工程实际服务。要求学生加强实践性环节：如观摩受弯构件正截面试验分析、受压构件强度试验、预应力施工技术等。了解《公路桥规》有关构造要求。 4．通过习题练习加深对所学内容的理解。 三．课程教学要求层次 教学环节中，基本概念、定义、截面性质、受力性能等概念，由低到高分为“知道、了解、掌握”三个层次。有关截面承载力计算、应力计算、连接计算、变形、裂缝计算等公式及其设计计算方法，由低到高分为“会、掌握、熟练掌握”三个层次。 第二部分媒体使用与教学过程建议 一．学时分配与学分 1．学时分配 本课程共72个学时（具体课时分配如下表）。