结构设计原理习题集

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1 / 48 《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cuf表示。

混凝土轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）：按照及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cf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结构设计原理习题集

2 / 48 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：。式中 tsf—— 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0.9ttsff。

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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应结构设计原理习题集

3 / 48 力水平越高，徐变越大。此外还及试验时的应力种类、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，应力及应变的比值为常数，即为钢筋的弹性模量sE。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，称为结构设计原理习题集

4 / 48 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：

品种

强度等级 直径 屈服强度 外形 强度级别

光圆钢筋 Ⅰ R235(HPB235) 8-20 235

带肋钢筋 Ⅱ HRB335 6-50 335

Ⅲ HRB400 6-50 400

KL400(RRB400) 8-40 400

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）沿钢筋及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结构设计原理习题集

5 / 48 度。平均粘结应力计算式为：，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及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，使用寿结构设计原理习题集

6 / 48 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 及可变结构设计原理习题集

7 / 48 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及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，说明钢筋混凝土板及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结构设计原理习题集

8 / 48 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及层间的净距：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