完整word版课后习题答案叶见曙主编结构设计原理1 9章

1、结构设计原理课后答案第一章1- 1配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用是什么？答：当荷载超过了素混凝土的梁的破坏荷载时，受拉区混凝土开裂，此时， 受拉区混凝土虽退出工作，但配置在受拉区的钢筋将承担几乎全部的拉力，能继 续承担荷载，直到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 压碎破坏。1- 2试解释一下名词：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：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 20C 2C的温度和相对湿度在95%以上的潮

2、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feu表示。混凝土轴心抗压强度：我国国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T50081-2002)规定以150mrX 150mrX 300mm勺棱柱体为标准试件，在20E 2C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)称为混凝土轴心抗压强度，用符号fc表示。混凝土劈裂抗拉强度：我国交通部部颁标准公路工程水泥混凝土试验规程fts按下式计算:(JTJ 053-94)规定，采用150mn立方体作为标准试件

3、进行混凝土劈裂抗拉强度测定，按照规定的试验方法操作，则混凝土劈裂抗拉强度fts =生=0.637 Fn AA 。混凝土抗拉强度：采用100X 100X 500mmg凝土棱柱体轴心受拉试验，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测得的混凝土劈裂抗拉强度值换算成轴心抗拉强度，换算时应乘以换算系数0.9，即ft =0.9 fts。1- 3混凝土轴心受压的应力一应变曲线有何特点？影响混凝土轴心受压应力一 应变曲线有哪几个因素？答：完整的混凝土轴心受拉曲线由上升段OC下降段CD和收敛段DE三个阶段组成。上升段：当压应力b

4、0.3fc左右时，应力一一应变关系接近直线变化（0A段），混凝土处于弹性阶段工作。在压应力b -.3fc后，随着压应力的增大，应力一一应变关系愈来愈偏离直线，任一点的应变 E可分为弹性应变和塑性应变两部分， 原有的混凝土内部微裂缝发展，并在孔隙等薄弱处产生新的个别裂缝。当应力达 到0.8 fc （ B点）左右后，混凝土塑性变形显著增大，内部裂缝不断延伸拓展， 并有几条贯通，应力一一应变曲线斜率急剧减小， 如果不继续加载，裂缝也会发展，即内部裂缝处于非稳定发展阶段。当应力达到最大应力b = fc时（c点），应力应变曲线的斜率已接近于水平，试件表面出现不连续的可见裂缝。下降段：到达峰值应力点C后，

5、混凝土的强度并不完全消失，随着应力b的 减小（卸载），应变仍然增加，曲线下降坡度较陡，混凝土表面裂缝逐渐贯通。收敛段：在反弯点D点之后，应力下降的速率减慢，趋于残余应力。表面纵 缝把混凝土棱柱体分为若干个小柱，外载力由裂缝处的摩擦咬合力及小柱体的残 余强度所承受。影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素：混凝土强度、应变速率、测 试技术和试验条件。1- 4什么叫混凝土的徐变？影响徐变有哪些主要原因？答：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，这种现象称为混凝土的徐变。混凝土在长期荷载作用下产生的应力大小；加荷时混凝土的龄期；混凝土

6、的组成成分和配合比； 养护及使用条件下的温度与湿度。主要影响因素：（1）（2）（3）（4）1- 5混凝土的徐变和收缩变形都是随时间而增长的变形，两者有和不同之处？答：徐变变形是在持久作用下混凝土结构随时间推移而增加的应变； 收缩变 形是混凝土在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， 是一 种不受力情况下的自由变形。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：（1）粘结应力：变形差（相对滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪 应力；（2）粘结强度：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

7、的最大平均粘结应力作为钢筋和混凝土的粘结强度；(3)主要措施：光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度均随混凝土等级的提高 而提高，所以可以通过提高混凝土强度等级来增加粘结力； 水平位置钢筋比竖 位钢筋的粘结强度低， 所以可通过调整钢筋布置来增强粘结力； 多根钢筋并排 时，可调整钢筋之间的净距来增强粘结力； 增大混凝土保护层厚度采用带肋 钢筋。第二章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：桥梁结构的功能由其使用要求决定的，具体有如下四个方面：(1) 桥梁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) 桥梁结构在正常使用条件下具有良好的

8、工作性能，例如，不发生影响 正常使用的过大变形和局部损坏；(3) 桥梁结构在正常使用和正常维护条件下，在规定的时间内，具有足够 的耐久性， 例如，不出现过大的裂缝宽度， 不发生由于混凝土保护层碳化导致钢 筋的修饰；( 4)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，桥梁结构仍能保持整体稳定性，不发生倒塌。结构的可靠性： 指结构的安全性、适用性和耐久性。2- 2 结构的设计基准期和使用寿命有何区别？ 答：设计基准期是指对结构进行可靠度分析时， 结合结构使用期， 考虑各种 基本变量与时间的关系所取用的基准时间参数， 设计基准期可参考结构使用寿命 的要求适当选定， 但二者不

9、完全等同。 当结构的使用年限超过设计基准期， 表面 它的失效概率可能会增大， 不能保证其目标可靠指标， 但不等于结构丧失了所要 求的基本功能甚至报废。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。通常设计基准期应该小于寿命期。2- 3 什么叫极限状态？我国公路桥规规定了哪两类结构的极限状态？答： 极限状态 当整个结构或结构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，此特定状态成为该功能的极限状态。承载能力极限状态和正常使用极限状态。2- 4 试解释一下名词：作用、直接作用、间接作用、抗力。作用： 是指使结构产生内力、变形、应力和应变的所有原因

10、；直接作用： 是指施加在结构上的集中力和分布力； 间接作用： 是指引起结构外加变形和约束变形的原因； 抗力： 是指结构构件承受内力和变形的能力。2- 5我国公路桥规规定了结构设计哪三种状况？ 答：持久状况、短暂状况和偶然状况。2- 6结构承载能力极限状态和正常使用极限状态设计计算原则是什么？ 我国公路桥规采用的是近似概率极限状态设计法。 承载能力极限状态的计算以塑性理论为基础，设计的原则是作用效应最不利组合（基本组合）的设计值必须小于或等于结构抗力设计值，即YoSdR。 正常使用状态是以结构弹性理论或弹塑性理论为基础，采用作用（或荷载） 的短期效应组合、长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应

11、组合的影响， 对 构建的抗裂、裂缝宽度和挠度进行验算，并使各项计算值不超过公路桥规规 定的各相应限值。设计表达式为 S d = 22mm，且满足附表要求丄 25.1has =30 +=42.6mm，取 45mm2Sn =200 230 2咒35.8 =68.4mm 30mm及d最小配筋率计算:45( ftd / fsd) =45(1.23/280) =0.2 ,所以配筋率不应小于 0.2%,实际配筋率P = bh。1388=1.5%200x455查表法:查附表可得fcd =11.5M Pa, ftd =1.23M Pa,fsd =280 MP a,=0.56 八 0=1.0假设 as = 40

12、mm，则有效高度 h0 = h - as = 500 - 40 = 460mm。AMA0 =2fcdbhb1 0 乂 145 乂 10611.5*602 5查附表 1-5 得 “3.。815As0 fsd ho=145000000=1381mm20.815x280x4603-17解:查附表可得fed =9.2MPa, ftd = 1.06mPa, fs280MPa。最小配筋率计算：45( ftd / fsd) =45(1.06/280) =0.17，故取 Pmin = 0.2%由配筋图计算得混凝土保护层厚度:C =as -d / 2 =40 -18.4 / 2mm =30.8 d =16mm钢

13、筋净距 Sn=20030.82 38.4=41.6mm，满足实际配筋率:2p _ 603 =0.74%，满足200x410求受压区高度:x91.8m 訓=o.5610=230mmfcdb抗弯承载能力Mu = fcdbx(h0X91 8-5) =9.2x 200x91.8x(410-)= 61500859N m61.5kNM不满足承载能力要求。3-18解:查附表可得 fcd =11.5M Pa, ftd =1.23M Pa, fsd =280 MP=0.56, 丫0 =1.0。弯矩计算值 M =Y0Md =1.0咒-12.9 = -12.9kN m，上侧受拉。采用绑扎钢筋骨架，按一层钢筋布置，假

14、设as = 25mm ,则有效高度ho =h -as =140 25 =115mm。(1)求受压区高度 x有公式 3-14 得：1X12.9X106 =11.5x1000x(115-x)211.5x -2645x +25800 =0x1 = 10.2mm bho = 0.56 100 = 56, x = 219.8mm(舍)(2)求所需钢筋数AAs=fdbxJ10000.2=419mm2fsd28052 2钢筋布置可选 40 12 ( As = 452mm )，或者6$ 10 (471mm )，钢筋布置在受 拉一侧，即上缘。混凝土保护层厚度 C = 30mmd = 12mm，且满足附表要求13

15、.9as =25 +=32mm，取 35mm2最小配筋率计算：45( ftd / fsd) =45(1.23/280) =0.2 ,所以配筋率不应小于 0.2%,实452bh。1000X100 O.45% 3-19解:查附表可得fed =9.2 M Pa,ftd =1.06M Pa, fsd = fsd = 280 MP a,冷=0.56, 丫0 =1.0 ,则弯矩计算值M =Y0Md =1.1勺90 =209kN 询。设as=35mm ,受拉钢筋按两层钢筋布置，假设a 65mm ,则有效高度h0 = h-a =500 -6 5 = 4 3mmA = M fcdbh02(10.5 _ 209咒

16、106 -9.2咒200咒4352咒0.56(1-0.5咒0.56) _612 6mmfsd(ho-as)280X (435 - 35)As Jcdbx sdAs丿2咒200“435 心6）十280泊2.6 =2213.4mm2fsd2803-21解：内梁1. 简支梁计算跨径的1/3，即10/3 = 24200/3 = 8067mm 。2. 取相邻两梁平均间距2200mm3. hh =60mm,bh =1100mm, v1/3b + 6hh + 12hf =16 0+ 66 0 +1250 = 2320mm，满足bf 取三个中的最小值，即 2200mm不满足承载能力要求。边梁空+ b + 6h

17、7= 竺0 +160 + 6咒150 + 60+150 =2260mm，又外侧悬臂板实际宽度2 2 2 2 -为2200mm，所以边梁有效宽度为2200mm3-22受压区高度在翼板厚度内，即xhf，为第一类T形截面，受压区已进入梁 肋，即X Ahf，为第二类T形截面第一类T形截面，中和轴在受压翼板内，受压区高度x 30mm，且大于直径 d保护层厚度c42+95 “as = 68.5mm，则 h0 =1350 -68.5 = 1281.5mm2T形截面有效宽度：l01. 计算跨径的 1/3: =12600/3 =4200mm32. 相邻两梁的平均间距为 2100mm3.b+6hh +12hf =

18、350 +6x40 +12x100 =1790mm所以T梁截面有效宽度bf=1790mm，厚度 f = 100十140 = 120mm2(1)判断T形截面类型:fcdbf hf =11.5x1790x120 =2.47kN *m。fsdAs =280咒1884咒2 =1.06kN m为第一类T形截面(2)求受压区高度 x(3)正截面抗弯能力51 3寸=1326.2kNmMxMu = fcdbf x(h0-m =11.5x1790x51.3x(1281.5满足承载能力要求。3-24先将空心板的圆孔换算成bkhk的矩形孔面积相等：bA =-d2 +ab = -x3802+380X80 =14375

19、444I3 bkhk3 =1“ +2I2 =1952226249121 3惯性矩相等： h =咒380803 =16213333124 2 2兀d4 2d 2 兀d22d 2 兀d212=-(一)2+(40 +)2=9680064581283兀83兀 8hk = 404mm解得：kbk = 356mm故上翼板厚度hf=30(4=98mm下翼板厚度hf =300 一寸=98mm 腹板厚度 b = bf 2bk = 990 2 X 356 = 278mm第四章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：斜拉破坏，发生在剪跨比比较大（m 3）时;剪压破坏，发生在剪跨比在

20、 1兰m 3时;斜压破坏，发生在剪跨比 m cl时。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：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 的上下限物理意义是什么？答：适用范围:）按构造要求配置箍筋Y0Vd (Psv)min由此可得：%务32(0.56咒10冷(2+0.6 p)f；Avfsvbh02(V)2采用直径0 8的双肢箍筋，箍筋截面积 Av =n人=2%50.3= 100.6mm2跨中截面 Vl/2 =Y0Vd,l/2 =1.0咒25.2 =25.2kN , 支点截面 V

21、0 =Y0Vd,0 =1.0咒 124.8 =124.8kN4800V, = LV。h(V0 -V/2)_4800咒124.8-500(124.8-25.2)伯彳 43kNp =100P =2S/ =01%32 (0.56 ：10上)(2 + 0.6 rtfkAsv fsvbh32(V)2(0.56X 103(2 +0.6天2)720咒 100.6天 195% 200咒4362,“ 厂(114.43)2Sv=250mm ,去 Sv=250mm ，箍筋配筋率 2由构造要求得_ Av _100Lsv bSv2 0x 0=456.5mm=$ %0满足要求,根据要求:2 5 0在支座中心向跨径长度方向

22、的500mm范围内，设计箍筋间距Sv=100mm，尔后至跨中截面 统一采用Sv=250mm第六章6-1配有纵向钢筋和普通钢筋的轴心受压短柱与长注的破坏形态有何不同？什么叫作柱的稳定系数W?影响稳定系数的主要因素有哪些？解：1）短柱：当轴向力P逐渐增加时，试件也随之缩短，试验结果证明混凝 土全截面和纵向钢筋均发生压缩变形。当轴向力P达到破坏荷载的90%左右时，柱中部四周混凝土表面出现纵向 裂缝，部分混凝土保护层剥落，最后是箍筋间的纵向钢筋发生屈服，向外鼓出， 混凝土被压碎而整个试验柱破坏。钢筋混凝土短柱的破坏是材料破坏，即混凝土 压碎破坏。2）长柱：在压力P不大时，也是全截面受压，但随着压力增大

23、，长柱不 紧发生压缩变形，同时长柱中部发生较大的横向挠度 u，凹侧压应力较大，凸侧 较小。在长柱破坏前，横向挠度增加得很快，使长柱的破坏来得比较突然，导致失稳破坏。破坏时，凹侧的混凝土首先被压碎，混凝土表面有纵向裂缝，纵向钢 筋被压弯而向外鼓出，混凝土保护层脱落；凸侧则由受压突然转变为受拉，出现 横向裂缝。cp3）稳定系数：钢筋混凝土轴心受压构件计算中，考虑构件长细比增大的附加效应使构件承载力降低的计算系数4）主要影响因素：构件的长细比6-5解：短边b=250mm，计算长细比几=500 = 2O，杳表得b 250一W =0.75, fed =11.5M Pa, fs 28O MP a,% =1

24、.0Nu =0.9 申(fed A + fsd As) =0.9x0.75(11.5x250x25O+ 280x 8O4) = 637.11kN a 丫0肌=560kN，则满足承载能力要求。6-7解：查表得混凝土抗压强度设计值fed =11.5MPa,Yo=1.1，HRB335级钢筋抗压强度设计值fsd =280mPa , R235级钢筋抗拉强度设计值 fsd =195MPa ,轴心压力计算1）截面设计长细比入二上d（1）计算所需纵向钢筋截面积值 N =YoNd =1.1x1560 =1716kN二3000 =6.67 c78.5 * =128.5mm ,由构造要求，间距 S 应满足As071

25、0S dcor / 5 =74mm 和 S 0.5%As0 =业31竺竺空5 =1303mm270N0.9(fcdAcokfsdAs fsd A) =0.9(11.5x 107466.5+2X 1951303+280x1407) = 1924.2kN YoNd =1716kN满足承载力要求!检查混凝土保护层是否会剥落。Nu =0.9W(fcdA+ fsd 代)=0.9咒1咒(11.5咒158962.5 +280X1407) =1999.83kN1.5Nu =1.5勺999.83 =2999.75kNN1924kN故混凝土保护层不会剥落。第七章7-2试简述钢筋混凝土偏心受压构件的破坏形态和破坏类

26、型。答：破坏形态：（1）受拉破坏一大偏心受压破坏，当偏心距较大时，且受拉钢筋配筋率不高时，偏心受压构件的破坏是受拉钢筋先达到屈服强度，然后受压混凝土压坏，临近破坏时有明显的预兆，裂缝显著开展，构件的承载能力取决于受拉钢筋的强度和数量。（2）受压破坏一小偏心受压破坏，小偏心受压构件的破坏一般是受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变， 受压区混凝土被压碎； 同一侧的钢筋压应力达到屈服强度，破坏前钢筋的横向变形无明显急剧增长，正截面承载力取决于受压区混凝土的抗压强度和受拉钢筋强度。破坏类型：1）短柱破坏；2）长柱破坏；3）细长柱破坏构件长细比对截面曲7-3由式（7-2 ）偏心距增大系数与哪些因素有关？

27、2压构件设计。截面复核时，当 4时，为小偏心受压.7-5写出矩形截面偏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 程图注意是流程图7-6解：查表得:fcd =11.5MPa, fsd = fsd = 280MPa,% =1.0N =Nd=542.8x1.0 =542.8kN,M =Md 舁0 =326.6x1.0 = 326.6kN m偏心距 e0 = M= 602mm ,N 542.8弯矩作用平面内的长细比半二色000 =10 5，故应600考虑偏心距增大系数。设 *5 = as = 40mm，贝y h0 = h - as=560mmq =0.2 +2.7鱼Z + Z602h0560

28、1,取匚 1 =1.0匚 2 =1.15-0.04h= 1.15-0.01X6000 =1.051,取匚2 =1.0600所以偏心距增大系数n十一(护1匚2=11400緜 h/ h0(1)大小偏心受压的初步判断+ 1400X602/560 X10 “11.07eo = 1.07X602 = 644mm O.3ho，故可先按照大偏心受压来进行配筋计算。es =%0 + h / 2 -as =644 +300 -40 = 904mm(2)计算所需的纵向钢筋面积 取匕=J =0.56QA _ Nes - fcdbho Eb(10.5rb )As =fsdg -as)二 542.8沢 g。4-11.5

29、%305602 561-0.5.56, 374mm2 280x(560-40)Pmin bh = 360mm2 2Afcdbhb +f sdAs-NAs 所以 As= 374mm，取 4根 12 的钢筋，As= 452mmfsd280J30560.58452-542.8 - 2377mm2取4根28的钢筋。2_ _C-?55q =0.2 +2.7e0 =0.2 + 2.7咒空 A1,取 =1.0 h03601l04000卄J2 eZOUJEOg.051,叽 Z.。所以偏心距增大系数n =1 +1_ (10_)2匚1匚2=1+X102 咒1x1 =1.041400e h1400x638/360/

30、h0(1) 大小偏心受压的初步判断neo =1.04x638 = 664mmO.3ho，故可先按照大偏心受压来进行配筋计算。es =%0 +h/2 -as =664 + 200 -40 = 824mm es =8 - h / 2 +as = 664-200 +40 = 504mm(2)计算所需的纵向钢筋面积2As=942mmX=h0*2 2Nes-fsdAs(h0-as) = 360 -点6022188 X1000 X 824 - 280 942 x (360 - 40)9.2X300=79.8mm C 2asNesAs =fsd(ho -as)2=1058mm 188X1000X504 28

31、0 360-40)取3根22的钢筋,2As = 1140mm7-8解：查表得:fed - 9.2MPa , fsd=fsd= 280MP a,Y0 =1.0N = Nd 丫0 = 174X1.0 =174kN,M = M d 丫0 = 54.8 1.0 = 54.8kN m 350 7.5，故应h 450偏心距0=罟=鬻=315mm，弯矩作用平面内的长细比 考虑偏心距增大系数。as= as=40mm，贝U h0 = h-as = 410mmRZ.7沽。.斗雳1,取匚日0= 1.15 -0.010 =1.15 -0.01 X 3500 =1.07 A1,取匚2 =1.0 h450所以偏心距增大系数7+二(常2十1400爲绡。821.06.h0%0 =1.06x315 = 334mm es =%0 +h/ 2 -as =334 +225 -40 =519mm es =ne0 - h/2 + as =334 -225 + 40 = 149mm弯矩作用平面内截面承载力复核(1)大小偏心受压的初步判断xfcdbx(es h。+?) = fsdAses - fs