结构设计原理课后习题答案

1、结构设计原理课后习题答案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

2、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。00.3fc时呈直线；0.30.8fc曲线偏离直线。0.8fc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

3、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

4、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)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？ （1）由于变形差（滑移）沿混凝土与钢筋接触面上产生的剪应力称为粘结应力。 （2）在拔出试验失效时的最大平均应力作为粘结强度。 （3）主要措施：提高混凝土强度，调整钢筋布置位置，调整钢筋间距，增加保护层厚度，使用带肋钢筋。第二章1 桥梁结构的功能包括哪几方面的内容？何谓结构的

5、可靠性？ 安全性，适用性，经济性，耐久性；结构在规定的时间和条件下完成预定功能的能力。2 结构的设计基准期和设计使用年限有何区别？设计基准期选择不考虑环境作用下与材料性能老化等相联系的结构耐久性，而仅考虑可变作用随时间变化的设计量的取值大小，而设计使用年限是与结构适用性失效的极限状态相联系3 什么叫极限状态？极限状态：当结构超过某一特定状态而不能满足某一规定的功能要求时，这一特定的状态称为极限状态。4 试解释一下名词：作用、直接作用、间接作用、抗力。作用： 使结构产生各种反应的总称。直接作用：施加在结构构件上的集中力和分布力间接作用：使结构构件产生外力变形和约束变形的原因。抗力：结构构件抵抗内

6、力和变形的原因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，偶然状况。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？承载能力极限状态：结构效应最不利组合的设计值小于等于结构抗力的设计值正常使用状态：考虑结构的短期效应组合与长期效应组合或短期效应组合考虑长期效应组合的影响，要求各计算值不得超过公路桥规的各相应限值。7什么叫材料强度的标准值和设计值？材料强度标准值：是指标准试件在标准试验条件下经数理统计以概率分布0.05分位值确定的强度值。材料强度设计值：材料强度标准值除以材料性能分项系数后的值。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

7、？作用分为永久作用，可变作用和偶然作用作用的标准值：是结构或结构构件设计过程中，各种作用的基本代表值。可变作用的准永久值：在设计基准期内，可变作用超越的总时间约为设计基准期一半的作用值。可变作用频遇值：在设计基准期内，可变作用超越的总时间为最小比率或超越次数为规定次数的作用值第三章1、说明钢筋混凝土板和钢筋混凝土梁钢筋布置的特点。板：单向板内主钢筋沿板的跨度方向布置在板的受拉区。受力主钢筋的直径不宜小于10mm（行车道板）或8mm（人行道板）。近梁肋处的板内主钢筋，可沿板高中心纵轴线的（1/41/6）计算跨径处按（30°45°）弯起，但通过支承而不弯起的主钢筋，每米板宽内不

8、应少于3根，并不少于主钢筋截面积的1/4。在简支板的跨中和连续梁的支点处，板内主钢筋间距不大于200mm。行车道板受力钢筋的最小混凝土保护层厚度c应不小于钢筋的公称直径且同时满足要求。在板内应设置垂直于板受力钢筋的分布钢筋。梁：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数量决定。可选择的钢筋数量直径一般为（1232）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，当采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。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，含义是什么？ 受弯构件内所配钢筋截面

9、面积与混凝土截面面积的比值，指截面的有效高度。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？保护钢筋不受大气侵蚀和其他环境因素的影响，保证钢筋和混凝土之间的粘结。 影响因素：环境类别，构件形式，钢筋布置4、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。 增强钢筋与混凝土之间的粘结力，保证钢筋之间有一定的间隙浇筑混凝土，方便钢筋布置。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？第阶段：混凝土全截面工作 第阶段末：但由于受拉区混凝土塑性变形的发展，拉应变增长较快，受拉边缘混凝土的拉应变临近极限拉应变，拉应力达到混凝

10、土抗拉强度，表示裂缝即将出现，梁截面上作用的弯矩用表示。 第阶段：荷载作用弯矩到达后，拉区混凝土退出工作，钢筋的拉应力随荷载的增加而增加； 第阶段末：钢筋拉应变达到屈服值时的应变值，钢筋应力达到其屈服强度，第阶段结束。第阶段：钢筋的拉应变增加的很快，但钢筋的拉应力一般仍维持在屈服强度不变。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。第阶段末：截面受压上边缘的混凝土压应变达到其极限压应变值，并且最大压应力是在距上边缘稍下处，压区混凝土的抗压强度耗尽，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。6 什么叫钢筋混凝土少

11、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？ 实际配筋率少于最小配筋率的为少筋梁，大于最小配筋率，小于最大配筋率的为适筋梁，大于最大配筋率的为超筋梁。 少筋梁在受拉区混凝土开裂后，受拉区钢筋迅速达到屈服状态，并进入强化阶段，此时受压区混凝土还未压坏。而裂缝宽度已经很大，挠度过大，钢筋甚至被拉断。 适筋梁在受拉区混凝土开裂后，受拉钢筋首先达到屈服状态，应力不变应变持续增加，直到受压区混凝土达到极限压应变，随后因混凝土压碎而破坏。 超筋梁的破坏是受压区混凝土压碎破坏，受拉区钢筋还没有达到屈服强度。 少筋梁和超筋梁的破坏都很突然，没有预兆，所以称为脆性破坏。7

12、钢筋混凝土适筋梁当受拉钢筋屈服后能否再增加荷载？为什么？少筋梁能否这样？ 适筋梁受拉钢筋屈服后退出工作，受压区混凝土开始受压，知道受压区混凝土达到极限压应变而破坏。 少筋梁裂缝出现在钢筋屈服前，此时构件已不再承受荷载，若继续增加荷载，迅速经历整个流幅而进入强化阶段，此时受拉区混凝土还未压坏，而裂缝宽度已经很宽，挠度过大，钢筋甚至被拉断。8（1）钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算有哪些基本假定？平截面假定，不考虑混凝土的抗拉强度，材料的应力-应变关系。 （2）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有什么不同？对于钢筋混凝土受弯构件，在各个阶段各截面平均应变都能满足平

13、截面假定。对于混凝土受压区，平截面假定是正确的，而对于混凝土受拉区，当裂缝出现后，构件出现了相对滑移，此时不完全符合平截面假定。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？在正截面承载力计算中起什么作用？取值与哪些因素有关？相对受压区高度为受压区高度与截面有效高度比值。相对界限受压区高度：当钢筋混凝土梁受拉钢筋开始屈服时，受压区混凝土达到极限压应变开始破坏，这时的受压区高度与截面有效高度的比值为相对界限受压区高度。用来判别破坏类型，是适筋破坏还是超筋破坏相关因素：受拉区钢筋抗拉强度，受拉钢筋弹性模量，受压区混凝土极限应变值，无量纲系数10在什么情况下可采用钢筋混凝土

14、双筋截面梁？为什么双筋截面梁一定要采取封闭式钢筋？ 1：构件承受弯矩作用组合过大，截面尺寸受到限制且无法提高混凝土强度时，又有大于，而承载能力不足时，采用双筋截面梁2：若不采用封闭式钢筋，受压钢筋会过早凸出，反而造成保护层开裂破坏。11钢筋混凝土双筋截面梁正截面承载力计算公式的适用条件是什么？计算受压区高度应小于，大于13什么叫做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？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范围内，称为受压翼板的有效宽度。规定取下列三者中的最小值。1、简支梁计算跨径的1/3。2、相邻两梁平均间距。3、第四章1钢筋混凝土受弯构件沿

15、斜截面破坏的形态有几种？各在什么情况下发生？斜拉破坏（剪跨比大于3）剪压破坏（大于1小于3）斜压破坏（小于1）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？ 剪跨比，混凝土强度，受拉钢筋配筋率，箍筋数量及强度。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？5适用范围：1）截面尺寸需满足 2）按构造要求配置箍筋物理意义：1）上限值：截面最小尺寸；2）下限值：按构造要求配置钢筋5 解释以下术语剪跨比：，其中M,V分别为弯剪区段某竖向截面所受弯矩值和剪力值。配箍率：剪压破坏：随着荷载的增大，梁的剪弯区段内陆续出现几条斜裂缝，其中一条发展成临界

16、斜裂缝。临界斜裂缝出现后，梁承受的荷载还能继续增加，而斜裂缝伸展至荷载垫板下，直到斜裂缝顶端的混凝土在正应力、剪应力及荷载引起的竖向局部压应力的共同作用下被压酥而破坏。这种破坏为剪压破坏。斜截面投影长度：是纵向钢筋与斜裂缝底端交点到斜裂缝顶端的距离的水平投影长度，与剪跨比和有效高度有关。充分利用点：所有钢筋的强度被充分利用的点不需要点：不需要设置钢筋的点弯矩包络图：沿梁长度各截面上弯矩组合设计值的分布图抵抗弯矩图：又称材料图，是沿梁长度各个正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。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

17、进行钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪承载力复核时，其复核位置应按照下列规定选取： 1）距支座中心h/2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受拉钢筋开始不受力处的截面 3）箍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7 试述纵向钢筋在支座处锚固有哪些规定？答：公路桥规有以下规定： 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钢筋，伸出支点截面以外的长度应不小于10d；对环氧树脂涂层钢筋应不小于12.5d，d为受拉钢筋直径。第五章 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

18、响纯扭构件的破坏形式的？ 少筋破坏，适筋破坏，超筋破坏，部分超筋破坏。2、 受扭构件设计时，如何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？ 受扭构件设计时，应符合抗扭钢筋配筋率的上限值和下限值。 当符合下式时，可不进行承载力计算。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？ 箍筋配筋率： 纵筋配筋率：第六章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？影响稳定系数的主要因素有哪些？ 短柱破坏时柱中部横向挠度很小，破坏时材料破坏，即混凝土被压碎。长柱破坏时横向挠度增长的较

19、快，使长柱破坏的比较突然，导致失稳破坏。 在混凝土轴心受压构件的计算中，考虑到长细比增大使构件的承载能力降低的系数称为轴心受压构件的稳定系数用表示 主要影响因素：构件的长细比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以及复合箍筋的设置，公路桥规有什么规定？ 对于纵向受力钢筋的配筋率要求，一般是从轴心受压构件中不可避免存在混凝土徐变、可能存在的较小偏心弯矩等非计算因素而提出的。第七章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？混凝土偏心受压构件截面形式有矩形，工字型，箱型，圆形；纵向钢筋最常见的配置方式是将纵向钢筋

20、集中放置在截面偏心方向的最外两侧。2试简述钢筋混凝土偏心受压构件的破坏形态和破坏类型。破坏形态：（1）受拉破坏大偏心受压破坏，当偏心距较大时，受拉钢筋先达到屈服强度，然后受压混凝土压坏。正截面承载力取决于受拉钢筋强度和数量。（2）受压破坏小偏心受压破坏，受压区混凝土达到极限压应变被压碎，然后受拉钢筋达到屈服强度。正截面承载力取决于混凝土抗压强度和受拉钢筋强度。破坏类型：短柱破坏，长柱破坏，细长柱破坏。7-3由式（7-2）偏心距增大系数与哪些因素有关？ 由公式可知，构件计算长度，偏心距，截面有效高度，截面高度，荷载偏心率对截面曲率的影响系数，构件长细比对截面曲率的影响系数。7-4钢筋混凝土矩形截

21、面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？答：截面设计时，当时，按小偏心受压构件设计，时，按大偏心受压构件设计。截面复核时，当时，为大偏心受压，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7-10 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：对称布筋时：由于，由此可得可直接求出。然会根据，判断为大偏心受压；，判断为小偏心受压；非对称布筋时：无法直接求出。判断依据为，可先按小偏心受压构件计算；，可先按大偏心受压构件计算 第八章1大小偏心偏心受拉构件的界

22、限如何区分？它们的受力特点与破坏特征有何不同？ 当偏心拉力作用在受拉钢筋合力作用点和受压钢筋合力作用点之间时，为小偏心受拉，当作用于受拉钢筋合力作用点和受压钢筋合力作用点范围之外时，为大偏心受拉。 小偏心受拉：构件临破坏前截面混凝土已全部裂通，拉力全部由钢筋承担。 大偏心受拉：离轴向力较近的一侧将产生裂缝，而离轴向力较远一侧的混凝土仍然受压。破坏时，钢筋达到抗拉强度，受压区混凝土被压碎。2 试从破坏形态、截面压力、计算公式及计算步骤来分析大、小偏心受拉与受压有什么不同之处？3 公路桥规对大小偏心受拉构件纵向钢筋的最小配筋率有哪些要求？ 小偏心受拉构件一侧配筋率应按毛截面面积计算，其值应不小于，

23、同时不小于0.2. 大偏心受拉构件一侧受拉纵筋的配筋率按计算，其值应不小于，同时不小于0.2。4 分析矩形截面受弯构件，偏心受压构件和偏心受拉构件正截面承载能力基本计算公式的异同性。 第九章1 对于钢筋混凝土构件，为什么公路桥规规定必须进行持久状况正常使用极限状态计算和短暂状况应力计算？与持久状况承载能力极限状态计算有何不同之处？钢筋混凝土构件除了可能由于材料强度破坏或失稳等原因达到承载能力极限状态以外，还可能由于构件变形或裂缝过大影响了构件的适用性及耐久性，而达不到结构正常使用要求。因此，钢筋混凝土构件除要求进行持久状况承载能力极限状态计算外，还要进行持久状况正常使用极限状态的计算，以及短暂

24、状况的构件应力计算。不同之处：1）钢筋混凝土受弯构件的承载能力极限状态是取构件破坏阶段，而使用阶段一般取梁带裂缝工作阶段；2) 在钢筋混凝土受弯构件的设计中，其承载能力计算决定了构件设计尺寸、材料、配筋数量及钢筋布置，计算内容分为截面设计和截面复核两部分。使用阶段计算是按照构件使用条件对已设计的构件进行计算，以保证在正常使用状态下得裂缝宽度和变形小于规范规定的各项限值，这种计算称为“验算”；3） 承载能力极限状态计算时汽车荷载应计入冲击系数，作用（或荷载）效应及结构构件抗力均应采用考虑了分项系数的设计值；在多种作用（或荷载）效应情况下，应将各效应设计值进行最不利组合，并根据参与组合的作用（或荷

25、载）效应情况，取用不同的效应组合系数。正常使用极限状态计算时作用（或荷载）效应应取用短期效应和长期效应的一种或两种组合，并且公路桥规明确规定这是汽车荷载可不计冲击系数。2 什么是钢筋混凝土构件的换算截面？将钢筋混凝土开裂截面化为等效的换算截面基本前提是什么？换算截面：将钢筋与受压混凝土组成的实际截面换算成一种拉压性能相同的假想材料组成的匀质截面。基本前提：平截面假定；弹性体假定；混凝土不承受拉应力，拉应力完全由钢筋承受。3 引起钢筋混凝土构件出现裂缝的主要因素有哪些？ 作用效应，外加变形或约束变形，钢筋锈蚀4 影响混凝土结构耐久性的主要因素有哪些？混凝土结构耐久性设计应考虑哪些问题？内部因素：

26、混凝土强度，水泥品种，等级，用量，渗透性，外加剂用量；外部因素：环境温度，湿度，二氧化碳含量。设计应考虑的问题：1，确定设计使用年限2，确定环境类别及作用等级3，提出对混凝土材料的选控要求4，采用有助于耐久性的结构构造，便于施工检修和维护管理。5，采取适当的施工和养护措施6，必要时实施防腐措施。 第十章1 什么叫混凝土构件的局部受压？试说明符号、cor、Ab、Al、Acor和Aln的意义。：混凝土局部承压提高系数 cor ：配置间接钢筋的混凝土局部承压强度提高系数；Ab：局部承压的分布面积 Acor：核心面积 Aln：扣除孔洞后的混凝土局部受压面积。2 局部承压区段混凝土内设置间接钢筋的作用是

27、什么？常用的间接钢筋有哪几种配筋形式？遇到混凝土局部承压时，这样的配筋措施能使局部承压的抗裂性和极限承载能力都有显著提高。方格钢筋网或螺旋式钢筋。 第十二章1何谓预应力混凝土？为什么要对构件施加预应力？预应力混凝土的主要优点是什么？其基本原理是什么？事先人为地在混凝土或钢筋混凝土结构中引入内部应力，且其数值和分布恰好能使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的配筋钢筋混凝土强度。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？由预加应力大小确定的消压弯矩M0与外荷载产生的弯矩Ms的比值，当对构件控制截面受拉边缘的拉应力加以限制时，为A类当构件控制截面受拉边缘拉应力超过限值直到出现不超过限值宽

28、度的裂缝时，为B类4 什么是先张法？先张法预应力混凝土构件是按什么样的工序施工？先张法如何实现预应力筋的锚固？先张法构件有何优缺点？先张拉钢筋，后浇筑混凝土；先在张拉台上张拉预应力钢筋，并进行临时锚固，再浇筑混凝土，待混凝土达到要求强度后，放张，让预应力钢筋回缩；借助混凝土的粘结力；工序简单，钢筋靠粘结力自锚，锚具可重复使用，比较经济，质量也比较稳定。5 什么是后张法？后张法预应力混凝土构件是按什么样的工序施工？后张法如何实现预应力筋的锚固？后张法构件有何优缺点？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；先浇筑混凝土，预留孔道，待混凝土达到强调要求将预应力钢筋穿入预留孔道，张拉预应力钢筋，然后用锚具将钢筋锚固于混凝土构件上最后在预留孔道内压注水泥浆；锚具；不需要固定的台座设备，不受地点限制。工序较多，工艺复杂且锚具不能重复使用。 第十三章 第十六章1什么是圬工结构？它的特点是什么？ 把砖石结构和混凝土结构统称为圬工结构；特点：易于就地取材；耐久性耐火性及稳定性好，维修费用低；施工简便；抗冲击能力强；强度不高；施工周期长；