《结构设计原理》课后单元习题及答案

1.什么是偏心受压构件？

答：当轴向压力N的作用线偏离受压构件的轴线时，此受压构件称为偏心受压构件。

2.钢筋混凝土偏心受压构件的截面形式有哪些？

答：钢筋混凝土偏心受压构件的截面形式如下图所示。矩形截面为最常用的截面形式;

截面高度大于600mm的偏心受压构件多采用工字形或箱形截面；圆形截面多用于柱式墩台

及桩基础中。

（a）矩形截面（b）工字形截面（c）箱形截面（d）圆形截面

3.偏心受压构件的破坏形态有哪两种?它们的破坏特征是什么？

答：偏心受压构件的破坏可分为受拉破坏和受压破坏两种情况。

（1）受拉破坏，随着作用（荷载）的增大，受拉区混凝土先出现横向裂缝，裂缝的开

展使受拉钢筋的应力增长较快，首先达到屈服，中性轴向受压边移动，受压区混凝土压应变

迅速增大。最后，受压区钢筋人屈服，混凝土达到其极限压应变而压碎。

（2）受压破坏。小偏心受压破坏，小偏心受压就是压力P的初始偏心距较小，作用（荷

载）逐渐增加，应力也增大，当靠近压力P一侧的混凝土压应变达到其极限压应变时，该

侧的边缘混凝土被压碎，同时，该侧的受压钢筋也达到屈服；但是，破坏时另一侧的混凝土

和钢筋的应力都很小，在临近破坏时，远离偏心力的一侧才出现短而小的裂缝。

4.小偏心受压构件的截面应力状态有哪些？

答：（1）当纵向偏心压力偏心距很小时，构件截面将全部受压，中性轴位于截面形心轴

线以外。如图（a）所示。破坏时，靠近压力P一侧混凝土压应变达到其极限压应变，钢筋

A达到其屈服强度，而离纵向压力较远一侧的混凝土和钢筋均未达到其抗压强度。

（2）纵向压力偏心距很小，但是当离纵向压力较远一侧的钢筋（4）数量少而靠近纵

向力N一侧的钢筋（A）较多时，则截面的实际中性轴就不在混凝土截面形心轴0—0处［见

图（c）］,而向右偏移至1—1轴。这样，截面靠近纵向力N的一侧，即原来压应力较大而A

布置较大的一侧，将负担较小的压应力；而远离纵向力N的一侧，即原来压应力较小而人

布置过小的一侧，将负担较大的压应力。

（3）当纵向力偏心距较小时，或偏心距较大而远离纵向力一侧的钢筋较多时，截面大

部分受压而小部分受拉［见图（b）］,中性轴距受拉钢筋很近，钢筋中的拉应力很小，达不

到屈服强度。

(a)截面全部受压时的应力图(b)截面大部分受压时的应力图(c)4太小时的应力图

5.大偏心受压构件和小偏心受压构件的区别是什么?截面应力状态有何不同？

答：大偏心受压构件是受拉钢筋先屈服，然后是受压区混凝土达到极限压应变而破坏，

类似受弯构件正截面适筋破坏；小偏心受压构件是受压钢筋屈服，受压混凝土达到极限压应

变而破坏，而受拉钢筋无论受拉还是受压均未屈服，类似受弯构件正截面的超筋破坏

6.大、小偏心受压的界限条件是什么？

答：当0W盘或xWJb%时，为大偏心受压破坏；

当。〉耳或1fbm时，为小偏心受压破坏。

7.大偏心受压构件和双筋受弯构件的应力分布和计算公式有何异同？

答：大偏心受压构件和双筋受弯构件的计算公式实际是一样的。在大偏心受压构件计算

公式中，如果N=0,Ne换成两个公式就一样了。因为有压力存在，截面受压区高度x

的计算方法不一样，公式也不一样，大偏心受压构件截面受压区高度x要大一些。

8.偏心受压构件的破坏类型有哪些？

答：(1)短柱材料破坏。偏心受压短柱中，虽然由偏心作用将产生一定的侧向挠度

但其."直很小，一般可忽略不计、短柱随着作用(荷载)的增大，当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)长柱材料破坏。长柱受偏心作用时的侧向挠度/较大，二阶弯矩影响已不可忽视。

因此，实际作用(荷载)偏心距是随荷载的增大而非线性增加的，构件控制截面最终仍然是

由于截面中材料达到其极限强度而破坏，属材料破坏。最终破坏形态仍为小偏心受压，但偏

心距已随荷载的增加而变大。

（3）细长柱失稳破坏。长细比（INh>30）很大的柱，当偏心压力达到最大值时，侧向

挠度/'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未达到材料破坏时的

极限值，即压杆达到最大承载能力时，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。

9.偏心受压构件在进行正截面承载力计算时，为什么偏心距耍乘以增大系数?是否所有

的偏心受压构件都要考虑此系数？

答：考虑偏心受压构件在弯矩作用平面内的挠曲对轴向力偏心距的影响，应将轴向力对

截面重心轴的偏心距8乘以偏心距增大系数小

《桥规》（JTGD62—2004）规定计算偏心受压构件正截面承载力时,对于矩形截面1曲>5

（力为弯矩作用平面内的截面高度），对于圆形截面/o/%>4.4（4为圆形截面的直径），对于

任意截面3175"为弯矩作用平面内截面的回转半径）的构件，偏心距要乘以增大系数。

10.钢筋混凝土偏心受压构件中配置箍筋有何作用?对其直径、间距和附加箍筋有何要

求？

答：箍筋的作用是防止纵向钢筋局部压屈，并与纵向钢筋形成钢筋骨架，便于施工。

箍筋直径不应小于d/4（d为纵向钢筋的最大直径），且不应小于8mm。

箍筋间距应不大于15d（"为纵向受力钢筋的直径）、不大于构件截面的短边尺寸（圆形

截面采用0.8倍直径），并不大于400mm。纵向受力钢筋搭接范围的箍筋间距，当绑扎搭接

钢筋受拉时不应大于主钢筋直径的5倍，且不大于200mm；当搭接钢筋受压时不应大于主

钢筋直径的10倍，且不大于100mm。纵向钢筋截面面积大于混凝土截面面积3%时，箍筋

间距不应大于104（"为纵向钢筋的直径），且不应大于200mm。

11.什么情况下用复合箍筋？

答：偏心受压构件的截面高度（长边）/22600mm时，在侧面应设置直径为10~16mm

的纵向构造钢筋，必要时设置相应的复合箍筋。

12.偏心受压构件正截面承载力计算需采用哪些基本假定？

答：（1）截面应变分布符合平截面假定。

（2）不考虑受拉区混凝土参加工作，拉力全部由钢筋承担。

（3）受压区混凝土的极限压应变&u=0.0033。

（4）混凝土的压应力图形为矩形，受压区混凝土应力达到混凝土抗压强度设计值£d,

矩形应力图的高度取x=£xo（式中xo为应变图应变零点至受压较大边截面边缘的距离；为

矩形应力图高度系数，按表3-1取用），受压较大边钢筋的应力取钢筋抗压强度设计箭广如

13.画出矩形截面偏心受压构件的计算图式，并由此写出计算公式。

答：矩形截面偏心受压构件的计算图式如下图：

，oNg<人麻(为一力£4(2)

14.矩形截面偏心受压构件的计算公式有何要求和条件？

答：(1)大偏心受压构件截面上的受压钢筋能达到抗压设计强度/4d，必须满足:

x>2a's(8-9)

当x<2式时，受压钢筋的应力可能达不到抗压强度设计值，与双筋截面受弯构件类似,

近似取x=2a's,受压区混凝土所承担的压力作用位置与受压钢筋承担的压力作用位置重合,

由截面受力平衡条件可写出：

M</sdAs(为-4)

(2)当偏心压力作用的偏心距很小(即小偏心受压)的情况下，且全截面受压，若靠

近偏心压力一侧的纵向钢筋配置较多，而远离偏心压力的一侧的纵向钢筋配置较少时，钢筋

的应力可能达到受压屈服强度，离偏心压力较远一侧的混凝土也有可能被压坏，为使钢筋的

数量不至于过少，防止出现这种破坏，应满足下列条件：

rM<A/版％-g)+几4(%-4)

15.什么是对称配筋和非对称配筋?什么情况下采用对称配筋？

答：对称配筋是指截面的两侧配有相同等级和数量的钢筋。

非对称配筋是指截面的两侧没有配有相同等级或相同数量的钢筋。

在桥梁结构中，对称配筋常用于作用(荷载)位置不同，在截面中产生方向相反的弯矩,

当其绝对值相差不大时，为使构造简单施工方便，可采用对称配筋方案。装配式柱为了保证

安装不出错，有时也采用对称配筋。

16.矩形截面偏心受压构件在进行正截面承载力计算时如何判断大、小偏心受压？

答：当〃时，构件可按大偏心受压情况计算；当〃e°W0.3%时，构件可按小偏

心受压情况计算。

17.桥梁中所用的钢筋混凝土钻孔灌注桩有何构造要求？

答：桥梁工程中采用的钻孔灌注桩，直径不小于800mm,桩内纵向受力钢筋的直径不

宜小于14mm,根数不宜少于8根，钢筋间净距不宜小于80mm,混凝土保护层厚度不小

于60mm；箍筋间距为200~400mm。对直径较大的桩，为了加强钢筋骨架的刚度，可在钢

筋骨架上每隔2~3m,设置一道直径为14-18mm的加劲箍筋。

18.圆形截面偏心受压构件正截面承载力计算的基本假定是什么？

答：（1）构件截面变形符合平截面假定。

（2）构件达到破坏时，受压区混凝土最边缘纤维的极限压应变限值为&u=0.0033。

（3）受压区混凝土应力分布采用等效矩形应力图，应力集度为启，计算高度为x