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结构设计复习资料

结构设计原理

一、填空题

1.对梁施加预应力，可提高梁的。

2．矩形截面大偏心受压构件截面设计时令

，这是为了。

3.《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）规定，预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应低于。

4．与素混凝土梁相比，钢筋混凝土梁抵抗开裂的能力。

5.混凝土的收缩。

6．钢筋的屈服强度是指。

7、对后张法预应力混凝土构件，一次性张拉预应力筋，混凝土受到的最大预压应力发生在。

8．梁的抗剪设计中，如果出现

的情况，应该。

9.螺旋箍筋约束混凝土使其抗压强度提高的原因是。

10．全预应力混凝土构件在使用条件下，构件截面混凝土。

11．荷载效应S、结构抗力R作为两个独立的基本随机变量，其功能函数

则有：

。

12．与素混凝土梁相比，钢筋混凝上梁承载能力。

13．双筋矩形截面正截面受弯承载力计算,验算

是为了。

14．混凝土保护层厚度是指。

15．要求梁的弯矩包络图必须位于材料抵抗图之内，是为了满足。

16．对于无腹筋梁，当

时，常发生破坏。

17.有明显流幅的钢筋和没有明显流幅的钢筋相比。

18．混凝土若处于三向应力作用下，当。

19、钢筋混凝土偏心受压构件，其大、小偏心受压的根本区别是。

20．纵筋弯起时弯起点必须设在该钢筋的充分利用点以外不小于

的地方，这一要求是为了保证。

21.偏心受压构件，当

，但

时，该构件将发生破坏。

22.预应力钢筋的松弛损失和徐变量都与预应力筋的张拉应力值密切相关，张拉应力越大，松弛损失，徐变变形。

23．钢材的含碳量越低，则。

24．适筋梁在逐渐加载过程中，当正截面受拉钢筋达到屈服以后。

25.结构的可靠指标β与失效概率Pf的关系为。

26.受弯构件挠度验算不满足要求时，调整对增加构件刚度最为有效。

27.受弯构件正截面承载力中，对于双筋截面，可以满足受压钢筋的屈服。

28.预应力混凝土后张法构件中，传力锚固时的第一批预应力损失

应为。

二、不定项选择题

1．影响混凝土收缩的主要因素有

A.应力水平B.加载龄期

C.混凝土配合比D.养护及使用条件E.构件尺寸

2.影响裂缝宽度的主要因素有

A.受拉钢筋应力

B.钢筋纵筋直径dC.受拉钢筋配筋率

D.钢筋表面形状E.荷载作用性质和构件形式

3．下面的关于钢筋混凝土受弯构件截面弯曲刚度的说明中，正确的是

A．截面弯曲刚度随着荷载增大而减小B．截面弯曲刚度随着时间的增加而减小

C．截面弯曲刚度随着裂缝的发展而减小D．截面弯曲刚度不变

4．普通箍筋轴心受压柱根据长细比的不同，可以分为如下哪两种？

A.短柱B.长柱C.中长柱D.细长柱E.矮柱

5．先张法施工的构件第一批预应力损失包括以下各项损失之和BCDE

A.

B.

C.

D.

E.0.5

6.复合受力下，混凝土抗压强度的排列次序不正确的为

A．

B．

C．

D．

7．在板中，垂直于受力钢筋方向还要布置分布钢筋。

分布钢筋的作用是

A.将板面荷载更均匀地传给受力钢筋B.起受力钢筋的作用

C.在施工中用以固定受力钢筋D.分担混凝土收缩应力

E.分担混凝土温度应力

8．影响混凝土徐变的主要因素有

A.应力水平B.加载龄期

C.混凝土配合比D.养护及使用条件E.构件尺寸

9．对大偏心受压构件而言，当轴力N或弯矩M变化时对构件安全的影响

A.弯矩M不变时，轴力N越大越危险B.弯矩M不变时，轴力N越小越危险

C.轴力N不变时，弯矩M越大越危险D.轴力N不变时，弯矩M越小越危险

E.轴力N不变时，弯矩M的变化对构件安全没有影响

10．对小偏心受压构件而言，当轴力N或弯矩M变化时对构件安全的影响

A.弯矩M不变时，轴力N越大越危险B.弯矩M不变时，轴力N越小越危险

C.轴力N不变时，弯矩M越大越危险D.轴力N不变时，弯矩M越小越危险

E.轴力N不变时，弯矩M的变化对构件安全没有影响

11．T形截面梁（内梁）受压翼板的有效宽度可以取以下几项中的最小值

A.简支梁计算跨径的1/3B.简支梁计算跨径的1/4

C.相邻两梁的平均净距D.相邻两梁的平均间距

E.

12．减小预应力摩阻损失的办法有

A.两端同时张拉B.超张拉C.一端张拉

D.二次升温E.使用摩擦系数小的管道成型方式

三、名词解释题

1.超筋梁2.混凝土的立方体抗压强度3.斜压破坏4.承载能力极限状态

5.剪跨比6.预应力度7.后张法8.混凝土的轴心抗压强度

9.消压弯矩10.少筋梁破坏11.先张法12．正常使用极限状态

四、绘图题

1.绘出偏心受压构件的N—M相关曲线。

2.绘出适筋梁的荷载—挠度曲线

3.绘出有明显流幅的钢筋应力—应变曲线。

4.混凝土的徐变随时间的变化曲线。

五、简答题

1.无腹筋梁剪切破坏形态与剪跨比的大小有何关系？

2.影响斜截面受剪承载力的主要因素有哪些？

3.简述偏心受压两种破坏形态的主要特点？

4.钢筋和混凝土能有效结合在一起而共同工作的理由有哪些？

5.钢筋混凝土结构有哪些优缺点？

6.预应力混凝土结构的特点是什么？

7.影响混凝土结构耐久性的因素有哪些？

8.受弯构件正截面承载力计算的基本假定是什么？

9.偏心受压短柱和长柱有何本质的区别？

偏心距增大系数的物理意义是什么？

10.后张法预应力构件发生的预应力损失有哪些？

在施工阶段和使用阶段各应计入哪些损失？

六、论述题

1．什么叫钢筋混凝土少筋梁、适筋梁、超筋梁？

各自有什么样的破坏形态？

2.试论述钢筋混凝土适筋梁从加载到破坏的整个过程。

七、计算题

1.一片钢筋混凝土T形截面梁，

=600mm，

=130mm，

=250mm，

=700。

混凝土强度等级为C30（

=13.8MPa），钢筋选用HRB335级（

=280MPa），环境类别为一类，结构安全等级为二级。

跨中截面弯矩组合设计值

=590kN·m。

试进行配筋面积计算（绑扎钢筋骨架，取

=70mm）（

，

）

2.一片钢筋混凝土T形截面梁，

=550mm，

=120mm，

=200mm，

=550。

混凝土强度等级为C25（

=11.5MPa），钢筋选用HRB335级（

=280MPa），环境类别为一类，结构安全等级为二级。

跨中截面弯矩组合设计值

=320kN·m。

试进行配筋面积计算（绑扎钢筋骨架，取

=65mm）（

，

）

结构设计原理参考答案

一、填空题

1.抗裂性2．使钢筋用量最少3.C404．提高许多

5.随水灰比增大而增大6．屈服下限7、张拉预应力筋达到控制应力时

8．按构造要求配置箍筋用量9.螺旋箍筋约束了混凝土的横向变形

10．不出现拉应力11．Z>0结构安全12．相同

13．保证受压钢筋达到抗压设计强度14．钢筋的边缘至构件截面表面之间的最小距离

15．正截面抗弯强度16．剪压破坏17.强度低，延性好

18．三向受压会降低抗压强度19、截面破坏时，

是否达到屈服

20．斜截面抗剪强度21.大偏心受压22.越大、越大

23．屈服台阶越长，伸长率越大，塑性越好

24．该梁承载力略有所增高，但很快受压区混凝土达到极限压应变，承载力急剧下降而破坏

25.β越大，失效概率Pf越小26.

27.

28.

二、不定项选择题

1．CDE2.ABCDE3．ABC4．AB5．BCDE6.ABC

7．ABCDE8．ABCDE9．BC10．AC11．ADE12．ABE

三、名词解释题

1．超筋梁：

配筋较多，破坏时受拉钢筋还没有屈服，受压混凝土已经被压碎，属于脆性破坏。

2．混凝土的立方体抗压强度：

按照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。

我国国家标准规定，以边长为150mm的立方体试件，在20±3℃的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准的制作方法和试验方法测得的抗压极限强度值，作为混凝土的立方体抗压强度。

3.斜压破坏：

在腹筋配置较多和剪跨比较小（m<1）的条件下通常发生此类破坏。

破坏特点为剪跨段梁腹部被大体平行的斜裂缝分割成若干个斜向受压的小柱体，梁以斜向混凝土柱的压碎而告终，破坏时无主裂缝形成，腹筋亦未屈服。

4．承载力极限状态：

结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形或变位的状态。

5．剪跨比：

反映了梁中正应力与剪应力的比值，某截面的广义剪跨比

为该截面弯矩与剪力和截面有效高度乘积的比值，即

；简支梁的剪跨比为集中荷载到支座的距离与梁有效高度地比值，即

。

6.预应力度：

预应力度为由预加应力大小确定的消压弯矩与外荷载产生的弯弯矩的比值，即

。

7．后张法：

先浇筑混凝土后张拉预应力筋的一种施加预应力的方法，其主要工艺为：

浇筑构件混凝土并预留孔道、待混凝土达到要求强度后张拉预应力筋并锚固使混凝土获得预压应力，最后根据要求在预留孔道内压注水泥浆。

8.混凝土的轴心抗压强度：

按照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。

我国国家标准规定，以边长为150mm×150mm×300mm的棱柱体试件，在20±3℃的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准的制作方法和试验方法测得的抗压强度值，作为混凝土的轴心抗压强度。

9．消压弯矩：

当构件控制截面在荷载作用下使预先存储的预应力抵消为0时所对应的弯矩即为消压弯矩，记为M0。

10.少筋梁破坏：

当μ<μmin时为少筋梁，破坏特征：

梁拉区混凝土一旦开裂，受拉钢筋即达到屈服强度，通常仅出现一条裂缝，裂缝的急剧而使梁丧失承载能力受压区几乎无压碎痕迹，破坏较突然。

11.先张法：

先张拉预应力筋后浇筑混凝土的一种施加预应力的方法，其主要工艺为：

张拉预应力筋并锚固、浇筑混凝土、待混凝土强度达到设计要求后放张预应力筋。

12.正常使用极限状态：

结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定的限值的状态。

四、绘图题

1．

2．

3．

4．

五、简答题

1.无腹筋梁剪切破坏形态与剪跨比的大小有何关系？

答：

①剪压破坏：

在剪跨比=1-3的条件下通常发生此类破坏

②斜压破坏：

在剪跨比＜1的条件下通常发生此类破坏

③斜拉破坏：

在剪跨比＞3的条件下通常发生此类破坏

2.影响斜截面受剪承载力的主要因素有哪些？

答：

影响斜截面抗剪承载力的因素：

剪跨比、混凝土强度、纵筋配筋率、配箍率、箍筋强

3.简述偏心受压两种破坏形态的主要特点？

答：

偏心受压破坏有受拉破坏（大偏心受压）和受压破坏（小偏心受压）两种破坏形式。

受拉破坏的特征是远离N作用侧钢筋受拉先屈服，后受压区混凝土压碎；而受压破坏泽始于受压区混凝土压碎，远离N作用侧钢筋可能受拉、可能受压。

4.钢筋和混凝土能有效结合在一起而共同工作的理由有哪些？

答：

钢筋与混凝土共同作用的三要素：

①钢筋和混凝土有良好的粘结性能；②温度膨胀系数大致相同；③混凝土能保证钢筋不锈蚀

5.钢筋混凝土结构有哪些优缺点？

优点：

①在钢筋混凝土结构中，混凝土强度是随时间而不断增长的；同时钢筋被混凝土所包裹而不致锈蚀，所以，钢筋混凝土结构的耐久性是较好的；此外，还可根据需要配置具有不同性能的棍凝土，以满足不同的耐久性要求。

①钢筋混凝土结构（特别是整体浇筑的结构）的整体性好，其抵抗地震、振动以及强烈冲击作用都具有较好的工作性能。

③钢筋混凝土结构的刚度较大，在使用荷载作用下的变形较小，故可有效地用于对变形有要求的建筑物中。

④新拌和的混凝土是可塑的，可以根据设计需要浇筑成各种形状和尺寸的构件，适合于结构形状复杂或对建筑造型有较高要求的建筑物。

⑤在钢筋混凝土结构中，混凝土包裹着钢筋，由于混凝土传热性能较差，在火灾中将对钢筋起着保护作用，使其不致很快达到软化温度而造成结构整体破坏。

⑥钢筋混凝土结构所用的原材料中，砂、石所占的比重较大，而砂、石易于就地取材，故可以降低建筑成本。

在工业废料（如矿渣、粉煤灰等）比较多的地区，可将工业废料制成人造骨料用于钢筋混凝上结构中，这不但可解决工业废料处理问题，还有利于环境，而且可减轻结构自重。

缺点：

①钢筋混凝土构件的截面尺寸一般较相应的钢结构大，因而自重较大，这对一于大跨度结构以及抗震都是不利的；②抗裂性能较差，在正常使用时往往是带裂缝工作的；③施工易受气候条件影响较大；④现浇钢筋混凝土结构需耗用模板；⑤修补和拆除较困难等。

6.预应力混凝土结构的特点是什么？

答：

优点：

①提高构件的抗裂度和刚度；②改善结构的耐久性；③可以节省才练，减轻自重；④可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力；⑤提高结构的耐疲劳性能；⑥提高工程质量；⑦预应力可作为结构构件的连接的手段，促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展。

缺点：

①工艺较复杂，需要配备一支技术较熟练的专业队伍；②需要有一定的专门设备；③预应力反拱度不易控制。

它随混凝土徐变的增加而加大，可能造成桥面不平顺；④预应力混凝土结构的开工费用较大，对于跨径小、构件数量少的工程，成本较高。

7.影响混凝土结构耐久性的因素有哪些？

答：

影响混凝土结构耐久性的因素包括内部因素和外部因素两个方面。

内部因素主要有混凝土的强度、渗透性、保护层厚度、水泥品种、标号和用量等，外部因素则有环境温度、湿度、CO2含量等。

8.受弯构件正截面承载力计算的基本假定是什么？

答：

单筋矩形受弯构件正截面承载力计算的基本假定是：

⑴平截面假定。

对于钢筋混凝土受弯构件，从开始加载直至破坏的各阶段，截面的平均应变都能较好地符合平截面假定。

平截面假定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几何关系，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愈义。

⑵不考虑混凝土抗拉强度。

在裂缝截面处，受拉区混凝土已大部分退出工作，仅在靠近中和轴附近有一部分混凝土承担着拉应力，但其拉应力较小，且内力偶臂也不大。

因此。

在计算中可忽略不计混凝土的抗拉强度。

⑶混凝土应力—应变关系，较常采用一条二次抛物线及水平线组成的曲线。

⑷钢筋应力—应变关系，多采用弹性－全塑性曲线。

9.偏心受压短柱和长柱有何本质的区别？

偏心距增大系数的物理意义是什么？

答：

①偏心受压短柱和长柱有何本质的区别在于，长柱偏心受压后产生不可忽略的纵向弯曲，引起二阶弯矩

②偏心距增大系数的物理意义是，考虑长柱偏心受压后产生的二阶弯矩对受压承载力的影响

10.后张法预应力构件发生的预应力损失有哪些？

在施工阶段和使用阶段各应计入哪些损失？

答：

后张法发生的预应力损失有：

预应力筋与孔道摩擦引起损失

、锚具变形和钢筋回缩引起的损失

、分批张拉预应力钢筋时由混凝土弹性压缩引起的损失（一次张拉时则没有混凝土弹性压缩损失）

、钢筋松弛引起的损失

，混凝土收缩徐变引起的损失

（3分）。

施工阶段应计入

、

、

（1分）；使用阶段应计入

、

六、论述题

1．钢筋混凝土梁的三种破坏形态分别是：

少筋梁、适筋梁和超筋梁。

①当

＜

时为少筋梁，破坏特征：

梁拉区混凝土一旦开裂，受拉钢筋即达到屈服强度，通常仅出现一条裂缝，裂缝的急剧而使梁丧失承载能力受压区几乎无压碎痕迹，破坏较突然。

②当

＜

＜

时为适筋梁，破坏特征：

受拉区钢筋首先达到屈服强度，形成主裂缝并迅速发展直至受压区混凝土被压碎，破坏前有明显预兆，属塑性破坏。

③当

＞

时为超筋梁，破坏特征：

受压区混凝土被压碎时，受拉钢筋尚未达到屈服强度，裂缝细而密，破坏前无明显预兆，属脆性破坏。

2.试论述钢筋混凝土适筋梁从加载到破坏的整个过程。

答：

钢筋混凝土适筋梁从加载到破坏的受力和变形全过程分为三个阶段：

第I阶段，整体工作阶段；第II阶段，带裂缝工作阶段；第III阶段，破坏阶段。

1）第I阶段

在此阶段初期，荷载作用弯矩较小，混凝土处于弹性工作阶段，即应力与应变成正比。

随着荷载的增加，由于受拉区混凝土塑性变形的发展，拉应变增长较快，拉区混凝土的应力图形为曲线形。

此时受拉区混凝土尚未开裂，混凝土全截面工作，故又称此阶段为整体工作阶段。

当受拉边缘混凝土的拉应变临近极限拉应变时，拉应力达到混凝土抗拉强度，表示裂缝即将出现，这时可称为第I阶段或整体工作阶段末期，梁截面上作用的弯矩用

表示，抗裂计算即以此应力状态为依据。

在此阶段，截面上混凝土应变基本呈线性分布，荷载与挠度基本上也呈线性关系，本阶段荷载大致为破坏荷载的25%以下。

2）第II阶段

荷载作用弯矩到达

后，梁在混凝土抗拉强度最弱截面上首先出现裂缝，这时梁进入带裂缝工作阶段；通常认为在已开裂的截面上，受拉区混凝土退出工作，其拉力全部由钢筋承受，发生明显的应力重分布，钢筋应力突增，因而裂缝一旦出现就立即开展至一定的宽度，并沿梁高延伸到一定的高度，从而截面中和轴位置随之上升。

随着荷载的增加，裂缝不断开展，受拉钢筋的应力逐渐向钢筋的屈服强度趋近;受压区混凝土的压应变也不断增加，受压区混凝土的塑性特征将表现得越来越明显，应力图形呈微曲的曲线形。

使用阶段变形和裂缝的计算即以第II阶段应力状态为依据。

带裂缝工作阶段梁所承受的荷载大约为破坏荷载的25%～85%，因此钢筋混凝土受弯构件在正常使用阶段都是在带裂缝情况下工作的。

3）第III阶段

当钢筋应力达到屈服强度时，标志着截面即将进人破坏阶段。

这时，由于受拉钢筋已屈服，钢筋应力将停留在屈服点（对具有明显流幅的钢筋）而不再增大，但应变却剧增，这就促使裂缝急剧开展，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。

当弯矩再增加，直至混凝土受压边缘纤维的压应变达到其极限压应变值

时，受压区将出现一些纵向水平裂缝，紧接着混凝土被压碎。

梁即告破坏。

这时截面所承担的弯矩即为破坏弯矩

，按极限状态方法的承载能力计算即以此为依据。

以上是适筋梁从加荷至破坏的全过程。

七、计算题

1、①

700-70=630mm

②判别截面类型：

608.2kN·m＞

＝590kN·m

所以为第一类

③

＝590×106N·mm→

＝125.6mm

④

＝0.2＜

故不是超筋梁

⑤

＝3714.2mm2

⑥最小配筋率计算

2．答：

①

550-65=485mm

②判别截面类型：

322.6kN·m＞

＝320kN·m

所以为第一类（3分）

③

＝590×106N·mm→

＝118.9mm

④

＝0.245＜

故不是超筋梁

⑤

＝2685.9mm2

⑥最小配筋率计算