自考《结构设计原理》资料及试题

《结构设计原理》《结构设计原理》主要讨论土木基础设施工程中各种工程结构的基本构建受力性能、计算方法和构造设计原理，它是学习和掌握桥梁工程及其它道路人工构造物设计的基础。

第一篇钢筋混凝土结构第一章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能一、学习目的本章介绍了钢筋混凝土的基本概念，分别从强度、变形等方面阐述了组成钢筋混凝土材料的混凝土和钢筋的特性，并对钢筋与混凝土共同作用机理作了简要说明。

学习本章的目的是使读者认识并熟悉钢筋混凝土材料，了解它们的工作性能，能在工作中正确的使用它们。

本课程的主要内容取材于我国现行的《公路桥涵设计通用规范》（JTJ D60-2004）、《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）、《公路桥涵钢结构和木结构设计规范》（JTJ 025-86）。

习惯上将上述设计规范统称为《公路桥规》。

二、学习重点在本章的学习中应注意以下几个方面的问题：（1）混凝土的强度指标有哪些，以及获得它们的方法；（2）混凝土的应力应变关系曲线，弹性模量的取值方法；（3）混凝土收缩、徐变的概念及特性；（4）两类钢材的变形及强度特征；（5）锚固长度的意义；（6）钢筋混凝土结构对混凝土与钢筋的基本要求。

三、复习题（一）填空题1、在钢筋混凝土构件中钢筋的作用是替混凝土受拉或协助混凝土受压。

2、混凝土的强度指标有混凝土的立方体强度、混凝土轴心抗压强度和混凝土抗拉强度。

3、混凝土的变形可分为两类：受力变形和体积变形。

4、钢筋混凝土结构使用的钢筋，不仅要强度高，而且要具有良好的塑性、可焊性，同时还要求与混凝土有较好的粘结性能。

5、影响钢筋与混凝土之间粘结强度的因素很多，其中主要为混凝土强度、浇筑位置、保护层厚度及钢筋净间距。

6、钢筋和混凝土这两种力学性能不同的材料能够有效地结合在一起共同工作，其主要原因是：钢筋和混凝土之间具有良好的粘结力、钢筋和混凝土的温度线膨胀系数接近和混凝土对钢筋起保护作用。

7、混凝土的变形可分为混凝土的受力变形和混凝土的体积变形。

其中混凝土的徐变属于混凝土的受力变形，混凝土的收缩和膨胀属于混凝土的体积变形。

（二）判断题1、素混凝土的承载能力是由混凝土的抗压强度控制的。

………………………………【×】2、混凝土强度愈高，应力应变曲线下降愈剧烈，延性就愈好。

………………………【×】3、线性徐变在加荷初期增长很快，一般在两年左右趋以稳定，三年左右徐变即告基本终止。

………………………………………………………………………………………………【√】4、水泥的用量愈多，水灰比较大，收缩就越小。

………………………………………【×】5、钢筋中含碳量愈高，钢筋的强度愈高，但钢筋的塑性和可焊性就愈差。

…………【√】（三）名词解释1、混凝土的立方体强度────我国《公路桥规》规定以每边边长为150mm的立方体试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压极限强度值（以MPaf表示。

计）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号cu2、混凝土的徐变────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，这种现象被称为混凝土的徐变。

3、混凝土的收缩────混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为混凝土的收缩。

（四）简答题1、简述混凝土应力应变曲线的三个阶段？答：在上升段，当应力小于0.3倍的棱柱体强度时，应力应变关系接近直线变化，混凝土处于弹性工作阶段。

在应力大于等于0.3倍的棱柱体强度后，随着应力增大，应力应变关系愈来愈偏离直线，任一点的应变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的微裂缝。

当应力达到0.8倍的棱柱体强度后，混凝土塑性变形显著增大，内部微裂缝不断延伸扩展，并有几条贯通，应力应变曲线斜率急剧减小。

当应力达到棱柱体强度时，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常见裂缝。

在下降段，到达峰值应力后，混凝土的强度并不完全消失，随着应力的减少，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。

在收敛段，在反弯点之后，应力下降的速度减慢，趋向于稳定的残余应力。

表面纵向裂缝把混凝土棱柱体分成若干个小柱，荷载由裂缝处的摩擦咬合力及小柱体的残余强度所承受。

2、简述混凝土发生徐变的原因？答：在长期荷载作用下，混凝土凝胶体中的水份逐渐压出，水泥石逐渐粘性流动，微细空隙逐渐闭合，细晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生等各种因素的综合结果。

第二章结构按极限状态法设计计算的原则一、学习目的本章主要介绍了关于《公路桥规》的计算原则，即承载能力极限状态和正常使用极限状态计算原则，这是公路桥涵设计的基本准则。

计算理论发展阶段：以弹性理论为基础的容许应力计算法—→考虑钢筋混凝土塑性性能的破坏阶段计算法—→半经验、半概率的“三系数”极限状态设计法（荷载系数、材料系数、工作条件系数）—→以结构可靠性理论为基础的概率极限状态设计法（又分为三个水准：水准Ⅰ──半概率设计法，水准Ⅱ──近似概率设计方法，水准Ⅲ──全概率设计法）。

《公路桥规》采用的是以结构可靠性理论为基础的近似概率极限状态设计法，其概率反映在荷载组合与材料取值等方面。

学习本章的目的是为了使读者了解设计规范的要求及原则。

二、学习重点本章的学习重点为设计方法的演变过程，从容许应力法到考虑塑性性能的破坏阶段计算方法到极限状态法；两类极限状态的基本含义；材料强度取值的方法，特别注意个类强度的区别与联系；结合《公路桥规》了解荷载分类及荷载组合的形式。

三、复习题（一）填空题1、结构设计的目的，就是要使所设计的结构，在规定的时间内能够在具有足够可靠性性的前提下，完成全部功能的要求。

2、结构能够满足各项功能要求而良好地工作，称为结构可靠，反之则称为失效，结构工作状态是处于可靠还是失效的标志用极限状态来衡量。

3、国际上一般将结构的极限状态分为三类：承载能力极限状态、正常使用极限状态和“破坏一安全”极限状态。

4、正常使用极限状态的计算，是以弹性理论或塑性理论为基础，主要进行以下三个方面的验算：应力计算、裂缝宽度验算和变形验算。

5、公路桥涵设计中所采用的荷载有如下几类：永久荷载、可变荷载和偶然荷载。

6、结构的安全性、适用性和耐久性通称为结构的可靠性。

7、作用是指使结构产生内力、变形、应力和应变的所有原因，它分为直接作用和间接作用两种。

直接作用是指施加在结构上的集中力或分布力如汽车、人群、结构自重等，间接作用是指引起结构外加变形和约束变形的原因，如地震、基础不均匀沉降、混凝土收缩、温度变化等。

8、结构上的作用按其随时间的变异性和出现的可能性分为三类：永久作用（恒载）、可变作用和偶然作用。

9、我国《公路桥规》根据桥梁在施工和使用过程中面临的不同情况，规定了结构设计的三种状况：持久状况、短暂状况和偶然状况。

10、《公路桥规》根据混凝土立方体抗压强度标准值进行了强度等级的划分，称为混凝土强度等级并冠以符号C来表示，规定公路桥梁受力构件的混凝土强度等级有13级，即C20～C80，中间以5MPa 进级。

C50以下为普通强度混凝土，C50及以上混凝土为高强度混凝土。

《公路桥规》规定受力构件的混凝土强度等级应按下列规定采用：钢筋混凝土构件不应低于C20 ，用HRB400、KL400级钢筋配筋时，不应低于 C25 ；预应力混凝土构件不应低于 C40 。

11、结构或结构构件设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用规定值即称为作用代表值。

作用代表值包括作用 标准值 、 准永久值 和 频遇值 。

（二）名词解释1、结构的可靠度────结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。

2、结构的极限状态────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，则此特定状态称为该功能的极限状态。

第三章 受弯构件正截面承载力计算一、学习重点受弯构件正截面承载力计算是全书的重点之一。

首先必须掌握受弯构件正截面三个工作阶段各自的特点，以及不同配筋条件下的破坏形态，弄清max ρ、min ρ的力学意义。

单筋矩形、双筋矩形、T 形截面正截面承载力计算都应以掌握计算图式为重点，三者的基本计算公式、区别与联系均表现在计算图式中。

计算方法上应以灵活运用基本公式为前提，同时注意基本公式的适用条件。

构造与计算同等重要，必须结合例题与习题掌握梁（板）构造的一些基本内容，如配筋原则、净保护层、最小净距等概念。

二、复习题（一）填空题1、钢筋混凝土受弯构件常用的截面型式有 矩形 、 T 形 和 箱形 等。

2、只在梁（板）的受拉区配置纵向受拉钢筋，此种构件称为 单筋受弯构件 ；如果同时在截面受压区也配置受力钢筋，则此种构件称为 双筋受弯构件 。

3、梁内的钢筋有 纵向受拉钢筋（主钢筋） 、 弯起钢筋 或 斜钢筋 、 箍筋 、 架立钢筋 和 水平纵向钢筋 等。

4、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。

5、钢筋混凝土构件破坏有两种类型： 塑性破坏 和 脆性破坏 。

6、受弯构件正截面承载力计算的截面设计是根据截面上的 计算弯矩 ，选定 材料 、确定 截面尺寸 和 配筋 的计算。

7、受压钢筋的存在可以提高截面的 延性 ，并可减少长期荷载作用下的 变形 。

8、将空心板截面换算成等效的工字形截面的方法，是根据 面积 、 惯性矩 和 形心位置 不变的原则。

9、T 形截面按受压区高度的不同可分为两类： 第一类T 形截面 和 第二类T 形截面 。

10、工字形、箱形截面以及空心板截面，在正截面承载力计算中均按 T 形截面 来处理。

（二）判断题1、判断一个截面在计算时是否属于T 形截面，不是看截面本身形状，而是要看其翼缘板是否参加抗压作用。

……………………………………………………………………………【√】2、当梁截面承受异号弯矩作用时，可以采用单筋截面。

………………………………【×】3、少筋梁破坏是属于塑性破坏。

…………………………………………………………【×】4、水平纵向钢筋其作用主要是在梁侧面发生裂缝后，可以减少混凝土裂缝宽度。

…【√】5、当承受正弯矩时，分布钢筋应放置在受力钢筋的上侧。

……………………………【×】（三）名词解释1、控制截面────所谓控制截面，在等截面构件中是指计算弯矩（荷载效应）最大的截面；在变截面构件中则是指截面尺寸相对较小，而计算弯矩相对较大的截面。

2、最大配筋率max ρ────当配筋率增大到使钢筋屈服弯矩约等于梁破坏时的弯矩时，受拉钢筋屈服与压区混凝土压碎几乎同时发生，这种破坏称为平衡破坏或界限破坏，相应的配筋率称为最大配筋率。