结构设计原理复习

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）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。

………………………………………………………………………………………………【√】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f表和试验方法测得的抗压极限强度值（以MPa计）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号cu示。

2、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）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）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。

……………………………………………………………………………【√】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。

…【√】（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m ax 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。

3、最小配筋率min ρ────当配筋率减少，混凝土的开裂弯矩等于拉区钢筋屈服时的弯矩时，裂缝一旦出现，应力立即达到屈服强度，这时的配筋率称为最小配筋率。

备注：最小配筋率min ρ是少筋梁与适筋梁的界限。

当梁的配筋率由min ρ逐渐减小，梁的工作特性也从钢筋混凝土结构逐渐向素混凝土结构过渡，所以，min ρ可按采用最小配筋率min ρ的钢筋混凝土梁在破坏时，正截面承载力u M 等于同样截面尺寸、同样材料的素混凝土梁正截面开裂弯矩标准值的原则确定。

（四）简答题1、设计受弯构件时，一般应满足哪两方面的要求？答：①由于弯矩的作用，构件可能沿某个正截面（与梁的纵轴线或板的中面正交时的面）发生破坏，故需进行正截面承载力计算；②由于弯矩和剪力的共同作用，构件可能沿剪压区段内的某个斜截面发生破坏，故还需进行斜截面承载力计算。

2、简述分布钢筋的作用？答：分布钢筋的作用是将板面上的荷载作用更均匀的传布给受力钢筋，同时在施工中可以固定受力钢筋的位置，而且用它来分担混凝土收缩和温度变化引起的应力。

3、简述受弯构件正截面工作的三个阶段？答：在第一阶段梁没有裂缝，在第二阶段梁带裂缝工作，在第三阶段裂缝急剧开展，纵向受力钢筋应力维持在屈服强度不变。

4、简述钢筋混凝土梁的受力特点？答：钢筋混凝土梁的截面正应力状态随着荷载的增大不仅有数量上的变化，而且有性质上的改变，即应力分布图形的改变。

不同的受力阶段，中和轴的位置及内力偶臂是不同的。

因此，无论压区混凝土的应力或是纵向受拉钢筋的应力，不像弹性匀质材料梁那样完全与弯矩成比例。

梁的大部分工作阶段中，受拉区混凝土已开裂。

随着裂缝的开展，压区混凝土塑性变形的发展，以及粘结力的逐渐破坏，均使梁的刚度不断降低。

因此梁的挠度、转角与弯矩的关系也不完全服从弹性匀质梁所具有的比例关系。

5、简述适筋梁、超筋梁、少筋梁的破坏特征？答：适筋梁的破坏特征是：受拉区钢筋首先达到屈服强度，其应力保持不变而产生显著的塑性伸长，直到受压边缘混凝土的应变达到混凝土的极限压应变时，受压区出现纵向水平裂缝，随之压碎而破坏。

这种梁破坏前，梁的裂缝急剧开展，挠度较大，梁截面产生较大的塑性变形，因而有明显的破坏预兆。

超筋梁的破坏特征是；破坏时受压区混凝土被压坏，而拉区钢筋应力远未达到屈服强度。

破坏前梁的挠度及截面曲率曲线没有明显的转折点，拉区的裂缝开展不宽，延伸不高，破坏是突然的，没有明显的预兆。

少筋梁的破坏特征是：梁拉区混凝土一开裂，受拉钢筋达到屈服，并迅速经历整个流幅二进入强化阶段，梁仅出现一条集中裂缝，不仅宽度较大，而且沿梁高延伸很高，此时受压区混凝土还未压坏，裂缝宽度已很宽，挠度过大，钢筋甚至被拉断。

破坏很突然，少筋梁在桥梁工程中不允许采用。

（五）计算题1、已知一钢筋混凝土单筋矩形截面梁，截面尺寸b ×h=250mm ×500mm （h 0=455mm ），截面处弯矩组合设计值M d =115KN ·m ，采用C20混凝土（MPa ，f cd 2.9=MPa f td 06.1=）和HRB335级钢筋（MPa f sd 280=）。

Ⅰ类环境条件，安全等级为二级（0.10=γ），56.0=b ξ。

计算所需要的受拉钢筋的截面面积s A 。

解：本题为单筋矩形截面梁截面设计类型题，请按照以下三个步骤进行计算：第一步：计算截面抵抗矩系数s α242.04552502.9101150.126200=⨯⨯⨯⨯==bh f M cd ds γα 第二步：计算混凝土受压区相对高度ξ282.0242.0211211=⨯--=--=s αξ<56.0=b ξ第三步：求受拉钢筋的截面面积s A10542802.9455250282.00=⨯⨯⨯==sd cd s f f bh A ξmm 2 %927.045525010540=⨯==bh A s ρ>min ρ 其中：min ρ=max ⎪⎩⎪⎨⎧⎭⎬⎫2.0,45sd td f f =max ⎩⎨⎧⎭⎬⎫2.0,28006.145=0.2% 于是，所需要的受拉钢筋的截面面积s A =1054mm 22、已知一钢筋混凝土矩形截面梁，截面尺寸限定为b ×h=200mm ×400mm ，采用C20混凝土（MPa ，f cd 2.9=MPa f td 06.1=）和HRB335级钢筋（MPa f sd 280=，MPa f sd 280/=），弯矩组合设计值M d =80KN ·m 。