混凝土结构设计原理复习题及参考答案1

中南大学课程考试复习题及参考答案
混凝土结构设计原理
一、 填空题：
1．衡量钢材力学性能的四大指标是： 、 、 、 。

2．钢筋经过冷拉加工后，其强度会 ，而塑性会 。

3．混凝土强度等级是按 确定的。

4．当采用边长为 100mm 的非标准混凝土试块时，应将其抗压强度实测值乘以 换算系数 ，转换成标准试件（边长为 150mm ）的立方体抗压强度值。

5．当采用边长为 200mm 的立方体混凝土试件时，须将其抗压强度实测值乘以 换算系数 ，转换成标准试件（边长为 150mm ）的立方体抗压强度值。

6．钢筋按其外形特征可分为变形钢筋和光面钢筋两类。

Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级热轧钢筋，刻痕钢丝及钢绞线为 。

7．钢筋按其外形特征可分为两类，HPB235 级级热轧钢筋、碳素钢丝为 。

8．变形钢筋的粘结力有三个方面组成：混凝土握固钢筋的摩擦力；水泥胶凝体与钢筋间的胶合力；钢筋表面凹凸不平与混凝土之间的 。

9．变形钢筋与光面钢筋比较，在其条件都相同的情况下， 与混凝土之间的粘结力大。

10．结构的可靠性是指结构在正常设计、正常施工和正常使用条件下，在预定的使用年限内完成预期的安全性、适用性和 功能的能力。

11．当结构构件因过度的塑性变形而不适于继续承载时即认为超过了 状态。

12．当结构构件或连接件因材料强度被超过则认为超过了 状态。

13．当结构转变为机动体系时，我们认为其超过了 极限状态。

14．按概率极限状态设计方法，承载能力极限状态实用设计表达式为R S ≤0γ，其中0
γ表示 ，S 表示 ，R 表示 。

15．适筋梁从开始加载到破坏要经过三个阶段。

构件的变形验算和裂缝宽度验算是建立在第 阶段受力状态的基础上。

16．钢筋混凝土梁由于纵向钢筋的配筋率不同，可能有适筋、超筋、少筋破坏三种形式。

梁的正截面承载力计算以 破坏形式为基础，通过 避免超筋破坏，通过 避免少筋破坏。

17．在受弯构件中，要求b ξξ≤，是为了防止 破坏。

18．纵筋伸入支座的锚固长度，如在梁底的直线段长度不够时，则可以 ，使其满足锚固长度的要求。

19．梁沿斜截面的三种破坏形态是 、 、 。

20．钢筋混凝土梁的腹筋是 和 的总称。

21．有腹筋梁的斜截面破坏，当配置的箍筋太多或剪跨比λ较小时，发生斜压破坏，其破坏特征是混凝土压碎，箍筋 。

22．有腹筋梁的斜截面破坏，当配置的箍筋适当时，发生剪压破坏，其破坏特征是混凝土压碎，箍筋。

23．影响有腹筋梁斜截面承载力的主要因素有、、
、。

24．轴心受压柱的箍筋是由确定的。

25．螺旋箍筋柱的核心区混凝土处于状态，因而能提高柱子的抗压承载力和变形能力。

26．偏心受压构件按破坏特征分为受压构件和受压构件。

27．弯扭构件可能出现的破坏形式有、、。

28．抗扭结构构件中，为有效地抵抗扭矩，钢筋应靠近截面四周布置。

29．轴心受拉构件开裂后，裂缝间钢筋应力分布不均匀，其分布特点是裂缝截面处，裂缝截面间。

30．当梁、柱中纵向受力钢筋的砼保护层厚度大于 mm时，应对保护层采取有效的防裂构造措施。

31．在混凝土受弯构件挠度计算时，构件的刚度不是常量，需要考虑刚度随的变化，即确定短期刚度的计算；还要考虑刚度随的变化，即确定长期刚度的计算。

32．最小刚度原则是指，同号弯矩区段，按弯矩截面确定的刚度值作为该区段的抗弯刚度。

是指张拉钢筋时，总张拉力除以得33．张拉控制应力
con
出的应力值。

34．第一批预应力损失是指混凝土预压的损失；第二批预应力损失是指混凝土预压的损失。

35．钢筋在高应力作用下，长度保持不变而应力随时间的增长而逐渐降低的现象称为钢筋的应力松弛。

减少预应力钢筋的松驰损失可采用工艺。

36．预应力混凝土构件与钢筋混凝土构件相比，前者正截面的明显高于后者。

三、简答题：
1．钢筋冷加工的目的是什么？冷加工的方法有哪几种？各种方法对强度有何影响？
2．我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种？我国热轧钢筋的强度分为几个等级？用什么符号表示？
3．什么叫混凝土徐变？线形徐变和非线形徐变？混凝土的收缩和徐变有什么本质区别？
4．结构构件的极限状态是指什么？
5．在外荷载作用下，受弯构件任一截面上存在哪些内力？受弯构件有哪两种可能的破坏?破坏时主裂缝的方向如何？
6．适筋梁从加载到破坏经历哪几个阶段？各阶段的主要特征是什么？每个阶段是哪个
极限状态的计算依据？
7．什么是配筋率？配筋量对梁的正截面承载力有何影响？
8．无腹筋和有腹筋简支梁沿斜截面破坏的主要形态有哪几种?它的破坏特征是怎样的? 9．影响有腹筋梁斜截面承载力的主要因素有哪些?
10．在斜截面受剪承载力计算时，梁上哪些位置应分别进行计算? 11．如何判别钢筋混凝土受拉构件的大、小偏心? 12．弯扭构件的破坏与哪些因素有关?
13．采用什么措施可减小荷载作用引起的裂缝宽度？
14．对构件施加预应力能起什么作用？
15．什么叫先张法？什么叫后张法？两者各有何特点？
四、计算题：
1．一钢筋混凝土矩形截面梁，截面尺寸为b=250mm ，h=500mm ，混凝土强度等级C20，钢筋为HRB335，0.55b ξ=，弯矩设计值M=120kN.m ，环境类别为一类。

试计算受拉钢筋截
面的面积As 。

2. 已知矩形梁的截面尺寸b=200mm ，h=450mm ，受拉钢筋为320，混凝土强度等级为C20，承受的弯矩设计值M=70kN.m ，环境类别为一类，试计算此截面的正截面承载力是否足够？
3．某钢筋混凝土简支梁截面尺寸b h 250mm 500mm ⨯=⨯，跨中最大弯矩设计值
M 210kN m =⋅，混凝土强度等级C20，采用HRB335钢筋配筋。

受压区已配好218受
压钢筋。

环境类别为一类。

求截面所需配置的受拉钢筋面积As 。

4．一矩形截面简支梁，b ×h = 200mm ×500mm ，465mm h 0=，承受由均布荷载产生
的剪力设计值120kN V =，混凝土强度等级为C20（2
t 2c mm /10N .1f mm /6N .9f ==，）
只配置箍筋抗剪，箍筋采用Ⅰ级钢筋(2
yv mm /210N f =)，直径为6mm 的双肢箍（单肢面
积为2sv13mm .28A =）。

求箍筋间距s 。

(提示：由构造知200mm S max =)。

5. 某对称配筋偏心受压柱，300400b h mm mm ⨯=⨯，
03l m
=，
40s s a a mm '==，
承受设计轴向压力250N kN =，设计弯矩130M kN m =•，混凝土强度等级为C30，钢筋用335HRB 级钢筋，求()S s A A '=。

参考答案
二、填空题
1. 极限抗拉强度、 屈服强度、 伸长率、 冷弯性能
2. 提高，降低
3. 立方体抗压强度标准值
4. 0.95
5. 1.05
6. 变形钢筋
7. 光面钢筋8. 机械咬合力9. 变形钢10. 耐久性11. 承载能力12. 承载能力13. 承载能力14. 结构重要性系数；荷载效应组合的设计值；结构构件的承载力设计值 15. Ⅱ16. 适筋；
b ξξ≤；最小配筋量
17. 超筋18. 向上弯起19. 斜拉破坏；剪压破坏；斜压破坏20. 箍筋；弯起钢筋 21. 没有屈服22. 屈服
23. 剪跨比；混凝土强度等级；配箍率及箍筋强度；纵筋配筋率。

24. 构造要求 25. 三向受压26. 大偏心； 小偏心 27. 弯形破坏；扭形破坏；弯扭形破坏 28. 均匀对称29. 大，小30. 40 31. 荷载；时间32. 最大
33. 预应力钢筋截面面积34. 前；后 35. 超张拉36. 抗裂性
三、简答题
1. 答：冷加工的目的是提高钢筋的强度，减少钢筋用量。

冷加工的方法有冷拉、冷拔、冷弯、冷轧、冷轧扭加工等。

这几种方法对钢筋的强度都有一定的提高。

2. 答：我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有4种：热轧钢筋、钢铰丝、消除预应力钢丝、热处理钢筋。

我国的热轧钢筋分为HPB235、HRB335、HRB400和RRB400三个等级，即I 、II 、III 三个等级，符号分别为
(
R ) 。

3. 答：混凝土在长期荷载作用下，应力不变，变形也会随时间增长，这种现象称为混凝土的徐变。

当持续应力σC ≤ 0.5fC 时，徐变大小与持续应力大小呈线性关系，这种徐变称为线性徐变。

当持续应力σC > 0.5fC 时，徐变与持续应力不再呈线性关系，这种徐变称为非线性徐变。

混凝土的收缩是一种非受力变形，它与徐变的本质区别是收缩时混凝土不受力，而徐变是受力变形。

4. 答：整个结构或构件超过某一特定状态时（如达极限承载能力、失稳、变形过大、裂缝过宽等）就不能满足设计规定的某一功能要求，这种特定状态就称为该功能的极限状态。

按功能要求，结构极限状态可分为：承载能力极限状态和正常使用极限状态。

5. 答：在外荷载作用下，受弯构件的截面产生弯矩和剪力。

受弯构件的破坏有两种可能:一是可能沿正截面破坏，即沿弯矩最大截面的受拉区出现正裂缝 ；二是可能沿斜截面破坏，即沿剪力最大或弯矩和剪力都比较大的截面出现斜裂缝。

6. 答：适筋梁的破坏经历三个阶段：第Ⅰ阶段为截面开裂前阶段，这一阶段末Ⅰa ，受拉边缘混凝土达到其抗拉极限应变时，相应的应力达到其抗拉强度
t
f ，对应的截面应力
状态作为抗裂验算的依据；第Ⅱ阶段为从截面开裂到受拉区纵筋开始屈服Ⅱa 的阶段，也就是梁的正常使用阶段，其对应的应力状态作为变形和裂缝宽度验算的依据；第Ⅲ阶段为破坏阶段，这一阶段末Ⅲa ，受压区边缘混凝土达到其极限压应变cu
ε，对应的截面应力状态作为
受弯构件正截面承载力计算的依据。

7. 答：配筋率是指纵向受力钢筋截面面积与截面有效面积的百分比，即
0s
A bh ρ=
式中 b ——梁的截面宽度； 0
h ——梁截面的有效高度，取受力钢筋截面重心至受压边缘的距离； s
A ——纵向受力钢筋截面面积；
ρ——梁的截面配筋率。

当材料强度及截面形式选定以后，根据ρ的大小，梁正截面的破坏形式可以分为下面三种类型：适筋破坏、超筋破坏和少筋破坏。

8. 答： 随着梁的剪跨比和配箍率的变化，梁沿斜截面可发生斜拉破坏、剪压破坏和斜压破坏等主要破坏形态，这几种破坏都是脆性破坏。

9. 答：影响有腹筋梁斜截面承载力的主要因素有 （1）剪跨比；
（2）混凝土强度等级； （3）配箍率及箍筋强度； （4）纵筋配筋率等。

10. 答：设计中一般取下列斜截面作为梁受剪承载力的计算截面: (1)支座边缘处的截面 (2)受拉区弯起钢筋弯起点截面 (3)箍筋截面面积或间距改变处的截面 (4)腹板宽度改变处截面
11. 答：钢筋混凝土偏心受拉构件，根据偏心拉力作用位置的不同，可分为两种：一
种是偏心拉力作用在
s
A 和
,s
A
之间，即
02s h e a <
-，称为小偏心受拉；另一种是偏心拉力作
用在s
A 和
,
s
A
之外，即
02s h e a <
-，称为大偏心受拉。

12. 答：弯扭构件的破坏与与作用在构件上弯矩和扭矩比值，构件截面上下部纵筋数
量、构件截面高宽比等因素有关。

随着上述比值的变化，构件可能出现“弯型破坏”、“扭型破坏”和“弯扭型破坏”。

13. 答：（1）在普通钢筋混凝土构件中，不宜采用高强钢筋。

（2）尽可能采用带肋钢筋。

（3）在施工允许的条件下，可采用直径较细的钢筋作为受拉钢筋。

（4）不宜采用过厚的保护层。

一般按《规范》规定取用。

14. 答： 对构件施加预应力有以下作用： （1）大大提高构件的抗裂能力，
（2）减小构件在使用荷载作用下的挠度， （3）有效利用高强度钢筋和高强度混凝土， （4）扩大混凝土构件的应用范围。

15. 答：先张法指张拉钢筋在浇捣混凝土之前进行，用台座长线张拉或用钢模短线张拉，在张拉端夹住钢筋的进行张拉的夹具和在两端临时固定钢筋的锚具，可以重复使用，故称为工具式夹具和工具式锚具。

先张法适用于工厂化成批生产中、小型预应力构件。

后张法指张拉钢筋在浇捣混凝土之后进行，直接在构件上用千斤顶张拉，不需要台座。

其锚具永远固定在混凝土构件上，以传递预应力，故称为工作锚具。

后张法适用于运输安装不便的大、中型预应力构件。

四、计算题
1. 解：由附表1.2知对C20：
2
9.6/
c
f N mm
=2
1.1/
t
f N mm
=
1
1.0
α=
由附表1.7知对HRB335：
2
300/
y
f N mm
=0.55
b
ξ=
由附表1.15知：C20梁环境一类时的保护层厚为30mm，考虑一排钢筋
40mm
a
s
=
，
则：0
50040460 s
h h a mm
=-=-=
（1）由向As取矩公式求x：
10.2740.55
b
ξξ
=-==<=
满足要求。

0.274460126
x h mm
ξ
=⨯=⨯=
（2）由合力公式求As：
2
1
19.6250126
1008
300
c
y
f bx
As mm
f
α⨯⨯⨯
===
2 min
1.1
max(0.002,0.45)max(0.002,0.45)250500250
300
t
y
f
As bh mm As
f
=⨯=⨯⨯⨯=<（3）查附表1.18，选用418钢筋。

2. 解：对C20：
2
9.6/
c
f N mm
=
1
1.0
α=
对HRB335：
2
300/
y
f N mm
=0.55
b
ξ=
由于环境类别为一类，对C20梁：30
c mm
=
则：
20
3040
2
s
a mm
=+=
45040410
s
h h a mm
=-=-=
查表可知
2
942
As mm
=
（1）由合力公式：
10
300*942
0.3590.55
1.0*9.6*200*410
y
b
c
f As
f bh
ξξ
α
===<=
满足要求。

（2）向As取矩：
2210(10.5) 1.0*9.6*200*410*0.359*(10.5*0.359)
u c M f bh αξξ=-=-
6
95.1*1095.170N mm kN m kN m M =•=•>•=
∴正截面承载力足够。

3. 解：由附表1.2知C20：
c f =9.62N /mm 1α=
1.0
由附表1.7知HRB335：y f =3002N /mm ,2
300/y f N mm = b ξ=0.55
由附表1.18知
,
s A ：218， =,2
s A 509mm
由附表1.15知环境类别为一类，对C20梁：30c mm =，,18
30392s a mm =+
=
受拉钢筋按一排考虑：40s a mm
=
050040460s h h a mm
=-=-=
（1）由双筋向
s
A 取矩公式求x ：
110.34720.55
b ξξ=-=-=<=
满足要求。

00.3472460160x h mm
ξ==⨯=
（2）因为
,0223978s b a mm x h ξ=⨯=<<，故由双筋合力公式求
S
A ：
,,
12
19.6250160509300
1789300
c s y S y
f bx A f A mm f α+⨯⨯⨯+⨯=
=
=
（3）选用425，2
s A 1964mm =
4. 解：
（1）验算截面尺寸
,4325.2200
465
b h 465mm
h h w 0w <==== 属于一般梁。

因为C20，故1c =β，按下式验算截面
120kN v 2kN .223223200N 4652006.90.125.0bh f 25.00c c =>==⨯⨯⨯⨯⨯=β
所以截面尺寸满足要求。

（2）验算是否按计算配箍
对由均布荷载产生的剪力，由于
120kN V 610kN .714652001.17.0bh 7f .00t =<=⨯⨯⨯=
需要进行计算配置箍筋。

（3）计算箍筋间距，已知配箍双肢6φ，采用均布荷载的配箍抗剪强度公式
0sv
y v
0t h S
A 25f .1bh 7f .0V += 8mm .14210
610).71(120465
3.28221025.1bh 7f .0V h A 25f .1S 3
o t 0sv yv =⨯-⨯⨯⨯⨯=-=
(4) 选200m m S 140m m S max =<= ，配箍率为
%126.0210
10
.124.0f f 24.0%202.01402003.282S b A y v t min ,sv SV sv ====⨯⨯=⋅=
ρρ〉 满足最小配箍率要求。

5. 解：由附表1.2知对C30：
2
14.3/c f N mm =
1 1.0α=
由附表1.7知对HRB335：
2
300/y y f f N mm '==
0.55b ξ=
040040360s h h a mm
=-=-=
（1）计算
i
e 值
30130*10520250M e mm N === 400max(,20)2030a e mm
== 052020540i a e e e mm
=+=+=
（2）计算偏心距增大系数η
030007.515400l h ==< 则取2
1.0ξ= 130.50.5*14.3*300*400
3.432 1.0250*10c f A N ξ=
==> 则取1
1.0ξ= 20120
1
1()1400i
l
e h h ηξξ=+
2
130001() 1.0 1.05404001400()
360=+
⨯⨯
1.027=
(3) 判别大小偏心受压：
01.027*540554.580.3108i e mm h mm η==>=
3
01250*1058.280.55*3601981.0*14.3*300b c N x mm h mm f b ξα===<==
属于大偏心受压。

（4）按大偏心受压，计算对称配筋S
S A A '=
因为
58.28280s x mm a mm
'=<=
故取mm x 80=，由向
'
s A 取矩求
s
A ：
0()2()
i s y s h
N e a As f h a η'-
+=
'-
3250*10(554.5820040)300*(36040)-+=
-
22
1027.60.0020.002*300*400240mm bh mm =>==
选用322
2
(1140)As As mm '==。