结构设计原理简答题

1．试述钢筋混凝土受弯构件第Ⅱ工作阶段计算的基本假定?（5分）答：平截面、弹性体、不考虑受拉区混凝土承受拉应力2．钢筋混凝土梁内有几种钢筋？每种钢筋有何作用？它们各自如何确定？（10分）答：五种。

纵筋：承受纵向拉、压力，由正截面承载力计算确定。

箍筋：抗剪、定位、构成钢筋骨架，由计算和构造要求确定。

斜筋：抗剪，由计算和构造要求共同确定。

架立钢筋：形成钢筋骨架，定位，由构造确定；纵向水平钢筋，防止混凝土收缩、温度变化而引起的开裂，由构造确定。

3．为什么预应力混凝土结构必须采用高强混凝土和高强钢筋？（10分）答：采用高强混凝土的原因：预应力混凝土结构相对于普通钢筋混凝土结构而言，处在更高的应力状态，因而要求有较高的承压和其它能力，而高强混凝土具有较高的抗拉、抗弯、局部抗压等能力，而且有大的弹性模量，使得受力变形小、收缩徐变小、应力损失小，为了能充分发挥高强钢筋的作用，也必须采用高标混凝土。

如果不使用高强钢筋，就无法克服由于预应力损失而建立起有效预应力。

1．什么是极限状态？试述《公路桥规》中承载能力极限状态计算的理论基础、设计原则及其表达式？（8分）答：结构或结构的一部分一旦达到某一状态就不能满足设计规定的功能要求，则此状态为极限状态。

《公路桥规》中承载能力极限状态的计算以塑性理论为基础，设计的原则是作用效应的最不利组合的设计值必须小于结构抗力的设计值。

R S d ≤0γ2．钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力计算是建立在哪种斜截面破坏形式基础上的？其计算公式的上限值和下限值的意义是什么？（8分）答：斜截面剪压破坏形式基础上，计算公式的上限值用于控制截面最小尺寸；下限值来检查是否要按照计算配置箍筋。

3．简述先张法预应力混凝土的施工工艺流程。

与后张法相比有何相同和不同点。

（9分） 答：预制台座，张拉力筋、锚固力筋、浇筑混凝土并养生待强、放松张拉，运梁安装。

相同：都可以使混凝土获得预应力；不同点：工艺不同、预应力的传递方式、有效预应力。

2．钢筋混凝土轴心受压短柱与长柱破坏各有什么特点？在计算中如何考虑长细比对柱的承载力的影响？（10分）答：钢筋混凝土短柱破坏时，柱中部的横向挠度很小，其破坏是材料破坏即混凝土被压碎破坏。

钢筋混凝土长柱破坏前，横向挠度增加很快，使长柱的破坏来得比较突然，导致失稳破坏。

承载力计算中用短柱的承载力乘以稳定系数即考虑构件长细比增大的附加效应使构件的承载力降低的计算系数来考虑长柱的影响效应。

3．预应力混凝土受弯构件设计时，除进行正截面、斜截面强度计算外，还应该进行哪些内容的计算或验算？（9分）答：预加力计算、预应力损失计算、应力计算、抗裂验算，变形计算、端部锚固区计算等1．混凝土强度的基本代表值有哪些？混凝土立方体强度是如何确定的?（7分）答：立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗拉强度。

立方体抗压强度：边长为150mm 的立方体标准试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在95％以上的潮湿空气中养护28d ，依照标准制作方法和试验方式测得的抗压强度值。

2．有三根矩形截面梁，截面尺寸相同，但配筋不同：ρ<ρmin ，ρmin ≤ρ<ρmax ，ρ>ρmax ，问：它们各属于何种破坏形态？破坏时所能承受的最大弯矩怎样算？（以矩形截面为例用公式表示）（10分）答：少筋、适筋、超筋 少筋0W f M tk u γ=，适筋()20x h bx f M cd u -=，超筋()2000h h h b f M b b cd u ξξ-=3．简述预应力混凝土受弯构件的破坏过程包括哪几个阶段以及各阶段若干不同的受力过程。

（8分）答：施工阶段：（1）预加应力阶段，此阶段是指从预加应力开始，至预加应力结束(即传力锚固)为止。

（2）运输安装；使用阶段：此阶段是指桥梁建成通车后的整个使用阶段。

分为如下几个受力状态（根据构件受力后可能出现的特征状态）：消压、开裂、带裂缝工作；破坏阶段：预应力混凝土受弯构件在破坏时预加应力损失殆尽，故其应力状态和普通钢筋混凝土构件相类似，其计算方法也基本相同。

1．钢筋混凝土结构裂缝按其产生的原因分为哪几类？这几类裂缝如何加以控制？（8分） 答：作用效应引起的裂缝，外加变形或约束变形引起的裂缝，钢筋锈蚀裂缝。

作用效应引起的裂缝：通过计算和构造措施加以控制。

其他裂缝通过构造措施和施工工艺等措施加以控制。

2．简述钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算的基本假定。

（5分）答：（简要）平截面假定、不计混凝土的抗拉、混凝土压区矩形应力图形、材料应力应变物理关系。

3．有两个轴心受拉构件，其配筋数量、材料强度、截面尺寸等均相同，只是一个施加了预应力，另一个没施加预应力，试问这两个构件的承载力和开裂荷载是否相同？为什么？（要求以配有钢筋面积A S 的矩形截面b ×h 为例写出各自的计算公式，钢筋强度f sd ，有效预压应力pc σ，钢筋混凝土开裂弯矩cr M ）（12分）答：两构件承载力相同，开裂荷载不同，施加了预应力的构件开裂荷载大。

计算承载力时，混凝土开裂不参加工作，只有钢筋参加工作，普通钢筋和预应力钢筋都到达屈服强度，故承载力为：u sd s N f A =普通钢筋混凝土开裂弯矩为cr M ，而预应力混凝土构件的开裂弯矩＝pc σbh ＋cr M ，显然后者比前者大1． 简述公路桥涵结构上作用的类型并解释。

（8分）答：公路桥涵结构上作用的类型分为：永久作用（恒载）：在设计使用期内，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的作用。

可变作用：在设计使用期内，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。

偶然作用：在设计使用期内，不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。

2．简述钢筋混凝土受弯构件斜截面抗剪钢筋设计的基本步骤。

（10分）答：钢筋混凝土受弯构件斜截面抗剪钢筋设计的基本步骤为：（1）复核截面尺寸是否满足要求 （2）确定是否需按计算配腹筋：（3）计算剪力值的确定 （4）箍筋设计（5）弯起钢筋设计3．预应力损失的原因有哪些。

（7分）答：预应力损失的原因有：（1）预应力钢筋与管道壁间摩擦引起的应力损失 （2）锚具变形，钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失（3）钢筋与台座间的温差引起的应力损失（4）混凝土弹性压缩引起的应力损失（5）钢筋松弛(徐舒)引起的应力损失（6）混凝土的收缩和徐变引起的应力损失1．钢筋混凝土结构对所使用的钢筋有何要求？（5分）答：钢筋混凝土结构对所使用的钢筋要求：具有高强度，良好的塑性和可焊性，同时与混凝土有较好的粘结性能。

2．轴心受压构件设置纵向钢筋和箍筋的作用是什么？（8分）答：纵向钢筋的作用： （1）协助混凝土受压，减小截面尺寸（2）承受可能存在的不大的弯矩（3）防止构件的突然脆性破坏普通箍筋的作用：防止纵向钢筋的局部压屈，并与纵向钢筋形成钢筋骨架，便于施工 螺旋箍筋的作用：使截面中间部分（核心）混凝土成为约束混凝土，从而提高构件的强度和延性。

3．简述预应力混凝土受弯构件的预应力钢筋估算的一般方法。

（12分）答：预应力混凝土梁应进行承载能力极限状态计算和正常使用极限状态计算，并满足《公桥规》中对不同受力状态下规定的设计要求，预应力钢筋截面积估算应根据这些限值条件进行。

预应力混凝土梁一般以抗裂性控制设计，因此预应力混凝土梁预应力钢筋截面积一般按正截面抗裂性要求估算预应力钢筋数量。

1．桥梁结构的功能包括哪几方面的内容？我国《公路桥规》规定了结构设计哪三种状况？（6分） 答：桥梁结构的四项基本功能要求：（1）结构应能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种荷载、外加变形、约束变形等的作用 ；（2）结构在正常使用条件下具有良好的工作性能；（3）结构在正常使用和正常维护条件下，在规定的时间内，具有足够的耐久性；(4）在偶然荷载作用下或偶然事件发生和发生后，结构仍能保持整体稳定性，不发生倒塌。

我国《公路桥规》规定的三种状况：（1）持久状况；（2）短暂状况；（3）偶然状况2．两类偏心受压构件的破坏特征有何区别？其判别条件是什么?（9分）答：大偏心受压破坏破坏特征：部分受拉，部分受压，受拉钢筋应力先达到屈服强度，随后，混凝土被压碎，受压钢筋达屈服强度。

构件的承载力取决于受拉钢筋的强度和数量。

破坏性质：塑性破坏。

小偏心受压破坏破坏特征：，一般是靠近偏心力一侧的混凝土首先达到极限压应变而压碎，该侧的钢筋达到屈服强度，远离偏心力一侧的钢筋不论受拉还是受压，一般达不到屈服强度。

构件的承载力取决于受压区混凝土强度和受压钢筋强度。

破坏性质：脆性破坏。

判别条件：当b ξξ≤时，为大偏心受压破坏b ξξ>时，为小偏心受压破坏3．什么是先张法、后张法的预应力混凝土结构？比较他们的相同点和不同点。

（10分）答：先张法：先张拉钢筋后浇注混凝土，等混凝土强度达到设计所要求的值，再放张钢筋。

后张法：先浇注混凝土，等混凝土强度达到设计所要求的值，再张拉钢筋。

不同点：施工工艺不同，建立预应力的方法不同，先张法是靠钢筋和混凝土之间的粘结力来传递和保持预加应力，而后张法是靠工作锚具来传递和保持预加应力。

相同点：都是通过张拉钢筋在混凝土内部建立预压应力1．什么是剪跨比？剪跨比的大小不同使无腹筋简支梁出现何种破坏形式？答：剪跨比：用0Vh M m =来表示，此处M 和V 分别为剪弯区段中某个竖直截面上的弯矩和剪力，0h 为截面有效高度。

一般把m 的这个表达式称为“广义剪跨比”，它实质上反映了梁内正应力σ与剪应力τ的相对比值。

剪跨比的大小不同使无腹筋简支梁出现：斜压破坏、剪压破坏、斜拉破坏。

2．简述预应力混凝土受弯构件的破坏过程包括哪几个阶段以及各阶段若干不同的受力过程。

答：施工阶段：（1）预加应力阶段，此阶段是指从预加应力开始，至预加应力结束(即传力锚固)为止。

（2）运输安装；使用阶段：此阶段是指桥梁建成通车后的整个使用阶段。

分为如下几个受力状态（根据构件受力后可能出现的特征状态）：消压、开裂、带裂缝工作；破坏阶段：预应力混凝土受弯构件在破坏时预加应力损失殆尽，故其应力状态和普通钢筋混凝土构件相类似，其计算方法也基本相同。

3．什么是换算截面？以图示单筋矩形截面为例（换算系数或弹模比为αEs ），求钢筋的换算面积A sc 和钢筋混凝土开裂截面的换算截面面积A 0（给出过程和说明）并绘出换算截面图。

答：换算截面：将钢筋和受压区混凝土两种材料组成的实际截面换算成一种拉压性能相同的假想材料组成的匀质截面。

假想的混凝土所承受的总拉力应该与钢筋承受的总拉力相等，故s s sc c A A σσ= 而c s Ec σσα=，所以钢筋的换算面积为sc s s c Ec s A A A σα==受压区混凝土面积和受拉区面积所组成的截面为钢筋混凝土开裂截面的换算截面，换算截面面积为：1．通过绘制简图和写出表达式，说明混凝土弹性模量的三种表示方法。