结构设计原理答案

一、钢筋和混凝土之所以能有效结合共同工作的原因是什么？

答：1. 混凝土硬化后，钢筋和商品混凝土之间产生良好的粘结力，使两者结合为整体，从而保证在荷载作用下，钢筋和商品混凝土能变形协调，共同工作，不易失稳。

2.钢筋与混凝土两者有相近的膨胀系数，两者之间不会发生相对的温度变形而使粘结力遭到破坏。

3.在钢筋的外部，应按照构造要求设置一定厚度的商品混凝土保护层，钢筋包裹在混凝土之中，受到混凝土的固定和保护作用，钢筋不容易生锈，发生火灾时，不致使钢筋软化导致结构的整体倒塌。

4、钢筋端部有足够的锚固长度。

二、影响粘结强度的因素有哪些？

答：1，混凝土强度；粘结强度随混凝土的强度等级的提高而提高。

2，钢筋的表面状况；如变形钢筋的粘结强度远大于光面钢筋。

3，保护层厚度和钢筋之间的净距。因此，构造规定，混凝土中的钢筋必需有一个最小的净距。

4，混凝土浇筑时钢筋的位置；对于梁高超过一定高度时，施工规要求分层浇筑及采用二次振捣。

三、什么叫混凝土的徐变？影响混凝土徐变的因素有哪些？

答：答：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，这种现象称为混凝土的徐变。

主要影响因素：

（1）混凝土在长期荷载作用下产生的应力大小；（2）加荷时混凝土的龄期；（3）混凝土的组成成分和配合比；（4）养护及使用条件下的温度与湿度

四、什么是钢筋和混凝土之间粘结应力和粘结强度？为保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力要采取哪些措施？

答：（1）粘结应力：变形差（相对滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力；

（2）粘结强度：实际工程中，通常以拔出试验中粘结失效（钢筋被拔出，或者混凝土被劈裂）时的最大平均粘结应力作为钢筋和混凝土的粘结强度；

（3）主要措施：①光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度均随混凝土等级的提高而提高，所以可以通过提高混凝土强度等级来增加粘结力；②水平位置钢筋比竖位钢筋的粘结强度低，所以可通过调整钢筋布置来增强粘结力；③多根钢筋并排时，可调整钢筋之间的净距来增强粘结力；④增大混凝土保护层厚度⑤采用带肋钢筋。五、结构的可靠性与可靠度是什么？

五、结构的可靠性与可靠度是什么？

答：结构可靠性是指结构在规定的时间，在规定的条件下，完成预定功能的能力。包括安全性、适用性和耐久性。

结构的可靠度是指结构在规定的时间，在规定的条件下，完成预定功能的概率。

六、什么是极限状态？我国《公路桥规》规定了哪两类结构的极限状态？

答：①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，此特定状态成为该功能的极限状态。

②承载能力极限状态和正常使用极限状态。

七、我国《公路桥规》规定了结构设计有哪三种状况？

答：持久状况、短暂状况和偶然状况。

八、什么叫材料强度的标准值和设计值？

答：①材料强度标准值：是由标准试件按标准试验方法经数理统计以概率分布的0.05分位值确定强度值，即取值原则是在符合规定质量的材料强度实测值的总体中，材料的强度的标准值应具有不小于95%的保证率。

②材料强度设计值：是材料强度标准值除以材料性能分项系数后的值。

九、什么是梁的结构？

答：梁是组成各种结构的基本构件之一，本身又是工程中应用最广的受弯结构，如梁桥与建筑的梁柱体系。

十、例3-1、例3-2、例3-5、例20-5、例21-2的解题步骤是什么？

答，见书本。

十一、试比较图3-4和图3-5，说明钢筋混凝土板与钢筋混凝土梁钢筋布置的特点？

答：见书本

板：（1）受力钢筋

单跨板跨中产生正弯矩，受力钢筋应布置在板的下部；

悬臂板在支座处产生负弯矩，受力钢筋应布置在板的上部。

（2）分布钢筋

分布钢筋的作用是：将板面上的集中荷载更均匀地传递给受力钢筋；在施工过程中固定受力钢筋的位置；抵抗因商品混凝土收缩及温度变化在垂直受力钢筋方向产生的拉力。

梁中一般配制下面几种钢筋：纵向受力钢筋、箍筋、弯起钢筋、架立钢筋、纵向构造钢筋。

十二、钢筋混凝土适筋梁正截面受力全过程可划分为几个阶段？各阶段受力主要特点是什么？

答：适筋梁正截面受弯全过程可划分为三个阶段—混凝土开裂前的未裂阶段、混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段和钢筋开始屈服前至截面破坏的破坏阶段。

第Ⅰ阶段的特点是：1）混凝土没有开裂；2）受压区混凝土的应力图形是直线，受拉区混凝土的应力图形在第Ⅰ阶段前期是直线，后期是曲线；3）弯矩与截面曲率基本上是直线关系。第Ⅱ阶段的特点是：1）在裂缝截面处，受拉区大部分混凝土推出工作，拉力主要由纵向受拉钢筋承担，但钢筋没有屈服；2）受压区混凝土已有塑性变形，但不充分，压应力图形为只有上升段的曲线；3）弯矩与截面曲率是曲线关系，截面曲率与挠度的增长加快了。

第Ⅲ阶段的特点是：1）纵向受拉钢筋屈服，拉力保持为常值；裂缝截面处，受拉区大部分混凝土已退出工作，混凝土被压碎，截面破坏；

十三、什么叫钢筋混凝土少筋梁、适筋梁和超筋梁？各自有什么样的破坏形态？为什么把少筋梁和超筋梁都成为脆性破坏？

答：少筋梁是指受力钢筋的配筋率少于最少配筋率；

适筋梁是指受力刚进的配筋率在最少配筋率与最大配筋率之间；

超筋梁是指受力钢筋的配筋率大于于最大配筋率。

少筋梁的破坏形态：混凝土没有开裂，钢筋断裂，破坏没有明显的征兆，破坏时间比较短； 适筋梁的破坏形态：混凝土开裂有一定的征兆，混凝土构件断裂时，钢筋也到达了极限，开裂时间有一个明显的过程；

超筋梁的破坏形态：混凝土完全开裂了，钢筋的作用还没有完全使用，构件就破坏了，破坏没有明显的征兆，破坏时间比较短。

之所以把少筋梁和超筋梁称为脆性破坏，是因为构件的破坏时间比较短，没有明显的征兆。

十四、在什么情况下可采用钢筋混凝土双筋截面梁？为什么双筋截面梁一定要采用封闭式箍筋？截面受压区的钢筋设计强度是如何确定的？

答：单筋截面适筋梁最大承载力为20(10.5)u cd b b M f bh ξξ=-因此，当截面承受的弯矩组合值d M 较大，而梁截面尺寸受到使用条件限制或混凝土强度又不宜提高的情况下，又出现ξ>ξξ而承载能力不足时，则应改用双筋截面。

若钢筋刚度不足或箍筋间距过大，受压钢筋会过早向外侧向凸出，反而会引起受压钢筋的混凝土保护层开裂，使受压区混凝土过早破坏，因此双筋截面梁一定要采用封闭式箍筋。

《公路桥规》取受压钢筋应变/0.002s ε=，这时对R235及钢筋取420Mpa ，对HRB335,HRB400

等钢筋为400Mpa 。

十五、钢筋混凝土双筋截面梁正截面承载力计算公式的适用条件是什么？试说明原因。 答：双筋矩形截面受弯构件正截面承载力的两个基本公式：

,,1c y s y s

f bx f A f A α+= ,,,100()()2u c y s s x M M f bx h f A h a α=-+-

适用条件：（1） 1b ρρ≤是为了保证受拉钢筋屈服，不发生超筋梁脆性破坏，且保

证受压钢筋在构件破坏以前达到屈服强度；（2）为了使受压钢筋能达到抗压强度设计值，应满足,

2s x a ≥， 其含义为受压钢筋位置不低于受压应力矩形图形的重心。当不满足条件时，则表明受压钢筋的位置离中和轴太近，受压钢筋的应变太小，以致其应力达不到抗压强度设计值。

十六、配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压短柱与长柱的破坏形态有何不同？什么叫做长柱的稳定系数？影响稳定系数的主要因素有哪些？

答：轴心受压普通箍筋短柱的破坏形态是随着荷载的增加，柱中开始出现微细裂缝，在临近破坏荷载时，柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋间的纵筋发生压屈，向外凸出，混凝土被压碎，柱子即告破坏。而长柱破坏时，首先在凹侧出现纵向裂缝，随后混凝土被压碎，纵筋被压屈向外凸出；凸侧混凝土出现垂直于纵轴方向的横向裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏。 稳定系数：在钢筋混凝土轴心受压构件计算中，考虑构件长细比增大的附加效应使构件承载力降低的系数。

影响因素：主要与构件长细比有关，混凝土强度和配筋率影响小。

十七、配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件与配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件的正截面承载力计算有何不同？

答：螺旋箍筋柱与普通箍筋柱的受力变形没有多大区别。但随着荷载的不断增加，纵向钢筋应力达到屈服强度时，螺旋箍筋外的混凝土保护层开始剥落，柱的受力混凝土面积有所减少，因而承载力有所下降。但由于螺旋箍筋间距较小，足以防止螺旋箍筋之间纵筋的压屈，因而纵筋仍能继续承担荷载。随着变形的增大，核芯部分的混凝土横向膨胀使螺旋箍筋所受的环拉力增加。反过来，被拉紧的螺旋箍筋又紧紧地箍住核芯混凝土，使核芯混凝土处于三向受压状态，限制了混凝土的横向膨胀，因而提高了柱子的抗压强度和变形能力。螺旋箍筋柱在荷载保持不变的情况下有良好的变形能力，，柱破坏时的变形达0.01。因此近年来在抗震设计中，为了提高柱的延性常在普通钢箍筋加配螺旋箍筋。

《公路桥规》规定配有纵向受力钢筋和普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算公式如下：

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《公路桥规》规定配有纵向受力钢筋和普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算公式如下：

,,00.9()d u cd cor sd so sd s N N f A kf A f A γ?≤=++

十八、简述钢筋混凝土偏心受压构件的破坏形态和破坏类型，如何判断？

答：受拉钢筋首先到达屈服强度，然后受压混凝土压坏为大偏心受压破坏（ξ≤ξb 为大偏心受压破坏）。

受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变，受压区混凝土被压碎，同一侧的钢筋压应力达到屈服强度，而另一侧的钢筋，不论受拉还是受压，其应力均达不到屈服强度，破坏前构件横向变形无明显的急剧增长，为小偏心受压破坏（ξ＞ξb 为小偏心受压破坏）

十九、什么是钢筋混凝土构件的换算截面？将钢筋混凝土开裂截面化为等效的换算截面基本前提是什么？

答：换算截面：将受压区的混凝土面积和受拉区的钢筋换算面积所组成的截面称为钢筋混凝土构件开裂截面的换算截面；

基本前提：

（1）平截面假定，即认为梁的正截面在梁受力并发生弯曲变形以后，仍保持为明面；

（2）弹性体假定。混凝土受压区的应力分布图可近似看作直线分布；

（3）受拉区混凝土完全不能承受拉应力。拉应力完全由钢筋承受。

二十、引起钢筋混凝土构件裂缝的主要因素有哪些？

主要是由于混凝土中拉应力超过了抗拉强度，或由于拉伸应变达到或超过了极限拉伸值而引起的。

因：原材料配合比不优，水化热、自身体积变形及其热水。力学性能达不到抗裂能力要求；结构形式不合理，容易造成过大的应力集中；分块不恰当，难以承受外界条件和荷载的影响等。

外因：温度，湿度等环境变化，基础不均匀沉降和外荷超载。

二十一、配筋混凝土构件的分类包括哪些？

答：受拉构件，受压构件，受弯构建，受剪构件，受扭构件。

二十二、什么是预应力混凝土？为什么要对构件施加预应力？预应力混凝土的主要优点是什么？其基本原理是什么？

答：为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，设法在混凝土结构或构件承受使用荷载前，通过施加外力，使得构件产生的拉应力减小，甚至处于压应力状态下的混凝土构件。

预压应力用来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而将结构构件的拉应力控制在较小围，甚至处于受压状态,以推迟混凝土裂缝的出现和开展，从而提高构件的抗裂性能和刚

原理：

1、提高了构件的抗裂度和刚度

2、可以节约材料和减轻结构的自重

3、减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力

4、结构质量安全可靠

5、可以提高结构的耐疲劳性能

6、预加应力的方法更有利于装配式混凝土结构的推广，亦可作为结构构件连接的手段，促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展。

原理：

在承受外荷载前，预先引入永久应力（预加应力）以降低荷载应力或改善工作性能的配筋混凝土。预加应力的大小和分布规律，与外荷载产生的应力大小和分布规律相反，使之可以抵消由于外荷载产生的全部或部分拉应力。这样有预应力与外荷载产的应力叠加后，根据事先预加应力的大小，可使结构在使用状态下不出现拉应力、或推迟裂缝的出现，或将裂缝宽度控制在一定的限度，这就是预应力的基本原理。

二十三、什么是预应力度？《公路桥规》对预应力混凝土构件如何分类？

答：公路桥规将受弯构件的预应力度入定义为由预加应力大小确定的消压弯矩Mo与外荷载产生的弯矩Ms的比值。

第I类：全预应力混凝土结构入》=1

第II类：部分预应力混凝土结构0《入《1

第III类：钢筋混凝土结构入=0

二十四、预应力混凝土结构有什么优缺点？

答：优点：1提高了构件的抗裂度和刚度。

2可以节省材料，减少自重。

3可以减少混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。

4结构质量安全可靠。

5预应力可作为结构构件连接的手段，促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展。此外，预应力还可以提高结构的耐疲劳性能。

缺点：1工艺较复杂，对施工质量要求甚高，因而需要配备一支技术较熟练的专业队伍。2需要有专门设备。

3预应力上拱度不易控制。

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。

二十五、什么是先法？先法预应力混凝土构件是按什么样的工序施工？先法构件如何实现预应力筋的锚固？先法构件有何优缺点？

答：先法:即先拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。1预应力钢筋就位，准备拉。2拉并锚固，浇筑构件混凝土。3松锚，预应力钢筋回缩，制成预应力混凝土构件。先法是靠工

作锚具来传递和保持预加应力的。

优点：先法施工简单,靠粘结力自锚,不必耗费特制锚具,临时锚具可以重复使用(一般称工具式锚具或夹具),大批量生产时经济,质量稳定.适用于中小型构件工厂化生产。

缺点：需要较大的台座或成批的钢模、养护池等固定设备，一次性投资较大；预应力筋布置多数为直线型，曲线布置比较困难

二十六、什么是后法？后法预应力混凝土构件是按什么样的工序施工？后法构件如何实现预应力筋的锚固？后法构件有何优缺点？

答：后法:即先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再拉预应力钢筋并锚固的方法。1浇筑构件混凝土，预留孔道，穿入预应力钢筋。2千斤顶支于混凝土构件上，拉预应力钢筋。3用锚具将预应力钢筋锚固后进行孔道压浆。后法是靠工作锚具来传递和保持预加应力的。优点：不需固定的台座设备，不受地点限制，适用施工现场生产大型预应力混凝土构件。缺点：其工序较多，工艺复杂，锚具不能重复使用。

二十七、什么是预应力损失？什么是拉控制应力？拉控制应力的高低对构件有何影响？答：预应力损失：预应力钢筋的预应力随着拉、锚固过程和时间推移而降低的现象。拉控制预应力：指预应力钢筋锚固前拉钢筋的千斤顶所显示的总拉力除以预应力钢筋截面积所求得的钢筋应力值。

影响：拉控制应力可以提高构件的抗裂性、减少钢筋用量。过高使用钢筋在拉或施工过程中被拉断、应力松弛损失增大、构件出现纵向裂缝也降低了构件的延性，过低降低构件的承载力。

二十八、《公路桥规》中考虑的预应力损失主要有哪些？引起各项预应力损失的主要原因是什么？如何减小各项预应力损失？