《结构设计原理》习题
三、名词解释
1．抵抗弯矩图
答：抵抗弯矩图是指按实际纵向受力钢筋布置情况画出的各截面抵抗弯矩，即受弯承载力Mu沿构件轴线方向的分布图形。
2．混凝土收缩
答：混凝土的凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象称为收缩。
3．混凝土徐变
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被称为混凝土的徐变。
4．可靠性
答：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能。
5．可靠度
答：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。
6．承载能力极限状态
答：结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形或变位的状态。
7．正常使用极限状态
答：结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项限值的状态。
8．剪跨比
答：剪跨比是反映梁内正应力σ和剪应力τ的相对比值。
9．作用效应最不利组合
答：所有可能的作用效应组合中对结构或结构构件产生总效应最不利的一组作用效应组合。
10．深受弯构件
答：钢筋混凝土深受弯构件是指跨度与其截面高度之比较小的梁。
1.先张法
答案：先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。先在张拉台座上，按设计规定的拉力张拉预应力钢筋，并进行临时锚固，再浇筑构件混凝土，待混凝土达到要求强度后，放张，让预应力钢筋回缩，通过预应力钢筋与混凝土之间的粘结作用，传递给混凝土，使混凝土获得预压应力。
2.预应力损失
答案：由于施工因素、材料性能和环境条件等的影响，钢筋中的预应力会逐渐减少，这种预应力钢筋的预应力随着张拉、锚固过程和时间推移而降低的现象称为预应力损失。
3.部分预应力混凝土结构
答案：部分预应力混凝土结构是指构件在作用（或荷载）短期效应组合下控制的正截面的受拉边缘可出现拉应力的预应力混凝土结构，其预应力度大于0，小于1。
4.无粘结预应力混凝土梁
答案：无粘结预应力混凝土梁是指配置的主筋为无粘结预应力钢筋的后张法预应力混凝土梁。无粘结预应力钢筋，是指由单根或多根高强钢丝、钢绞线或粗钢筋，沿其全长涂有专用防腐油脂涂料层，使之与
周围混凝土不建立粘结力，张拉时可沿纵向发生相对滑动的预应力钢筋。
5.砂浆
答案：砂浆是由一定比例的胶结料（水泥、石灰等）、细集料（砂）及水配置而成的砌筑材料。砂浆在砌
体结构中的作用是将块材粘结成整体，并在铺砌时抹平块材不平的表面而使块材在砌体受压时能比较均
匀地受力。此外，砂浆填满了块材间隙，减少了砌体的透气性，从而提高了砌体的密实性、保温性与抗
冻性。
1.钢材的屈强比——钢材屈服强度与极限抗拉强度之比，称为屈强比。
2.钢材的可焊性——指一定的工艺和结构条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头性能。即焊
缝金属盒近缝区的钢材均不产生裂纹，焊接构件在施焊后的力学性能应不低于母材的力学性能。
3.钢板梁的整体失稳——钢板梁在最大刚度平面内承受弯矩，当弯矩增大到某一数值时，梁会在偶然的
侧向干扰力作用下，突然发生较大的侧向弯曲和扭转，这种现象称为梁的整体失稳。
4.钢材拉伸的伸长率——试件拉断后标距长度的伸长量与原来标距的比值。
5.应力集中——在荷载作用下，钢结构构件截面突变的某些部位将产生局部峰值应力，其余部位的应力
较低且分布不均匀，这种现象成为应力集中。
6.角焊缝——两焊件形成一定角度相交面上的焊缝。
7.摩擦型高强度螺栓——螺栓连接依靠高强度螺栓的紧固，在被连接件间产生摩擦阻力传递剪力，在受
剪设计时以剪力达到摩擦力为承载能力的极限状态。
8.承压型高强度螺栓——连接依靠螺栓杆抗剪和螺杆与孔壁承压来传递剪力，受剪时，允许板件间发生
相对滑移，外力可以继续增加，以螺栓受剪或孔壁承压破坏为极限状态。
9.钢板梁——由三块钢板焊接或通过角钢和高强度螺栓连接而成的工字型截面梁。
10.钢-混凝土组合梁——指钢梁和所支承的钢筋混凝土板组合成一个整体而共同抗弯的构件。
四、简答题
1．在什么情况下受弯构件正截面承载力计算应设计成双筋？
答：（1）当截面的弯矩设计值超过单筋适筋构件能够承受的最大弯矩设计值，而截面尺寸、混凝土的强度等级和钢筋的种类不能改变。（2）构件在不同的荷载组合下，截面的弯矩可能变号。（3）由于构
造上的原因，在截面的受压区已经配置一定数量的受力钢筋。
2．受弯构件斜截面受剪承载力的计算截面位置如何取？
答：（1）支座边缘处截面；（2）受拉区弯起钢筋弯起点处截面；（3）箍筋截面面积或间距改变处截面；（4）腹板宽度改变处截面。
3．钢筋混凝土受弯构件的抗裂度裂缝宽度变形计算强度计算，它们各自根据哪个应力阶段计算的？
答：截面抗裂验算是建立在第Ⅰa阶段的基础之上；构件使用阶段的变形和裂缝宽度验算是建立在第Ⅰ阶段的基础之上；而截面的承载力计算则是建立在第Ⅰa阶段的基础之上的。
4．减小裂缝宽度和变形的有效措施有哪些？
答：减小裂缝宽度的措施有：宜选择较细直径的钢筋、采用变形钢筋、增大钢筋截面面积、采用预应力混凝土构件等。
减小变形的措施有：最有效的措施是增加截面高度；当设计上构件截面尺寸不能加大时，可考虑
增加纵向受拉钢筋截面面积或提高混凝土强度等级；也可配置一定数量的受压钢筋；采用预应力混凝土构件。
5．钢筋混凝土梁正截面的破坏形式有哪几种？哪些因素决定破坏形式？每一种破坏形式对应于哪一种
破坏性质？
答：适筋梁破坏、超筋梁破坏、少筋梁破坏。配筋量以及钢筋和混凝土的强度等级决定梁正截面的破坏形式。适筋梁破坏属于延性破坏，超筋梁破坏和少筋梁破坏属于脆性破坏。
6．偏心受压构件的破坏特征如何？主要影响因素是什么？
答：破坏特征：大偏心受压构件的破坏从受拉钢筋开始，受拉钢筋先达到屈服强度，然后受压区混凝土被压坏；小偏心受压构件的破坏从受压区开始，受压区边缘混凝土先达到极限压应变而破坏，受拉钢筋一般达不到屈服强度。
主要影响因素：相对偏心距大小和配筋率。
7．采取什么措施来防止斜拉破坏和斜压破坏？
答：斜压破坏取决于混凝土的抗压强度和截面尺寸，只要保证构件截面尺寸不太小，就可防止斜压破坏的发生。
为了防止发生斜拉破坏，规定配箍率ρsv应满足最小配箍率ρsv,min的要求，同时还规定了最大箍筋间距s max和箍筋的最小直径d sv,min。
8．弯剪扭构件截面设计时纵向受力钢筋及箍筋的用量是怎样确定的？
答：纵向受力钢筋：根据受弯构件基本公式求出受弯所需的纵向受拉钢筋，将钢筋布置在截面的受拉区；根据剪扭构件的相关性求出剪扭所需的受扭纵筋；对抗扭所需的纵筋一般应均匀对称的布置在截面周边上。
9．无腹筋梁斜截面受剪破坏形态有哪些？主要影响因素是什么？
答：破坏形态：斜压破坏、剪压破坏、斜拉破坏。影响因素：剪跨比、混凝土强度、截面尺寸、纵筋配筋率。
10．钢筋与混凝土之间的粘结力有哪几部分组成？各是什么？
答：一是因为混凝土颗粒的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的胶合力；二是因为混凝土收缩将钢筋紧
紧握固而产生的摩檫力；三是因为钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力。
1.试述预应力混凝土结构的优缺点。
答案：优点：提高了混凝土构件的抗裂能力和刚度，改善了结构的耐久性。可以有效地利用高强度钢筋
和高强度混凝土，有利于减轻结构自重。可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。结构质量安全可靠。施加预应力时，对结构进行了一次强度检验。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。提高了结构的抗疲劳性能。
缺点：工艺较复杂，施工技术水平要求高。需要专门的施工设备。需张拉设备、灌浆设备、张拉台座、
锚具等。预应力上拱度不易控制。开工费用大，对于跨径小、构件数量少的工程，成本较高。
2.试述预应力损失的种类。
答案：共六种，分别为：1）预应力筋与孔道之间的摩擦引起的预应力损失。2）锚具变形、钢筋内缩和
接缝压密引起的应力损失。3）预应力筋和台座之间温差引起的应力损失。4）混凝土弹性压缩引起的预应力损失。5）预应力筋松弛引起的应力损失。6）混凝土收缩和徐变引起的预应力损失。
3.试述实现部分预应力的三种方法。
答案：实现部分预应力的三种方法为：1）全部采用高强钢筋，一部分张拉到最大允许张拉应力，保留一部分作为非预应力钢筋。2）将全部预应力钢筋都张拉到一个比较低的应力水平。3）用普通钢筋代替一部分预应力高强钢筋，是应用最多的一种方法。
4.什么叫做圬工结构？
答案：砖石结构：以砖、石为建筑材料，通过砂浆或细石混凝土砌筑而成的砌体所组成的结构。混凝土结构：用砂浆砌筑混凝土预制块、整体浇筑的混凝土或片石混凝土等构成的结构。圬工结构：上述两种结构的统称。
5.试述砌体轴心受压长柱的受力特点。
答案：砌体细长柱承受轴心压力时，由于材料不均匀和各种偶然因素的影响，轴向力不可能完全作用在砌体截面中心，即产生了一定的初始偏心，会出现相应的初始侧向变形，因而又增加了长柱的附加应力。
随着构件长细比的增大，细长构件在偏心压力下的侧向挠曲现象越来越明显，附加偏心距随压力的增大而不断增大。附加弯矩在构件截面上产生相当大的附加应力，使构件的承载力大大降低，这样的相互作用加剧了构件的破坏。
1.钢结构与其它材料的结构相比较，具有哪些优点？
答：
(1)材质均匀，可靠性高；
(2)强度高，质量轻；
(3)塑性和韧性好；
(4)制造与安装方便；
(5)具有可焊性好和密封性；
(6)耐热性较好。
2.由低碳钢拉伸试验得到的应力-应变曲线，钢材的受力可分为哪五个阶段？
答：
(1)弹性阶段：卸除荷载后试件的变形能完全恢复，没有残余变形的阶段。
(2)弹塑性阶段：钢材的变形分为弹性和塑性变形两部分，其中塑性变形在卸除荷载后不能恢复。
(3)屈服阶段：钢材应力达到屈服强度后，应变急剧增长，而应力却在很小的范围内波动，变形模
量近似为零。
(4)强化阶段：钢材经过屈服阶段以后，其内部组织因受力得到了调整，又部分恢复了承受增长荷
载的能力。
(5)颈缩阶段：钢材应力达到极限强度后，在试件承载力最弱截面处，横截面局部明显变细出现颈
缩现象。
3.钢材受力破坏有哪两种形式？其各自特征是什么？
答：
(1)钢材破坏形式有：塑性破坏和脆性破坏。
(2)塑性破坏主要特征是破坏前构件产生明显的塑性变形，破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗；
脆性破坏主要特征是破坏前没有任何预兆，破坏后断口平直，呈现出有光泽的晶粒状。
4.钢材的选用应考虑哪些因素？
答：
(1)结构的重要性结构及其构件按照破坏可能产生后果的严重性可以分为：重要的、一般的和次
要的；设计时应根据不同情况，有区别的选用钢材，对重要的结构选用质量好的钢材。
(2)荷载性质对直接承受动力荷载的钢结构构件应选择质量好的钢材。
(3)连接方法焊接结构的材质要求高于同等情况下的非焊接结构。
(4)工作环境钢材的塑性和韧性随温度的降低而降低，尤其是在冷脆临界温度以下韧性急剧降低，
容易发生脆性断裂。
(5)钢材的厚度厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。
5.受剪普通螺栓连接有哪五种破坏形式？
答：
(1)当螺栓直径较小而板件相对较厚时，可能发生螺栓剪断破坏；
(2)当螺栓直径较大而板件相对较薄时，可能发生孔壁挤压破坏；
(3)当板件因螺栓孔削弱太多，可能沿开孔截面发生钢板拉断破坏；
(4)当沿受力方向的端距过小时可能发生端部钢板剪切破坏；
(5)当螺栓过长时可能发生螺栓受弯破坏。
6.高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接的传力机理各是什么？各有何特点？
答：摩擦型高强度螺栓连接——依靠高强度螺栓的紧固，在被连接件间产生摩擦阻力传递剪力，在受剪设计时候以剪力达到摩擦力为承载能力的极限状态。
承压型高强度螺栓连接——依靠螺栓杆抗剪和螺杆与孔壁承压来传递剪力，受剪时，允许板件间发生相对滑移，然后外力可以继续增加并以螺栓受剪或孔壁承压破坏为极限状态。
7.为了获得经济与合理的设计效果，选择实腹式轴心受压的截面时，应考虑的原则？
答：
(1)等稳定性：构件在两个主轴方向的稳定承载力相同，以达到经济的效果。
(2)宽肢薄壁：在满足板件宽（高）厚比限值的条件下，截面面积的分布应尽量开展，以增加截面
的惯性矩和回转半径，提高构件的整体稳定性和刚度，达到用料合理。
(3)连接方便：一般选择开敞式截面，便于与其它构件进行连接；对封闭式的箱形和管形截面，由
于连接困难，只在特殊情况下才有。
(4)制造省工：尽可能构造简单，加工方便，取材容易。
8.什么是实腹式轴心受压构件的局部稳定？
答：实腹式轴心受压构件一般由若干矩形平面板件组成，在轴心压力作用下，这些板件都承受均布压力。如果这些板件的平面尺寸很大而厚度又相对很薄，在均匀压力作用下，当压力达到某一临界值时，
板件不能继续维持平面状态而发生波状屈曲，因为板件屈曲是发生在构件的局部部位，这种现象称为轴
心受压构件丧失局部稳定。
9.与钢板梁相比，钢—混凝土组合梁具有那些优点？
答：
(1)受力合理。充分发挥了钢材适用于受拉和混凝土适用于受压的材料特性。
(2)抗弯承载力高，节省钢材、降低造价。
(3)梁的刚度大。由于钢筋混凝土板有效地参与工作，组合梁的计算截面比钢板梁大，增加了梁的
刚度，从而减小了主梁的挠度。
(4)整体稳定性和局部稳定性好。组合梁的受压翼缘为较宽和较厚的钢筋混凝土板，增强了梁的侧
向刚度，能有效地防止梁的弯扭失稳倾向。钢梁部分大部分甚至全截面收拉，一般不会发生局
部失稳。
(5)施工方便。可以利用钢梁作为现浇混凝土板的模板支撑，以方便施工且节约费用。
(6)组合梁在活荷载作用下比全钢梁桥的噪声小，在城市中采用组合梁桥更为合适。
10.钢管混凝土构件具有哪些优点？
答：
(1)承载力高。由于钢管混凝土构件具有很高的抗压、抗剪和抗扭承载力，适用于建造更大跨度的
拱结构。
(2)塑性和韧性好。钢管混凝土耗能性能高、延性和韧性好，适用于承受动力荷载，有较好的抗震
性能。
(3)施工方便。钢管混凝土结构与钢筋混凝土结构相比，可省去模板；钢管兼有纵向钢筋和箍筋的
作用，但钢管的制作远比钢筋骨架制作省工省料；在施工阶段，钢管本身可作为施工承重骨架。
(4)经济效益显著。与钢筋混凝土柱相比，耗钢量基本相同或略高，但节约混凝土并减轻自重，构
件横截面积减小，从而增加了建筑的有效面积和降低了基础造价。由于施工方便，缩短了施工
工期，可更快地发挥投资效益。
(5)耐腐蚀性与耐火性能比钢结构好。
五、计算题
1.一钢筋混凝土矩形截面梁b?h=250mm?500mm，混凝土强度等级为C30，钢筋为HRB335，若梁承受的弯矩设计值M=180kN.m，Ⅰ类环境，安全等级为二级，试进行截面配筋设计。
解：已知：f cd=13.8MPa，f td=1.39MPa，f sd=280MPa，ξb=0.56，γo=1.0，设a s=40mm,梁的有效高度h0=500-40=460mm,
（1）求受压区高度
由公式γo m d=f cd bx(h0-x2)得
1?180?10=13.8?250x(460-)
A=cd
f
1.0?380?106=13.8?300x(610-)
A=f
f bx
=
13.8?300?175.8
280
6x
2
解的X1=788mm(舍去)X2=133mm<ξb h0=258mm （2）求所需要的钢筋数量A S
S
f bx
sd
=13.8?250?133
280
=1639mm2
(3)选择并布置钢筋
2B25+2B22(1742mm2)
最小配筋率计算45（f td f sd）=45?（1.39）=0.22即配筋率应不小于0.22%且不小于0.2%故取ρmin=0.22%
实际配箍率ρ=A S
bh0=1742
250?460
=1.5%＞ρmin（0.22%）
配筋满足要求。
2.一钢筋混凝土矩形截面梁b?h=300mm?650mm，混凝土强度等级为C30，钢筋为HRB335，若梁承受的
弯矩设计值M=380kN.m，Ⅰ类环境，安全等级为二级，试进行截面配筋计算。
解：已知：f cd=13.8MPa，f td=1.39MPa，f sd=280MPa，ξb=0.56，γo=1.0，设a s=40mm,梁的有效高度h0=650-40=610mm,
（1）求受压区高度
由公式γo m d=f cd bx(h0-x
2)得
x
2
解的X1=1044mm(舍去)X
2=175.8mm<ξb h0=341.6mm
（2）求所需要的钢筋数量A S
cd
S
sd
=2599mm2
1? 351.6 ?106 = 9.2 ? 250x (560 - )
A = f sd (h 0 - a s ) 2 ` ` ` (3)选择并布置钢筋
4B32 (3217 mm 2
)
最小配筋率计算 45（ f td f sd ）=45
?
（1.39 280 ）=0.22
即配筋率应不小于 0.22%且不小于 0.2%故取 ρmin =0.22%
实际配箍率 ρ = A S bh 0 = 2599 300 ? 610
= 1.42% ＞ ρmin （0.22%）
配筋满足要求。
3. 某钢筋混凝土矩形截面简支梁，净跨度 l n =3.66m 。截面尺寸 b×h=250mm×600mm 。该梁承受均布荷载 的
设计值为 210kN/m(包括自重)，混凝土强度等级为 C20，箍筋为 HPB235 钢筋。试根据斜截面受剪承载力 要求确定抗剪钢筋。( a s = 40mm )
解：（1）计算纵筋
f cd = 9.2MPa f td = 1.06MPa
f sd = 280MPa
ξb
= 0.56
重要性系数γ 0 = 1.0 则弯矩计算值 M = γ 0M d = 351.6KN ? m
h 0 = 600 - 40 = 560mm 1）求受压区高度
由公式 γ o M d = f cd bx( h 0 - x 2
)得
x
2
x 2 = 471mm ＞ ξb
采用双筋截面。
h 0 =313.6 mm
` S M - f cd bh 0
ξ (1 - 0.5ξ ) ` ` = 351.6 ?10 6 - 9.2 ? 250 ? 5602
? 0.56(1 - 0.5 ? 0.56) 280 ? (560 - 40)
=417 m m
2
2）求所需要的钢筋数量 A S
A s = f cd bx + f sd A s f sd
= 9.2 ? 250 ? 0.56 ? 560 + 280 ? 417
280 = 2993mm 2 选择受压钢筋为 412(
A S = 452mm 2
)
v `
2 2 2 = 0.42% ＞0.18%，且小于 h =300mm 和 400mm
v `
2 2 2
若箍筋间距计算值取 S v = 481mm ＞ h = 300mm 及 400mm ，取 S V = 200mm 是满足要求的。配
= 0.2% ＞0.18%，且小于 h =300mm 和 400mm
受拉区钢筋为 4 32 ( A S = 3217mm 2 ) (2)计算箍筋
采用 10mm
A sn = 157mm 2
P = 100ρ = 100
A S bh 0
= 100 3217
250 ? 560 = 2.3
s v =
α1 α3 ( 0.56 ?10-6 )( 2 + 0.6 p ) f cu ,k A sv f sv bh 0
=
1? (1.1)2 ( 0.56 ?10-6 )( 2 + 0.6 ? 2.3) 20 ?157 ?195 ? 250 ? (560)2
(384.3)2
=166.5 若箍筋间距计算值取 S v = 150mm ≤ 1 2
h = 300mm 及 400mm ，是满足要求的。配筋率
ρsv
A sv bS v = 157 250 ?150
1
2
在支座中心向跨径长度方向的 600 m m 范围内，设计箍筋间距 S v = 100mm ；尔后至跨中截
面统一的箍筋间距取 S v = 150mm 。
4. 一钢筋混凝土矩形截面简支梁，截面尺寸为 b×h=250mm×600mm ，受拉区纵筋为 3φ25。该梁承受均布 荷载设计值 100kN/m(包括自重)，梁的净跨度 l n =3.56m ，混凝土强度等级为 C30，箍筋为热轧 HPB235 级 钢筋，纵筋为 HRB335 级钢筋。求：箍筋的数量。(a s =35mm)
解：采用直径为 8mm 的双肢箍筋，箍筋截面积 A SV = 2 ? 50.3 = 100.6mm 2
p = 100
A S bh 0
= 100 ? 1473
250 ? (600 - 35) = 1.043
h 0 = 600 - 35 = 565
s v =
α1 α3 ( 0.56 ?10-6 )( 2 + 0.6 p ) f cu ,k A sv f sv bh 0
=
1? (1.1)2 ( 0.56 ?10-6 )( 2 + 0.6 ?1.043) 30 ?100.6 ?195 ? 250 ? (565)2
(178)2
=481mm
1 2
筋率 ρsv = A sv bS v
1 2
在支座中心向跨径长度方向的 600 mm 范围内，设计箍筋间距 S v = 100mm ；而后至跨中截面
统一的箍筋间距取 S v = 200mm
s ζ 2 = 1.15 - 0.01 0
= 1.15 - 0.01?10 = 1.05 ＞1 取ζ 2 = 1.0
( o )2ζ 1ζ 2 =1.05
e s =η e 0 + h - a s = 602 + 400 - 40 = 762mm
` 2 ` ` ` `
`
5. 某钢筋混凝土偏心受压构件，截面尺寸 b×h=300mm×400mm 。两个方向的计算长度均为 l 0=4m 。该构 件承受的轴向压力设计值为 192kN ，相应的弯矩为 110kN.m ，混凝土强度等级为 C20，纵向钢筋为 HPB335 钢筋。Ⅰ类环境，安全等级为二级，试进行截面配筋设计。
解： f cd =9.2 MPa ， f sd =280 MPa ，ξb =0.56，γ 0 =1.0
1）截面设计
轴向力计算值 N= γ 0 N d =192KN,弯矩设算值 M= γ 0 M d =110KN m
可得到偏心距为 e 0 = M N = 110 ?106
192 ?103
=573mm
弯矩作用平面内的长细比为 l 0 h = 4000 400 = 10 ＞5 故应考虑偏心距
设 a s
= a ?
=40 mm 则 h 0 = h - a s =400-40=360mm
ζ1 = 0.2 + 2.7 e 0 h 0
= 0.2 + 2.7
573
360
= 4.50 ＞1 取 ζ1 = 1.0
l h
则η = 1+
1 l 1400 e 0 h 0 h
2）大小偏心受压的判定
ηe 0 = 1.05 ? 573 = 602mm ＞0.3 h 0 =108 mm 故可先按大偏心受压设计
2 2 3）计算所需的纵向钢筋面积
取 ξ = ξb = 0.56
A S
= Ne s - ξb (1 - 0.5ξb ) f cd bh 0 f sd (h 0 - a s ) =
192 ?103 ? 762 - 0.56(1 - 0.5 ? 0.56) ? 9.2 ? 300 ? 3602
280 ? (360 - 40) =23 mm 2 ＜ 0.002 ? 300 ? 400 = 240mm 2 取
A S = 240mm 2
现选择受压钢筋为 3B12，则实际受压钢筋面积 A S = 339mm 2 ，
a s = 45mm ， ρ `
= 0.28% ＞0.2%。
截面受压区高度为 x = h 0 -=
360 - mm ＜ ξb h 0 (202mm ) ＞2 a s (90mm )
` ` ` [σ c ]=170N/mm 2，[σ v ] =80N/mm 2，计算该连接所 [σ ]
= 2 ?π ?420 v N b = d ? ∑ t ?σ
b
]= 20 ?14 ?140 = 47.6kN N
min
= min{N b , N b
} = 47.6kN
取σ s = f sd
由 A s = f cd bx + f sd A s - N
f sd
= 9 .2 ? 300 ?162 + 280 ? 339 -188 ?103 280
=1264mm 2 ＞
ρmin bh （240 mm 2 ）现选手拉钢筋为 422， A s = 1520mm 2
， ρ = 1.27% ＞0.2%。
ρ + ρ ` = 1.55% ＞0.5%。
设计的纵向钢筋截面短边 b 方向布置一排，因偏心压杆采用水平浇筑混凝土预制构件，
故纵筋最小净距采用 30mm 。设计截面中取 a s = a s = 45mm ，钢筋 A s 的混凝土保护层的厚度
为 (45 - 25.1 2) = 32mm ，满足规范要求。所需截面最小宽度
b min = 2 ? 32 + 3? 30 + 4 ? 25.1 = 254mm ＜ b = 300mm
1. 如图所示双槽钢和钢板的连接，槽钢壁厚为 5mm ，轴向拉力设计值 N=400kN 作用，采用侧焊缝连接， 手工焊，焊条 E43。试设计此焊缝，不采用引弧板。([τf ]=85N ／mm 2) 解：角焊缝焊脚尺寸构造要求
1.5 t 2 ≤ h f ≤ 1.2t 1
1.5 16 ≤ h f ≤ 1.2 ? 5
取 h f =6mm
采用侧面角焊缝 N = 4l w 0.7h f [τ f ] 得到 l w = N
4 ? 0.7h f [τ f ]
=280mm
按构造要求，焊缝的最小计算长度为 max(8h f ,40) =48mm
最大计算长度 8h f =360mm 满足要求
不采用引弧板，每条实际长度为 280+2 h f =292mm ，取长度 300mm. 2.
图示 C 级螺栓连接，钢材 Q235B ，[σ]
=140N ／mm 2，螺栓 M20，栓孔直径 d 0=21.5mm ，
b b
能承受的最大轴力。 解： N b = n v ? πd 2
4
b v
2 ? 80 = 50.24kN
b
4×100=400 50
50 N 1 = n β N min = 6 ?1.0 ? 47.6 = 285.6kN
[ i (
连接接头一端 l 1 = 70mm < 15d 0，β = 1.0
b
A n = (b - n 1d 0 )? t = (200 - 21.5 ? 3) ?141897mm 2
N 2 = σ ]A n = 140 ?1879 = 265.58kN
该连接所能承受的最大轴力为 265.58kN.
3.
如图所示翼缘与节点板之间采用粗制螺栓 M20 连接，螺栓有效面积 A e =244.8mm 2，容许拉应力[f tb ] =110MPa ，钢材为 Q235，弯矩 M=30kN·m ，剪力 V 全部由钢梁下部承托板承担，试验算此连接是否可靠。
20
20
V M
承托板
解：剪力全部由下部承托板承担，螺栓只受弯矩作用
N t b
= [f t b
]
A e = 110 ?106
? 244.8 = 26.93kN
普通螺栓中和轴在最外一排螺栓形心处，最上一排螺栓受力最大
N 1 = M ? y 1 ∑
y 2 = 2 ? 100
2
+ 2002 + 3002 + 4002
30 ?106
? 400 )
= 20kN < N t b
所以，此连接安全。
4. 图示两端铰接轴心压杆采用 Q235B 级钢，[σ]=140N ／mm 2，E=2.06×105N ／mm 2，要求压杆最大稳定 承载力？
表 Q235 钢翼板平面内整体稳定性纵向弯曲系数
18 1250
18
τ
τ 0
σ = ?1 A m
≤ [σ ]
N = ?1 A m [σ ]
λx = λy =
l
ox i x
l oy i y
= 260 / 6.58 = 40
= 260 /1.89 = 138
λmax = λy = 138 (绕 y 轴发生失稳，沿着 x 方向，即翼缘板平面内整体失稳)
查表?1 =0.349
所以压杆最大稳定承载力 N = ?1 A m [σ ] =0.349×2610×140=127.5kN
5.计算跨度 l=16m 的简支钢板梁桥，其主梁的焊接工字形截面尺寸如下图所示，钢材采用 Q235 钢，主梁
跨中截面计算弯矩 M l / 2 = 1600kN ? m ，计算剪力V l / 2 = 90kN ，支座处计算剪力V 0 = 380kN 。试验算
主梁弯曲正应力和剪应力，已知[σ w ] = 145MPa ，[τ ] = 85MPa 。 x 轴
400
12 解：截面几何特性计算：
截面中和轴距受压翼缘距离 y 1 = h / 2 = 643mm （1 分）
对截面中和轴毛截面惯性矩
I = 1 12 ?12 ?12503 + 2 ? [ 1 12
? 400 ?183 + 400 ?18 ? 6342 ] = 7.74 ?109 mm 4
（2 分）
截面中和轴以上部分对中和轴面积距
S = 400 ?18 ? 684 + 625 ?12 ? 625 / 2 = 7.27 ?106 mm 3
（2 分）
主梁截面弯曲正应力验算：简支梁跨中截面为验算截面，则
σ = M l / 2 ? y 1 / I = 1600 ?106 ? 634 / 7.74 ?109
= 131.06 MPa<[σ w ] = 145MPa ，满足要求。（2 分） 主梁截面剪应力验算：取简支梁的支座截面为验算截面，则
τ max = V 0 ? S It w
= 380 ?103 ? 7.27 ?106
7.74 ?109
?12 = 29.74 MPa （2 分）
因τ 0 = V 0 h 0t w = 380 ?103
1250 ?12 = 25.33 MPa ， max = 1.174 < 1.25 ，故取 C=1.0 （1 分）
所以τmax 《钢结构设计原理》讲义教案 钢结构的特点、设计方法和材料 一、钢结构的特点 （1）强度高，塑性和韧性好 强度高，适用于建造跨度大、承载重的结构。 塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然破坏。 韧性好，适宜在动力荷载下工作。 （2）重量轻 （3）材质均匀，和力学计算的假定比较符合 钢材内部组织比较均匀，接近各向同性，实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。 （4）钢结构制作简便，施工工期短 钢结构加工制作简便，连接简单，安装方便，施工周期短。 （5）钢结构密闭性较好 水密性和气密性较好，适宜建造密闭的板壳结构。 （6）钢结构耐腐蚀性差 容易腐蚀，处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢结构。 （7）钢材耐热但不耐火 温度在200℃以内时，钢材主要力学性能降低不多。温度超过200℃后，不仅强度逐步降低，还会发生兰脆和徐变现象。温度达600℃时，钢材进入塑性状态不能继续承载。 （8）在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂。 二、钢结构的设计方法和设计表达式 《钢结构设计规范》除疲劳计算外，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。 1．极限状态 当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。 （1)承载能力极限状态包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于 继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。 （2)正常使用极限状态 包括影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括混凝土裂缝）。 以结构构件的荷载效应S 和抗力R 这两个随机变量来表达结构的功能函数，则 Z ＝g (R ，S )＝R -S (1) 在实际工程中，可能出现下列三种情况： Z ＞0 结构处于可靠状态； Z ＝0 结构达到临界状态，即极限状态； Z ＜0 结构处于失效状态。 按照概率极限状态设计方法，结构的可靠度定义为：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。这里所说“完成预定功能”就是对于规定的某种功能来说结构不失效(Z ≥0)。这样结构的失效概率f p 表示为 )0(<=Z P p f (2) 可靠指标β与f p 存在对应的关系，β增大，f p 减小；β减小，f p 增大。 2．分项系数的设计表达式 对于承载能力极限状态荷载效应的基本组合按下列设计表达式中最不利值确定 可变荷载效应控制的组合： f n i QiK ci Qi K Q Q GK G ≤?? ? ??++∑=2110σ?γσγσγγ （3） 永久荷载效应控制的组合： f n i QiK ci Qi GK G ≤?? ? ??+∑=10σ?γσγγ （4） 式中 0γ— 结构重要性系数，对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构 件，不应小于1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年及结构构件，不 应小于1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为5年结构构件，不应小于0.9； GK σ——永久荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力； K Q 1σ——起控制作用的第一个可变荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力 （该值使计算结果为最大）； Q i K σ——其他第i 个可变荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力； 混凝土结构设计基本原理复习重点(总结很好) 第 1 章绪论 1.钢筋与混凝土为什么能共同工作： （1）钢筋与混凝土间有着良好的粘结力，使两者能可靠地结合成一个整体，在荷载作用下能够很好地共同变形，完成其结构功能。 （2）钢筋与混凝土的温度线膨胀系数也较为接近，因此，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结。 （3）包围在钢筋外面的混凝土，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，保证了钢筋与混凝土的共同作用。 1、混凝土的主要优点：1)材料利用合理2 )可模性好3)耐久性和耐火性较好4)现浇混凝土结构的整体性好5)刚度大、阻尼大6)易于就地取材 2、混凝土的主要缺点：1)自重大2)抗裂性差3 )承载力有限4)施工复杂、施工周期较长5 )修复、加固、补强较困难 建筑结构的功能包括安全性、适用性和耐久性三个方面 作用的分类：按时间的变异，分为永久作用、可变作用、偶然作用 结构的极限状态：承载力极限状态和正常使用极限状态 结构的目标可靠度指标与结构的安全等级和破坏形式有关。 荷载的标准值小于荷载设计值；材料强度的标准值大于材料强度的设计值 第2章钢筋与混凝土材料物理力学性能 一、混凝土 立方体抗压强度（f cu,k）：用150mm×150mm×150mm的立方体试件作为标准试件，在温度为（20±3）℃，相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法加压到破坏，所测得的具有95%保证率的抗压强度。（f cu,k为确定混凝土强度等级的依据） 1.强度轴心抗压强度（f c）：由150mm×150mm×300mm的棱柱体标准试件经标准养护后用标准试验方法测得的。（f ck=0.67 f cu,k） 轴心抗拉强度（f t）：相当于f cu,k的1/8～1/17, f cu,k越大，这个比值越低。 复合应力下的强度：三向受压时，可以使轴心抗压强度与轴心受压变形能力都得到提高。 双向受力时，（双向受压：一向抗压强度随另一向压应力的增加而增加；双向受拉：混凝土的抗拉强度与单向受拉的基本一样； 一向受拉一向受压：混凝土的抗拉强度随另一向压应力的增加而降低，混凝土的抗压强度随另一向拉应力的增加而降低） 受力变形：（弹性模量：通过曲线上的原点O引切线，此切线的斜率即为弹性模量。反映材料抵2.变形抗弹性变形的能力） 体积变形（温度和干湿变化引起的）：收缩和徐变等。 混凝土单轴向受压应力-应变曲线数学模型 1、美国E.Hognestad建议的模型 2、德国Rusch建议的模型 混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量 弹性模量 变形模量 切线模量 3、（1）徐变：混凝土的应力不变，应变随时间而增长的现象。 混凝土产生徐变的原因： 1、填充在结晶体间尚未水化的凝胶体具有粘性流动性质 2、混凝土内部的微裂缝在载荷长期作用下不断发展和增加的结果 线性徐变：当应力较小时，徐变变形与应力成正比；非线性徐变：当混凝土应力较大时，徐变变形与应力不成正比，徐变比应力增长更快。影响因素：应力越大，徐变越大；初始加载时混凝土的龄期愈小，徐变愈大；混凝土组成成分水灰比大、水泥用量大，徐变大；骨料愈坚硬、弹性模量高，徐变小；温度愈高、湿度愈低，徐变愈大；尺寸大小，尺寸大的构件，徐变减小。养护和使用条件 对结构的影响：受弯构件的长期挠度为短期挠度的两倍或更多；长细比较大的偏心受压构件，侧向挠度增大，承载力下降；由于徐变产生预应力损失。（不利）截面应力重分布或结构内力重分布，使构件截面应力分布或结构内力分布趋于均匀。（有利） （2）收缩：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象，在水中体积膨胀。 影响因素：1、水泥的品种：水泥强度等级越高，则混凝土的收缩量越大； 2、水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大； 3、骨料的性质：骨料的弹性模量大，则收缩小； 4、养护条件：在结硬过程中，周围的温、湿度越大，收缩越小； 5、混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小； 6、使用环境：使用环境的温度、湿度大时，收缩小； 7、构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。 对结构的影响：会使构件产生表面的或内部的收缩裂缝，会导致预应力混凝土的预应力损失等。 措施：加强养护，减少水灰比，减少水泥用量，采用弹性模量大的骨料，加强振捣等。 混凝土的疲劳是荷载重复作用下产生的。（200万次及其以上） 二、钢筋 光圆钢筋：HPB235 表面形状 带肋钢筋：HRB335、HRB400、RRB400 有明显屈服点的钢筋：四个阶段（弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、破坏阶段），屈服强度力学性能是主要的强度指标。 （软钢） 首页-我的作业列表-《结构设计原理》第一次作业答案 欢迎你，刘晓星（DI4131R6009 '你的得分：100.0 完成日期：2014年07月02日10点04分 一、单项选择题。本大题共25个小题，每小题2.0 分，共50.0分。在每小题给出的选项中，只有一 项是符合题目要求的。 若用S表示结构或构件截面上的荷载效应，用R表示结构或构件截面的抗力，结构或构件截面处于极限状态时，对应于（）式。 （B ） R> S R= S R v S R WS 对所有钢筋混凝土结构构件都应进行（）。 （D ） 抗裂度验算 裂缝宽度验算 变形验算 承载能力计算混凝土各项强度指标的基本代表值是（）。 （B ） 轴心抗压强度标准值立方体抗压强度标准值 轴心抗压强度平均值立方体抗压强度平均值 工程结构的可靠指标3与失效概率P f之间存在下列（）关系。 （D ） 3愈大，P f愈大 3与P f呈反比关系 3与P f呈正比关系 3与P f存在一一对应关系，3 愈大，P f愈小 (B ) a b c d 热轧钢筋冷拉后，()。 (A ) 可提高抗拉强度和抗压强度只能提高抗拉强度 可提高塑性，强度提高不多 只能提高抗压强度 无明显流幅钢筋的强度设计值是按()确定的。 (C ) 材料强度标准值x材料分布系数 材料强度标准值/材料分项系数 0.85 x材料强度标准值/材料分项系数 材料强度标准值/ (0.85 x材料分项系数) 钢筋混凝土梁的受拉区边缘混凝土达到下述哪一种情况时，开始出现裂缝？( ) (A ) 达到混凝土实际的轴心抗拉强度 达到混凝土轴心抗拉强度标准值 达到混凝土轴心抗拉强度设计值 达到混凝土弯曲受拉时的极限拉应变值 (D ) a b c d 第一章 1.钢筋混凝土梁比素混凝土梁，有哪些改善？ （1）钢筋混凝土梁充分利用了钢筋和混凝土各自的材料特点，使二者结合，共同工作。（2）提高构件的承载能力 （3）改善构件的受力性能 2.钢筋和混凝土共同工作机理？ （1）钢筋和混凝土之间有着良好的粘结力，在荷载作用下能很好的共同变形。 （2）钢筋和混凝土的线膨胀系数接近，当温度改变时，两者变形接近，不会产生较大的相对变形而破坏二者之间的粘结。 （3）混凝土作为保护层，保护钢筋不发生锈蚀。 3.钢筋混凝土结构的优点？ （1）钢筋被混凝土包裹不致锈蚀，有较好的耐久性。 （2）充分发挥了混凝土和钢筋两种材料的特点，形成的构件有较大的承载力和刚度。（3）可模性好，可以根据需要浇筑成各种结构形状和尺寸的结构。 （4）所用原材料大部分为砂石，便于就地取材。 （5）现浇钢筋混凝土结构整体性较好，设计合理时有良好的抗震、抗爆和抗振动性能。（6）耐火性较好，钢筋混凝土结构与钢结构相比具有较好的耐火性。 4.钢筋混凝土结构的缺点？ （1）自重大，使得结构很大一部分承载力消耗在承受自重上。 （2）抗裂性能较差，往往是带缝工作。 （3）施工受气候条件影响较大。 （4）检测、加固、拆除比较困难。 5.混凝土强度的3个指标（基本代表值）？ （1）混凝土立方体抗压强度fcu：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。（立方体抗压强度标准值fcuk，具有95%的强度保证率，是混凝 土强度等级分级的根据。） （2）混凝土轴心抗压强度fc（棱柱体抗压强度）：以150mm×150mm×300mm的 标准试件，按照与立方体试件相同条件和试验方法，所得棱柱体抗压强度值称为混凝土轴心抗压强度。 （3）混凝土轴心抗拉强度ft：通过劈裂试验测定混凝土劈裂抗拉强度fts，再乘换算系数 0.9，得到混凝土轴心抗拉强度。 6.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，这种现象被称为徐变。 7.减小徐变的手段？ 降低水灰比，减少水泥用量；增大集料的体积比；适当提高混凝土养生的温度和湿度，使得水泥水化更充分。 8.徐变的好处与坏处？ 好处：（1）有利于结构构件产生应力重分布，减少应力集中现象（2）减小大体积混凝土的温度应力 坏处：（1）引起预应力损伤（2）在长期高应力作用下会导致破坏 9.混凝土的收缩：在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象。10：热轧钢筋的强度限值为什么取屈服强度？ 热轧钢筋受拉达到屈服点后，有比较大的流幅，构件会出现很大的变形和过宽的裂缝而不能正常使用，因此以屈服强度作为钢筋强度的限值。 对于硬钢，没有明显的流幅，一般取残余应变为0.2%时对应的应力作为其强度限值，称为条件屈服强度。 11.光圆钢筋与混凝土粘结机理？ （1）钢筋与混凝土中水泥胶体的胶结力 （2）钢筋与混凝土接触面上的摩擦力 本学期的第4次作业 二、主观题(共13道小题) 10. 极限状态法按预定功能划分为哪几种极限状态？ 答：极限状态法按预定功能划分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。 11. 钢管混凝土中，为什么混凝土的强度能提高？ 答：因为在较高应力状态下，混凝土的泊松比大于钢材泊松比，这样钢管对其内的混凝土形成横向“套箍作用”。 12. 为什么以钢材的屈服强度作为静力强度设计指标？ 答：（1）有强化阶段作为安全储备； （2）不致产生工程中不允许的过大变形； （3）实测值较为可靠； （4）可以近似沿用虎克定律。 13. 为什么伸长率试验时要规定标距长度？ 答：因为不同标距的试件测出的伸长率大小不同。 14. 防止脆性断裂的措施有哪些？ 答：（1）采用性能较好的钢材； （2）减少应力集中程度； （3）采用较薄厚度的钢板组成构件。 15. 什么叫钢材的硬化？ 答：钢材因加工等原因使其强度提高，塑性降低的现象。 16. 应力集中如何影响钢材的性能？ 答：应力集中会导致三向同号受力，与单向受力相比，三向同好受力更容易发生脆性断裂。 17. 什么叫钢材的塑性破坏？ 答：钢材应力达到或超过其屈服强度，破坏前有明显变形给以预兆，破坏不突然。 18. 影响钢材疲劳破坏的主要因素有哪些？ 答：（1）钢材本身的质量； （2）应力集中程度； （3）应力比； （4）应力循环次数； （5）应力幅。 19. 钢板厚度如何影响钢材脆性断裂？ 答：钢板厚度越大，因应力集中引起（三向同号受力中）板厚方向的应力就越大，主剪应力就越小，正应力就越有可能起控制作用，所以钢板越厚，越有可能发生度如何影响钢脆性断裂。 20. 各级焊缝的实际强度与母材强度的相对大小关系如何？规范规定如何取值？ 答：各级焊缝的抗压强度没有明显差异，可抗拉、抗剪就不同了。试验表明一、二级焊缝的实际强度高于母材强度，规范取母材强度；三级焊缝的拉、剪强度低于母材强度，规范专门规定了其取值。 21. 运筹学论文 ——旅游路线最短问题摘要： 随着社会的发展，人民的生活水平的提高，旅游逐渐成为一种时尚， 越来越多的人喜欢旅游。而如何才能最经济的旅游也成为人民考虑的一项 重要环节，是选择旅游时间最短，旅游花费最少还是旅游路线最短等问题 随之出现，如何决策成为一道难题。然而，如果运用运筹学方法来解决这 一系列的问题，那么这些问题就能迎刃而解。本文以旅游路线最短问题为 列，给出问题的解法，确定最短路线，实现优化问题。 关键词：最短路 0-1规划约束条件 提出问题: 从重庆乘飞机到北京、杭州、桂林、哈尔滨、昆明五个城市做旅游，每个城市去且仅去一次，再回到重庆，问如何安排旅游线路，使总旅程最短。 各城市之间的航线距离如下表： 重庆北京杭州桂林哈尔滨昆明 重庆0 1640 1500 662 2650 649 北京1640 0 1200 1887 1010 2266 杭州1500 1200 0 1230 2091 2089 桂林662 1887 1230 0 2822 859 哈尔滨2650 1010 2091 2822 0 3494 昆明649 2266 2089 859 3494 0 问题分析： 1．这是一个求路线最短的问题，题目给出了两两城市之间的距离，而在最短路线中,这些城市有的两个城市是直接相连接的（即紧接着先 后到达的关系），有些城市之间就可能没有这种关系，所以给出的两 两城市距离中有些在最后的最短路线距离计算中使用到了，有些则 没有用。这是一个0-1规划的问题，也是一个线性规划的问题。 2．由于每个城市去且仅去一次，最终肯定是形成一个圈的结构，这就 导致了这六个城市其中有的两个城市是直接相连的，另外也有两个 城市是不连接的。这就可以考虑设0-1变量，如果两个城市紧接着 去旅游的则为1，否则为0。就如同下图 实线代表两个城市相连为1, 虚线代表没有相连为0 3．因为每个城市只去一次，所以其中任何一个城市的必有且仅有一条进入路线和一条出去的路线。 LINGO解法： 为了方便解题，给上面六个城市进行编号，如下表（因为重庆是起点， 将其标为1） 假设：设变量x11。如果x11=1,则表示城市i与城市j直接相连（即先后紧接到达关系），否则若x11=0，则表示城市i与城市j不相连。 特别说明：xij和xji是同一变量，都表示表示城市i与城市j是否有相连的关系。这里取其中xij (i 第一章 钢筋混凝土结构基本概念及材料的物理力学性能 1.混凝土立方体抗压强度cu f ：（基本强度指标）以边长150mm 立方体试件，按标准方法制作养护28d ，标准试验方法（不涂润滑剂，全截面受压，加载速度0.15~0.25MPa/s ）测得的抗压强度作为混凝土立方体抗压强度 cu f 。 影响立方体强度主要因素为试件尺寸和试验方法。尺寸效应关系： cu f （150）=0.95cu f （100） cu f （150）=1.05cu f （200） 2.混凝土弹性模量和变形模量。 ①原点弹性模量：在混凝土受压应力—应变曲线图的原点作切线，该切线曲率即为原点弹性模量。表示为：E '=σ/ε=tan α0 ②变形模量：连接混凝土应力应变—曲线的原点及曲线上某一点K 作割线，K 点混凝土应力为σc （=0.5c f ），该割线（OK ）的斜率即为变形模量，也称割线模量或弹塑性模量。 E c '''=tan α1=σc /εc 混凝土受拉弹性模量与受压弹性模量相等。 ③切线模量：混凝土应力应变—上某应力σc 处作一切线，该切线斜率即为相应于应力σc 时的切线模量''c E =d σ/d ε 3 . 徐变变形：在应力长期不变的作用下，混凝土的应变随时间增长的现象称为徐变。 影响徐变的因素：a. 内在因素，包括混凝土组成、龄期，龄期越早，徐变越大；b. 环境条件，指养护和使用时的温度、湿度，温度越高，湿度越低，徐变越大；c. 应力条件，压应力σ﹤0.5 c f ，徐变与应力呈线性关系；当压应力σ介于（0.5～0.8）c f 之间，徐变增长比应力快；当压应力σ﹥0.8 c f 时，混凝土的非线性徐变不收敛。 徐变对结构的影响：a.使结构变形增加；b.静定结构会使截面中产生应力重分布；c.超静定结构引起赘余力；d.在预应力混凝土结构中产生预 应力损失。 4.收缩变形：在混凝土中凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减少的现象称为收缩。 混凝土收缩原因：a.硬化初期，化学性收缩，本身的体积收缩；b.后期，物理收缩，失水干燥。 影响混凝土收缩的主要因素：a.混凝土组成和配比；b.构件的养护条件、使用环境的温度和湿度，以及凡是影响混凝土中水分保持的因素；c.构件的体表比，比值越小收缩越大。 混凝土收缩对结构的影响：a.构件未受荷前可能产生裂缝；b.预应力构件中引起预应力损失；c.超静定结构产生次内力。 5.钢筋的基本概念 1.钢筋按化学成分分类，可分为碳素钢和普通低合金钢。 2钢筋按加工方法分类，可分为a.热轧钢筋；b.热处理钢筋；c.冷加工钢筋（冷拉钢筋、冷轧钢筋、冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋。） 6.钢筋的力学性能 物理力学指标：（1）两个强度指标：屈服强度，结构设计计算中强度取值主要依据；极限抗拉强度，材料实际破坏强度，衡量钢筋屈服后的抗拉能力，不能作为计算依据。（2）两个塑性指标：伸长率和冷弯性能：钢材在冷加工过程和使用时不开裂、弯断或脆断的性能。 7.钢筋和混凝土共同工作的的原因：（1）混凝土和钢筋之间有着良好的黏结力；（2）二者具有相近的温度线膨胀系数；（3）在保护层足够的前提下，呈碱性的混凝土可以保护钢筋不易锈蚀，保证了钢筋与混凝土的共同作用。 第二章 结构按极限状态法设计计算的原则 1.结构概率设计的方法按发展进程划分为三个水准：a.水准Ⅰ，半概率设计法，只对影响结构可靠度的某些参数，用数理统计分析，并与经验结合，对结构的可靠度不能做出定量的估计；b.水准Ⅱ，近似概率设计法，用概率论和数理统计理论，对结构、构件、或截面设计的可靠概率做出近似估计，忽略了变量随时间的关系，非线性极限状态方程线性化；c.水准Ⅲ，全概略设计法，我国《公桥规》采用水准Ⅱ。 2.结构的可靠性：指结构在规定时间（设计基准期）、规定的条件下，完成预定功能的能力。 可靠性组成：安全性、适用性、耐久性。 可靠度：对结构的可靠性进行概率描述称为结构可靠度。 3.结构的极限状态：当整个结构或构件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。 极限状态分为承载能力极限状态、正常使用极限状态和破坏—安全状态。 承载能力极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形，具体表现：a.整个构件或结构的一部分作为刚体失去平衡；b.结构构件或连接处因超过材料强度而破坏；c.结构转变成机动体系；d.结构或构件丧失稳定；e.变形过大，不能继续承载和使用。 正常使用极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，具体表现：a.由于外观变形影响正常使用；b.由于耐久性能的局部损坏影响正常使用；c.由于震动影响正常使用；d.由于其他特定状态影响正常使用。 破坏—安全状态是指偶然事件造成局部损坏后，其余部分不至于发生连续倒塌的状态。（破坏—安全极限状态归到承载能力极限状态中） 4.作用：使结构产生内力、变形、应力、应变的所有原因。 作用分为：永久作用、可变作用和偶然作用。 永久作用：在结构使用期内，其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的作用 可变作用：在结构试用期内，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比较不可忽略的作用。 《结构设计原理》课程教学试验指导 陈晓强编 钱培舒核 东南大学交通学院 桥梁与隧道工程系 2007年6月 试验一：钢筋混凝土矩形截面简支梁正截面抗弯试验 一、试验目的 研究适筋梁、超筋梁和少筋梁在纯弯区段内，沿截面高度混凝土的应变，观察梁的裂缝出现和开展及梁的挠度变化。观察梁最后破坏的外观特征。加深对钢筋混凝土梁正截面的三个工作阶段和两种破坏特征(塑性破坏、脆性破坏)的认识。 二、试验内容 1.观察梁在纯弯段内的第一条裂缝出现和开展过程，记下开裂荷载。 2.用位移计测量梁的跨中截面在各级荷载下的挠度值和支座沉降量，计算出梁的跨中截面在各级荷载下的实际挠度值，并绘制荷载—挠度的关系曲线，验证理论的开裂荷载是否正确。 3.用应变计量测梁的纯弯段内截面不同高度处混凝土应变值及主筋应变，绘制出沿梁高而变化的平均应变分布图，验证平截面假定是否成立。 4.观察梁的破坏特征和延性对比，记录下破坏荷载。 三、试验梁尺寸及试验方法 1. 受弯试验梁尺寸及配筋图，混凝土按强度等级C40进行配制。 图1—1 受弯试验梁尺寸及配筋(尺寸单位：mm) 2. 实验设备 ①反力架与加荷千斤顶 ②磁性表架与大行程百分表 ③手持应变仪、数据采集仪 ④读数显微镜 ⑤钢尺、铅笔等 3. 实验方法 ①受弯试验根据课程要求分适筋梁、超筋梁和少筋梁三组进行，按照一班分三组，一组十人的规模方式进行。 ②试验在静力试验台座上进行，用千斤顶、分配梁和反力架组合成加载系统，进行两点加载。 ③通过数据采集仪对荷载、应变和挠度传感器进行数据采集；或用手持应变仪量测截面应变，用百分表量测挠度，用读数显微镜测量裂缝宽度。 4.试验步骤 ①未加荷载前读出应变计、位移计和千斤顶油压表的初读数，检查混凝土梁的表面有无初始裂缝。 ②试验分五级加载，每次加荷维持3~5分钟后，再读取应变仪和位移计的各级读数。 ③在估计的开裂荷载前加载级差应减小，直至观察到第一条裂缝的出现。使用读数显微镜，读取主筋位置处的裂缝宽度。 ④.开裂后继续分级加载，观察各条裂缝开展形态，读取主筋位置处的裂缝宽度，及时用铅笔在梁上实际裂缝的近旁（2～3mm处）描绘裂缝开展图，在裂缝末端注明相应的加载数值。 ⑤加载至估计的破坏荷载之前，注意观察描述破坏时的特征，记录下破坏荷载值。 四、试验资料整理 1.材料力学性能、荷载分级及实测数据 (1)混凝土轴心抗压强度 f= MPa，钢筋抗拉强度s f= MPa。 c (2)实测数据汇总表 a、B—1梁 结构设计原理 交卷时间：2016-11-05 15:53:42一、单选题 1. (2分)钢筋屈服状态指 得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案B 解析 考查要点： 试题解答： 2. (2分)地震荷载属于（） 得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案D 解析 考查要点： 试题解答： 3. (2分)下列对结构的分类不属于按受力特征分类的是：（） 得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案A 解析 考查要点： 试题解答： 4. (2分) 直径300mm的轴心受压柱，由C25混凝土（f cd=11.5Mpa），HPB300（f sd=270Mpa）钢筋制作，要它能够承担1400kN的压力，最好选直径25mm的钢筋（）根。 得分： 2 知识点：结构设计原理考试题 答案C 解析 考查要点： 试题解答： 5. (2分)梁内抵抗弯矩的钢筋主要是（） 得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案A 解析 考查要点： 试题解答： 6. (2分)事先人为引入内部应力的混凝土叫（）。 得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案C 解析 考查要点： 试题解答： 7. (2分)下列描述是适筋梁的是（） 得分： 2 知识点：结构设计原理考试题 答案C 解析 考查要点： 试题解答： 8. (2分)拉伸长度保持不变，钢筋中的应力随时间而减小的现象叫（）。 得分： 2 知识点：结构设计原理作业题 答案D 解析 考查要点： 试题解答： 9. (2分)针对地震荷载的计算属于（） 得分： 2 知识点：结构设计原理考试题 答案D 解析 考查要点： 试题解答： 10. 结构设计原理第十二章作业 1、何谓预应力混凝土？为什么要对构件施加预应力？ 答：在工程结构构件承受荷载之前，对受拉模块中的钢筋，施加预应力，提高构件的强度，推迟裂缝出现的时间，增加构件的耐久性。对于机械结构看，其含义为预先使其产生应力，其好处是可以提高构造本身刚性，减少震动和弹性变形，这样做可以明显改善受拉模块的弹性强度，使其原本的抗性更强。在结构承受外荷载之前，预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力，以改善结构使用的性能的结构型式称之为预应力结构。 2、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：预应力度：由预加应力大小确定的消压弯矩与外荷载产生的弯矩的比值。 《公路桥规》分三类：○1全预应力混凝土构件—在作用（荷载）短期效应组合下控制的正截面受拉边缘不允许出现拉应力（不得消压）○2部分预应力混凝土构件—在作用（荷载）短期效应组合下控制的正截面受拉边缘出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝○3钢筋混凝土构件—不预加应力的混凝土构件 3、预应力混凝土的预加力施工方法有哪些？ 答;机械法(先张法、后张法)、电热法、自张法 4、什么是先张法？先张法构件是如如何实现预应力筋的锚固？ 答：（1）先张法是在浇筑混凝土前张拉预应力筋，并将张拉的预应力筋临时锚固在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，待混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75％，保证预应力筋与混凝土有足够的粘结时，放松预应力筋，借助于混凝土与预应力筋的粘结，对混凝土施加预应力的施工工艺。 （2）采用握裹锚固 5、什么是后张法？后张法构件是如何实现预应力筋的锚固的？ 答：（1）后张法是先浇筑构件混凝土待混凝土结硬后再张拉预应力钢筋并锚固的方法。 （2）利用锚具锚固 6.公路桥梁中常用的制孔器有哪些？ 答：橡胶管制孔器、金属伸缩管制孔器、钢管制孔器 7、预应力混凝土结构对所使用的混凝土有何要求？ 答：（1）高强度。预应力混凝土必须具有较高的抗压强度，才能建立起较高的预压应力，并可减小构件截面尺寸，减轻结构自重，节约材料。对于先张法构件，高强混凝土具有较高的粘结强度。 （2）收缩徐变小。这样可减小预应力损失。 武汉理工大学考试试题纸（A卷） 备注:学生不得在试题纸上答题(含填空题、选择题、判断题等客观题),时间：120分钟 一、单项选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案，答案选错或未选者，该题不得分。每小题1分，共10分） 1．线性规划具有唯一最优解是指 A．最优表中存在常数项为零 B．最优表中非基变量检验数全部非零 C．最优表中存在非基变量的检验数为零 D．可行解集合有界 2．设线性规划的约束条件为 则基本可行解为 A．(0, 0, 4, 3) B．(3, 4, 0, 0) C．(2, 0, 1, 0) D．(3, 0, 4, 0) 3．则 A．无可行解B．有唯一最优解 C．有多重最优解D．有无界解 4．互为对偶的两个线性规划, 对任意可行解X 和Y，存在关系 A．Z > W B．Z = W C．Z≥W D．Z≤W 5．有6 个产地4个销地的平衡运输问题模型具有特征 A．有10个变量24个约束 B．有24个变量10个约束 C．有24个变量9个约束 D．有9个基变量10个非基变量 6.下例错误的说法是 A．标准型的目标函数是求最大值 B．标准型的目标函数是求最小值 C．标准型的常数项非正 D．标准型的变量一定要非负 7. m+n－1个变量构成一组基变量的充要条件是 A．m+n－1个变量恰好构成一个闭回路 B．m+n－1个变量不包含任何闭回路 C．m+n－1个变量中部分变量构成一个闭回路 D ．m+n －1个变量对应的系数列向量线性相关 8．互为对偶的两个线性规划问题的解存在关系 A ．原问题无可行解，对偶问题也无可行解 B ．对偶问题有可行解，原问题可能无可行解 C ．若最优解存在，则最优解相同 D ．一个问题无可行解，则另一个问题具有无界解 9.有m 个产地n 个销地的平衡运输问题模型具有特征 A ．有mn 个变量m+n 个约束 B ．有m+n 个变量mn 个约束 C ．有mn 个变量m+n －1约束 D ．有m+n －1个基变量，mn －m －n －1个非基变量 10．要求不超过第一目标值、恰好完成第二目标值，目标函数是 A ．)(min 22211+ - + ++=d d p d p Z B ．)(min 22211+ - + -+=d d p d p Z C ．)(min 22211+ - - -+=d d p d p Z D ． ) (min 22211+ - - ++=d d p d p Z 二、判断题（你认为下列命题是否正确，对正确的打“√”；错误的打“×”。每小题1分，共15分） 11.若线性规划无最优解则其可行域无界 12.凡基本解一定是可行解 13.线性规划的最优解一定是基本最优解 14.可行解集非空时,则在极点上至少有一点达到最优值 15.互为对偶问题，或者同时都有最优解，或者同时都无最优解 16.运输问题效率表中某一行元素分别乘以一个常数,则最优解不变 17.要求不超过目标值的目标函数是 18.求最小值问题的目标函数值是各分枝函数值的下界 19.基本解对应的基是可行基 20.对偶问题有可行解，则原问题也有可行解 21.原问题具有无界解，则对偶问题不可行 22.m+n －1个变量构成基变量组的充要条件是它们不包含闭回路 23.目标约束含有偏差变量 24.整数规划的最优解是先求相应的线性规划的最优解然后取整得到 25.匈牙利法是对指派问题求最小值的一种求解方法 三、填空题（每小题1分，共10分） 26．有5个产地5个销地的平衡运输问题，则它的基变量有（ ）个 27．已知最优基 ，C B =（3，6)，则对偶问题的最优解是（ ） 28．已知线性规划求极小值，用对偶单纯形法求解时，初始表中应满足条件（ ） 东北林业大学土木工程学院 教案 教研室：桥梁教研室 课程名称：结构设计原理 课程类型：专业基础课 学时： 72 讲课教师：贾艳敏 教案的有关要求： 教师应该在充分备课的基础上，每节课前应写好教案（课时计划）。教案一般应包括下列内容：本次课的目的、要求；讲授内容提要，重点、难点及其解决方法；各教学环节及时间分配；根据本节课的内容特点所采取的教学方法何实施步骤；模型、图表、幻灯、录像、演示实验、多媒体、CAI的配套使用；课堂讨论与课外学习的思考题、练习题及作业题；检测教育目标实现程序的具体措施等。 第一节课 本次课的目的：使同学了解钢筋混凝土结构发展，现状与应用 要求；学生掌握结构设计原理课程的研究方法 讲授内容提要，介绍钢筋混凝土结构发展，现状与应用，钢筋混凝土结构设计原理课程所讲述的内容、研究的方法 重点：设计原则 难点及其解决方法；该节课没有难点 各教学环节及时间分配：讲授2学时 根据本节课的内容特点所采取的教学方法：多媒体教学 第二节课 本次课的目的：使学生掌握钢筋混凝土构件受力特点，工作性能及优点，了解钢筋、混凝土材料本身的特性。重点掌握混凝土各种强度指标。 要求：学生掌握钢筋、混凝土各种强度指标 讲授内容提要：钢筋混凝土构件受力特点，工作性能及优点，钢筋、混凝土各种指标。 重点：混凝土各种强度指标 难点及其解决方法；该节课没有难点 各教学环节及时间分配：讲授1.6学时，讨论0.4学时 根据本节课的内容特点所采取的教学方法：多媒体教学 第三节课 本次课的目的：使学生掌握结构上的作用、构的抗力及其不定因素、结构的功能要求 要求：学生必须掌握作用的定义、分类及结构的功能要求。 讲授内容提要：结构上的作用、构的抗力及其不定因素、结构的功能要求。 重点：作用的分类，结构的抗力 难点及其解决方法；该节课没有难点 各教学环节及时间分配：2学时 根据本节课的内容特点所采取的教学方法：多媒体教学 第四节课 本次课的目的：使学生掌握作用效应组合、正常使用极限状态计算应计算的内容要求：学生掌握结构的极限状态的定义、分类；结构安全等级，作用效应组合讲授内容提要：结构的极限状态、结构安全等级，作用效应组合、基本组合、偶然组合、短期组合、长期组合 重点：作用效应组合、正常使用极限状态计算应计算的内容 难点及其解决方法；极限状态，列举工程实例 各教学环节及时间分配：2学时 根据本节课的内容特点所采取的教学方法：多媒体教学 立方体抗压强度fcu>轴心抗压强度fc>轴心抗拉强度ft ；fcu 和试验方法、实验尺寸有关。试验尺寸越小，强度值越大。（1）双向受压时，一向混凝土强度随另一向压应力增加而增加；（2）双向受拉时，双向抗拉强度接近单向抗拉强度（3）一侧受拉一侧受压，强度均低于单向受力强度。 影响砌体抗压强度主要因素：块材的强度、尺寸和形状，砂浆的物理力学性能，砌筑质量 分为荷载作用下的变形和体积变形（收缩）。徐变：在荷载长期作用下，混凝土变形随时间增加而增加，应力不变的情况下，应变随时间增加。 （1）混凝土强度越高，应力应变曲线下降越剧烈，延性越差。（2）应变速率小，峰值应力fc 降低，峰值应变增大，下降段曲线显著减缓（3）测试技术和实验条件 后者与前者相比，后者没有明显的流服或屈服点。同时其强度很高，但延伸率大为减少， 塑性性能降低。 软钢：有物理屈服点。以屈服点处的强度值作为计算承载力时的强度极限。 硬钢：无物理屈服点。设计上取相应残余应变为0.2%的应力作为假定屈服强度 结构功能：（1）结构应能承受在正常施工和正常使用期间出现的各种荷载、外加变形、约束变形的作用（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，具有足够的耐久性（4）在偶然荷载作用下或偶然事件发生时、发生后，结构仍能保持整体稳定性，不发生倒塌。 功能函数：Z=R-S ≥０结构处于可靠、极限状态。 (1)适筋梁破坏；钢筋先屈服后混凝土被压碎，属延性破坏。 (2)超筋梁破坏；混凝土先被压碎，钢筋不屈服，属脆性破坏。 (3)少筋梁破坏；混凝土一开裂，钢筋马上屈服而破坏，属脆性破坏 （１）平截面假设：混凝土平均应变沿截面高度按直线分布。（２）不考虑混凝土的抗拉强度。拉力全部由钢筋承担。（３）纵向钢筋应力应变方程：s s =s y E f σε≤（纵向钢筋的极限拉应变取0.01） （４）混凝土受压应力应变曲线方程按规定取用 优点：提高了截面承受弯矩的能力；提高截面的延性。 缺点：钢筋用量增多，不经济 若超过４００，则混凝土破坏时钢筋未达到屈服强度，适用高强度钢筋不经济。 梁：纵向受拉钢筋（主钢筋）、弯起钢筋或斜拉钢筋、箍筋、架立钢筋和水平纵向钢筋。梁内 《混凝土结构设计原理》作业参考答案 作业一 一、填空题： 1. 1.05 0.95 接触摩阻力 2.化学胶着力 摩擦力 机械咬合力 3.最小配筋率 4.斜拉破坏 剪压破坏 斜压破坏 脆性破坏 5.少筋破坏 适筋破坏 超筋破坏 适筋破坏 脆性破坏 二、名词解释： 1.剪跨比：是一个无量纲常数，用 m ＝M /(Qh 0)来表示，此处M 和Q 分别为剪弯区段中某个竖直截面的弯矩和剪力，h 0为截面有效高度。 2.《规范》规定的混凝土立方体抗压强度是：边长为150mm 立方体试件、在20°C ±3°C 的温度、相对湿度在95%以上的潮湿空气中、养护28天、按标准制作方法和试验方法测得的具有95%保证率的混凝土抗压强度。 3.预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，预应力筋中预应力会从控制应力开始逐步减少，并经过相当长时间最终稳定下来，这种应力的降低称为预应力损失。 4.当偏心受压构件的相对偏心距00/e h 较小，或受拉侧纵向钢筋配置较多时，受拉侧的钢筋应力较小，没有达到屈服或承受压力，截面是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏。 5.混凝土在长期不变的荷载作用下，混凝土的应变随时间的增加二持续增长的现象。 三、简单题： 1.钢筋混凝土结构中的钢筋和混凝土两种不同的材料为什么能共同工作？ 钢筋与混凝土之所以能共同工作，主要是由于：两者间有良好的粘结力、相近的温度线膨胀系数和混凝土对钢筋的保护作用。 2.什么是结构的承载能力极限状态？它的表现特征包括哪些方面？ 承载能力极限状态：是指结构或结构构件达到最大承载力或不适于极限承载的变形或变位的状态。四个表现特征： （1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡，如滑动、倾覆等； （2）结构构件或连接处因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不能继续承载； （3）结构转变成机动体系；（4）结构或结构构件丧失稳定，如柱的压屈失稳等。 3.预应力混凝土结构中传递和保持预应力的主要方式有哪些？ 预应力混凝土结构，后张法是靠工作锚具来传递和保持预加应力的；先张法则是靠粘结力来传递并保持预加应力的。 4.偏心受压构件的破坏特征如何？主要取决于什么因素？ 破坏特征：大偏心受压构件的破坏从受拉钢筋开始，受拉钢筋先达到屈服强 度，然后受压区混凝土被压坏；小偏心受压构件的破坏从受压区开始，受压 区边缘混凝土先达到极限压应变而破坏，受拉钢筋一般达不到屈服强度。 主要影响因素：相对偏心距大小和配筋率。 四、计算题： 《结构设计原理（2）》教学大纲 第一部分教学大纲说明 一、课程的性质与任务 1．《结构设计原理》（2）是中央广播电视大学工科土建类土木工程专业（专升本）本科一门必修课程。本课程针对中央广播电视大学土木工程专业（专科）学生具有钢筋混凝土结构基本知识，在此基础上，理解结构设计理论，掌握构件计算方法。本课程的主要任务是：1）理解结构设计理论，掌握构件设计计算方法。2）了解现行《公路桥规》对结构构件计算的有关规定。 2．《结构设计原理》课程是在已开设的《建筑材料学》、《材料力学》、《结构力学》等先修课程的基础上设置的专业基础课，后续课程是《桥梁工程》。 3．《结构设计原理》课程内容包括：钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、混凝土与砌体结构、钢结构、钢—混凝土组合结构。 二、课程的目的与要求 1．《结构设计原理》课程研究各种结构构件的设计计算理论、截面应力应变、承载力计算方法。通过对材料力学性能、截面受力性能的分析、结合试验，给出截面承载力计算方法，应力、位移、裂缝计算方法。本课程要求学生重点掌握：结构设计计算理论、截面受力分析、承载力计算方法。 2．《结构设计原理》课程，在了解材料力学性能、本构关系、掌握受力分析的基础上，要求学生了解结构试验方法、观察试验过程、能将试验结果应用到承载力计算中。 3．《结构设计原理》课是一门实践性较强的课程。一方面各种构件计算方法都有试验分析作为基础，同时截面设计要考虑构造要求；另一方面设计计算为工程实际服务。要求学生加强实践性环节：如观摩受弯构件正截面试验分析、受压构件强度试验、预应力施工技术等。了解《公路桥规》有关构造要求。 4．通过习题练习加深对所学内容的理解。 三．课程教学要求层次 教学环节中，基本概念、定义、截面性质、受力性能等概念，由低到高分为“知道、了解、掌握”三个层次。有关截面承载力计算、应力计算、连接计算、变形、裂缝计算等公式及其设计计算方法，由低到高分为“会、掌握、熟练掌握”三个层次。 第二部分媒体使用与教学过程建议 一．学时分配与学分 1．学时分配 本课程共72个学时（具体课时分配如下表）。 二、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。 ...................... [X] 2、混凝土强度愈高，应力应变曲线下降愈剧烈，延性就愈好。...................... [X] 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。......................................................................... [V] 4、水泥的用量愈多，水灰比较大，收缩就越小。................................... [X] 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。............. 【V] （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勺立方体试件，在20C± 2C的温度和相对湿度在90%^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MPa计）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号f cu表示。 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 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 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《钢结构设计原理》讲义教案(83页WORD版)
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