结构设计原理重点

三、简答题：（4×5）何谓结构的极限状态，我国公路工程设计时采用哪几种极限状态，其各自的定义是什么？答：整个结构或结构的一部分超过某一特定的状态而不能满足设计规定的功能要求时，这个特定状态即为极限状态。我国公路工程设计时采用两种极限状态：一是承载能力极限状态：结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形；二是正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。钢筋混凝土受弯构件正截面有哪几种破坏形式？其破坏特征有何不同？答：钢筋混凝土受弯构件正截面有适筋破坏、超筋破坏、少筋破坏。梁配筋适中会发生适筋破坏。受拉钢筋首先屈服，钢筋应力保持不变而产生显著的塑性伸长，受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变，混凝土压碎，构件破坏。梁破坏前，挠度较大，产生较大的塑性变形，有明显的破坏预兆，属于塑性破坏。梁配筋过多会发生超筋破坏。破坏时压区混凝土被压坏，而拉区钢筋应力尚未达到屈服强度。破坏前梁的挠度及截面曲率曲线没有明显的转折点，拉区的裂缝宽度较小，破坏是突然的，没有明显预兆，属于脆性破坏，称为超筋破坏。梁配筋过少会发生少筋破坏。拉区混凝土一旦开裂，受拉钢筋即达到屈服，并迅速经历整个流幅而进入强化阶段，梁即断裂，破坏很突然，无明显预兆，故属于脆性破坏。在钢筋混凝土偏心受压构件中，如何区分大、小偏心受压构件，简述其各自的破坏特征。答：时为大偏心受压构件，时为小偏心受压构件。大偏心受压破坏从受拉钢筋屈服开始，破坏前有明显预兆，属于塑性破坏；小偏心受压破坏是由最大受压区边缘混凝土达到极限压应变而应起的，破坏前无明显预兆，属于脆性破坏。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》是如何考虑弯矩、剪力、和扭矩共同作用下的配筋计算？剪、扭构件承载力计算时，t的意义是什么？上下限是多少？答：弯矩按正截面受弯构件计算，剪力、和扭矩考虑相互影响，引入剪扭构件混凝土抗扭承载力降低系数t；按受弯构件的正截面受弯承载力计算所需的纵向钢筋截面面积，按剪、扭共同作用下的承载力计算承受剪力所需的箍筋截面面积和承受扭矩所需的纵向钢筋截面面积和箍筋截面面积，叠加上述二者求得的纵向钢筋和箍筋截面面积，即得最后所需的纵向钢筋截面面积并配置在相应的位置。t是剪扭构件混凝土抗扭承载力降低系数，t<0.5时，取0.5，t>1.0时，取1.0.何为预应力？预应力混凝土结构的优缺点是什么？答：所谓预应力混凝土结构，是指结构在承受外荷载以前，预先采用人为的方法，在结构内部形成一种应力状态，使结构在使用阶段产生拉应力的区域先受到压应力，这项压应力将及使用阶段荷载产生的拉应力抵消一部分或全部，从而推迟裂缝的出现，限制裂缝的展开，提高结构的刚度。优点：提高构件的抗裂性、刚度及抗渗性，能够充分发挥材料的性能，节约钢材。缺点：构件的施工、计算及构造较复杂，且延性较差。什么是结构的安全等级？建筑结构功能要求有哪些？答：我国根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重及否，分为三个安全等级。功能要求：(1)安全性的要求；（2）适用性的要求；（3）耐久性的要求什么是结构可靠度？答：可靠度：结构在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的概率；应用“平均应变符合平截面假定”推导受弯构件适筋梁及超筋梁的界限相对受压区高度计算公式解：解：平均应变符合平截面假定得到：将带入上式：于是：试述钢筋混凝土受扭构件扭曲截面承载力计算的变角度空间桁架模型的基本假定？答：三个基本假定：混凝土只承受压力，具有螺旋形裂缝的混凝土外壳组成桁架的斜压杆，其倾角为α；纵筋和箍筋只承受拉力，分别为桁架的弦杆和腹杆；忽略核心混凝土的受扭作用及钢筋的销栓作用；请简述变形钢筋及混凝土粘结机理？答：变形钢筋及混凝土粘结作用主要有三部分组成：钢筋及混凝土接触面上的化学吸附力（胶结力）；混凝土收缩握裹钢筋而产生摩阻力；钢筋表面凹凸不平及混凝土之间产生的机械咬合力；什么是结构的极限状态？极限状态可分为那两类？答：整个结构或结构的一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，这个特定状态就称为该功能的极限状态；极限状态分为：承载能力极限状态和正常使用极限状态。轴心受压构件设计时，如果用高强度钢筋，其设计强度应如何取值？答：纵向受力钢筋一般采用HRB400级、HRB335级和RRB400级，不宜采用高强度钢筋，因为及混凝土共同受压时，不能充分发挥其高强度的作用。混凝土破坏时的压应变0.002，此时相应的纵筋应力值бs’=Esεs’=200×103×0.002=400N/mm2；对于HRB400级、HRB335级、HPB235级和RRB400级热扎钢筋已达到屈服强度，对于Ⅳ级和热处理钢筋在计算fsd’值时只能取400N/mm2。钢筋混凝土受弯构件正截面有哪几种破坏形式？其破坏特征有何不同？答：钢筋混凝土受弯构件正截面有适筋破坏、超筋破坏、少筋破坏。梁配筋适中会发生适筋破坏。受拉钢筋首先屈服，钢筋应力保持不变而产生显著的塑性伸长，受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变，混凝土压碎，构件破坏。梁破坏前，挠度较大，产生较大的塑性变形，有明显的破坏预兆，属于塑性破坏。梁配筋过多会发生超筋破坏。破坏时压区混凝土被压坏，而拉区钢筋应力尚未达到屈服强度。破坏前梁的挠度及截面曲率曲线没有明显的转折点，拉区的裂缝宽度较小，破坏是突然的，没有明显预兆，属于脆性破坏，称为超筋破坏。梁配筋过少会发生少筋破坏。拉区混凝土一旦开裂，受拉钢筋即达到屈服，并迅速经历整个流幅而进入强化阶段，梁即断裂，破坏很突然，无明显预兆，故属于脆性破坏。影响斜截面受剪承载力的主要因素有哪些？答：（1）剪跨比的影响，随着剪跨比的增加，抗剪承载力逐渐降低；（2）混凝土的抗压强度的影响，当剪跨比一定时，随着混凝土强度的提高，抗剪承载力增加；（3）纵筋配筋率的影响，随着纵筋配筋率的增加，抗剪承载力略有增加；（4）箍筋的配箍率及箍筋强度的影响，随着箍筋的配箍率及箍筋强度的增加，抗剪承载力增加；（5）斜裂缝的骨料咬合力和钢筋的销栓作用；（6）加载方式的影响；（7）截面尺寸和形状的影响；判别大、小偏心受压破坏的条件是什么？大、小偏心受压的破坏特征分别是什么？答：（1），大偏心受压破坏；，小偏心受压破坏；（2）破坏特征：大偏心受压破坏：破坏始自于远端钢筋的受拉屈服，然后近端混凝土受压破坏；小偏心受压破坏：构件破坏时，混凝土受压破坏，但远端的钢筋并未屈服；《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》是如何考虑弯矩、剪力、和扭矩共同作用的？的意义是什么？起什么作用？上下限是多少？答：实际工程的受扭构件中，大都是弯矩、剪力、扭矩共同作用的。构件的受弯、受剪和受扭承载力是相互影响的，这种相互影响的性质称为复合受力的相关性。由于构件受扭、受弯、受剪承载力之间的相互影响问题过于复杂，采用统一的相关方程来计算比较困难。为了简化计算，对弯剪扭构件的计算采用了对混凝土提供的抗力部分考虑相关性，而对钢筋提供的抗力部分采用叠加的方法。（0.5≤≤1.0），称为剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数，当小于0.5时,取等于0.5;当大于1.0时,取等于1.0。进行螺旋筋柱正截面受压承载力计算时，有哪些限制条件？为什么要作出这些限制条件？答：凡属下列条件的，不能按螺旋筋柱正截面受压承载力计算：当l0/b＞12时，此时因长细比较大，有可能因纵向弯曲引起螺旋箍筋不起作用；如果因混凝土保护层退出工作引起构件承载力降低的幅度大于因核芯混凝土强度提高而使构件承载力增加的幅度，当间接钢筋换算截面面积Ass0小于纵筋全部截面面积的25%时，可以认为间接钢筋配置得过少，套箍作用的效果不明显。受弯构件适筋梁从开始加荷至破坏，经历了哪几个阶段？各阶段的主要特征是什么？各个阶段是哪种极限状态的计算依据？答：适筋受弯构件正截面工作分为三个阶段。第Ⅰ阶段荷载较小，梁基本上处于弹性工作阶段，随着荷载增加，弯矩加大，拉区边缘纤维混凝土表现出一定塑性性质。第Ⅱ阶段弯矩超过开裂弯矩Mcrsh，梁出现裂缝，裂缝截面的混凝土退出工作，拉力由纵向受拉钢筋承担，随着弯矩的增加，受压区混凝土也表现出塑性性质，当梁处于第Ⅱ阶段末Ⅱa时，受拉钢筋开始屈服。第Ⅲ阶段钢筋屈服后，梁的刚度迅速下降，挠度急剧增大，中和轴不断上升，受压区高度不断减小。受拉钢筋应力不再增加，经过一个塑性转动构成，压区混凝土被压碎，构件丧失承载力。第Ⅰ阶段末的极限状态可作为其抗裂度计算的依据。第Ⅱ阶段可作为构件在使用阶段裂缝宽度和挠度计算的依据。第Ⅲ阶段末的极限状态可作为受弯构件正截面承载能力计算的依据。单筋矩形受弯构件正截面承载力计算的基本假定是什么？等效矩形应力图的基本假定是什么？它们作用是什么？答：单筋矩形受弯构件正截面承载力计算的基本假定是（1）平截面假定；（2）混凝土应力—应变关系曲线的规定；（3）钢筋应力—应变关系的规定；（4）不考虑混凝土抗拉强度。以上规定的作用是确定钢筋、混凝土在承载力极限状态下的受力状态，并作适当简化，从而可以确定承载力的平衡方程或表达式。等效矩形应力图的基本假定：将实际应力图形换算为等效矩形应力图形时必须满足以下两个条件：（1）受压区混凝土压应力合力C值的大小不变，即两个应力图形的面积应相等；（2）合力C作用点位置不变，即两个应力图形的形心位置应相同。等效矩形应力图的基本假定使简化计算成为可能。T形截面受弯构件正截面承载力计算的基本公式及适用条件是什么？为什么要规定适用条件？答：基本公式：第一类型T形截面：（中和轴在翼缘内）第二类型T形截面：（中和轴在腹板内）适用条件：；规定适用条件是为了避免超筋破坏和少筋破坏。斜截面破坏形态有几类？分别采用什么方法加以控制？答：（1）斜截面破坏形态有三类：斜压破坏，剪压破坏，斜拉破坏（2）斜压破坏通过限制最小截面尺寸来控制；剪压破坏通过抗剪承载力计算来控制；斜拉破坏通过限制最小配箍率来控制；影响斜截面受剪承载力的主要因素有哪些？答：（1）剪跨比的影响，随着剪跨比的增加，抗剪承载力逐渐降低；（2）混凝土的抗压强度的影响，当剪跨比一定时，随着混凝土强度的提高，抗剪承载力增加；（3）纵筋配筋率的影响，随着纵筋配筋率的增加，抗剪承载力略有增加；（4）箍筋的配箍率及箍筋强度的影响，随着箍筋的配箍率及箍筋强度的增加，抗剪承载力增加；（5）斜裂缝的骨料咬合力和钢筋的销栓作用；（6）加载方式的影响；（7）截面尺寸和形状的影响；什么叫材料抵抗弯矩图？其有何作用？材料抵抗弯矩图（又称材料图):就是以各截面实际的纵向受拉钢筋所能承受的弯矩为纵坐标，以相应的截面位置为横坐标，所作出的弯矩图形。即表示各正截面所具有的抗弯承载能力。绘制抵抗弯矩图的作用：是反映材料的利用程度,确定纵筋的弯起数量和位置,确定纵筋的截断位置。钢筋截断时有什么构造要求？为什么有这样的构造要求？答：应从按正截面抗弯承载力计算充分利用该钢筋强度的截面至少延伸（la+h0)长度。（la为受拉钢筋最小锚固长度）同时应考虑从正截面抗弯承载力计算不需要该钢筋的截面至少延伸20d(d为钢筋直径，环氧树脂涂层钢筋25d)。钢筋弯起时有什么构造要求？一方面为了保证斜截面抗弯强度，纵筋弯起点应设在按正截面抗弯承载力计算充分利用该强度的截面（纵筋的充分利用点）以外（弯矩减小方向）不小于h0/2处。另一方面为了保证正截面抗弯强度，纵筋弯起后及梁轴线的交点应位于该纵筋不需要点以外（弯矩减小方向）。何为钢筋混凝土受扭构件的配筋强度比？其取值有何规定？答：配筋强度比。时，纵筋、箍筋均可达到屈服强度。当z=1.0~1.2，纵筋和箍筋的用量比最佳写出桥梁工程中的斜截面承载力计算公式（不计弯起钢筋），并解释其各符号意义。答：a1是异号弯矩系数；；a2是预应力提高系数；a3是受压翼缘的影响系数；b是斜截面受压区顶端截面处矩形截面宽度；h0是斜截面受压端正截面上的有效高度；p是斜截面内纵向受拉钢筋的配筋率；fcu，k是混凝土立方体抗压强度标准值；psv是箍筋配筋率；fsv是箍筋抗拉强度设计值。判别大、小偏心受压破坏的条件是什么？大、小偏心受压的破坏特征分别是什么？答：（1），大偏心受压破坏；，小偏心受压破坏；（2）破坏特征：大偏心受压破坏：破坏始自于远端钢筋的受拉屈服，然后近端混凝土受压破坏；小偏心受压破坏：构件破坏时，混凝土受压破坏，但远端的钢筋并未屈服；什么是构件偏心受压正截面承载力的相关曲线？绘图说明相互的影响规律。答：构件偏心受压正截面承载力的相关曲线实质是它的破坏包络线。反映出偏心受压构件达到破坏时，和的相关关系，它们之间并不是独立的。ab段(受拉破坏段)：轴压力的增加会使其抗弯能力增加cb段(受压破坏段)：轴压力的增加会使其抗弯能力减小。预应力损失包括哪些？如何减少各项预应力损失值？答：预应力损失包括：①锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失。可通过选择变形小锚具或增加台座长度、少用垫板等措施减小该项预应力损失；②预应力钢筋及孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失。可通过两端张拉或超张拉减小该项预应力损失；③预应力钢筋及承受拉力设备之间的温度差引起的预应力损失。可通过二次升温措施减小该项预应力损失；④预应力钢筋松弛引起的预应力损失。可通过超张拉减小该项预应力损失；⑤混凝土收缩、徐变引起的预应力损失。可通过减小水泥用量、降低水灰比、保证密实性、加强养互等措施减小该项预应力损失；⑥螺旋式预应力钢筋构件，由于混凝土局部受挤压引起的预应力损失。为减小该损失可适当增大构件直径。作用的代表值有哪些？对永久作用和可变作用的代表值《公路桥规》是怎样规定的？答：作用的代表值有作用的标准值:、可变作用频遇值、可变作用准永久值（1）永久作用：采用标准值为代表值。（2）可变作用：承载能力极限状态：采用标准值作为代表值正常使用极限状态：采用频遇值（短期效应组合设计时）或采用准永久值（长期效应组合设计时）钢筋混凝土之所以能一起工作的原因有哪些?（1）钢筋和混凝土之间有着可靠的粘结力，能相互牢固地结成整体。在外荷载作用下，钢筋及相邻混凝土能够协调变形，共同受力；（2）钢筋及混凝土的温度线膨胀系数(linearexpansioncoefficient)相近（钢为1.2×10-5℃-1，混凝土为(1.0～1.5)×10-5℃（3）钢筋被混凝土所包裹，从而防止了钢筋的锈蚀，保证了结构的耐久性(durability)。钢筋和混凝土之间的粘结力是怎样产生的？(1)钢筋及混凝土接触面上的化学吸附作用，(2)混凝土收缩(shrinkage)，将钢筋紧紧握裹而产生的摩擦力。(3)钢筋及混凝土之间机械咬合作用力。(4)附加咬合作用什么是混凝土徐变？混凝土分别在什么情况下发生是线性徐变和非线性徐变？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。当应力时，徐变大致及应力成正比，产生线性徐变。当应力时，徐变的增长较应力快，产生非线性徐变。什么是可变荷载准永久值，是如何计算的？可变荷载准永久值是指在设计基准期内，可变作用超越的总时间约为设计基准期一般的作用值，是对结构上经常出现的且量值较小的荷载作用取值：准永久值＝标准值×准永久值系数ψ2。谓结构的极限状态，我国公路工程设计时采用哪几种极限状态，其各自的定义是什么？答：整个结构或结构的一部分超过某一特定的状态而不能满足设计规定的功能要求时，这个特定状态即为极限状态。我国公路工程设计时采用两种极限状态：一是承载能力极限状态：结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形；二是正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。何谓作用？结构上的作用按其随时间的变异性和出现的可能性分为哪3类，作用的代表值有哪些？施加在结构上的集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因，它分为永久作用、可变作用和偶然作用。代表值有标准值、频遇值和准永久值。

受弯构件中的适筋梁从加载到破坏经历哪几个阶段？钢筋混凝土梁的试验表明，一根配筋适当的钢筋混凝土梁，从加荷直至破坏，其正截面工作状态，大致可分为三个工作阶段阶段Ⅰ——整体工作阶段2）阶段Ⅱ——带裂缝工作阶段3）阶段Ⅲ——破坏阶段钢筋混凝土受弯构件正截面有哪几种破坏形式？其破坏特征有何不同？答：钢筋混凝土受弯构件正截面有适筋破坏、超筋破坏、少筋破坏。梁配筋适中会发生适筋破坏。受拉钢筋首先屈服，钢筋应力保持不变而产生显著的塑性伸长，受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变，混凝土压碎，构件破坏。梁破坏前，挠度较大，产生较大的塑性变形，有明显的破坏预兆，属于塑性破坏。梁配筋过多会发生超筋破坏。破坏时压区混凝土被压坏，而拉区钢筋应力尚未达到屈服强度。破坏前梁的挠度及截面曲率曲线没有明显的转折点，拉区的裂缝宽度较小，破坏是突然的，没有明显预兆，属于脆性破坏，称为超筋破坏。梁配筋过少会发生少筋破坏。拉区混凝土一旦开裂，受拉钢筋即达到屈服，并迅速经历整个流幅而进入强化阶段，梁即断裂，破坏很突然，无明显预兆，故属于脆性破坏。T形截面梁的翼缘宽度根据哪些因素确定？（1）简支梁计算跨径的1/3。（2）相邻两梁的平均间距。（3）应用“平均应变符合平截面假定”推导受弯构件适筋梁及超筋梁的界限相对受压区高度计算公式如何保证受弯构件斜截面不发生斜压破坏和斜拉破坏？一般是采用限制截面最小尺寸防止发生斜压破坏；限制箍筋最大间距和最小配箍率防止发生斜拉破坏。影响斜截面受剪承载力的主要因素有哪些？剪跨比混凝土强度纵向受拉钢筋配筋率箍筋数量及强度等级试述钢筋混凝土受扭构件扭曲截面承载力计算的变角度空间桁架模型的基本假定？基本假定：（1）混凝土只承受压力，具有螺旋形裂缝；（2）纵筋和箍筋只承受拉力；（3）忽略核心混凝土和钢筋销栓作用。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》是如何考虑弯矩、剪力、和扭矩共同作用下的配筋计算？剪、扭构件承载力计算时，的意义是什么？上下限是多少？弯矩按正截面受弯构件计算，剪力、和扭矩考虑相互影响，引入剪扭构件混凝土抗扭承载力降低系数；按受弯构件的正截面受弯承载力计算所需的纵向钢筋截面面积，按剪、扭共同作用下的承载力计算承受剪力所需的箍筋截面面积和承受扭矩所需的纵向钢筋截面面积和箍筋截面面积，叠加上述二者求得的纵向钢筋和箍筋截面面积，即得最后所需的纵向钢筋截面面积并配置在相应的位置。是剪扭构件混凝土抗扭承载力降低系数，时，取0.5，时，取1.0，判别大、小偏心受压破坏的条件是什么？大、小偏心受压的破坏特征分别是什么？，大偏心受压，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。，小偏心受压，一般是靠近纵向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，远离纵向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。请说明钢筋混凝土受弯构件最大裂缝宽度计算公式中各符号含义，影响裂缝宽度的主要因素有哪些？c1——考虑钢筋表面形状的系数；c2——考虑荷载作用的系数；c3——及构件受力性质有关的系数d——纵向钢筋直径ρ——纵向受拉钢筋配筋率σss——按短期效应组合计算的构件裂缝处纵向受拉钢筋在裂缝处的纵向受拉钢筋的应力影响裂缝宽度的主要因素有钢筋应力σss；钢筋直径d；配筋率ρ；保护层厚度c；钢筋外形；荷载作用性质；构件受力性质的影响：什么是换算截面？在进行截面换算时有哪些基本假定？将钢筋和混土两种材料组成的实际截面换算成为一种拉压性能相同的假想材料组成的匀质截面即换算截面。(1)平截面假定。即梁在弯曲变形时，各横截面仍保持平面。(2)弹性体假定。钢筋混凝土受弯构件在第Ⅱ工作阶段时，混凝土受压区的应力图形是曲线，但此时曲线并不丰满，及直线形相差不大，可以近似地看作为直线分布，即受压区的应力及平均应变成正比。(3)受拉区出现裂缝后，受拉区的混凝土不参加工作，拉应力全部由钢筋承担。(4)同一强度等级的混凝土，其拉、压弹性模量视为同一常值.何为预应力？预应力混凝土结构的优缺点是什么？所谓预应力混凝土结构，是指结构在承受外荷载以前，预先采用人为的方法，在结构内部形成一种应力状态，使结构在使用阶段产生拉应力的区域先受到压应力，这项压应力将及使用阶段荷载产生的拉应力抵消一部分或全部，从而推迟裂缝的出现，限制裂缝的展开，提高结构的刚度。优点：提高构件的抗裂性、刚度及抗渗性，能够充分发挥材料的性能，节约钢材。缺点：构件的施工、计算及构造较复杂，且延性较差。什么是预应力度？我国的工程中的按预应力度的概念对配筋混凝土是如何分类的？将预应力度定义为M0：消压弯矩，也就是构件抗裂边缘预压应力抵消到0时的弯矩；Ms：按作用（或荷载）短期效应组合计算的弯矩。预应力度的变化范围是从≥１变化到=0，因此由预应力度值可将配筋混凝土结构系列分成全预应力（）、部分预应力（）和钢筋混凝土（）结构三类。预应力损失主要有哪些？减少预应力损失的办法有哪些？预应力损失主要有a.预应力钢筋及管道壁之间的摩擦产生的损失；b.锚具变形、钢筋回缩和接缝