结构设计原理习题

1、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

2、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 和剪应力 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

3、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

4、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.钢材的屈强比一一钢材屈服强度与极限抗拉强度之比，称为屈强比。2.钢材的可焊性一一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 一一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

5、 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.钢材拉伸的伸长率一一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.角焊缝一一两焊件形成一定角度相交面上的焊缝。7.摩擦型高强度螺栓 一一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.承压型高强度螺栓一一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

6、孔壁承压破坏为极限状态。9.钢板梁一一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-混凝土组合梁一一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

7、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

8、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

9、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sv应满足最小配箍率sv,min的要求，同时还规定了最大箍筋间距smax和箍筋的最小直径dsv,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

10、、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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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

18、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 一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

19、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。

20、(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：fcd=13.8MPa,ftd=1-39MPa,fsd=280MPa,b=0.56,。=1.0，设as=40mm,梁的有效高度ho=500-40=460

21、 mm,(1)求受压区高度由公式md=fcdbx(h-1 180 10613.8 250 x(460)2(1)求受压区高度1.0 380 10613.8 300 x(610X2=175.8mmbho=341.6mm(2)求所需要的钢筋数量AsAf bx 13.8 300 175.8A=cdSfsd=2599mm解的 X=788mm(舍去)X2=133 mmbho=258 mm(2)求所需要的钢筋数量氏A= fcdbx 13.8 250 133 280Ssd2=1639mm(3)选择并布置钢筋22B25+2B22(1742 mm)最小配筋率计算 45 ( ftd/fsd) =45(1.39/28

22、0) =0.22即配筋率应不小于 0.22%且不小于 0.2%故取min=0.22%min实际配箍率冬=17421.5% min( 0.22%)bh0250 460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：fcd=13.8MPa,ftd=1.39 MPa,fsd=280 MPa,b=0.56,o= 1.0,设as=40mm,梁的有效高度h0=650-40=610 mm.由公式omd=fcdbx(h-X2)得解的X1=1044m

23、m(舍去)2802(3) 选择并布置钢肋4B32(3217 mm )最小配筋率计算 45( ftdfsd) =45(1.39 280) =0.22即配筋率应不小于 0.22%且不小于 0.2%故取min=0.22%实际配箍率1=25991.42% min(0.22%)bh0300 610配筋满足要求。3.某钢筋混凝土矩形截面简支梁，净跨度|n=3.66m。截面尺寸bxh=250mmx 600mm该梁承受均布荷载设计值为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。(as40mm)解：(1)计算纵筋fcd9.2MPaftd1

24、.06MPafsd280MPab0.56重要性系数01.0则弯矩计算值 MMd351.6KN mho600 40 560mm1)求受压区高度oMd=fcdbx(h0-2)得61 351.6 109.2 250 x(560X2471mm bh=313.6mm采用双筋截面。6 2Mfcdbh。2(1 0.5)=351.6 109.2 250 5600.56(1 0.5 0.56)fsd(h0 as)280 (560 40)=417mm22)求所需要的钢筋数量AsAsf9.2 250駕 060 280 417 2993mm2选择受压钢筋为4 12( 2As452mm)由公式受拉区钢筋为 432( A

25、s3217mm2)(2)计算箍筋采用 10mmAsn157mm212 0.18%，且小于 一 h=300mm 和 400mmbS 250 1502在支座中心向跨径长度方向的 600mm范围内，设计箍筋间距 Sv100mm;尔后至跨中截 面统一的箍筋间距取 S 150mm。4.一钢筋混凝土矩形截面简支梁，截面尺寸为bxh=250mmX600mm受拉区纵筋为3_?5。该梁承受均布 荷载设计值100kN/m（包括自重），梁的净跨度|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。（as=35mm）解：采用直径为 8mm 的双肢箍筋，箍

26、筋截面积 ASV2 50.3 100.6mm2AS1473P 100bh0100250 (600 35)635 56512f(0.56 106)(2 0.6p) fUAvfSvbho2Sv、2”=v1 (1.1)2(0.56 106)(2 0.6 1.043)窈 100.6 195 250 (565)2=481mm(178)2=若箍筋间距计算值取 S 481mm 1h 300mm 及 400mm,取 SV200mm 是满足要求的。配 2筋率sv也0.2% 0.18%，且小于-h=300mm 和 400mmbSv2在支座中心向跨径长度方向的 600 mm 范围内，设计箍筋间距 Sv100mm;而

27、后至跨中截面统一的箍筋间距取 Sv200mmP 10010哙100噩2”5.某钢筋混凝土偏心受压构件，截面尺寸bXh=300mmx400mm两个方向的计算长度均为|o=4m。该构件承受的轴向压力设计值为192kN，相应的弯矩为IIOkN.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：fed=9.2 MPa,fsd=280MPa,b=0.56,0=1.01)截面设计轴向力计算值 N=Nd=192KN,弯矩设算值 M=Md=11OKNm可得到偏心距为e0= =110 103=573mmN 192 103设asas=40 mm 则h。=h-

28、as=400-40=360mm10.2 2.7e00.2 2.75734.50 1 取11.0h036021.15 0.01= 1.15 0.01 10 1.05 1 取21.0h则 1 UCl)21 2=1.051400e/h0h2)大小偏心受压的判定e01.05 573 602mm 0.3h0=108 mm 故可先按大偏心受压设计3）计算所需的纵向钢筋面积b(1 0.5b) fCdbh。2fsd(has)32192 10762 0.56(1 0.5 O.56) 9.2300 360=23 mm2v0.002 300 400 240mm2取280 (360 40) 2AS240mm现选择受压

29、钢筋为 3B12，则实际受压钢筋面积 As339mm2,as45mm,0.28% 0.2%。截面受压区高度为x“h22嗨fs；eA（h0 as）=弯矩作用平面内的长细比为匕h400040010 5 故应考虑偏心距ese0as60240 40 762mm取b0.56360 r 3602 2188 10 824 280 339(36045)=162 mmvbh。(202mm)2as(90mm) V9.2 300v4sfsdfcdbx fsdAsN田 Asfsd9.2 300 162 280 339 188 1032=1264mm 280minbh (240 mm2)现选手拉钢筋为 4 22,As2

30、1520mm ,1.27% 0.2%。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asas45mm，钢筋A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bmin2 32 3 30 4 25.1 254mm b 300mm1.如图所示双槽钢和钢板的连接，槽钢壁厚为 手工焊，焊条E43。试设计此焊缝，不采用引弧板。解：角焊缝焊脚尺寸构造要求5mm，轴向拉力设计值(f=85N/mm2)1.2ti1.5 16 hf1.2取hf=6mmN=400kN作用，采用侧焊缝连接

31、,D_U lr=lF采用侧面角焊缝4lw0.7hff得到lw=280mm4 0.7hff按构造要求，焊缝的最小计算长度为max(8hf,40)=48mm最大计算长度满足要求 不采用引弧板，每条实际长度为280+2hf=292mm，取长度300mm.2.图示C级螺栓连接，钢材Q235B,可=140N/mm2，螺栓8hf=360mmM20，栓孔直径d0=21.5mm，NNNO170N/mm2,? =80N/mm2,计算该连接所能承受的最大轴力。解：Nbv2420 80 50.24kNb20 14 140 47.6kNNnftnb bminN ,N 47.6kNv43.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Ae=244.8mm2，容许拉应力ftb=110MPa，钢材为Q235，弯矩M=30kNm，剪力V全部由钢梁下部承托板承担，试验算此连接是