《混凝土结构设计原理》

《结构设计原理》复习资料第一篇钢筋混凝土结构第一章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能（一）填空题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度6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受力变形和混凝土的体积变形。其中混凝土的徐变受力体积变形。（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的立方体试件，在20℃±2℃的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28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 表cu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（一）填空题2可靠，反之则称为失效，结极限状态4、正常使用极限状态的计算，是以弹性理论或塑性理论为基础，主要进行以下三个方面的验算：应力计算、裂缝宽度验算和变形验算。7、作用是指使结构产生内力、变形、应力和应变的所有原因，它分为直接作用和直接作用是指施加在结构上的集中力或分布力如汽车、人群、结构自重等，间接作用11、结构或结构构件设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用规定值即称为作用代表值。作用代表值包括作用标准值、准永久值和频遇值。第四章受弯构件正截面承载力计算（一）填空题1、钢筋混凝土受弯构件常用的截面型式有矩形、T形和箱形等。12、只在梁（板）单筋受弯构件；如果同时在截面受压区也配置受力钢筋，则此种构件称为双筋受弯构件。5、钢筋混凝土构件破坏有两种类型：塑性破坏和脆性破坏。7、受压钢筋的存在可以提高截面的延性，并可减少长期荷载作用下的变形。9、T形截面按受压区高度的不同可分为两类：第一类T形截面和第二类T形截面。10、工字形、箱形截面以及空心板截面，在正截面承载力计算中均按T形截面来处理。（二）判断题1、判断一个截面在计算时是否属于T形截面，不是看截面本身形状，而是要看其翼缘板3【×】4（四）简答题1、设计受弯构件时，一般应满足哪两方面的要求？答：①由于弯矩的作用，构件可能沿某个正截面（与梁的纵轴线或板的中面正交时的面发生破坏，故需进行正截面承载力计算；②由于弯矩和剪力的共同作用，构件可能沿剪压区段内的某个斜截面发生破坏，故还需进行斜截面承载力计算。5、简述适筋梁、超筋梁、少筋梁的破坏特征？答：适筋梁的破坏特征是：受拉区钢筋首先达到屈服强度，其应力保持不变而产生显著的塑性伸长，直到受压边缘混凝土的应变达到混凝土的极限压应变时，受压区出现纵向水平裂缝，随之压碎而破坏。这种梁破坏前，梁的裂缝急剧开展，挠度较大，梁截面产生较大的塑性变形，因而有明显的破坏预兆。破坏前梁的挠度及截面曲率曲线没有明显的转折点，拉区的裂缝开展不宽，延伸不高，破坏是突然的，没有明显的预兆。少筋梁的破坏特征是：梁拉区混凝土一开裂，受拉钢筋达到屈服，并迅速经历整个流幅二进入强化阶段，梁仅出现一条集中裂缝，不仅宽度较大，而且沿梁高延伸很高，此时受压区混凝土还未压坏，裂缝宽度已很宽，挠度过大，钢筋甚至被拉断。破坏很突然，少筋梁在桥梁工程中不允许采用。（五）计算题01、已知一钢筋混凝土单筋矩形截面梁，截面尺寸×h=250m×500m（h=455m，0截面处弯矩组合设计值M采用C20混凝土（f 9.2MPa，f 1.06MPa）d cd td和HRB335级钢（f 280MPaⅠ类环境条件安全等级为二（ 0 56。sd 0 b计算所需要的受拉钢筋的截面面积A。s解：本题为单筋矩形截面梁截面设计类型题，请按照以下三个步骤进行计算：第一步：计算截面抵抗矩系数s M 1.0115106 0 d 0.242s f bh2cd 0

9.22504552第二步：计算混凝土受压区相对高度21s1s

1

0.282<1120.242

0.56第三步：求受拉钢筋的截面面积Asf

9.2Abhs

cd0.282250455 1054f 280s s A

1054

0.927%>bh 2500

min其中：

=

45f ,0.2=td

451.06,0.2=0.2%min

fsd

280 于是，所需要的受拉钢筋的截面面积As

=1054mm22、已知一钢筋混凝土矩形截面梁，截面尺寸限定为b×h=200mm×400mm，采用C20混（fcd

9.2MPa，ftd

1.06MPa和HRB335（fsd

280MPa/sd

280MPa，弯矩组合设计值Md

=80KN·m。Ⅰ类环境条件，安全等级为一级（0

1，b

0.56。试进行配筋计算。解：本题为双筋矩形截面梁截面设计的第一种类型题，请按照以下步骤进行计算：说明：在不允许增加梁的截面尺寸和提高混凝土强度等级的情况下，如单筋梁出现超筋，则可采用按双筋梁进行设计。受压钢筋按一层布置，假设a's

35mm；受拉钢筋按二层布置，假设as

65mm，h=400-65=335mm，弯矩计算值为MM 1.18088KNm。0 0 d第一步：验算是否需要采用双筋截面。单筋矩形截面的最大正截面承载力为M f bh2(1u cd 0 b

)故需要采用双筋截面。第二步：首先计算单筋梁部分，让单筋梁充分发挥作用（b

，求受压钢筋的面A'sA'

Mf

bh20

b

) 881069.220033520.56(10.50.56) 56.4mm2s f'(hsd 0

a') 280(335s第三步：根据平衡条件，求受拉钢筋的截面面积As3f bxf'A/ 9.22000.5633528056.4Acds

sd fsd

1289mm2280于是，受拉区所需要的受拉钢筋总面积是1289mm2。受压区所需要的受压钢筋总面积是56.4mm2。3、已知一钢筋混凝土双筋矩形截面梁，其截面尺寸为b×h=200mm×400mm，采用C30（fcd

18MPaftd

1.39MP和HRB335 级钢筋（fsd

280MPa，f/280MPa，承受的弯矩组合设计值Msd

150KNm，受压区已经配置了2根直径为16mm的受压钢筋。Ⅰ类环境条件，安全等级为二级 0， 56。试求受拉钢筋0 b的面积。解：本题为双筋矩形截面梁截面设计的第二种类型题，请按照以下步骤进行计算：受压钢筋按一层布置，a's

35mm；受拉钢筋按二层布置，假设as

65mm，h=400-65=335mm，弯矩计算值为M 1.0150150KNm。0 0 d第一步：计算单筋矩形截面的最大正截面承载力为M f bh2(1u cd 0 b

)=13.8×200×3352×0.56×(1-0.5×0.56)=124.89KN·m<150KN·m故需要采用双筋截面。第二步：首先计算“钢筋”梁部分（又称第二部分截面，求受拉钢筋的截面面积As2f'A/

28024

162A sd s2 fsd

402m280第三步：计算单筋梁部分（实质上为单筋矩形截面截面设计，求受拉钢筋截面面积As1 (M M ) 1.0150106280402(33535)0 s fcd

d2bh21120.375

13.820033521s1sf

1

13.8

0.5< 0.56BA bhs1

fsd

0.5200335 1651mm2280于是，所需要的受拉钢筋的总面积为As

A As1 s

16514022053mm24、已知翼缘位于受压区的钢筋混凝土单筋T形简支梁，其截面尺寸b×h=160mm×41000mm，b'f

h'f

1600mm110mm，承受的跨中截面弯矩组合设计值Md

1800KNm，采用C25混凝土（fcd

11.5MPa，ftd

1.23MPa）和HRB335级钢筋（fsd

280MPa，f/280MPa，Ⅰ类环境条件，安全等级为一级（sd

1，b

0.56。求受拉钢筋截面面积A。s解：本题为第二类T形截面截面设计类型题，请按照以下步骤进行计算。设T形截面受拉钢筋为两排，取as第一步：判别T形截面的类型。h'

80mm，则h0110

100080920mm。f b'h'

f)11.51600110(920 )1750.76KNmcd f f

2 2<M 1.118001980KNm0 d故属于第二类T形截面。第二步：首先计算“翼缘”梁部分（也称第二部分截面，求受拉钢筋面积A 。s2fA s2

(b'ff

b)h/fsd

11.5160)110280

6505.7mm2第三步：计算单筋梁部分（实质上为单筋矩形截面截面设计，求受拉钢筋截面面积As1 110(M M

1.010611.5160)110(920 2)0 s fcd

d2bh20

11.51609202

0.1441

111s

0.156< 0.561120.14411.5A bhs1

fsd

0.156160920 943.13mm2280于是，所需要的受拉钢筋的总面积为As

A As1 s

943.136505.77448.83mm2第五章受弯构件斜截面承载力计算（一）填空题1、一般把箍筋和弯起（斜）钢筋统称为梁的腹筋，把配有纵向受力钢筋和腹筋的梁称为有腹筋梁，而把仅有纵向受力钢筋而不设腹筋的梁称为无腹筋梁。2、钢筋混凝土受弯构件沿斜截面的主要破坏形态有斜压破坏、斜拉破坏和坏等。3、影响有腹筋梁斜截面抗剪能力的主要因素有：剪跨比、混凝土强度、纵向受拉5钢筋配筋率、配箍率和箍筋强度。4时，对于斜压和斜拉破坏，一般是采用截面限制条件和一定的构造措施予以避免，对于常见的剪压破坏形态，梁的斜截面抗剪能力变化幅度较大，故必须进行斜截面抗剪承载力的计算。（二）判断题1、在斜裂缝出现前，箍筋中的应力就很大，斜裂缝出现后，与斜裂缝相交的箍筋中的应3【√】4【√】5【√】6【×】（四）简答题2、简述无腹筋简支梁沿斜截面破坏的三种主要形态？答：斜拉破坏：在荷载作用下，梁的剪跨段产生由梁底竖直裂缝沿主压应力轨迹线向上延伸发展而成斜裂缝。其中有一条主要斜裂缝（又称临界斜裂缝）很快形成，并迅速伸展至荷载垫板边缘而使混凝土裂通，梁被撕裂成两部分而丧失承载力，同时，沿纵向钢筋往往伴随产生水平撕裂裂缝。这种破坏发生突然，破坏面较整齐，无压碎现象。剪压破坏：梁在弯剪区段内出现斜裂缝，随着荷载的增大，陆续出现几条斜裂缝，其中一条发展成为临界裂缝。临界斜裂缝出现后，梁还能继续增加荷载，斜裂缝伸展至荷载垫板下，直到斜裂缝顶端（剪压区）的混凝土在正应力、剪应力和荷载引起的竖向局部压应力的共同作用下被压酥而破坏，破坏处可见到很多平行的斜向短裂缝和混凝土碎渣。斜压破坏：当剪跨比较小时，首先是加载点和支座之间出现一条斜裂缝，然后出现若干条大体相平行的斜裂缝，梁腹被分割成若干倾斜的小柱体。随着荷载的增大，梁腹发生类似混凝土棱柱体被压坏的情况，即破坏时斜裂缝多而密，但没有主裂缝。第六章受扭构件承载力计算（一）填空题1、钢筋混凝土构件抗扭性能的两个重要衡量指标是：构件的开裂扭矩和扭矩2、在纯扭作用下，构件的裂缝总是与构件纵轴成45度方向发展。6、极限扭矩和抗扭刚度的大小在很大程度上取决于抗扭钢筋的数量。7、根据抗扭配筋率的多少，钢筋混凝土矩形截面受扭构件的破坏形态一般可分为以下几种：少筋破坏、适筋破坏、超筋破坏和部分超筋破坏。9、T形、Ⅰ形截面可看成是由简单矩形截面所组成的复杂截面，每个矩形截面所受的扭矩，可根据各自的抗扭刚度按正比例进行分配。（二）判断题1、对于弯、剪扭共同作用下的构件配筋计算，采取先按弯矩、剪力、扭矩各自单独作用2、T形截面可以看成是由简单矩形截面所组成的复杂截面，受扭时各个矩形截面的扭转3【×】4【×】5、钢筋混凝土受扭构件在开裂前钢筋中的应力较小，钢筋对开裂扭矩的影响不大，可以6忽略钢筋对开裂扭矩的影响。„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„【√】6【×】（三）简答题1、简述受扭构件的几种破坏形态？答：少筋破坏：当抗扭钢筋数量过少时，在构件受扭开裂后，由于钢筋没有足够的能力承受混凝土开裂后卸给它的那部分外扭矩。因而构件立即破坏，其破坏性质与素混凝土构件无异。适筋破坏：在正常配筋的条件下，随着外扭矩的不断增加，抗扭箍筋和纵筋首先达到屈服强度，然后主裂缝迅速开展，最后促使混凝土受压面被压碎，构件破坏。这种破坏的发生是延续的、可预见的，与受弯构件适筋梁相类似。超筋破坏：当抗扭钢筋配置过多，或混凝土强度过低时，随着外扭矩的增加，构件混凝土先被压碎，从而导致构件破坏，而此时抗扭箍筋和纵筋还均未达到屈服强度。这种破坏的特征与受弯构件超筋梁相类似，属于脆性破坏的范畴。在设计时必须予以避免。部分超筋破坏：当抗扭箍筋或纵筋中的一种配置过多时，构件破坏只有部分纵筋或箍筋屈服，而另一部分抗扭钢筋（箍筋或纵筋）尚未达到屈服强度。这种破坏具有一定的脆性破坏性质。第七章偏心受压构件的正截面承载力计算（一）填空题1、钢筋混凝土偏心受压构件随着偏心距的大小及纵向钢筋配筋情况不同，有以下两种主要破坏形态：大偏心受压破坏（受拉破坏）和小偏心受压破坏（受压破坏）。2、可用受压区界限高度或受压区高度界限系数来判别两种不同偏心受压破坏形态，当时，截面大偏心受压破坏；当> 时，截面小偏心受压破坏。b b3、钢筋混凝土偏心受压构件按长细比可分为短柱、长柱和细长柱。4、实际工程中最常遇到的是长柱，由于最终破坏是材料破坏，因此，在设计计算中需考虑由于构件侧向挠度而引起的二阶弯矩的影响。5、试验研究表明，钢筋混凝土圆形截面偏心受压构件的破坏，最终表现为压碎（二）判断题1、在钢筋混凝土偏心受压构件中，布置有纵向受力钢筋和箍筋。对于圆形截面，纵向受2【×】3【×】4【×】5（三）简答题1、简述小偏心受压构件的破坏特征？答：小偏心受压构件的破坏特征一般是首先受压区边缘混凝土压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。其正截面承载力取决于受压区混凝土强度和受压钢筋强度。3、简述偏心受压构件的正截面承载力计算采用了哪些基本假定？答：①截面应变分布符合平截面假定；②不考虑混凝土的抗拉强度；③受压区混凝土的7极限压应变为0.0033；④混凝土的压应力图形为矩形，应力集度为轴心抗压设计强度，矩形应力图的高度取等于按平截面确定的中和轴高度乘以系数0.9。第九章钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形计算（一）填空题1、对于所有的钢筋混凝土构件都要求进行强度计算，而对某些构件，还要根据使用条件进行正常使用阶段计算。2、对于钢筋混凝土受弯构件变形和大裂缝宽度3、在进行施工阶段验算时，应根据可能出现的施工荷载进行内力组合。4由荷载效应引起的裂缝、由外加变形或约束变形引起的裂缝钢筋锈蚀裂缝5粘结滑移理论法、无滑移理论和综合理论。6设置预拱度来加以消除。（二）判断题1、在使用阶段，钢筋混凝土受弯构件是不带裂缝工作的。„„„„„„„„„„„【×】2、对于钢筋混凝土构件在荷载作用下产生的裂缝宽度，主要是在设计计算和构造上加以控制。„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„【√】（三）简答题1、简述钢筋混凝土受弯构件在使用阶段计算的特点？答：钢筋混凝土受弯构件的承载能力极限状态是取构件破坏阶段，而使用阶段一般是指梁带裂缝工作阶段。筋布置，以保证截面承载能力要大于荷载效应；计算方法分截面设计和截面复核两种方法。使用阶段计算是按照构件使用条件对已设计的构件进行计算，以保证在使用情况下的应力、裂缝和变形小于正常使用