结构设计原理(第四版)

结构设计原理课后答案

第一章

1-1配置在混凝土梁截面受拉区钢筋的作用是什么？P8

答：当荷载超过了素混凝土的梁的破坏荷载时，受拉区混凝土开裂，此时，

受拉区混凝土虽退出工作，但配置在受拉区的钢筋将承担几乎全部的拉力，能

继续承担荷载，直到受拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混;疑土

也被压碎破坏。

钢筋的作用是代替混凝土受拉（受拉区混凝土出现裂缝后）或协助混凝土受

压。

1-2试解释一下名词：混凝土立方体抗压强度；混凝土轴心抗压强度；混

凝土抗拉强度；混凝土劈裂抗拉强度。

答：混凝土立方体抗压强度P9:我国国家标准《普通混凝土力学性能试验

方法标准》（GB/T50081-2002）规定以每边边长为150mm的立方体为标准试件，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

方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）作为混凝土的立方体抗压强

度，用符号表示。

混凝土轴心抗压强度P10:我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》

（GB/T50081-2002）规定以150nlmX150mmX300mm的棱柱体为标准试件，在

20℃土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

方法和试验方法测得的抗压强度值（以MPa为单位）称为混凝土轴心抗压强度,

用符号表示。

混凝土劈裂抗拉强度P10：我国交通部部颁标准《公路工程水泥混凝土试验规程》

（JTGE30）规定，采用150nlm立方体作为标准试件进行混凝土劈裂抗拉强度测

定，按照规定的试验方法操作，则混凝土劈裂抗拉强度按下式计算：o

混凝土抗拉强度P10:采用100X100X500mm混凝土棱柱体轴心受拉试验，破坏

时试件在没有钢筋的中部截面被拉断，其平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强

度，目前国内外常采用立方体或圆柱体的劈裂试验测得的混凝土劈裂抗拉强度

值换算成轴心抗拉强度，换算时应乘以换算系数0.9,即。

1-3混凝土轴心受压的应力一应变曲线有何特点？P13影响混凝土轴心

受压应力一应变曲线有哪几个因素？P14

答：完整的混凝土轴心受压应力-应变曲线由上升段0C.下降段CD和收敛段

DE三个阶段组成。

上升段：当压应力左右时，应力一一应变关系接近直线变化（OA段），混

凝土处于弹性阶段工作。在压应力后，随着压应力的增大，应力一一应变关系

愈来愈偏离直线，任一点的应变可分为弹性应变和塑性应变两部分，原有的

混凝土内部微裂缝发展，并在孔隙等薄弱处产生新的个别裂缝。当应力达到

0.8（B点）左右后，混凝土塑性变形显著增大，内部裂缝不断延伸拓展，并

有几条贯通，应力一一应变曲线斜率急剧减小，如果不继续加载，裂缝也会发

展，即内部裂缝处于非稳定发展阶段。当应力达到最大应力时（C点），应力

-应变加线的斜率已接近于水平，试件表面出现不连续的可见裂缝。

下降段：到达峰值应力点C后，混凝土的强度并不完全消失，随着应力的

减小（卸载），应变仍然增加，曲线下降坡度较陡，混凝土表面裂缝逐渐黄通。

收敛段：在反弯点D点之后，应力下降的速率减慢，趋于残余应力。表面纵缝把

混凝土棱柱体分为若干个小柱，外载力由裂缝处的摩擦咬合力及小柱体的残余

强度所承受。

影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素：混凝土强度、应变速率、测试技

术和试脸条件。

1-4什么叫混凝土的徐变？P16影响徐变有哪些主要原因？P17

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。

1-5混凝土的徐变和收缩变形都是随时间而增长的变形，两者有和不同之

处？P16P17

答：徐变变形是在持久作用下混凝土结构随时间推移而增加的应变；收缩变

形是混凝土在凝结和硬化的物理化学过程中体枳随时间推移而减小的现象，是

一种不受力情况下的自由变形。

1-6公路桥梁钢筋混凝土结构采用普通热轧钢筋，普通热轧钢筋的拉伸应

力-应变关系曲线有什么特点？P21《公路桥规》规定使用的普通热轧钢筋有哪

些强度级别？强度等级代号分别是什么？

答：热轧钢筋从试验加载到拉断，共经历了4个阶段。

从开始加载到钢筋应力达到比例极限a点之前，钢筋拉伸的应力-应变曲线

呈直线，钢筋的应力与应变比例为常数，钢筋处于弹性阶段；

钢筋受拉的应力超过比例极限之后，应变的增长快于应力增长，到达b点

后，钢筋的应力基本不增加而应变持续增加，应力-应变曲线接近水平线，钢筋

处于屈服阶段。一般以屈服下限为依据，称为屈服强度。

钢筋的拉伸应力超过f点之后，材料恢复了部分弹性性能，应力-应变曲线表现

为上升曲线，到达曲线最高点d。d点的钢筋应力称为钢筋的极限强度，fd段称

为钢筋的强化阶段。

过了d点后，钢筋试件薄弱处的截面发生局部颈缩，变形迅速增加，应力城之

下降，达到e点时，钢筋被拉断。De段称为钢筋的破坏阶段。

1-7什么是钢筋和混凝土之间粘结应力和粘结强度？P22P23为保证纲筋

和混凝土之间有足够的粘结力要采取哪些措施？P25

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。

第二章

2-1桥梁结构的功能包括哪几方面的内容？P30何谓结构的可靠性？

P31

答：①桥梁结构的功能由其使用要求决定的，具体有如下四个方面：

安全性：（1）桥梁结构应能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各

种荷载、外加变形、约束变形等的作用；

（2）在偶然荷载（如地震、强风）作用下或偶然事件（如爆炸）发生时和

发生后，桥梁结构产生局部损坏，但仍能保持整体稳定性，不发生倒塌。

适用性：（3）桥梁结构在正常使用条件下具有良好的工作性能，例如：不

发生影响正常使用的过大变形或振动；

耐久性：（4）桥梁结构在正常使用和正常维护条件下，在规定的时间内，具有足

够的耐久性，例如，不出现过大的裂缝宽度，不发生由于混凝土保护层碳化导

致钢筋的修饰。

②结构的可靠性：指结构的安全性、适用性和耐久性。

2-2结构的设计基准期和设计使用年限有何区别？P31

答：设计使用年限：设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按预定

目的使用的年限。

结构的设计基准期：结构可靠度计算中另一时间域考虑，它是为确定可变作用的

出现频率和设计时的取值而规定的标准时段。

二者是不同的概念，设计基准期的选择不考虑环境作用下与材料性能老化等相

联系的结构耐■久性，而仅考虑可变作用随时间变化的设计变量取值大小，而设

计使用年限是与结构适用性失效的极限状态相联系。

2-3什么叫极限状态？P32我国《公路桥规》规定了哪两类结构的极限

状态？P32

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。

2-4试解释一下名词：作用、直接作用、间接作用、抗力。P34

作用：是指使结构产生内力、变形、应力和应变的所有原因；

直接作用：是指施加在结构上的集中力和分布力；

间接作用：是指引起结构外加变形和约束变形的原因；

抗力：是指结构构件承受内力和变形的能力。

2-5我国《公路桥规》规定了结构设计哪三种状况？P41

答：持久状况、短暂状况和偶然状况。

2-6结构承载能力极限状态和正常使用极限状态设计计算原则是什么？

P39

我国《公路桥规》采用的是近似概率极限状态设计法。

①承载能力极限状态的计算以塑性理论为基础，设计的原则是作用效应最

不利组合（基本组合）的设计值必须小于或等于结构抗力设计值，即。

②正常使用状态是以结构弹性理论或弹塑性理论为基础，采用作用（或荷载）

的短期效应组合、长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合的影响，

对构建的抗裂、裂缝宽度和挠度进行验算，并使各项计算值不超过《公路桥规》

规定的各相应限值。设计表达式为.

2-7作用分为几类？P43什么叫作用的标准值，可变作用的准永久值可变

作用的频遇值？P44

答：作用分为永久作用（恒载）、可变作用、偶然作用和地震作用四类；

作用的标准值：是结构和结构构件设计时，采用的各种作用的基本代表值。

可变作用的准永久值：指在设计基准期间，可变作用超越的总时间占设计

基准期的比率较大的作用值。

可变作用频遇值：在设计基准期间，可变作用超越的总时间占设计基准期

的比率较小或被超越的频率限制在规定频率内的作用值。它是对结构上较频繁

出现的且量值较大的可变作用的取值。

2-8钢筋混凝土梁的支点截面处，结构重力产生的剪力标准值口；汽车荷载

产生的剪力标准值口；冲击系数口；人群荷载产生的剪力标准值口；温度梯度

作用产生的剪力标准值口，作用效应按线性关系考虑。参照例题2-3,试进行正

常使用极限状态设计时的作用效应组合计算。

解：①作用频遇效应组合

汽车荷载不计冲击系数的汽车荷载剪力标准值为：

v==261.76/1.19=219.97W

1+〃

S、d=XSGik+•S第=187.014-0.7x219.97+0.4x57.2+0.8x41.5

I=I;=i

=397.06W

①作用准永久效应组合

Slel=ZS6k+Z%•SQ*=187.01+0.4x219.97+0.4x57.2+0.8x41.5

r=lj=l

=331.08切V

2-9什么叫材料强度的标准值和设计值？P48

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。

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。

第三章

3.1.试比较图3-4和3-5,说明钢筋混凝土板和钢筋混凝土梁钢筋布置的特

点。P52和P53

答：

板：单向板内主钢筋沿板的跨度方向（短边方向）布置在板的受拉区，主

钢筋数量由计算决定。受力主钢筋的直径不宜小于10mm（行车道板）或8mm（人

行道板）。近梁肋处的板内主钢筋，可沿板高中心纵轴线的（1/4〜1/6）计算跨

径处按（30°〜45°）弯起，但通过支承而不弯起的主钢筋，每米板宽内不应

少于3根，并不少于主钢筋截面积的1/4。

对于周边支承的双向板，板的两个方向（沿校长边方向和沿板短边方向）同

时承受弯矩，所以两个方向均应设置主钢筋。

在简支板的跨中和连续梁的支点处，板内主钢筋间距不大于200mm。

行车道板受力钢筋的最小混凝土保护层厚度c应不小于钢筋的公称直径且

同时满足附表的要求。

在板内应设置垂直于板受力钢筋的分布钢筋，分布钢筋是在主筋上按一定

间距设置的横向钢筋，属于构造配置钢筋，即其数量不通过计算，而是按照设

计规范规定选择的。

梁：梁内的钢筋常常采用骨架形式，一般分为绑扎钢筋骨架和焊接钢筋骨架两

种形式。

梁内纵向受拉钢筋的数量由数量决定。可选择的钢筋数量直径一般为（12〜

32）mm,通常不得超过40mmo在同一根梁内主钢筋宜用相同直径的钢筋，当采

用两种以上直径的钢筋时，为了便于施工识别，直径间应相差21nm以上。

3-2什么叫受弯构件纵向受拉钢筋的配筋率？配筋率的表达式中，□含义是什

么？P52

答：配筋率是指所配置的钢筋截面面积与规定的泥凝土截面面积的比值（化为百分数

表达）。团是指截面的有效高度。

3-3为什么钢筋要有足够的混凝土保护层厚度？钢筋的最小混凝土保护层

厚度的选择应考虑哪些因素？P54

答：设置保护层是为了保护钢筋不直接受到大气的侵蚀和其他环境因素的作用，也是

为了保证钢筋和混凝土有良好的粘结。

影响因素：环境类别、构件形式、钢筋布置。

3-4、参照图3-7,试说明规定各主钢筋横向净距和层与层之间的竖向净距的原

因。

答：1）为了保证钢筋与混凝土之间的握衰力，增强两者的粘结力；2）保证钢筋之间

有一定间隙浇注混凝土；3）方便钢筋的布置。

3-5钢筋混凝土适筋柒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？P58

答：第I阶段：混凝土全截面工作，混凝土的压应力和拉应力基本上都呈三角

形分布。纵向钢筋承受有拉应力。混凝土受压区处于弹性工作阶段，即应力与

应变成正比。

第I阶段末：混凝土受压区的应力基本上仍是三角形分布。但由于受拉

区混凝土塑性变形的发展，拉应变增长较快，根据混凝土受拉时的应力一直变

图曲线，拉区混凝土的应力图形为曲线形。这时，受拉边缘混凝土的拉应变临近

极限拉应变，拉应力达到混凝土抗拉强度，表示裂缝即将出现，梁截面上作用

的弯矩用表示。

第II阶段：荷载作用弯矩到达回后，在梁混凝土抗拉强度最弱截面上出现了第一批

裂缝。这时，在有裂缝的截面上，拉区混凝土退出工作，把它原承担的拉力传递给钢筋，发生

了明显的应力重分布，钢筋的拉应力随荷载的增加而增加；混凝土的压应力不再是三角形分

布，而是形成微曲的曲线形，中和轴位置向上移动。

第II阶段末：钢筋拉应变达到屈服值时的应变值，表示钢筋应力达到其屈

服强度，第n阶段结束。

第in阶段：在这个阶段里，钢筋的拉应变增加的很快，但钢筋的拉应力一般仍维

持在屈服强度不变。这时，裂缝急剧开展，中和轴继续上升，混凝土受压区不断

缩小，压应力也不断增大，压应力图成为明显的丰满曲线形。

第HI阶段末：这时，截面受压上边缘的混凝土压应变达到其极限压应变值，压应

力图呈明显曲线形，并且最大压应力已不在上边缘而是在距上边缘稍下处，这

都是混凝土受压时的应力一应变图所决定的。在第in阶段末，压区混凝土的抗压

强度耗尽，在临界裂缝两侧的一定区段内，压区混凝土出现纵向水平裂缝，随

即混凝土被压碎，梁破坏，在这个阶段，纵向钢筋的拉应力仍维持在屈服强度。

3-6什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？为什么吧少筋梁和超筋梁都成为脆性破坏？P60

答：实际配筋率小于最小配筋率的梁称为少筋梁；大于最小配筋率且小于最大配筋率

的梁称为适筋梁；大于最大配筋率的梁称为超筋梁。

少筋梁的受拉区混凝土开裂后，受拉钢筋达到屈服点，并迅速经历整个流

幅而进入强化阶段，梁仅出现•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，而裂缝宽度已经很宽，挠度过大，钢筋甚

至被拉断。

适筋梁受拉区钢筋首先达到屈服，其应力保持不变而应变显著增大，直到

受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变时，受压区出现纵向水平裂缝，随之

因混凝土压碎而破坏。适筋粱为塑性破坏

超筋梁的破坏是受压区混凝土被压坏，而受拉区钢筋应力尚未达到屈服强

度。破坏前的挠度及截面曲率曲线没有明显的转折点，受拉区的裂缝开展不宽，

破坏突然，没有明显预兆。

少筋梁和超筋梁的破坏都很突然，没有明显预兆，故称为脆性破坏。

3-7钢筋混凝土适筋梁当受拉钢筋屈服后能否再增加荷载？为什么？少

筋梁当受拉钢筋屈服后能否再增加荷载？

答：适筋梁可以再增加荷载，因为当受拉区钢筋屈服后，钢筋退出工作，受压区混凝土

开始受压，直到受压区边缘混凝十.的应变达到极限压应变时，受压区出现纵向水平裂缝，随

之因混凝土压碎而破坏，这时不能再增加荷载。

少筋梁裂缝出现在钢筋屈服前，此时构件已不再承受荷载，若继续增加荷载，迅速

经历整个流幅而进入强化阶段，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，此时受拉区混凝土还未压坏，而裂缝宽度已经很宽，挠度过大，钢筋甚至被拉断。

3-8钢筋混凝土受弯构件正栈面承载力计算有哪些基本假定？其中的“平截

面假定”与均质弹性材料（例如钢）受弯构件计算的平截面假定情况有何不同？

P61

答：基本假定有：1）平截面假定2）不考虑混凝土的抗拉强度3）材料应

力与物理关系

对于钢筋混凝土受弯构件，从开始加荷到破坏的各个阶段，极面的平均应

变都能较好地符合平板面假定。对于混凝土的受压区来讲，平截面假定是正确

的。而对于混凝土受压区，裂缝产生后，裂缝截面处纲筋和相邻的混凝土之间发

生了某些相对滑移，因此，在裂缝附近区段，截面变形已不能完全符合平截面

假定。

②3-9什么叫做钢筋混凝土受弯构件的截面相对受压区高度和相对界限

受压区高度口？□在正截面承载力计算中起什么作用？口取

值与哪些因素有关？P65

③答：①相对受压区高度：相对受压区高度，其中为受压区高度，

为截面有效高度。

④相对界限受压区高度：当钢筋混凝土梁受拉区钢筋达到屈服应变而开

始屈服时，受压区混凝土边缘也同时达到其极限压应变而破坏，此

时受压区高度为，被称为相对界限混凝土受压区高度。

②作用：在正截面承载能力计算中通常用来作为界限条件，来判断截面的破

坏类型，是适筋破坏还是少筋破坏。

相关因素：受拉区钢筋的抗拉强度值；受拉区钢筋的弹性模量；混凝土极

限压应变以及无量纲参数有关。

3-10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

要采用封闭式推筋？截面受压区的钢筋设计强度是如何确定的？P73-P74

截面承受的弯矩组合设计值Md较大，梁截面尺寸受到使用条件的限制或混凝土

强度不宜提高的情况下；

2.梁截面承受正负异号弯矩；

3.单筋截面承载能力有一定限制。

（2）箍筋能够约束受压钢筋的纵向压屈变形。若箍筋的刚度不足（如采用开口

箍筋）或箍筋的间距过大，受压钢筋会过早向外侧向凸出（这时受压钢筋的应力

可能达不到屈服强度），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。

（3）双筋梁破坏时，受压钢筋的应力取决于它的应变。当x=2as'时，普通钢

筋均能达到屈服强度。当x>2as,时，受压钢筋应变将更大，钢筋也早已受压

屈服。

（1）3-11钢筋混凝土双筋截面梁正截面承戢力计算公式的适用条件是什

么？试说明原因。P75

（2）为了防止出现超筋梁情况，截而计算受压区高度x应满足xWhO：

（3）为了保证受压钢筋AS'达到抗压强度设计值fsd‘‘截面计算受压区高度

x应满足x22as'。

（1）3-12钢筋混凝土双筋截面梁正截面受弯承载力计算中，若受压区钢筋

AS'已知，应当如何求解所需的受拉区钢筋AS的数量？P76

（2）假设as,求得hO。

（3）求受压区高度x。

（4）当xVhO且xV2as'时，求受拉区钢筋面积AS。

或当xVhO且xV2as'时，求受拉区钢筋面积AS。

选择受拉钢筋的直径和根数，布置截面钢筋。

1.3-13什么是T形梁受压翼板的有效宽度？《公路桥规》对T形梁的

受压翼板有效宽度取值有何规定？P79

2.根据最大应力值不变及合力相等的等效受力原则，把与梁肋共同工作的

翼板宽度限制在一定的范围内，称为受压翼板的有效宽度bf,在bf'宽

度范围内的翼板可以认为全部参与工作，并假定其压应力是均匀分部的。

3.《公路桥规》规定，T形截面梁（内梁）的受压翼板有效宽度bf'用下列

三者中的最小值。

4.简支梁计算跨径的1/3。对连续梁各中间跨正弯矩区段，取该跨计算跨径

的0.2倍；边跨正弯矩区段，取该跨计算跨径的0.27倍；各中间支点负

弯矩区段，取该支点相邻两跨计算跨径之和的0.07倍。

5.相邻两梁的平均间距。

b+2bh+12hf'‘，当hh/bhVl/3时,取b+6hh+12hf'。

3-14在截面设计时，如何判别两类T形截面？在截面复核时又如何判别？

P82

截面设计时，当中和轴恰好位于受压翼板与梁肋交界处，即*》1时，为两类T

形截面的界限情况。

若满足MWfcdbf'hf'（hO-hf/2）时，则xWh”，属于第一类T形截面，否

则属于第二类T形截面梁。

（2）截面复核时，若fcdbf'hf'NfsdAs时，则为第一类T形截面，否则

属于第二类T形截面梁。

3-16截面尺寸bXh=200mmX500nw的钢筋混凝土矩形截面梁，采用C30混凝

土和HPB300级钢筋，插筋直径8mm（HPB300级钢筋）。I类环境条件，安全等级

为二级，设计使用年限50年，最大弯矩设计值Md=145kN-m。试进行截面设计。

解：

查附表可得，则弯矩计算值。

采用绑扎钢筋骨架，按一层钢筋布置.，假设团，则有效高度机

（1）求受压区高度工

有公式3-14得：0

1X14.5X107=13.8X200M460-

1380x2-1269600x+145000000=0

X]=134mm<刍九=0.58x460=266mm,x2=786〃7m（舍）

（2）求所需钢筋数4

«fcdbx13.8x200x1342

At=——=-------------=1120〃〃〃

九33。

钢筋布置可选3@22（A,=1140〃〃/）

混凝土保护层厚度（3，且满足附表要求

d251

a=28+—=28+——=40.55/7;m,取ci=45〃〃〃

sv22*

%）=455〃〃〃

实际混凝土保护层厚度：

c=6?--=45-=32.5mm>20mm

s22

c200-2x32.5-3x25.1…「“八

S”=-------------------=29.85/〃〃7〈30〃"〃

不满足要求。

按两层布置:团则有效高度照

M=

L

Ixl4.5xl07=13.8x200X435--）

2

1380x2-1200600x+145000000=0

%—145/wn<曷％=0.58x435—252.3〃〃*x,-725〃〃〃（舍）

（2）求所需钢筋数A,

A二经J3.8x200xl45二⑵2〃病

几330

钢筋布置可选40201A=\256mm2)

按两层布置，

混凝土保护层厚度团且涌足附表要求

30

a=28+22.7+—=66〃〃〃，取=66/w/n

'K25

%=434〃〃〃

实际混凝土保护层厚度：

，3()

c=a-d——-=66-22.7--=28.3/7//7?

3s22

Sfl=200-2x28.3-2x22.7=98〃75>30〃?"?及d=20mm

最小配筋率计算:团，且配筋率不应小于0.2%,

所以配筋率/>=△=1256

=1.45%>pmin=0.2%

加200x434

3-17截面尺寸bXh=200mmX450m的钢筋混凝土矩形截面梁，工厂预制，采

用C30混凝土和HRB400级钢筋（3Q16）,箍筋直径8mm（HPB300级钢筋），截

面受拉钢筋布置见3-41.Ill类环境条件，安全等级为二级，设计使用年限100

年，弯矩计算值M=66kN・m。复核截面是否安全？

解：查附表可得

最小配筋率计算：比且配筋率不应小于0.2%,

•二Pmin=°2%

8=32.8〃〃〃>c.=30mm

184

200-2x(50-—)-3xl8.4

S=------------------------=32mm>30"〃"及d=]8mm

ntlo

又3016,0

603

A=0.75%>p=0.2%

叽200x400min

求受压区高度:由

抗弯承载能力

r72

M“=一一)=13.8x2(X)x72x(41()——)

=72.3&N•m>M=66kN•m

满足承载能力要求。

3-18试对例3-1的裁面设计结果进行截面复核计算。

解：查附表可得

最小配筋率计算：回，且配筋率不应小于0.2%,

“mi2%

8=20.65"〃〃>cmin=20mm

227

250-2x(40--)-3x22.7

S=------------------------=62mm>30mm及d=20mm

t〃l2

又3020,0

A942

p=—=-------=0.82%>p.=0.2%

bh0250x460"mn

求受压区高度:团

抗弯承载能力

r90

M“=九bx(4--)=13.8x250x90x(460——)

=128.9ZN•m>M=115kN•m

满足承载能力要求。

3-19图3-42为一钢筋混凝土悬臂板，试画出受力主钢筋位直示意图。悬臂

板根部截面高度为140mm,C30混凝土和HRB400级钢筋，主钢筋拟一层布置，

公称直径不大于16m叫分布钢筋采用直径8mm的HPB300级钢筋。1类环境条件,

设计使用年限50年，安全等级为二级；悬臂板根部截面单位宽度的最大弯矩设

计值Md=-12.9kN*mo试进行栈面设计并复核。

解：取1m宽带进行计算，b=1000mm,板厚h=140mm,

度%=h-as=140-30=1l()/wn。

（1）求受压区高度/

有公式3-14得:团

6900x2-1518000x+12.9xl06=0

%=8,8〃向<短％=0.53x110=58.3,々=211〃制（舍）

（2）求所需钢筋数A

_fbx_13.8x1000x8.8

cJ〃〃犷

'~==368

钢筋布置可选主钢筋为幽，间距130mm

取a、=25rmn

混凝土保护层厚度（3，且满足要求

"）=h-as=140-25=115mm

最小配筋率计算:回所以配筋率不应小于0.2%

A368

实际配筋率P=力==0.32%>夕min

皿1000x115

分布钢筋08,间距为195mm<200mm且>300mm,d=8mm

截面复核

由上知，回

c=a--=25--=21mm>cmin=20mmJEL>d=8mm

s22

A_368

=0.32%>p.

1000x115nn

几A,二330x368

=8.8mm<=0.53x115=61mm,

几b-13.8x1000

YXX

=fCk-一）=-13.8x1000x8.8x（115---）

=-13.4ZN・m（上侧受拉）

因此，能承受计算弯矩-12.9kN-ni的作用。

3-20截面尺寸bXh=200mmX450mm的钢筋混凝土矩形截面梁，采用C30混凝土和

HRB400级钢筋，箍筋直径8mm（HPB300级钢筋）；I类环境条件，安全等级为一

级，设计使用年限100年，最大弯矩设计值Md=190kN・m。试按双筋截面求所

需的钢筋截面积并进行钢筋布置。

解；

查附表可得，则弯矩计算值。

设团，受拉钢筋按两层钢筋布置，假设回，则有效高度扎

取自二盘=0.53

知一几伙：切-()笆)209x106-13.8x200x3852x0.53(1-0.5x0.53)

=436wm2

330x(385-40)

x=$,h()=0.53x385=204mm

A1斥+.3-13加2。。><204+33。><436442〃/

fsd330

选择受压区钢筋314(AS'=462mrn2),受拉钢筋622(As=2281mm2),钢筋

间横向净距

259

a=30+—+25.1=68mm

s2

h0=450-68=382mm

而as'=40mm

3-21已知条件与题3-20相同。由于构造要求，截面受压区已配置了3$18的钢

<=

筋，as42mmo试求所需的受拉钢筋栈面面积。

解：

查附表可得，则弯矩计算值。

设团，受拉钢筋按两层钢筋布置，假设瓦则有效高度次

受压区3@18As'=763mn2as'=42mm

[22]M-fJX(h°-as')

X°V°

,2「209-330x763(385-42)]

受压区高度=385-卡85「」一一乙

V1J.Oxzx)\)

=-74.1mm<④4)且<2a.，

M

A=-----------

九仇Y)

209X1062

=---------------=1847〃?〃广

330x(385-42)

3-22图3-43所示为装配式T形截面简支梁桥横向布置图，简支梁的计算跨

径为24.2m。试求边梁和中梁受压翼板的有效宽度bf%

解：内梁

1.简支梁计算跨径的1/3,即°

2.取相邻两梁平均间距2200mm

3.hh=60/??/??,bh-\\00mm,*<1/3

b+6hh+12/?z'=160+6x60+12x150=2320mm,满足

回取三个中的最小值，即2200mm

边梁

0,又外侧悬臂板实际宽度为2200mm,所以边梁有效宽度为2200mm

3-23两类钢筋混凝土T形栈面梁如何判别？为什么第一类T形截面可按bf

'xh的矩形截面计算？P80

按受压区高度的不同分为两类：受压区高度在翼板厚度内，即x〈hf',为第一

类T形截面；受压区已进入梁肋，即x>hf',为第二类T形截面。

第一类T形截面，中和轴在受压翼板内，受压区高度xWhf'。此时，截面虽为T

膨，但受压区形状为宽bf'的矩形，而受拉区截面形状与截面抗弯承载力无关，

故以宽度bf'的矩形板面进行抗弯承载力计算。

3-24计算跨径L=12.6m的钢筋混凝土简支梁，中梁间距为2.1m,截面尺寸及钢

筋截面布置如图3-44所示。C30混凝土，HRB400级钢筋，推筋与水平纵向钢筋

均采用HPB300级钢筋，直径分别为8mm和6mm;I类环境条件，设计使用年限

100年，安全等级为二级；截面最大弯矩设计值Md=1187kN・m。试进行截面复

核。

解：

查附表可得几=13.8MPM=1.39MR?//=330例外,九二L0。

弯矩计算值M=%)〃[=1.0x1187=1187kN•in

保护层厚度c=45---8=26.75mm>20〃〃%且>d=20.5min

2

350-(45-2^0^5)x2-6x20.5

钢筋净距Sn=-------------------------------------------=31.5mm>30mm且>d=20.5mm

5

53

as=45+—=715〃/〃,则%=1350-71.5=127S.5mm

T形械面有效宽度:

1.计算跨径的物卜=12600/3=4200〃〃〃

3

2.相邻两梁的平均间距为2100mm

32+6%+12%'=350+6x40+12x100=1790阳m

所以T梁截面有效宽度团，厚度团

（1）判断T形截面类型：

ZAV=13-8xl790x,20=296kN

又12918A尸3054mm2

几A=330x3054=1.00kN

为第一类T形截面

（2）求受压区高度x

（3）正截面抗弯能力

M“=Z.^/x(/?--)=13.8x1790x40.8x(1278.5---)=1268kN=87M•m

022

满足承载能力要求。

3-25钢筋混凝土空心板的截面尺寸如图3-45所示。试做出其等效的工字形截面。

先将空心板的圆孔换算成dx/4的矩形孔

面积相等：

惯性矩相等：（3

hk=404/27/77

々=356〃〃7Z

h

故上翼板厚度/?/=300--^=98/77/7?

12

下翼板厚度儿二300-勾二98,

}2

腹板厚度b=bf-2bk=990-2x356=278〃?〃?

第四章

4-1钢筋混凝土受弯构件沿斜截面破坏的形态有几种？各在什么情况下

发生？P93

答：斜拉破坏，发生在剪跨比比较大（回）时：

剪压破坏，发生在剪跨比在团时；

斜压破坏，发生在剪跨比B时。

4-2影响钢筋混凝土受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素有哪些？P95

答：主要因素有剪冷比、混凝土强度、纵向受拉钢筋配筋率和拉筋数量及强度筝。

4-3钢筋混凝土受弯构件斜截面抗剪承载力基本公式的适用范围是什么？

公式的上下限物理意义是什么？P99

答：适用范围：1）截面尺寸需满足

2）按构造要求配置箍筋几匕-（°-5xl°\2Qbh。

物理意义：1）上限值：截面最小尺寸；2）下限值：按构造要求配置钢筋

4-4为什么把图4-12称为““腹筋初步设计计算图””？

4-5解释以下术语

答：剪跨比P92:剪跨比是一个无量纲常数，用来表示，此处M和V分别

为剪弯区段中某个竖直截面的弯矩和剪力，为截面有效高度。

配箍率P97:

剪压破坏P93：随着荷载的增大，梁的剪弯区段内陆续出现几条斜裂缝，其

中一条发展成临界斜裂缝。临界斜裂缝出现后，梁承受的荷载还能继续增加,

而斜裂缝伸展至荷载垫板下，直到斜裂缝顶端的混凝土在正应力、剪应力及荷

载引起的竖向局部压应力的共同作用下被压酥而破坏。这种破坏为剪压破坏。

斜截面投影长度P107：纵向钢筋与斜裂缝底端相交点至斜裂缝顶端距离的

水平投影长度，其大小与有效高度和剪跨比有关，

充分利用点P105:所有钢筋的强度被充分利用的点

不需要点P105:不需要设置钢筋的点

弯矩包络图P104:沿梁长度各截面上弯矩组合设计值的分布图

抵抗弯矩图P104:又称材料图，是沿梁长度各个正截面按实际配置的总受

拉钢筋面积能产生的抵抗弯矩图，即表示各正截面所具有的抗弯承载力。

4-6钢筋混凝土梁抗剪承载力复核时，如何选择复核截面？P106

答：《公路桥规》规定，在进行钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪承载力复核时,

其复核位置应按照下列规定选取：

1）距支座中心h/2处的截面

2）受拉区弯起钢筋弯起处的截面以及锚于受拉区的纵向受拉钢筋开始不

受力处的截面

3）箍筋数量或间距有改变处的截面

4）梁的肋板宽度改变处的截面

4-7试述纵向钢筋在支座处锚固有哪些规定？P107

答：《公路桥规》有以下规定：

1）在钢筋混凝土梁的支点处，应至少有两根且不少于总数1/5的下层受拉主

钢筋通过；

2）底层两外侧之间不向上弯曲的受拉主钢筋，伸出支点截面以外的长度

应不小于10d；对环氧树脂涂层钢筋应不小于12.5d,d为受拉钢筋直径。

4-9计算跨径L=4.8m的钢筋混凝土矩形截面简支梁，bXh=200rnnX500mm,C30

混凝土；I类环境条件，设计使用年限50年，安全等级为二级；已知简支梁跨

中截面弯矩设计值Md,L/2=147kN-m,支点处剪力设计值Vd,0=124.8kN,跨中

处剪力设计值Vd,L/2=25.2kNo试求所需的纵向受拉钢筋As（HRB400级钢筋）

和仅配置箍筋（HPB300级）时的箍筋直径与布置间距Sv,并画出配筋图。

解：纵向受拉钢筋：

查附表可得

段则弯矩计算值（3。

采用绑扎钢筋骨架，按两层钢筋布置.，假设团则有效高度队

单筋截面最大承载能力为：

2

Mu=几蚀）£（1—0.5媒）=13.8x200x435x0.53x（1—0.5x0.53）=203ZN•0MH『147kN•m

所以采用单筋矩形截面配筋。

取4=刍=0.53,

X

M“二£»x（hO・5）

V

147X106=13.8X200X（435—）

2

x1=147mm＜（^bh（）=0.53x435=230mm

X2=722mm（舍去）

Afbx13.8x200x147

A=—cd—=-------------------=1229mm2

*330

受拉钢筋选择3团18（0）,d=20.5mmo受拉区钢筋间横向布置净距国且回满足要求；

则

2().520.5+21.5

a=20+84=60/77/77

s~2~2

有物c200—30x2—25.1x3.、'茎nue'七

钢筋I可停距S=-----------------=32.4"7〃7/两/k,要求

n2

=500-60=440mm,

2m=02%

+A1527If”1

配筋率p=——=--------=1.73%〉45九二0.19%

bxh200x440

{)却

U

U

g

3018

3118

箍筋：

取混凝土和箍筋共同的抗剪能力，不考虑弯起钢筋作用，则:

16Pq/嬴瓦，解得

1.78xl06,V，、2,、

P=一门，、屋,(-----77-)">(Av)mm

sv(2+0.6p)〃“"/g%

由此可得：

%2%2(0.56乂10-6)(2+0.6〃)房4/，％2

，一(V?

跨中段截面：

3

(0.5x10,fdbho=(o.5xW)xl.39X200X440=61.16kN

支座截面:团

h0=h-as=500-40=460〃〃〃

(0.5x10-3)f7bh0二(0.5xl03)xl.39x200x440=63.94kN

•.%匕〃2=25.2利〈(OSxlOtxfpbhov为匕o=124.8k^

回在梁跨中的某长度范围内按构造配置籁筋，其余区段按计算配置腹筋。

由匕=61.16kN的截面距跨中截面的距离

£!〜“61.16-25.2“r

1.=—x-------=2400x------------------=867mm

2匕-匕124.8-25.2

在跨中向两支座处的867mm长度内可按构造要求布置箍筋

距支座中心线为2处的计算剪力值为

2

L%-以%-/2)_4800xl24.8—500(124.8—25.2)

V-—-11_TDK/Y

L4800

其中混凝土和箍筋承担的0.6V=0.6x114.43=68.7kN

采用直彳…的双肢箍筋L/5—

跨中截面0=1.73%ho=44OmmPj=1.73

1527

Ao

支点截面)

A=—=---=0.830%h()=460mmR=0.83

°bh02(X)x460

_12%2(o.56xl(r6)(2+o6p)届4几恢：

"一(V?

(0.56x1(T6)(2+0.6x1.28)730x100.6x25()x200>:4502

=-------------------------------7-----------------------=660mm

(114.43)2

由构造要求得:回，且团

取Sv=250mm

箍筋配筋率团，满足要求，根据要求：

在支座中心向冷径长度方向的500mm范围内，设计箍筋间距(3,至跨中截面统一采用团

4-10参照4.5.3节“装配式钢筋混凝土简支梁设计例题”中“4)斜栈面抗剪承

载力的复核''的方法，试对距支座中心为1300mm处斜截面抗剪承载力进行复核。

第六章

6-1配有纵向钢筋和普通钢筋的轴心受压短柱与长注的破坏形态有何不

同？什么叫作柱的稳定系数口？影响稳定系数口的主要因素有哪些？P147

和P149

解：

1)短柱：当轴向力P逐渐增加时，试件也随之缩短，试验结果证明混凝

土全截面和纵向钢筋均发生压缩变形。

当轴向力P达到破坏荷载的90与左右时，柱中部四周混凝土表面出现纵向

裂缝，部分混凝土保护层剥落，最后是箍筋间的纵向钢筋发生屈服，向外鼓此

混凝土被压碎而整个试验柱破坏。钢筋混凝土短柱的破坏是材料破坏，即混凝土

压碎破坏。

2)长柱：在压力P不大时，也是全截面受压，但随着压力增大，长柱不

紧发生压缩变形，同时长柱中部发生较大的横向挠度，凹侧压应力较大，凸

侧较小。在长柱破坏前，横向挠度增加得很快，使长柱的破坏来得比较突然，

导致失稳破坏。破坏时，凹侧的混凝土首先被压碎，混凝土表面有纵向裂缝,

纵向钢筋被压弯而向外鼓出，混凝土保护层脱落；凸侧则由受压突然转变为受

拉，出现横向裂缝。

3)稳定系数：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计算系数

4)主要影响因素：构件的长细比

6-2对于轴心受压普通箍筋柱，《公路桥规》为什么规定纵向受压钢筋的最大配

筋率和最小配筋率？对于纵向钢筋在截面上的布置以及复合箍筋设置，《公

路桥规》有什么规定？P151P153

(1)最小配筋率随着作用持续时间的增加，混凝土的压应力逐渐减少以及钢筋

的压应力逐渐增大，一开始变化较快，经过一定的时间后逐步稳定；截面配筋率

较小时，钢筋压应力值较大、混凝土压应力值减少较小，当截面配筋率很小时,

就不能按钢筋混凝土受压构件来设计，同时为了承受可能存在的较小弯矩以及

混凝土收缩、温度变化引起的拉应力，规定了最小配筋率。

(2)纵向钢筋：1.直径不小于12mm,在构件截面上，纵向受力钢筋至少应有4

根并且在截面每一角隅处必须布置一根。

2.净距不应小于50n叫也不应大于350mmo

复合箍筋：1和2.s内设3根纵向受力钢筋；3.s内设2根纵向受力钢筋

6-3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？

6-5配有纵向钢筋和普通推筋的轴心受压构件(墩柱)的截面尺寸为

bXh=250mmX250mm,构件计算长度IO=5m；C30混凝土，HRB400级钢筋，纵向钢

筋面积As'=804mn2(4$16),as=40nm,箍筋(HPB300)直径I类环境条

件，设计使用年限50年，安全等级为二级；轴向压力设计值Nd=560kN,试进行

构件承载力校核。

解：短边，计算长细比，查表得

团则满足承载能力要求。

6-6配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件(墩柱)的截面尺寸为

bXh=200mmX250mm,构件计算长度10=4.3m;C30混凝土，HRB400级钢筋，纵向

钢筋面积As'=678mm2(6$12),as=40mm,推筋(HPB300)直径8mm;I类环境

条件，设计使用年限50年，安全