山东交通学院的结构设计原理试卷B(及其)答案

山东交通学院期末考试结构设计原理课程试卷答案和评分标准（B）卷2007——2008学年第一学期第1页共4页一、填空题（每空0.5分，共14分）1.结构设计的目的是要使所设计的结构在规定时间内能够在有足够可靠性的前提下，完成全部预定功能的要求。2.我国公路桥梁的设计基准期统一取100年。3.结构设计的三种状况是持久状况、短暂状况、偶然状况三种。4.钢筋混凝土斜截面破坏形态有剪压破坏、斜压破坏、斜拉破坏。5.钢筋混凝土梁内的五种钢筋中主钢筋、箍筋、架立钢筋和纵向水平钢筋有抗扭作用。6.影响裂缝宽度的主要因素有混凝土强度、钢筋保护层厚度、受拉钢筋应力、钢筋直径、钢筋外形、直接作用的性质、构件受力性质。7.钢筋混凝土短梁的破坏形态主要有弯曲破坏和剪切破坏两种。8.后张法构件在预加应力阶段可能发生的预应力损失有预应力钢筋与孔道间摩擦引起的预应力损失、锚具变形、钢筋回缩及接缝压缩引起的预应力损失、混凝土弹性压缩引起的预应力损失三种。9.预应力混凝土构件的混凝土等级不低于C40。二、名词解释（每小题3分，共15分）1.钢筋混凝土：由钢筋和混凝土两种不同材料组成的结构。2.剪跨比：验算截面处，反映弯矩与相应剪力的相对量，0VhMm。3.螺旋箍筋柱：配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件称为螺旋箍筋柱。4.后张法：后张法是先浇筑构件混凝土，养护硬结后，再在构件上张拉钢筋的方法。5.永存预应力：从张拉控制应力中扣除全部预应力损失后所得的钢筋中的有效应力。三、简答题（每小题7分，共35分）1.简述双筋梁的概念、特点及适用范围。答：（1）双筋梁：在梁截面混凝土受压区配置钢筋以协助混凝土承担压力的梁。（3分）（2）双筋梁的特点是：①用钢筋来承受截面的部分压力是不经济的；②受压钢筋的存在可以提高截面的延性,并可减小长期荷载作用下的变形。（2分）（3）双筋梁的适用范围：①当梁截面承受异号弯矩时,则必须采用双筋截面。有时,由于结构本身受力的原因,例如连续梁的内支点处截面,将会产生事实上的双筋截面。②当截面承受弯矩组合设计值dM0较大,而梁截面尺寸受到使用条件的限制或混凝土强度又不宜提高的情况下,又出现b而抗力不足时,则应改用双筋截面。（2分）2.钢筋混凝土受弯构件斜截面抗剪计算公式上、下限验算的实质是什么？答：规定抗剪能力上限值的实质是通过控制截面的最小尺寸防止梁发生斜压破坏，即截面尺寸应满足0,301051.0bhfVkcud(KN)的要求。（3分）规定抗剪能力下限值的实质是通过控制箍筋的最小用量防止梁发生斜拉破坏，即满足030105.0bhfVtdd(KN)要求时，则只需按构造要求配置箍筋，但应满足最小配箍率min,sV的要求，否则应通过斜截面抗剪强度计算确定箍筋用量。（4分）………………………密……………………封……………………线……………………试卷适用班级土木051~5，土木056~7（升）班级姓名学号山东交通学院期末考试结构设计原理课程试卷答案和评分标准（B）卷2007——2008学年第一学期第2页共4页3.简述普通钢筋混凝土单筋二类T形梁配筋设计的步骤，写出主要计算公式。答：1）判定T形截面类型sahh0由)2('0''0fffcddhhhbfM，说明该梁为第二类T形截面梁。（3分）2）求中性轴位置并复核由)2()()2('0''00fffcdcddhhhbbfxhbxfM得x'fh且xhb0，说明该梁为二类T梁且不是超筋梁。（2分）3)求sA由ssdffcdcdAfhbbfbxf'')(得sA（2分）4.钢筋混凝土圆形偏压承载力计算的基本假定有哪些？答：(1)截面应变分布符合平截面假定；（2分）(2)不考虑混凝土的抗拉强度；（2分）(3)受压区混凝土的极限压应变，混凝土的强度等级C50及以下时取εcu=0.0033，C80时取εcu=0.003，中间强度等级采用直线内插；（1分）(4)混凝土的压应力图形为矩形;（1分）(5)钢筋的应力视为理想的弹塑性体，各根钢筋的应力根据应变确定。（1分）5.什么是预应力混凝土？其作用是什么？预应力构件有何优点？答：预应力混凝土是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其值和分布，能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适的程度的混凝土。（3分）预应力的作用是使混凝土构件在使用荷载作用下不致开裂，或推迟开裂，或者减小裂缝开展的宽度。（2分）预应力构件的优点有①提高了构件的抗裂度和刚度；②可以节省材料，减轻自重；③可以减小梁的竖向剪力和主拉应力；④结构质量安全可靠；⑤预应力可做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。（2分）四、计算题（每小题12分，共36分）1.装配式钢筋混凝土简支T梁，梁肋宽度b=200mm，梁高h=1500mm，翼缘板的计算宽度为'fb=1380mm，'fh=140mm，计算跨径m4.19，拟采用C30混凝土，，MPaftd39.1，主筋HRB400（MPafsd330），箍筋R235（MPafsd195），梁内跨中截面配主筋10ф25（24909mmAs），受拉主钢筋形心到截面下缘的距离as=100mm，主筋最小配筋率min=0.15%，ξb=0.53，设2ф25（2982mmAs,as=45mm）通入支座，箍筋最小配筋率min=0.18%，剪力设计值为跨中截面2,LdVKN84，支点截面0,dVKN550，结构重要性系数为1.0。试设计相对支座而言的第一排弯筋。试卷适用班级土木051~5，土木056~7（升）班级姓名学号………………………密……………………封……………………线……………………………………………密……………………封……………………线……………………山东交通学院期末考试结构设计原理课程试卷答案和评分标准（B）卷2007——2008学年第一学期第3页共4页解:1)求混凝土抗剪强度上限值（复核梁的截面尺寸）因为0,sA/sA=982/4909=20%，所以2φ25主钢筋通入支座满足构造要求。0,0h=h-0,sa=1500-45=1455mmKNbhfkcu8.8111455200301051.01051.030,0,3KNVd5505500.10,0因为0,0dV0,0,31051.0bhfkcu,所以说明该梁的截面尺寸满足要求。（3分）2)求混凝土抗剪强度下限值（确定配箍区域）0h=h-sa=1500-100=1400mmKNbhftd97.201145520039.1105.0105.0303KNbhftd60.194140020039.1105.0105.0303因为0,0dV0,03105.0bhftd，而2,0LdV03105.0bhftd，所以在近跨中区域可按构造要求配置箍筋，而支座区域需按计算配置箍筋。（3分）3)确定计算剪力'dV并进行分配距支座中心h/2=1500/2=750mm处的'dV由剪力图中的比例关系得：2222,0'2,00,0hlVVlVVjLddjLdd即215002194008421940084550'dV解得：KNVd97.513'由混凝土和箍筋承担的剪力为：KNVVdcs38.30897.5136.06.0'；由弯起钢筋承担的剪力为：KNVVdsb59.20597.5134.04.0'。（3分）4）相对支座而言的第一排弯起钢筋设计相对支座而言的第一排弯起钢筋时，取距支座中心h/2处由弯起钢筋承担的那部分计算剪力值，即KNVVVdsbsb59.2054.0'1。第一排弯起钢筋的截面面积23311118345sin3301075.059.205sin1075.0mmfVAssdsbsb（3分）2、钢筋混凝土矩形偏心受压构件，截面尺寸为b×h=300mm×500mm，计算长度ml5.20。承受轴向力组合设计值Nd=800kN，弯矩组合设计值Md=200kN.m。拟采用C30混凝土，纵向钢筋为HRB335，结构重要性系数10，'sdf=sdf=280MPa，cdf=13.8Mpa，56.0b，Es=2.0×105Mpa,设mmaass50'。试按对称配筋设计钢筋。解：(l)大、小偏心受压的初步判别550025000hl，故构件在弯矩作用平面内的侧向挠度对纵向力偏心距系数1。mmmNMedd25025.08002000，mmahhs450505000由ηe0=1250=250mm0.3h0=0.3450=135mm，故可先按大偏心受压构件进行设计。mmaheess450502/500250120（4分）(2)求中性轴位置由ssdssdcddAfAfbxfN''0，'sdf=sdf，sA'=sA得x3008.13108000.13解mmx193〈ξbh0=0.56450=252mm说明该构件确为大偏心受压构件。（4分）(3)计算所需的纵向钢筋面积sA'由)'('')2(000sssdcdsdahAfhbxfeN得)50450('280)2193450(1933008.13450108000.13sA解sA'=692mm2=sA＞0.2%bh=0.2%×300×500=300mm2满足最小配筋率要求。（4分）………………………密……………………封……………………线……………………试卷适用班级土木051~5，土木056~7（升）班级姓名学号山东交通学院期末考试结构设计原理课程试卷答案和评分标准（B）卷2007——2008学年第一学期第4页共4页山3.已知后张预应力混凝土T梁，表1为跨中截面弯矩(KN•m)计算结果，表2为跨中截面几何性质，表3为跨中截面预应力损失)(MPal计算结果，设预应力钢筋抗拉强度标准值MPafpk1860，弹性模量MPaEp51095.1，24448mmAp，张拉控制应力1395MPa，采用C50混凝土，,4.32MPafck,65.2MPaftk弹性模量MPaEc41045.3，《公路桥规》规定，全预应力混凝土构件正截面抗裂性应满足085.0pcst要求,试验算该构件正截面抗裂性。表1跨中截面弯矩(KN•m)计算结果主梁自重KGM1后加恒载KGM2车辆荷载（计冲击）KQM1人群荷载KQM221007001700150注：车辆荷载冲击系数1188.11。表2跨中截面几何性质截面面积A构件下边缘至截面中性轴的距离by构件上边缘至截面中性轴的距离uy预应力钢筋重心至截面中性轴的距离pe惯性矩I(×106mm2)(mm)(mm)(mm)(×1012mm4)净截面0.5891789.8510.2649.80.1289换算截面0.7240803.6496.4663.60.1649表3跨中截面预应力损失)(MPal计算结果1l2l4l5l6l62254835100解：st为荷载短期效应组合作用下截面受拉边的应力bkQkQkGnbnkGstyIMMMyIM002121)1/(7.06.80310101649.01501188.1/17007.07008.789101289.0102100612126=22.19Mpa（4分）pc为截面下边缘的有效预压应力nxnpnpnppcyJeNANMPalconIIpe1125)10035482562(1395,NANPpeIIp6100.544481125（4分）代入上式可得MPapc40.288.789101289.08.649100.5105891.0100.512666pcst85.0MPa95.140.2885.019.22＜0说明正截面抗裂性满足