结构设计原理复习资料

《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三、复习题（一）填空题1、在钢筋混凝土构件中钢筋的作用是替混凝土受拉或协助混凝土受压。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混凝土抗拉强度。3、混凝土的变形可分为两类：受力变形和体积变形。4、钢筋混凝土结构使用的钢筋，不仅要强度高，而且要具有良好的塑性、可焊性，同时还要求与混凝土有较好的粘结性能。5、影响钢筋与混凝土之间粘结强度的因素很多，其中主要为混凝土强度、浇筑位置、保护层厚度及钢筋净间距。6、钢筋和混凝土这两种力学性能不同的材料能够有效地结合在一起共同工作，其主要原因是：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、混凝土的变形可分为混凝土的受力变形和混凝土的体积变形。其中混凝土的徐变属于混凝土的受力变形，混凝土的收缩和膨胀属于混凝土的体积变形。（二）判断题1、素混凝土的承载能力是由混凝土的抗压强度控制的。………………………………【×】2、混凝土强度愈高，应力应变曲线下降愈剧烈，延性就愈好。………………………【×】3、线性徐变在加荷初期增长很快，一般在两年左右趋以稳定，三年左右徐变即告基本终止。………………………………………………………………………………………………【√】4、水泥的用量愈多，水灰比较大，收缩就越小。………………………………………【×】5、钢筋中含碳量愈高，钢筋的强度愈高，但钢筋的塑性和可焊性就愈差。…………【√】（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天，依照标准制作方法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cuf表示。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。第二章结构按极限状态法设计计算的原则。三、复习题（一）填空题1、结构设计的目的，就是要使所设计的结构，在规定的时间内能够在具有足够可靠性性的前提下，完成全部功能的要求。2、结构能够满足各项功能要求而良好地工作，称为结构可靠，反之则称为失效，结构工作状态是处于可靠还是失效的标志用极限状态来衡量。3、国际上一般将结构的极限状态分为三类：承载能力极限状态、正常使用极限状态和“破坏一安全”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。5、公路桥涵设计中所采用的荷载有如下几类：永久荷载、可变荷载和偶然荷载。6、结构的安全性、适用性和耐久性通称为结构的可靠性。7、作用是指使结构产生内力、变形、应力和应变的所有原因，它分为直接作用和间接作用两种。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，间接作用是指引起结构外加变形和约束变形的原因，如地震、基础不均匀沉降、混凝土收缩、温度变化等。8、结构上的作用按其随时间的变异性和出现的可能性分为三类：永久作用（恒载）、可变作用和偶然作用。9、我国《公路桥规》根据桥梁在施工和使用过程中面临的不同情况，规定了结构设计的三种状况：持久状况、短暂状况和偶然状况。10、《公路桥规》根据混凝土立方体抗压强度标准值进行了强度等级的划分，称为混凝土强度等级并冠以符号C来表示，规定公路桥梁受力构件的混凝土强度等级有13级，即C20～C80，中间以5MPa进级。C50以下为普通强度混凝土，C50及以上混凝土为高强度混凝土。《公路桥规》规定受力构件的混凝土强度等级应按下列规定采用：钢筋混凝土构件不应低于C20，用HRB400、KL400级钢筋配筋时，不应低于C25；预应力混凝土构件不应低于C40。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。（二）名词解释1、结构的可靠度────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。2、结构的极限状态────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，则此特定状态称为该功能的极限状态。第三章受弯构件正截面承载力计算二、复习题（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。2、只在梁（板）的受拉区配置纵向受拉钢筋，此种构件称为单筋受弯构件；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。3、梁内的钢筋有纵向受拉钢筋（主钢筋）、弯起钢筋或斜钢筋、箍筋、架立钢筋和水平纵向钢筋等。4、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。5、钢筋混凝土构件破坏有两种类型：塑性破坏和脆性破坏。6、受弯构件正截面承载力计算的截面设计是根据截面上的计算弯矩，选定材料、确定截面尺寸和配筋的计算。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。8、将空心板截面换算成等效的工字形截面的方法，是根据面积、惯性矩和形心位置不变的原则。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，而是要看其翼缘板是否参加抗压作用。……………………………………………………………………………【√】2、当梁截面承受异号弯矩作用时，可以采用单筋截面。………………………………【×】3、少筋梁破坏是属于塑性破坏。…………………………………………………………【×】4、水平纵向钢筋其作用主要是在梁侧面发生裂缝后，可以减少混凝土裂缝宽度。…【√】5、当承受正弯矩时，分布钢筋应放置在受力钢筋的上侧。……………………………【×】（三）名词解释1、控制截面────所谓控制截面，在等截面构件中是指计算弯矩（荷载效应）最大的截面；在变截面构件中则是指截面尺寸相对较小，而计算弯矩相对较大的截面。2、最大配筋率max────当配筋率增大到使钢筋屈服弯矩约等于梁破坏时的弯矩时，受拉钢筋屈服与压区混凝土压碎几乎同时发生，这种破坏称为平衡破坏或界限破坏，相应的配筋率称为最大配筋率。3、最小配筋率min────当配筋率减少，混凝土的开裂弯矩等于拉区钢筋屈服时的弯矩时，裂缝一旦出现，应力立即达到屈服强度，这时的配筋率称为最小配筋率。备注：最小配筋率min是少筋梁与适筋梁的界限。当梁的配筋率由min逐渐减小，梁的工作特性也从钢筋混凝土结构逐渐向素混凝土结构过渡，所以，min可按采用最小配筋率min的钢筋混凝土梁在破坏时，正截面承载力uM等于同样截面尺寸、同样材料的素混凝土梁正截面开裂弯矩标准值的原则确定。（五）计算题1、已知一钢筋混凝土单筋矩形截面梁，截面尺寸b×h=250mm×500mm（h0=455mm），截面处弯矩组合设计值Md=115KN·m，采用C20混凝土（MPa，fcd2.9MPaftd06.1）和HRB335级钢筋（MPafsd280）。Ⅰ类环境条件，安全等级为二级（0.10），56.0b。计算所需要的受拉钢筋的截面面积sA。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242.04552502.9101150.126200bhfMcdds第二步：计算混凝土受压区相对高度282.0242.0211211s56.0b第三步：求受拉钢筋的截面面积sA10542802.9455250282.00sdcdsffbhAmm2%927.045525010540bhAsmin其中：min=max2.0,45sdtdff=max2.0,28006.145=0.2%于是，所需要的受拉钢筋的截面面积sA=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混凝土（MPa，fcd2.9MPaftd06.1）和HRB335级钢筋（MPafsd280，MPafsd280/），弯矩组合设计值Md=80KN·m。Ⅰ类环境条件，安全等级为一级（1.10），56.0b。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mmas35'；受拉钢筋按二层布置，假设mmas65，h0=400-65=335mm，弯矩计算值为mKNMMd88801.10。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)5.01(20bbcdubhfM=9.2×200×3352×0.56×(1-0.5×0.56)=83.26KN·m88KN·m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（即令b），求受压钢筋的面积'sA226'0'20'4.56)35335(280)56.05.01(56.03352002.91088)()5.01(mmahfbhfMAssdbbcds第三步：根据平衡条件，求受拉钢筋的截面面积sA2/'12892804.5628033556.02002.9mmfAfbxfAsdssdcds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混凝土（MPa，fcd8.13MPaftd39.1）和HRB335级钢筋（MPafsd280，MPafsd280/），承受的弯矩组合设计值mKNMd150，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（0.10），56.0b。试求受拉钢筋的面积。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，mmas35'；受拉钢筋按二层布置，假设mmas65，h0=400-65=335mm，弯矩计算值为mKNMd1501500.10。第一步：计算单筋矩形截面的最大正截面承载力为)5.01(20bbcdubhfM=13.8×200×3352×0.56×(1-0.5×0.56)=124.89KN·m150KN·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2sA22/'24022801642280mmfAfAsdSsds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1sA375.03352008.13)35335(402280101500.1)(262020bhfMMcddds5.0375.0211211s56.0B20116512808.133352005.0mmffbhAsdcds于是，所需要的受拉钢筋的总面积为22120534021651mmAAAsss4、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×1000mm，mmmmhbff1101600''，承受的跨中截面弯矩组合设计值mKNMd1800，采用C25混凝土（MPa，fcd5.11MPaftd23.1）和HRB335级钢筋（MPafsd280，