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十的体积变形。其中混凝十的徐变

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。........................ [X]

2、混凝土强度愈高，应力应变曲线下降愈剧烈，延性就愈好。........................ [X]

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。.............................................................................. [V]

4、水泥的用量愈多，水灰比较大，收缩就越小。........................................ [X]

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。 .................. 【V]

（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勺立方体试件，在20C±2C的温度和相对湿度在90%^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f cu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

二、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建作用两种。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，诜定材料、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。 ................................................................ [V!

2、 当梁截面承受异号弯矩作用时，

可以采用单筋截面。 .............................. 【X 】

3、 少筋梁破坏是属于塑性破坏。 ..................................................... 【X 】

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。

…【V 】

5、 当承受正弯矩时，分布钢筋应放置在受力钢筋的上侧。 ............................... 【X 】 （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

min 的钢筋混凝土梁在破坏时，正截面承载力

M u 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 X h=250mm X 500mm （ h o =455mm ）,

截面处弯矩组合设计值 M d =115KN ? m ，采用C20混凝土（ J 9.2MPa , f td 1.06MPa ）

和HRB335级钢筋（f sd 280MPa ）。1类环境条件，安全等级为二级（。1.0 ）, b 0.56。

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

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

o

M d 1.0 115 106

2 2

f cd bh) 9.2 250 455

第二步：计算混凝土受压区相对高度

第三步：求受拉钢筋的截面面积 A

9 2

0.282 250 455 1054 mm 2

280 1054 0.927% > 250 455

其中：

min = max 45

虫，0.2 = max 451.06

,0.2 =0.2% f sd 280

于是，所需要的受拉钢筋的截面面积

A s =1054mm 2

2、已知一钢筋混凝土矩形截面梁，截面尺寸限定为

b x h=200mm x 400mm ，采用C20混

凝土( f cd 9.2MPa , f td 1.06MPa )和 HRB335 级钢筋(f sd 280MPa , f s ： 280MPa ), 弯矩组合设计值 M d =80KN ? m °I 类环境条件，安全等级为一级( °

1.1 ), 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 a s 65mm ,

h 0=400-65=335mm ，弯矩计算值为 M 0M d 1.1 80 88KN ?m 。

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 u

f cd bh (2 b (1 0.5 b )=9.2x 200 x 3352x 0.56 x (1-0.5 x 0.56)=83.26KN ? n<88 KN - 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 积A s

0.242

1

，厂2： 1 -1 2 0.242

0.282 < b 0.56

bh 。甩 b ),求受压钢筋的面

A s M f cd b^b.OG) 88 1069.2 2°0 33520.56 (1 0.5 0.56)〈如口?

f sd(h o a s) 280 (335 35)

第三步：根据平衡条件，求受拉钢筋的截面面积A s

“f cd bx f sd A S 9.2 200 0.56 335 280 56.4 2

A s cd sd s1289mm2

f sd 280

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56.4mm 2。

3、已知一钢筋混凝土双筋矩形截面梁，其截面尺寸为 b x h=200mm x 400mm，采用C30

混凝土( f ed 13.8MPa, f td 1.39MPa )和HRB335 级钢筋(f sd 280MPa ,

f s：280MPa )，承受的弯矩组合设计值M d 150KN ?m，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( ° 1.0 ), b 0.56。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，a s 35mm ；受拉钢筋按二层布置，假设a s 65mm ,

h0=400-65=335mm，弯矩计算值为0M d 1.0 150 150KN ?m。

第一步：计算单筋矩形截面的最大正截面承载力为

2

M u f ed bho b(1 0.5 b)=13.8 x 200 x 335 x 0.56 x (1-0.5 X.56)=124.89KN? m<150 KN- 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A s2

A s2

2

280 2 16

4

280

402mm2

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A s1 0(M d M d2) 1.0 150 106 280 402 (335 35)

f ed bho 13.8 200 3352

0.375

1 J

2 s1 1 2 0.375 0.5< B 0.56

bh 。

13 8

0.5 200 335 1651mm2

280

于是，所需要的受拉钢筋的总面积为

A s A s1 A s2 1651 402 2053mm 2

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 x h=160mm x

1000mm b f h f 1600mm 110mm ,承受的跨中截面弯矩组合设计值 M d 1800KN ?m , 采用 C25 混凝土( f cd 11.5MPa , f td 1.23MPa )和 HRB335 级钢筋(f sd 280MPa ,

f sd 280MPa ), I 类环境条件，安全等级为一级(

1.1 ) , b 0.56。求受拉钢筋截

面面积A 。

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 a s 80mm ，则 h 0 1000 80

920mm

第一步：判别T 形截面的类型。

1

''

h f

110

f cd b f h f (h 0

—)

11.5 1600 2

110 (920

) 2

1750.76KN ?m <

0M d

1 .1

1800 1980 KN ?m

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) ，求受拉钢筋面积人2。

f ed (b f b)h ； 11.5 (1600 160) 110

“ (2)

代2 一 - -

6505.7mm

f sd 280

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 A s1

1

.厂2一s 1 1 2 0.144 0.156< B 0.56

2 943.13mm

于是，所需要的受拉钢筋的总面积为

A s A s1 A s2 943.13 6505.7 7448.83mm 2

第四章受弯构件斜截面承载力计算

、复习题

0(M d M d2

)

f ed bh ； 1.0 1800 106

11.5 (1600 160) 110 (920

110) 2 )

11.5 160 9202

0.144

11.5 0.156 160 920 -

280

（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、斜拉破坏和剪压破坏等。

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、纵向受拉钢筋配筋率、配箍率和箍筋强度。

4、钢筋混凝土梁沿斜截面的主要破坏形态有斜压破坏、斜拉破坏和剪压破坏等。在设计

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。

《公路桥规》规定，对于配有腹筋的钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力的计算采用下属半经验半理论的公式：

o V d V ! 2 3（0.45 10 3）bh°. （2 0.6p）\ f cu,k sv f sv （0.75 10 f A sb sin s

5、对于已经设计好的等高度钢筋混凝土简支梁进行全梁承载能力校核，就是进一步检查

梁沿长度上的截面的正截面抗弯承载力、斜截面抗剪承载力和斜截面抗弯承载力是否满足要求。

（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

力突然减小，起到抵抗梁剪切破坏的作用。......................................... 【X】

2、箍筋能把剪力直接传递到支座上。................................................. 【X】

3、配置箍筋是提高梁抗剪承载力的有效措施。.......................................... 【V】

4、梁的抗剪承载力随弯筋面积的加大而提高，两者呈线性关系。.................... 【V】

5、弯筋不宜单独使用，而总是与箍筋联合使用。...................................... 【V】

6、试验表明，梁的抗剪能力随纵向钢筋配筋率的提高而减小。 ........................... 【X】

7、连续梁的抗剪承载力比相同广义剪跨比的简支梁抗剪承载力要低。............ 【V】

（三）名词解释

1、剪跨比m ---------- 剪跨比m是一个无量纲常数，用m ―来表示，此处M和V分

Vh0

别为剪压区段中某个竖直截面的弯矩和剪力，h0为截面有效高度。

2、抵抗弯矩图------- 抵抗弯矩图又称材料图，就是沿梁长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，即表示个正截面所具有的抗弯承载力。

（四）简答题

1、对于无腹筋梁，斜裂缝出现后，梁内的应力状态有哪些变化？

答：斜裂缝出现前，剪力由梁全截面抵抗。但斜裂缝出现后，剪力仅由剪压面抵抗，后者的面积远小于前者。所以斜裂缝出现后，剪压区的剪应力显著增大；同时，剪压区的压应力也要增大。这是斜裂缝出现后应力重分布的一个表现。

斜裂缝出现前，截面纵筋拉应力由截面处的弯矩所决定，其值较小。在斜裂缝出现后，截面处的纵筋拉应力则由剪压面处弯矩决定。后者远大于前者，故纵筋拉应力显著增大，这是应力重分布的另一个表现。

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。