[结构设计原理课程设计(完整版)
结构设计原理课程设计
设计题目：预应力混凝土等截面简支空心板设计（先张法）
班级：6班
姓名：于祥敏学号：44090629 指导老师：张弘强
目录
一、设计资料 (2)
二、主梁截面形式及尺寸 (2)
三、主梁内力计算 (3)
四、荷载组合 (3)
五、空心板换算成等效工字梁 (3)
六、全截面几何特性 (4)
七、钢筋面积的估算及布置 (5)
八、主梁截面几何特性 (7)
九、持久状况截面承载力极限状态计算 (9)
十、应力损失估算 (10)
十一、钢筋有效应力验算 (13)
十二、应力验算 (13)
十三、抗裂性验算 (19)
十四、变形计算 (21)
预应力混凝土等截面简支空心板设计
一、设计资料
1、标跨m 16，计算跨径m 2.15
2、设计荷载：汽车按公路Ｉ级，人群按2/0.3m KN ，10=γ
3、环境：Ｉ类，相对湿度%75
4、材料：
预应力钢筋：采用ASTM a A 97416-标准的低松弛钢绞线（71?标准型），抗拉强度标准值MPa f pk 1860=，抗拉强度设计值MPa f pd 1260=，公称直径mm 24.15，公称面积2140mm ，弹性模量MPa Ep 51095.1?=
非预应力钢筋：400HRB 级钢筋，抗拉强度标准值MPa f sk 400=，抗拉强度设计值
MPa f sd 330=，弹性模量MPa Es 5100.2?=
箍筋：335HRB 级钢筋，抗拉强度标准值MPa f sk 335=，抗拉强度设计值
MPa f sd 280=，弹性模量MPa Es 5100.2?=
混凝土：主梁采用50C 混凝土，MPa Ec 41045.3?=，抗压强度标准值MPa f ck 4.32=，抗压强度设计值MPa f cd 4.22=，抗拉强度标准值MPa f tk 65.2=，抗拉强度设计值
MPa f td 83.1=
5、设计要求：根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》要求，按Ａ类预应力混凝土构件设计此梁
6、施工方法：先张法
二、主梁截面形式及尺寸（mm ）
主梁截面图（单位mm ）
三、主梁的内力计算结果
一期恒载：跨中m KN M d ?=220 0=d V 支点：0=M KN V 70=
二期恒载：跨中m KN M d ?=100 0=d V
支点：0=M KN V 40=
汽车荷载：跨中m KN M d ?=220
KN V d 0.20= 支点：0=M KN V 150=
人群： 跨中m KN M d ?=70 KN V d 0.8= 支点：0=M KN V 22=
四、进行荷载组合
五、空心板换算成等效工字梁
上翼板厚度：12021
1=-=k f h y h ι
下翼板厚度：1202
1
2'=-=k f h y h
腹板厚度：280=-=k f b b b
等效工字梁如下图所示：
六、全截面几何特性计算
（1）受压翼缘有效宽度'f b 计算
①计算跨径的31，即mm l 50673)102.15(3=?= ②相邻两梁的平均间距mm 880
③mm h b b f h 17201201202280122'=?+?+=++ 取三者中的最小者，因此受压翼缘有效宽度mm b f 880'= （2）全截面几何特性的计算
在工程设计中，主梁几何特性多采用分块数值求和法进行，其计算式如下： 全截面面积：∑=i A A 全截面重心至梁顶距离：A
y A y i
i i ∑=
式中：i A －分块面积；
i y －分块面积重心至梁顶边的距离； 截面分块示意图：
主梁全截面几何特性如下：
其中：i I －分块面积i A 对其自身重心轴的惯性矩 x I －分块面积i A 对全截面重心轴的惯性矩
七、钢筋面积估算及钢束布置
（1）预应力钢筋面积估算
按作用短期效应组合下正截面抗裂性要求，估算预应力钢筋数量。
对于A 类部分预应力混凝土构件，根据跨中截面抗裂性要求，可得跨中截面有效预加力为：
W
e A
f W M N p tk
s pe +-≥
17.0 其中：
s M 为正常使用极限状态下按作用短期效应组合计算的弯矩值，由表1可知：
m KN M M M M Q s G G s ?=++=++=54422410022021；
设预应力钢筋截面重心距截面下缘mm a p 60=，则预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离mm a y e p b p 27060330=-=-=；
钢筋估算时，截面性质近似取用全截面的性质来计算，由表2可知，跨中截面全截
面面积2328800
mm A =； 全截面对抗裂验算边缘（即下缘）的弹性抵抗矩为
3710
10267.5330
10738.1mm y I W b ?=?==；
tk f 为C50混凝土抗拉强度标准值MPa f tk 65.2=； 因此，有效预加力合力为：
N W
e A
f W M N p
tk s pe
677610037.110267.5270328800165.27.0)10267.5()10544(17.0?=?+?-??=+
-≥
预应力钢筋的张拉控制应力为MPa f pk con 1395186075.075.0=?==σ，预应力损失按张拉控制应力的20%估算，则需要预应力钢筋的面积为
26
9291395
8.010037.1)2.01(mm N A con
pe p =??=-=
σ 因此，采用24.157φ的钢绞线，则预应力钢筋的面积229299801407mm mm A p ?=?=，满足条件。
(2)非预应力钢筋面积估算及布置
在确定预应力钢筋数量后，非预应力钢筋根据正截面承载能力极限状态的要求来估算非预应力钢筋数量。
设预应力钢筋和非预应力钢筋的合力作用点到截面底边的距离为mm a 60=，则有
mm a h h 600606600=-=-=
先假定为第一类T 梁，则有
)2(0'0x h x b f M r f cd d -=即)2600(8804.22107960.16x
x -???=??
解得：mm x 6.71=＜mm h f 120'=（另一解不符合题意，舍去） 因此确为第一类T 梁。 由p pd s sd f cd A f A f x b f +='可知：
2'535330
980
12606.718804.22mm f A f x b f A pd
s
sd f cd p =?-??=
-=
采用3根直径为16mm 的HRB400钢筋，其面积2603mm A s = 将预应力钢筋和非预应力钢筋布置成一排，钢筋布置图如下：
保护层厚度：???==mm mm
d mm c 30168.50 ，符合要求
钢筋净距：mm S n 5.66924
.1574.183760=?-?-=
?
??=mm mm d 3016 ，符合要求。
八、主梁截面几何特性计算
查表可知，对于混凝土、预应力钢筋、普通钢筋，其弹性模量分别为
MPa E c 41045.3?=、MPa E p 51095.1?=、MPa E s 5100.2?= （1）预加应力阶段梁的几何特性
此阶段，混凝土强度达到ck f %80，此时，MPa E c 4'1025.3?= 则有钢筋换算系数如下：
61025.31095.145''
=??==c p
Ep
E E α
15.61025.3100.24
5''
=??==c s Es E E α
（2）使用阶段梁的几何特性 钢筋换算系数如下：
652.51045.31095.145=??==c p
Ep
E E α 797.51045.3100.24
5
=??==c s Es E E α
其中：ou y ，ob y ――构件全截面换算截面的重心到上下缘的距离
ou W ，ob W ――构件全截面换算截面对上下缘的截面抵抗矩
p e ――为预应力钢筋重心到换算截面重心的距离，p ou p a y h e --=，对于预应力阶段6.263=p e mm ，对于使用阶段02.264=p e mm
九、持久状况截面承载能力极限状态计算
（1）正截面承载能力计算
一般取弯矩最大的跨中截面进行正截面承载能力计算 ①求受压区高度x
先按第一类T 型截面梁计算混凝土受压区高度x ，即：p pd s sd f cd A f A f x b f +=' 则有mm b f A f A f x f
cd p
pd s sd 7.72880
4.22980
1260603330'=??+?=
+=
＜mm h f 120'=
受压区全部在翼板内，说明确为第一类T 型截面 ②正截面承载能力计算
由预应力钢筋和非预应力钢筋布置图可知，预应力钢筋和非预应力钢筋布置成一排，合力作用点到截面底缘的距离mm a 60=，mm a h h 600606600=-=-=，正截面的承载能力：
)2(0'x h x b f M f cd u -=610)2
7
.72600(7.728804.22-?-???=
m KN ?=7.807＞m KN M r d ?=7960
因此跨中截面正截面承载力满足要求。 （2）斜截面承载能力计算 ①斜截面抗剪承载力计算
根据公式进行截面抗剪强度上、下限复核，即：
023)1050.0(bh f td α-?≤d V r 0≤0,3)1051.0(bh f k cu -? 首先，检验上限值——截面尺寸检查
60028050)1051.0()1051.0(30,3????=?--bh f k cu
KN 8.605=＞KN V r d 1.3840=
其次，检验下限值——是否需要计算配置箍筋
60028083.125.1)1050.0()1050.0(3023?????=?--bh f td α KN 15.192=＜KN V r d 1.3840=
由此可知，截面尺寸符合设计要求，但必须按照计算配置箍筋。 斜截面抗剪承载能力按下式计算，即：
pd cs d V V V r +≤0
式中：sv sv k cu cs f f P bh V ρααα,03321)6.02()1045.0(+?=-
∑-?=p pd pd pd A f V θsin )1075.0(3
其中，1α——异号弯矩影响系数，0.11=α；
2α——预应力提高系数，25.12=α；
3α——受压翼缘的影响系数，1.13=α；
942.0600
280603
9801001001000
=?+?
=+?
==bh A A P p s ρ
闭合箍筋选用双肢直径为12mm 的HRB335钢筋，MPa f sv 280=，间距mm S v 100=，箍筋截面面积22.2261.1132mm A sv =?=，则有
0081.0100
2802
.226=?==
v sv sv bs A ρ 因此，sv sv k cu cs f f P bh V ρααα,03321)6.02()1045.0(+?=-
2800081.050)942.06.02(600280)1045.0(1.125.10.13?
???+???????=- ＝KN 7.666
因为预应力钢筋布置为直线型，因此有0=p θ，则有0=pd V
KN V V pd cs 7.666=+＞KN V r d 1.3840= 由上可知，支点处截面满足斜截面抗剪要求。 ②斜截面抗弯承载能力
由于预应力混凝土空心板的施工方法采用直线配筋的先张法，即使预应力钢筋在梁端微弯起，一般角度缓和，斜截面抗弯强度一般不控制设计，故不另行计算。
十、应力损失估算
预应力钢筋张拉控制应力按《公路桥规》规定采用
MPa MPa f pk con 1395186075.075.0=?==σ
（1）锚具变形、钢丝回缩引起的应力损失（2l σ）
预应力有效长度取为张拉台座长度m l 100=，张拉钢筋后临时锚固在台座上，采用有顶压的夹片式锚具，查表可得∑=?mm l 4，则有：
MPa E
l
l p
l 8.71095.110
1004
53
2
=???=
?=∑σ （2）混凝土弹性压缩引起的应力损失（4l σ）
pc Ep l σασ?=4
Ep α――预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值，
按张拉时混凝土的实际强度等级40508.0'
C C f ck =?=，查表可知，MPa E c 4'1025.3?=，因此有
61025.31095.14
5
'=??==c p
Ep
E E α pc σ——截面钢筋重心由预加力产生的预压应力，0
2
00
0I e N A N p
p p pc +
=
σ，其中，
p l l c on p A N )5.0(520σσσ--=＝980)87.475.08.71395(??--＝N 7.1335999 mm e p 6.263604.336660=--=
2
00
0I e N A N p
p p pc +
=
σ＝10
2
10
795.16.2637.133599945.3368057.1335999??+＝MPa 14.9 则有MPa pc Ep l 84.5414.964=?=?=σασ （3）钢筋松弛引起的应力损失（5l σ）
对于采用超张拉工艺的低松弛钢绞线，由钢筋引起的应力损失为
pe pk
pe
l f σσζσ)26.052
.0(5-ψ=
式中，ψ——张拉系数，采用超张拉时，9.0=ψ；
ζ——钢筋松弛系数，对于低松弛钢绞线，3.0=ζ；
pe σ——传力锚固时的钢筋应力，对于先张法构件则有：
MPa l con pe 2.13878.713952=-=-=σσσ
则有pe pk
pe
l f σσζσ)26.052
.0(5-ψ=＝2.1387)26.01860
2
.138752.0(3.09.0?-?
?? ＝MPa 87.47
（4）混凝土收缩、徐变引起的应力损失（6l σ）
混凝土收缩、徐变终极值引起的受拉区预应力钢筋的应力损失按下式计算：
[
]ps
u pc Ep u cs p l t t t t E ρρφσαεσ151)
,(),(9.0006++=
式中 ),(0t t u cs ε，),(0t t u φ——加载龄期为0t 时，混凝土收缩应变终极值和徐变应变终极值；
0t ——加载龄期，即达到设计强度80%的龄期，近似按标准养护条件计算，即
28
lg lg 8.00t f f ck ck ?
=，则可知，d t 140=；对于二期恒载2G 的加载龄期d t 90'
0=； 该梁所处环境相对湿度为75%，其构件理论厚度为
mm mm A
h 3009.2981320
880328800
22≈=+?=
=
μ
查表可知：
),(0t t u φ＝79.1)14,(=u t φ；
),('
0t t u φ＝)90,(u t φ＝1.26；
),(0t t u cs ε＝)14,(u cs t ε＝31021.0-?；
),('0t t u cs ε＝)90,(u cs t ε＝31018.0-?；
对于跨中截面，有
p l l l con p lI con p A A N )5.0()(5420σσσσσσ---=-=
＝980)87.475.084.548.71395(??---＝N 5.1282256
'
2
10
2
00
0)14,()90,(p G u u p G p
p p pc W M t t W M I e N A N ?--
+
=
φφσ ＝7
6
761021078.61010079.126.11081.61022010791.16.2635.128225655.3362515.1282256???-??-??+
=MPa 52.4
652.51045.31095.145=??==c p
Ep
E E α 0047.055
.336251603
9800
=+=
+=
A A A s
p ρ
mm A I i 79.23055
.33625110791.110
00=?==
mm A A e A e A e s p s s p p ps 02.264603
98002
.26460302.264980=+?+?=
++=
309.279
.23002.264112
2
2
2=+=+
=i e ps ps ρ 因此，有[
]ps
u pc Ep u cs p l t t t t E ρρφσαεσ151)
,(),(9.0006++=
＝[]
309
.20047.015179.152.4652.51021.01095.19.035??+??+????-＝MPa 11.67
十一、钢筋的有效应力
第一阶段即预加应力阶段： 5425.0l l l lI σσσσ++=＝87.475.084.548.7?++
＝MPa 58.86
有效预应力：MPa lI con pI 42.130858.861395=-=-=σσσ
第二阶段即使用阶段：655.0l l lII σσσ+=＝11.6787.475.0+?＝MPa 05.91
有效预应力：05.9158.861395--=--=lII lI con pII σσσσ M P a 37.1217=
十二、应力验算
（1）短暂状况的应力验算
①构件在制作、运输及安装等施工阶段，混凝土实际强度达到设计强度的80%，即
MPa f f ck ck 92.258.0'==，MPa f f tk tk 12.28.0'
==
跨中截面上、下缘的正应力： 上缘：ou G ou p p p t
ct
w M w e N A N 1
000+
-
=
σ 下缘：ob
G ob
p p p t
cc w M w e N A N 1
00
0-
+=
σ 其中：==p pI p A N σ0N 6.128225198042.1308=?
=p e mm 6.263
则有ou
G ou
p p p t
ct w M w e N A N 1
00
0+
-
=
σ ＝7
6
710
336.51022010336.56.2636.128225145.3368056.1282251??+??-=MPa 60.1(压) ob
G ob
p p p t
cc w M w e N A N 1
00
0-
+
=
σ ＝7
6
710
547.51022010547.56.2636.128225145.3368056.1282251??-??+ ＝MPa 93.5（压）＜MPa f ck 14.1892.257.07.0'=?=
梁支点截面处上、下缘正应力： 上缘：=
-
=
ou
p p p t
ct
w e N A N 00
0σ7
10336.56
.2636.128225145.3368056.1282251??-
＝MPa 53.2-（拉）＞MPa f tk 438.212.215.115.1'
=?=
下缘：=
+
=
ob
p p p t cc w e N A N 00
0σ7
10
547.56
.2636.128225145.3368056.1282251??+ ＝MPa 90.9（压）＜MPa f ck 14.1892.257.07.0'
=?=
由上式计算可知，支点截面上缘处于受拉状态，'15.1ck
t ct f σ，因此可通过规定的预拉区配筋率来防止出现裂缝，所以在预拉区配置配筋率为0.5%的非预应力钢筋
20'03.168445.336805%5.0mm A A s =?==ρ
故选用9根直径为16mm 的非预应力钢筋（2'1810mm A s =）配置在空心板的顶端，
其中非预应力钢筋的重心到空心板上缘的距离mm a s 60'=
配置上缘非预应力钢筋后，跨中截面的截面几何特性如下表：
（I ）混凝土在预加应力阶段时，混凝土强度达到ck f %80，此时，MPa E c 4'1025.3?= 则有钢筋换算系数如下：
61025.31095.145''=??==c p
Ep
E E α
15.610
25.3100.24
5''
=??==c s Es E E α
②在使用阶段梁时的几何特性 钢筋换算系数如下：
652.51045.31095.145=??==c p
Ep
E E α 797.51045.3100.24
5=??==c s Es E E α
其中：ou y ，ob y ――构件全截面换算截面的重心到上下缘的距离
ou W ，ob W ――构件全截面换算截面对上下缘的截面抵抗矩
p e ――为预应力钢筋重心到换算截面重心的距离，p ou p a y h e --=，对于预应力阶段271=p e mm ，对于使用阶段271=p e mm （2）持久状况的正应力验算
应取最不利截面进行控制验算，对于直线配筋的等截面简支梁来说，一般以跨中截面为最不利截面。由作用标准值和预加力在截面上缘产生的混凝土的法向应力：
ou Q
ou G ou G ou p p p kc
pt cu W M W M W M W e N A N +++???
? ???-=+=210000σσσ
其中：--kc σ作用（或荷载）标准值产生的混凝土法向压应力 --pe σ预应力钢筋的永存预应力
--0p N 使用阶段预应力钢筋和非预应力钢筋的合力，s l p p p A A N 600σσ-=
--kc σ受拉区预应力钢筋合力点处混凝土向应力等于零时的预应力钢筋应力；
40l l con p σσσσ+-=，
其中4l σ为使用阶段受拉区预应力钢筋由混凝土弹性压缩引起的预应力损失；l σ为受拉区预应力钢筋总的预应力损失； --6l σ受拉区预应力钢筋由混凝土收缩和徐变的预应力损失
--0p e 预应力钢筋和非预应力钢筋合力作用点至构件换算截面重心轴的距离
s
l p p s
s l p p p p A A y A y A e 60600
σσσσ--=
--s A 受拉区非预应力钢筋的截面面积
--s y 受拉区非预应力钢筋重心至换算截面重心的距离 --ou W 构件混凝土换算截面对截面上缘的抵抗矩
--2G M 由桥面铺装、人行道和栏杆等二期恒载产生的弯矩标准值
--Q M 由可变荷载标准值组合计算的截面最不利弯矩；汽车荷载考虑冲击系
数；
因此，=+-=40l l con p σσσσMPa 21.1272
84.54)05.9158.86(1395=++- s l p p p A A N 600σσ-=＝N 47.120629860311.6798021.1272=?-? s
l p p s s l p p p p A A y A y A e 60600
σσσσ--=
＝60311.6798021.272271
60311.6727198021.1272?-???-??＝271mm 因此，ou Q
ou G ou G ou p p p kc pt cu W M W M W M W e N A N +++???
? ???-=+=210000σσσ ＝7
6
710
641.510)3.308100220(10641.527147.12062982.34493447.1206298??+++??- ＝MPa 84.8＜MPa f ck 2.164.325.05.0=?= 预应力钢筋中的最大拉应力：
p Q
G G EP pe
p y I M I M I M 00
0201max )(?+++=ασσ
＝27110
856.110)3.308100220(652.537.121710
6
???++?+ ＝MPa 2.1269＞MPa f pk 1209186065.065.0=?= 预应力钢筋的最大拉应力为超过限制，但因%5%98.41209
1209
2.1269 =-，可
认为钢筋满足要求。
（3）持久状况混凝土主应力计算 截面图如下：
计算点取上梗肋a a -处，预应力混凝土受弯构件由载荷标准值和预应力作用产生的混凝土主压应力cp σ和主拉应力tp σ：
22)2
(
2
τσσσσσσ+-±+=??
?
??cy
cx cy
cx tp cp
02100000y I M M M y I e N A N o Q
G G o p p p cx
+++???
? ???-=σ --0y 计算主应力点至换算截面的距离 --0I 换算截面惯性矩
--cy σ由竖向预应力钢筋的预加力产生的混凝土压应力
--τ在计算主应力点，按作用（或荷载）标准值组合计算的剪力产生的混凝土剪应
力；当计算截面作用由扭矩时，尚应考虑由扭矩引起的剪应力；对于等高度梁截面
上任一点在作用（或荷载）标准值组合的剪应力τ按下列公式计算
2001)(bI S V V bI S V Q G G ++
=τ 21G G V V 、――分别为一期恒载和二期恒载作用引起的剪力标准值
--Q V 可变作用（或荷载）引起的剪力标准值组合；对于简支梁，Q V 计算式为21Q Q Q V V V +=
0S ――计算主应力点以上（或以下）部分换算截面面积对界面重心轴的面积矩
b ――计算主应力点处构件腹板的宽度
计算主应力点以上换算截面的重心至截面上缘距离为60mm ，梗肋a a -以上面积对截面重心轴x x -的面积矩为==y A S i 0)60329()120880(-??＝3710841.2mm ?
02100000y I M M M y I e N A N o Q
G G o p p p cx
+++???
? ???-=σ )120329(10
856.110)3.308100220()120329(10856.127147.12062982.34493447.120629810
610-???+++-???-=＝MPa 89.6
0=cy σ
002001)(bI S V V bI S V Q G G ++=τ＝10
7
10856.128010841.2)7.2900(????++＝MPa 162.0 因此有：
22)2
(
2
τσσσσσσ+-±+=
??
?
??cy
cx cy
cx tp cp
＝2
2162.0)2089.6(2089.6+-±+＝?
?
?-MPa MPa 0038.0894.6 由此可知，混凝土压应力MPa f Mpa ck cp 44.194.326.06.0894.6=?=≤=σ，故满足《公路桥规》的要求。
混凝土主拉应力MPa f Mpa tk tp 33.165.25.05.00038.0=?=≤-=σ，故只需按照构造配置箍筋。
十三、预应力混凝土构件的抗裂验算
（1）作用短期效应组合作用下的正截面抗裂性验算 正截面抗裂验算取跨中截面进行
①预加力产生的构件抗裂验算边缘的混凝土预压应力
'0
0'
ob
p p p pc W e N A N ?+
=
σ＝
MPa 29.910631.5271
47.120629895.34612647.12062987
=??+
结构设计原理课后题答案8—20
8-1大小偏心受拉构件的界限如何区分？它们的特点与破坏特征各有何不同？ 答：当偏心拉力作用点在As合力点与A’s合力点之间时为小偏心受拉情况，否则为大偏心受拉。小偏心情况下，构件破坏前混凝土已全部裂通，拉力完全由钢筋承担；大偏心情况下，裂缝不会贯通整个截面，裂缝开展很大，受压区混凝土被压碎。 8-2《公路桥规》对大小偏心受拉构件纵向钢筋的最小配筋率有哪些要求？ 答：规定小偏心受拉构件一侧受拉纵筋的配筋率按构件毛截面面积计算，而大偏心受拉构件 一侧受拉纵筋的配筋率按As/bh 0计算,他们的值都不应小于45f td /f sd ，同时不小于0.2. 9-1对于钢筋混凝土构件，为什么《公路桥规》必须进行持久状况正常使用极限状态计算和短暂状况应力计算？与持久状况承载能力极限状态计算有何不同之处？ 答：因为钢筋混凝土构件除了可能由于材料强度破坏或失稳等原因达到承载能力极限状态以外，还可能由于构件变形或裂缝过大影响了构件的适用性及耐久性，而达不到结构正常使用要求。不同点：○1极限状态取构件破坏阶段○2截面承载能力大于最不利荷载效应○3作用效应取短期和长期效应的一种或两种组合，汽车荷载不计冲击系数。 9-2什么是钢筋混凝土构件的换算截面？ 答：将钢筋和受压区混凝土两种材料组成的实际截面换算成一种拉压性能相同的假想材料组成的匀质截面。 9-3引起钢筋混凝土构件出现裂缝的主要因素有哪些？ 答：作用效应、外加变形或约束变形、钢筋锈蚀。 9-4影响混凝土结构耐久性的主要因素有哪些？混凝土结构耐久性设计应考虑什么？ 答：混凝土冻融破坏、混凝土的碱集料反应、侵蚀性介质的腐蚀、机械磨损、混凝土的碳化、钢筋锈蚀。混凝土耐久性设计可能与混凝土材料、结构构造和裂缝 12-1何为预应力混凝土?为什么要对构件施加预应力？预应力混凝土的主要优点是什么？其基本原理是什么？ 答：所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的配筋混凝土。 对构件施加预应力原因：使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下产生的拉应力，因而使混凝土构件在使用荷载作用下不致开裂，或推迟开裂或者使裂缝宽度减小。 基本原理：由于预先给混凝土梁施加了预压应力，使混凝土梁在均布荷载q作用使下边缘所产生的拉应力全部被抵消，因而可避免混凝土出现裂缝，混凝土梁可以全截面参加工作，这就相当于改善了梁中混凝土的抗拉性能，而且可以达到充分利用高强钢材的目的。 12-2什么是预应力度？《公路桥规》对预应力混凝土构件如何分类？ 预应力度：由预加应力大小确定的消压弯矩与外荷载产生的弯矩的比值。分三类：○1全预应力混凝土构件—在作用（荷载）短期效应组合下控制的正截面受拉边缘不允许出现拉应力（不得消压）○2部分预应力混凝土构件—在作用（荷载）短期效应组合下控制的正截面受拉边缘出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝○3钢筋混凝土构件—不预加应力的混凝土构件 12-4什么是先张法？答：先张法，即先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。 12-5什么是后张法？答：后张法是先浇筑构件混凝土待混凝土结硬后再张拉预应力钢筋并锚固的方法。 13.3何谓预应力损失？何谓张拉控制应力？张拉控制应力的高低对构件有何影响？ 答：预应力损失：预应力钢筋的预应力随着张拉、锚固过程和时间推移而降低的现象 张拉控制应力：指预应力钢筋锚固前张拉钢筋的千斤顶所显示的总拉力除以预应力钢筋截面积所求得的钢筋应力值。影响：张拉控制应力能够提高构建的抗裂性、减少钢筋用量。过高使钢筋在张拉或施工过程中被拉断、应力松弛损失增大、构件出现纵向裂缝也降低了构件的
混凝土结构设计原理课程设计任务书
《混凝土结构设计》课程设计 整体式单向板肋梁楼盖 适用专业：土木工程专业（本科） 使用班级：2014级土木4、5班 设计时间：2016年12月 设计任务书
建筑工程教研室 《混凝土结构设计》课程设计 整体式单向板肋梁楼盖设计任务书 一、设计任务： 设计某三层轻工厂房车间的楼盖，拟采用整体式钢筋混凝土单向板肋梁楼盖。要求进行第二层楼面梁格布置，确定梁、板、柱截面尺寸，计算梁板配筋，并绘制结构施工图。 二、设计目的 《混凝土结构》课程设计是教育计划中一个重要的实践性教学环节，对培养和提高学生的基本技能，启发学生对实际结构工作情况的认识和巩固所学的理论知识具有重要作用。 1.了解钢筋混凝土结构设计的一般程序和内容，为毕业设计以及今后从事实际设计、管理工作奠定初步基础。 2.复习巩固加深所学的基本构件中受弯构件和钢筋混凝土梁板结构等章节的理论知识。 3.掌握钢筋混凝土肋梁楼盖的一般设计方法，诸如： (1)进一步理解单向板肋梁楼盖的结构布置、荷载传递途径和计算简图； (2)掌握弹性理论和塑性理论的设计方法； (3)掌握内力包络图和抵抗弯矩图的绘制方法； (4)了解构造设计的重要性，掌握现浇梁板的有关构造要求； (5)掌握现浇钢筋混凝土结构施工图的表示方法和制图规定； (6)学习书写结构计算书； (7)学习运用规范。 三、设计资料 1、结构平面及柱网布置如图所示(楼梯间在此平面外)，按不同用途的车间工业楼面活荷载标准值见表1,车间内无侵蚀性介质，柱网尺寸见表二。每位学生按学号顺序根据表3选取一组数据进行设计。 活荷载标准值 表1
表3 度序号 ^组 活载序号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ① 1 2 P 3 4 5 31 43 56 ② 6 7 r 8 9 10 32 44 55 ③ 11 12 13 14 15 33 45 54 ④ 16 17 18 19 20 34 46 53 ⑤ 21 22 23 24 25 35 47 52 ⑥ 26 27 28 29 30 36 48 51 ⑦ 37 38 39 40 41 42 49 50 2、楼面构造 楼面面层为水磨石（底层20mm 厚水泥砂浆，10mm 面层），自重 为 0.65kN/m 2 ;顶棚为15mm 厚混合砂浆抹灰；梁用15mm 厚混合砂浆 抹灰。 3、材料 ① 混凝土：自定。 ② 钢 筋：自定。 四、设计内容及要求 1 ．结构布置 柱网尺寸给定，要求了解确定的原则。 梁格布置，要求确定主、次梁 布置方向及次梁间距。 2．按塑性理论方法设计楼板和次梁，按弹性理论方法设计主梁。 3．提交结构计算书一份。要求：步骤清楚、计算正确、书写工整。 4．绘制结构施工图。内容包括 （ 1 ）结构平面布置； （ 2）板、次梁配筋图； 序号 L x L y ① 6600 5400 ② 6600 6600 ③ 6900 5700 ④ 6900 6000 ⑤ 6900 6300 ⑥ 6900 6600 ⑦ 7200 6000 ⑧ 7200 6300 柱网跨度尺寸 分组编号 表2 结构平面及柱网布置图
《结构设计原理》试卷和答案
《结构设计原理》试题1 一、单项选择题 1．配螺旋箍筋的钢筋混凝土柱，其其核心混凝土抗压强度高于单轴混凝土抗压强度是因为【 C 】 A. 螺旋箍筋参与混凝土受压 B. 螺旋箍筋使混凝土密实 C. 螺旋箍筋横向约束了混凝土 D. 螺旋箍筋使纵向钢筋参与受压更强 2．钢筋混凝土轴心受拉构件极限承载力N u有哪项提供【 B 】 A. 混凝土 B. 纵筋 C. 混凝土和纵筋 D. 混凝土、纵筋和箍筋 3．混凝土在空气中结硬时其体积【 B 】 A. 膨胀 B. 收缩 C. 不变 D. 先膨胀后收缩 4．两根适筋梁，其受拉钢筋的配筋率不同，其余条件相同，正截面抗弯承载力M u【 A 】 A. 配筋率大的，M u大 B. 配筋率小的，M u大 C. 两者M u相等 D. 两者M u接近 5．钢筋混凝土结构中要求钢筋有足够的保护层厚度是因为【 D 】 A. 粘结力方面得考虑 B. 耐久性方面得考虑 C. 抗火方面得考虑 D. 以上3者 6．其他条件相同时，钢筋的保护层厚度与平均裂缝间距、裂缝宽度（指构件表面处）的关系是【 A 】 A. 保护层愈厚，平均裂缝间距愈大，裂缝宽度也愈大 B. 保护层愈厚，平均裂缝间距愈小，裂缝宽度也愈小 C. 保护层愈厚，平均裂缝间距愈小，但裂缝宽度愈大 D. 保护层厚度对平均裂缝间距没有影响，但保护层愈厚，裂缝宽度愈大 7．钢筋混凝土梁截面抗弯刚度随荷载的增加以及持续时间增加而【 B 】 A. 逐渐增加 B. 逐渐减少 C. 保持不变 D. 先增加后减少 8．减小预应力钢筋与孔壁之间的摩擦引起的损失σs2的措施是【 B 】 A. 加强端部锚固 B. 超张拉 C. 采用高强钢丝 D. 升温养护混凝土 9．预应力混凝土在结构使用中【 C 】 A. 不允许开裂 B. 根据粘结情况而定 C. 有时允许开裂，有时不允许开裂 D. 允许开裂 10．混凝土结构设计中钢筋强度按下列哪项取值【 D 】 A. 比例极限 B. 强度极限 C. 弹性极限 D. 屈服强度或条件屈服强度 二、填空题 11. 所谓混凝土的线性徐变是指徐变变形与初应变成正比。 12. 钢筋经冷拉时效后，其屈服强度提高，塑性减小，弹性模量减小。 13. 在双筋矩形截面梁的基本公式应用中，应满足下列适用条件：①ξ≤ξb；②x≥2a’，其中，第①条是为了防止梁破坏时受拉筋不屈服；第②条是为了防止压筋达不到抗
结构设计原理课程设计
. 装配式钢筋混凝土简支T梁设计 计算书
中华人民共和国行业标准： 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62—2004 《公路桥涵设计通用规范》JDG D60—2004 二、设计资料 1. 桥面净空：净—7+2×1.5m 2. 设计荷载：公路Ⅱ级汽车荷载，人群 3.5KN/m2. 结构安全等级为二级，即r0=1.0 3. 材料规格： 钢筋：主筋采用HRB400钢筋；箍筋采用HRB335钢筋；Ⅰ类环境 水平纵向钢筋面积为(0.001~0.002)bh，直径8~10mm，水平纵向钢筋对称，下 密上疏布置在箍筋外侧。 架立筋选用2φ20的钢筋 混凝土：采用C30混凝土 4. 结构尺寸： T形主梁：标准跨径L b=20.00m 计算跨径L j=19.5m 主梁全长L=19.96m 主梁肋宽b=180mm 主梁高度h=1300mm 三、设计内容 1. 计算弯矩和剪力组合设计值 2. 正截面承载力计算 3. 斜截面抗剪承载力计算 4. 全梁承载能力校核 5. 水平纵向钢筋和架立筋设计 6. 裂缝宽度及变形（挠度）验算
梁体采用C40的混凝土，轴心抗压强度设计值为18.4Mpa ，轴心抗拉强度设计值ftd=1..65Mpa 。主筋采用KL400,抗拉强度设计值fsd=330Mpa ，抗压强度设计值 Mpa f sd 330/ =；箍筋采用HRB335，直径8mm ，抗拉强度设计值为280Mpa 。 1.计算弯矩和剪力组合设计值 因恒载作用效应对结构的承载力不利，故取永久效应，即恒载的分项系数2.11=G γ。汽车荷载效应的分项系数为4.11=Q γ。对于人群荷载，其它可变作用效应的分项系数为 4.1=Qj γ。本组合为永久作用与汽车荷载和人群荷载组合，故取人群荷载的组合系数 8.0=C ? 2 l 处 K Q k Q GK d M M M M 214.18.04.12.1??+?+?= m kN m kN ·2.1755·0.554.18.00.6084.10.7022.1=??+?+?= 4 l 处 K Q k Q GK d M M M M 214.18.04.12.1??+?+?= m kN m kN ·2.1369·0.404.18.00.4664.10.5602.1=??+?+?= 支点截面处 K Q k Q GK d V V V V 214.18.04.12.1??+?+?= kN kN 48.3690.44.18.00.1154.10.1702.1=??+?+?= 2 l 处 K Q k Q GK d V V V V 214.18.04.12.1??+?+?= kN kN 64.660.24.18.0464.102.1=??+?+?= 2.截面承载力计算 （1）确定Ｔ梁翼缘的有效宽度' f b 由图所示Ｔ形截面受压翼板厚度的尺寸，可得： 翼板平均厚度mm b f 1102 140 80' =+= 又mm mm L b f 6500195003 1 3' 1=?== 由横断面的尺寸可知：5个T 形梁的总长为5*1600=8000mm ，则每个T 形梁宽1580/ =f b ，缝宽（8000-1580*5）/5=20，则两相邻主梁的平均间距为1600mm ，即： mm b f 1600' 2= mm mm h b b b f h f 15001101202180122' ' 3=?+?+=++=
结构设计原理课后习题答案(第三版)
结构设计原理课后习题答案 1 配置在混凝土截面受拉区钢筋得作用就是什么？ 混凝土梁得受拉能力很弱，当荷载超过c f 时，混凝土受拉区退出工作，受拉 区钢筋承担全部荷载，直到达到钢筋得屈服强度。因此，钢筋混凝土梁得承载能 力比素混凝土梁提高很多。 2解释名词： 混凝土立方体抗压强度：以边长为150mm 得混凝土立方体为标准试件，在规定温 度与湿度下养护28天，依照标准制作方法，标准试验方法测得得抗压强度值。 混凝土轴心抗压强度：采用150*150*300得混凝土立方体为标准试件，在规定温 度与湿度下养护28天，依照标准制作方法与试验方法测得得混凝土抗压强度值。 混凝土抗拉强度：采用100*100*150得棱柱体作为标准试件，可在两端预埋钢筋， 当试件在没有钢筋得中部截面拉断时，此时得平均拉应力即为混凝土抗拉强度。 混凝土劈裂抗拉强度：采用150mm 立方体试件进行劈裂抗拉强度试验，按照规定得试验方法操作，按照下式计算A F A F 673.02f ts ==π 3 混凝土轴心受压得应力—应变曲线有何特点？影响混凝土轴心受压应力—应 变曲线有哪几个因素？ 完整得混凝土轴心受压得应力-应变曲线由上升段OC ，下降段CD,收敛段DE 组成。 0~0、3fc 时呈直线；0、3~0、8fc 曲线偏离直线。0、8fc 之后，塑性变形 显著增大，曲线斜率急速减小，fc 点时趋近于零，之后曲线下降较陡。D 点之后， 曲线趋于平缓。 因素：混凝土强度，应变速率，测试技术与试验条件。 4 什么叫混凝土得徐变？影响徐变有哪些主要原因？ 在荷载得长期作用下，混凝土得变形随时间增长，即在应力不变得情况下， 混凝土应变随时间不停地增长。这种现象称为混凝土得徐变。 主要影响因素：混凝土在长期荷载作用下产生得应力大小，加载时龄期，混 凝土结构组成与配合比，养生及使用条件下得温度与湿度。 5 混凝土得徐变与收缩变形都就是随时间而增长得变形，两者有与不同之处？ 徐变变形就是在长期荷载作用下变形随时间增长，收缩变形就是混凝土在凝 结与硬化得物理化学反应中体积随时间减小得现象，就是一种不受外力得自由变 形。 6 普通热轧钢筋得拉伸应力-应变关系曲线有什么特点？《公路桥规》规定使用 得普通热轧钢筋有哪些强度级别？强度等级代号分别就是什么？ 答：屈服钢筋从试验加载到拉断共四个阶段：弹性阶段，屈服阶段，强化阶 段，破坏阶段 按屈服强度分为：235MPa ，300MPa ，335MPa ，400MPa ，500MPa 代号：HPB235(R235),HRB335，HRB400，RRB400(KL400) 7 什么就是钢筋与混凝土之间粘结应力与粘结强度？为保证钢筋与混凝土之间 有足够得粘结力要采取哪些措施？ （1）由于变形差（滑移）沿混凝土与钢筋接触面上产生得剪应力称为粘结应力。 （2）在拔出试验失效时得最大平均应力作为粘结强度。dl πτF = （3）主要措施：提高混凝土强度，调整钢筋布置位置，调整钢筋间距，增加保
结构设计原理课程设计完整版
结构设计原理课程设计 设计题目：预应力混凝土等截面简支 空心板设计（先张法） 班级：6班 姓名：于祥敏 学号：44090629 指导老师：张弘强
目录 一、设计资料 (2) 二、主梁截面形式及尺寸 (2) 三、主梁内力计算 (3) 四、荷载组合 (3) 五、空心板换算成等效工字梁 (3) 六、全截面几何特性 (4) 七、钢筋面积的估算及布置 (5) 八、主梁截面几何特性 (7) 九、持久状况截面承载力极限状态计算 (9) 十、应力损失估算 (10) 十一、钢筋有效应力验算 (13) 十二、应力验算 (13) 十三、抗裂性验算 (19) 十四、变形计算 (21)
预应力混凝土等截面简支空心板设计 一、设计资料 1、标跨m 16，计算跨径m 2.15 2、设计荷载：汽车按公路Ｉ级，人群按2/0.3m KN ，10=γ 3、环境：Ｉ类，相对湿度%75 4、材料： 预应力钢筋：采用ASTM a A 97416-标准的低松弛钢绞线（71?标准型），抗拉强度标准值MPa f pk 1860=，抗拉强度设计值MPa f pd 1260=，公称直径mm 24.15，公称面积2140mm ，弹性模量MPa Ep 51095.1?= 非预应力钢筋：400HRB 级钢筋，抗拉强度标准值MPa f sk 400=，抗拉强度设计值 MPa f sd 330=，弹性模量MPa Es 5100.2?= 箍筋：335H R B 级钢筋，抗拉强度标准值MPa f sk 335=，抗拉强度设计值 MPa f sd 280=，弹性模量MPa Es 5100.2?= 混凝土：主梁采用50C 混凝土，MPa Ec 41045.3?=，抗压强度标准值MPa f ck 4.32=，抗压强度设计值MPa f cd 4.22=，抗拉强度标准值MPa f tk 65.2=，抗拉强度设计值 MPa f td 83.1= 5、设计要求：根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》要求，按Ａ类预应力混凝土构件设计此梁 6、施工方法：先张法 二、主梁截面形式及尺寸（mm ） 主梁截面图（单位mm ）
武汉理工大学混凝土结构设计原理课程设计上课讲义
学号：0121206120102 课程设计 课程：混凝土结构设计原理 学院：土建学院 班级：土木 zy1202 姓名： 学号： 0121206120102 指导老师： 2015年1月18日
目录 一、设计资料 (1) 二、设计荷载 (1) 三、主梁毛截面几何特性计算 (1) 四、预应力钢束面积的估算及钢束布置 (4) 五、主梁截面几何特性计算 (7) 六、截面强度计算 (9) 七、钢束预应力损失估算 (11) 八、预加应力阶段的正截面应力验算 (15) 九、使用阶段的正应力验算 (18) 十、使用阶段的主应力验算 (21) 十一、锚固区局部承压验算 (23) 十二、主梁变形（挠度）计算 (24)
贵州道真高速公路桥梁上部构件设计 一、设计资料 1、初始条件：贵州道真高速公路桥梁基本上都采用标准跨径，上部构造采用装配式后张法预应力混凝土空心板，20 m 空心板、1.25m 板宽，计算跨径19.5m ，预制长度19.96m 。参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》按Ａ类预应力混凝土构件设计此梁。 2、材料：（1）混凝土：C40混凝土，MPa Ec 41025.3?=，抗压强度标准值 MPa f ck 8.26=，抗压强度设计值MPa f cd 4.18=，抗拉强度标准值MPa f tk 40.2=，抗拉强度设计值MPa f td 65.1=。 （2）非预应力钢筋：普通钢筋主筋采用HRB335级钢筋，抗拉设计强度 a sd MP f 280=；箍筋采用R235级钢筋，抗拉设计强度a sd MP f 195=。 （3）预应力钢筋公称直径为15.24mm ，公称面积为140mm2，抗拉标准强度 a pk MP f 1860=，MPa f pd 1260=，弹性模量Ep ＝1.95×105Mpa ，低松弛级。 二、设计荷载 设计荷载为公路-I 级，结构重要性系数0γ取1.0。荷载组合设计值如下： kN Q 76=跨中m kN M .399=汽m kN M .710=恒m kN M .1395=跨中kN Q j 3720=00=j M m kN M .10254/1= 三、主梁毛截面几何特性计算
结构设计原理知识点
第一章 钢筋混凝土结构基本概念及材料的物理力学性能 1.混凝土立方体抗压强度cu f ：（基本强度指标）以边长150mm 立方体试件，按标准方法制作养护28d ，标准试验方法（不涂润滑剂，全截面受压，加载速度0.15~0.25MPa/s ）测得的抗压强度作为混凝土立方体抗压强度 cu f 。 影响立方体强度主要因素为试件尺寸和试验方法。尺寸效应关系： cu f （150）=0.95cu f （100） cu f （150）=1.05cu f （200） 2.混凝土弹性模量和变形模量。 ①原点弹性模量：在混凝土受压应力—应变曲线图的原点作切线，该切线曲率即为原点弹性模量。表示为：E '=σ/ε=tan α0 ②变形模量：连接混凝土应力应变—曲线的原点及曲线上某一点K 作割线，K 点混凝土应力为σc （=0.5c f ），该割线（OK ）的斜率即为变形模量，也称割线模量或弹塑性模量。 E c '''=tan α1=σc /εc 混凝土受拉弹性模量与受压弹性模量相等。 ③切线模量：混凝土应力应变—上某应力σc 处作一切线，该切线斜率即为相应于应力σc 时的切线模量''c E =d σ/d ε 3 . 徐变变形：在应力长期不变的作用下，混凝土的应变随时间增长的现象称为徐变。 影响徐变的因素：a. 内在因素，包括混凝土组成、龄期，龄期越早，徐变越大；b. 环境条件，指养护和使用时的温度、湿度，温度越高，湿度越低，徐变越大；c. 应力条件，压应力σ﹤0.5 c f ，徐变与应力呈线性关系；当压应力σ介于（0.5～0.8）c f 之间，徐变增长比应力快；当压应力σ﹥0.8 c f 时，混凝土的非线性徐变不收敛。 徐变对结构的影响：a.使结构变形增加；b.静定结构会使截面中产生应力重分布；c.超静定结构引起赘余力；d.在预应力混凝土结构中产生预 应力损失。 4.收缩变形：在混凝土中凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减少的现象称为收缩。 混凝土收缩原因：a.硬化初期，化学性收缩，本身的体积收缩；b.后期，物理收缩，失水干燥。 影响混凝土收缩的主要因素：a.混凝土组成和配比；b.构件的养护条件、使用环境的温度和湿度，以及凡是影响混凝土中水分保持的因素；c.构件的体表比，比值越小收缩越大。 混凝土收缩对结构的影响：a.构件未受荷前可能产生裂缝；b.预应力构件中引起预应力损失；c.超静定结构产生次内力。 5.钢筋的基本概念 1.钢筋按化学成分分类，可分为碳素钢和普通低合金钢。 2钢筋按加工方法分类，可分为a.热轧钢筋；b.热处理钢筋；c.冷加工钢筋（冷拉钢筋、冷轧钢筋、冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋。） 6.钢筋的力学性能 物理力学指标：（1）两个强度指标：屈服强度，结构设计计算中强度取值主要依据；极限抗拉强度，材料实际破坏强度，衡量钢筋屈服后的抗拉能力，不能作为计算依据。（2）两个塑性指标：伸长率和冷弯性能：钢材在冷加工过程和使用时不开裂、弯断或脆断的性能。 7.钢筋和混凝土共同工作的的原因：（1）混凝土和钢筋之间有着良好的黏结力；（2）二者具有相近的温度线膨胀系数；（3）在保护层足够的前提下，呈碱性的混凝土可以保护钢筋不易锈蚀，保证了钢筋与混凝土的共同作用。 第二章 结构按极限状态法设计计算的原则 1.结构概率设计的方法按发展进程划分为三个水准：a.水准Ⅰ，半概率设计法，只对影响结构可靠度的某些参数，用数理统计分析，并与经验结合，对结构的可靠度不能做出定量的估计；b.水准Ⅱ，近似概率设计法，用概率论和数理统计理论，对结构、构件、或截面设计的可靠概率做出近似估计，忽略了变量随时间的关系，非线性极限状态方程线性化；c.水准Ⅲ，全概略设计法，我国《公桥规》采用水准Ⅱ。 2.结构的可靠性：指结构在规定时间（设计基准期）、规定的条件下，完成预定功能的能力。 可靠性组成：安全性、适用性、耐久性。 可靠度：对结构的可靠性进行概率描述称为结构可靠度。 3.结构的极限状态：当整个结构或构件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。 极限状态分为承载能力极限状态、正常使用极限状态和破坏—安全状态。 承载能力极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形，具体表现：a.整个构件或结构的一部分作为刚体失去平衡；b.结构构件或连接处因超过材料强度而破坏；c.结构转变成机动体系；d.结构或构件丧失稳定；e.变形过大，不能继续承载和使用。 正常使用极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，具体表现：a.由于外观变形影响正常使用；b.由于耐久性能的局部损坏影响正常使用；c.由于震动影响正常使用；d.由于其他特定状态影响正常使用。 破坏—安全状态是指偶然事件造成局部损坏后，其余部分不至于发生连续倒塌的状态。（破坏—安全极限状态归到承载能力极限状态中） 4.作用：使结构产生内力、变形、应力、应变的所有原因。 作用分为：永久作用、可变作用和偶然作用。 永久作用：在结构使用期内，其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的作用 可变作用：在结构试用期内，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比较不可忽略的作用。
东南大学混凝土结构设计原理课件(共11)4
第四章受弯构件的正截面 受弯承载力 ?构件的构造 ?试验研究的主要结论 ?基本假定 ?矩形、T形截面承载力计算
4.1受弯构件的一般构造 4.1.1受弯构件的一般构造 与构件的计算轴线相垂直的截面称为正截面。 结构和构件要满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。梁、板正截面受弯承载力计算就是从满足承载能力极限状态出发的，即要求满足 M≤M u (4—1) 式中的M是受弯构件正截面的弯矩设计值，它是由结构上 的作用所产生的内力设计值；M u 是受弯构件正截面受弯承 载力的设计值，它是由正截面上材料所产生的抗力。（1）截面形状 梁、板常用矩形、T形、I字形、槽形、空心板和倒L形梁等对称和不对称截面
(2) 梁、板的截面尺寸 1)矩形截面梁的高宽比h/b一般取2.0～3.5；T形截面梁的h/b一般取2.5～4.0(此处b为梁肋宽)。矩形截面的宽度或T形截面的肋宽b一般取为100、120、150、(180)、200、(220)、250和300mm，300mm以下的级差为50mm；括号中的数值仅用于木模。 2)梁的高度采用h＝250、300、350、750、800、900、1000mm等尺寸。800mm以下的级差为50mm，以上的为l00mm。 3)现浇板的宽度一般较大，设计时可取单位宽度(b=1000mm)进行计算。
（3）材料选择 1）混凝土强度等级，梁、板常用的混凝土强度等级是C20、C30、C40。 2）钢筋强度等级及常用直径，梁中纵向受力钢筋宜采用HRB400级或RRB400级(Ⅲ级)和HRB335级(Ⅱ级)，常用直径为12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm和25mm。根数最好不少于3(或4)根。 3）梁的箍筋宜采用HPB235级(Ⅰ级)、HRB335(Ⅱ级)和HRB400(Ⅲ级钢筋)级的钢筋，常用直径是6mm、 8mm和10mm。 4）板的分布钢筋，当按单向板设计时，除沿受力方向布置受力钢筋外，还应在垂直受力方向布置分布钢筋。分布钢筋宜采用HPB235级(Ⅰ级)和HRB335级(Ⅱ级)级的钢筋，常用直径是6mm和8mm。
结构设计原理答案
一、钢筋和混凝土之所以能有效结合共同工作的原因是什么？ 答：1. 混凝土硬化后，钢筋和商品混凝土之间产生良好的粘结力，使两者结合为整体，从而保证在荷载作用下，钢筋和商品混凝土能变形协调，共同工作，不易失稳。 2.钢筋与混凝土两者有相近的膨胀系数，两者之间不会发生相对的温度变形而使粘结力遭到破坏。 3.在钢筋的外部，应按照构造要求设置一定厚度的商品混凝土保护层，钢筋包裹在混凝土之中，受到混凝土的固定和保护作用，钢筋不容易生锈，发生火灾时，不致使钢筋软化导致结构的整体倒塌。 4、钢筋端部有足够的锚固长度。 二、影响粘结强度的因素有哪些？ 答：1，混凝土强度；粘结强度随混凝土的强度等级的提高而提高。 2，钢筋的表面状况；如变形钢筋的粘结强度远大于光面钢筋。 3，保护层厚度和钢筋之间的净距。因此，构造规定，混凝土中的钢筋必需有一个最小的净距。 4，混凝土浇筑时钢筋的位置；对于梁高超过一定高度时，施工规范要求分层浇筑及采用二次振捣。 三、什么叫混凝土的徐变？影响混凝土徐变的因素有哪些？ 答：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 四、什么是钢筋和混凝土之间粘结应力和粘结强度？为保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力要采取哪些措施？ 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。五、结构的可靠性与可靠度是什么？ 五、结构的可靠性与可靠度是什么？ 答：结构可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。包括安全性、适用性和耐久性。 结构的可靠度是指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。
结构设计原理计算方法
结构设计原理案例计算步骤 一、单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 计算公式： ——水平力平衡 （）——所有力对受拉钢筋合力作用点取矩（） （）——所有力对受压区砼合力作用点取矩（）使用条件： 注：/，&& 计算方法： ㈠截面设计yy 1、已知弯矩组合设计值，钢筋、混凝土强度等级及截面尺寸b、h，计算。 ①由已知查表得：、、、； ②假设； ③根据假设计算； ④计算（力矩平衡公式：）； ⑤判断适用条件：（若，则为超筋梁，应修改截面尺寸或提 高砼等级或改为双筋截面）； ⑥计算钢筋面积（力平衡公式：）； ⑦选择钢筋，并布置钢筋（若 ，则按一排布置）； 侧外 ⑧根据以上计算确定（若与假定值接近，则计算，否则以的确定值作 为假定值从③开始重新计算）； ⑨以的确定值计算； ⑩验证配筋率是否满足要求（，）。 2、已知弯矩组合设计值，材料规格，设计截面尺寸、和钢筋截面面积。 ①有已知条件查表得：、、、； ②假设，先确定； ③假设配筋率（矩形梁，板）； ④计算（，若，则取）； ⑤计算（令，代入）； ⑥计算（，&&取其整、模数化）； ⑦确定（依构造要求，调整）； ⑧之后按“1”的计算步骤计算。 ㈡承载力复核 已知截面尺寸b、，钢筋截面面积，材料规格，弯矩组合设计值，
所要求的是截面所能承受的最大弯矩，并判断是否安全。 ①由已知查表得：、、、； ②确定； ③计算； ④计算（应用力平衡公式：，若，则需调整。令， 计算出，再代回校核）； ⑤适用条件判断（，，）； ⑥计算最大弯矩（若，则按式计算最大弯矩） ⑦判断结构安全性（若，则结构安全，但若破坏则破坏受压区，所以应以受压区控制设计；若,则说明结构不安全，需进行调整——修改尺寸或提高砼等级或改为双筋截面）。 二、双筋矩形截面梁承载力计算 计算公式： ， ，（）+（） 适用条件： （1） （2） 注：对适用条件的讨论 ①当&&时，则应增大截面尺寸或提高砼等级或增加的用量（即 将当作未知数重新计算一个较大的）；当时，算得的即为安全要 求的最小值，且可以有效地发挥砼的抗压强度，比较经济； ②当&&时，表明受压区钢筋之布置靠近中性轴，梁破坏时应变较 小，抗压钢筋达不到其设计值，处理方法： a.《公桥规》规定：假定受压区混凝土压应力的合力作用点与受压区钢筋合力作用 点重合，并对其取矩，即 令2，并 （） 计算出； b.再按不考虑受压区钢筋的存在（即令），按单筋截面梁计算出。 将a、b中计算出的进行比较，若是截面设计计算则取其较小值，若是承载能力复核则取其较大值。 计算方法： ㈠截面设计 1.已知截面尺寸b、h，钢筋、混凝土的强度等级，桥梁结构重要性系数，弯矩组合 设计值，计算和。 步骤： ①根据已知查表得：、、、、； ②假设、（一般按双排布置取假设值）； ③计算；
《结构设计原理》述课
《结构设计原理》述课 一、前言 （一）课程基本信息 1.课程名称：结构设计原理 2.课程类别：专业平台课 3.学时：两学期总计84学时，2周课程设计 4.适用专业：交通工程 （二）课程性质 1.课程性质 结构是土木工程中最基本的元素，《结构设计原理》课程围绕着工程中常用的钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、圬工结构的设计计算进行理论和实践性的教学。 《结构设计原理》是土木工程专业的一门重要的专业必修课程，是学生运用已学的《工程制图》、《理论力学》、《材料力学》、《结构力学》、《工程材料》等知识，初步解决结构原理及结构设计问题的一门课程。其特点是：兼具理论性和实用性且承前启后，为学好专业课打好基础的课程，也是学生感到比较难学的一门课程。所以《结构设计原理》及其系列课程一直是土木工程专业的主干课，从开设的《结构设计原理》、《结构设计原理》课程设计，到毕业设计都渗透结构设计的理论，课程贯穿交通工程专业教学的所有环节。 本课程主要介绍钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和圬工结构的各种基本构件受力特性、设计原理、计算方法和构造设计。 2.本课程的作用 本课程主要培养学生掌握钢筋混凝土基本构件和结构的设计计算方法和与施工及工程质量有关的结构的基本知识，培养学生具有识读桥梁结构图纸的识读能力、基本构件的设计能力、使用和理解各种结构设计规范能力、解决工程结构实际问题的能力、综合分析问题的能力、学习能力和与人合作等能力，从而为继续学习后续专业课程奠定扎实的基础，以进一步培养学生树立独立思考、吃苦耐劳、勤奋工作的意识以及诚实、守信的优秀品质，为今后从事施工生产一线的工作奠定良好的基础。 本课程以“材料力学”、“理论力学”和“工程材料”的学习为基础共同打造学生的专业核心技能。
结构设计原理第四版课后答案叶见曙
结构设计原理第四版课后答案叶见曙 目录 第一章...........1 第二章...........3 第三章...........5 第四、五章......13 第六章...........16 第七、八章.......18 第九章.. (26) 第一章 1-1 配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用是什么？ 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凝土也被压碎破坏。 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：我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）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 cu f 表示。 混凝土轴心抗压强度：我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）规定以150mm ×150mm ×300mm 的棱柱体为标准试件，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）称为混凝土轴心抗压强度，用符号 c f 表示。 混凝土劈裂抗拉强度：我国交通部部颁标准《公路工程水泥混凝土试验规程》 （JTJ 053-94）规定，采用150mm 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 ts f 按下式计算： 20.637ts F F f A = =πA 。 混凝土抗拉强度：采用100×100×500mm 混凝土棱柱体轴心受拉试验，破坏
混凝土结构设计原理课程设计修订版
混凝土结构设计原理课 程设计修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】
混凝土结构设计原理课程设计计算书 1 设计题目 某支承在370mm厚砖墙上的钢筋混凝土伸臂梁，其跨度L 1，伸臂长度L 2 ，由楼面传来 的永久荷载设计值g，活荷载设计值q 1，q 2 （图1）。采用混凝土强度等级C25，纵向受力 钢筋为HRB335，箍筋和构造钢筋为HPB300。试设计该梁并绘制配筋详图。 图1 2 设计条件 跨度L 1=6m，伸臂长度L 2 =1.5m，有楼面传来的永久荷载设计值g 1 =30kN/m，活荷载设 计值q 1 =30kN/m，q 2 =65kN/m，采用混凝土强度等级为C25。 2.1 截面尺寸选择 取跨高比为：h/L=1/10,则h=600mm，按高宽比的一般规定，取b=250mm，h/b=2.4， 则h 0=h-a s =600-40=560mm 2.2 荷载计算 梁自重设计值（包括梁侧15mm厚粉刷层重） 钢筋混凝土自重25kN/m,混凝土砂浆自重17kN/m。 g 2 =1.2×(0.25×0.6)×25+1.2(0.015×0.6×17×2+0.015×0.25×17）=5kN/m 则梁的恒荷载设计值为：g=g 1+g 2 =30+5=35kN/m 2.3 梁的内力和内力包络图
（1）荷载组合情况 恒荷载作用于梁上的位置是固定的，计算简图为图2(a)，活载q 1 q 2的作用位置有三种可能的情况，图2的(a)、(c)、(d)。每一种活荷载都不可能脱离恒荷载的作用而单独存在，因此作用于构件上的荷载分别有(a)+(b)、(a)+(c)、(a)+(d)三种情形。 （2）计算内力(截面法) ①(a)+(b) (a)作用下：ΣM A1=0，－Y B1L 1+g （L 1+L 2)2/2=0得 Y B1=164kN ΣY=0 ， 得Y A1=98.5kN (b)作用下：ΣY=0 ， 得Y A2=Y B2=90kN (a) +（b ）作用下剪力： V A =Y A1+Y A2=9805+90=188.5kN V B 左=Y A1+Y A2－(g +q 1)L 1=188.5－（35+30)×6=－201.5kN V B 右=gL 2=35×1.5=52.5kN M B =－gL 22/2=35×1.52/2=-39.375kN.m 由于当剪力V 等于零时弯矩有最大值，所以设在沿梁长度方向X 处的剪力V=0，则由M(x)=V A X －(g +q 1)X 2/2,对其求一阶导M'(x)=V （x ）=V A －(g +q 1)X 当V=0时，有M 取得最大值，即V(x)=V A －(g +q 1)X =0时，M 取得最大值
结构设计原理课程设计模板
钢筋混凝土简支Ｔ梁桥主梁配筋设计 课程设计 班级1090 学号120090850 姓名 指导教师 成绩 三江学院土木工程学院 2011年12月~2012年1月
钢筋混凝土T形梁桥主梁设计资料 ⒈某公路钢筋混凝土简支梁桥主梁结构尺寸。 标准跨径：20.00m； 计算跨径：19.50m； 主梁全长：19.96m； 梁的截面尺寸如下图（单位mm）： ⒉计算内力 ⑴使用阶段的内力 跨中截面计算弯矩(标准值) 结构重力弯矩：M1/2 恒＝878.72KN·m； ＝6057.28 KN·m (未计入冲击系数)；汽车荷载弯矩：M1/2 汽 人群荷载弯矩：M1/2 人＝75.08 KN·m； 1/4跨截面计算弯矩（设计值） M d,1/4＝1867.00 KN·m；（已考虑荷载安全系数） 支点截面弯矩 M d0=0， 支点截面计算剪力(标准值) ＝230.75KN； 结构重力剪力：V0 恒 汽车荷载剪力：V0 汽＝197.80KN (未计入冲击系数)； 人群荷载剪力：V0 人＝18.60KN； 跨中截面计算剪力（设计值） =76.50KN（已考虑荷载安全系数）；跨中设计剪力：V d ，1/2
主梁使用阶段处于一般大气条件的环境中。结构安全等级为二级。汽车冲击系数，汽车冲击系数1+μ＝1.292。 ⑵施工阶段的内力 简支梁在吊装时，其吊点设在距梁端a=400mm处，而梁自重在跨中截面的弯矩标准值M k =585.90 KN·m，吊点的剪力标准值V0=110.75 KN·m。 ，1/2 ⒊材料 主筋用HRB335级钢筋 f sd＝280N/mm2；f sk＝335N/mm2；E s＝2.0×105N/mm2。 箍筋用R235级钢筋 f sd＝195N/mm2；f sk＝235N/mm2；E s＝2.1×105N/mm2。 采用焊接平面钢筋骨架 混凝土为C30 f cd＝13.8N/mm2；f ck＝20.1N/mm2；f td＝1.39N/mm2； f tk＝2.01N/mm2；E c＝3.00×104N/mm2。
混凝土结构设计原理 课件及试题10
第十章混凝土结构按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范》的设计计算 本章的意义和内容: 本章讲述了桥涵工程混凝土结构的材料、计算原理、基本构件（受弯构件、轴心受力构件、偏心受力构件、受扭构件、预应力混凝土构件）的承载能力计算和构件裂缝宽度、挠度验算以及构造要求。通过本章的学习，使学生了解混凝土按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》进行构件设计计算的方法、这种方法与房屋工程中混凝土构件的设计计算方法有何相同和不同之处，为进行桥涵工程混凝土结构设计计算奠定基础。并掌握以下重点、难点。 1．桥涵工程混凝土结构设计也采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，但是由于涵桥结构所处环境、荷载性能以及结构的特点与房屋结构有较大的差异，因此《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定的结构目标可靠指标比房屋结构的大；桥涵工程的材料强度设计值比房屋结构的小。 2．涵桥工程受弯构件不但要进行持久状态下的设计计算，而且还要进行短暂状态下的计算，受弯构件纵向受力钢筋的最小配筋率与房屋建筑有所不同。 3．土木工程中一般受弯构件斜截面抗剪承载力计算基于同一基本理论，但涵桥工程受弯构件斜截面抗剪承载力计算方法与房屋建筑工程不同。涵桥工程受弯构件斜截面抗剪承载力计算是采用单一公式（房屋建筑是两套公式），该公式适用矩形、T形、I字形截面构件，并且考虑了构件截面受压翼缘的抗剪作用，也考虑了受弯纵向受力钢筋的抗剪作用 4．由于桥梁结构受弯构件截面形式、剪力图的特点，桥涵工程受弯构件斜截面抗剪承载能力计算时，首先按斜截面始端的截面尺寸和规定的剪力值进行计算，然后确定斜截面末端的位置，再根据斜截面末端截面尺寸和规定的剪力取值对斜截面末端进行抗剪承载能力验算。 5．桥涵工程偏心受压构件正截面承载能力计算时，混凝土强度采用棱柱体抗压强度，而且不考虑附加偏心距的影响。 6．桥涵工程混凝土构件的裂缝宽度、受弯刚度计算公式的建立方法、计算方法与房屋建筑工程不同，为了减少受弯构件的挠度，经常需要设置预拱度，预拱度的大小为永久荷载与一半可变荷载频遇值引起的挠度。 在预应力混凝土构件的设计当中，桥涵工程中预应力混凝土构件的预应力损失的排序、预应力损失的组合与房屋建筑工程不同。 一、概念题 （一）填空题 1．《桥规》规定，钢筋混凝土构件的混凝土标号不应低于，当采用HRB400、KL400级钢筋时不应低于；预应力混凝土构件的混凝土标号不应低于； 2．《桥规》规定，钢筋混凝土构件中的普通钢筋应选用、、及。 3．桥涵工程结构设计采用以概率论为基础的方法，极限状态分为和。桥涵工程设计基准期为。 4．《桥规》规定，在进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计时，应考虑、和三种设计状态。 5．和房屋建筑工程相比，桥涵结构的目标可靠度指标值相对。