东南大学结构设计原理章课后习题参考答文档格式.docx

1、公路桥规？规定了哪两种结构的极限状态 ？当整个结构或结构的一部分超过某一部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。两种设计状态为 ：承载能力极限状态和正常使用极限状态。2-4名次解释：作用，直接作用，间接作用，抗力。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或分 布力；间接作用是指引起结构外加变形和约束变形的原因；结构抗力是指结构构件承受内力和变形的 能力。2-5我国？规定的三种结构设计状况为持久状况，短暂状况，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的原则是什么 ？承载能力极限状态的计算以

2、塑性理论为基础 ，设计的原则是作用效应最不利组合的设计值必须小于或等于结构抗力设计值。持久状态正常使用极限状态是以结构弹性理论或弹塑性理论为基础 ，采用作用的短期效应组合，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 ，对构件的抗裂，裂缝宽度和扰度进行验算，并使各项计算值不超过公路桥规的各相应值。短暂状况是要求对混凝土和预应力混凝土受力 构件按短暂设计时计算其在制作 ，运输及安装等施工阶段由自重 ，施工荷载产生的应力并不超过规定的限值。2-7材料强度标准值是在符合规定质量的材料强度实测值的总体中 ，材料的强度标准值度应具有不小于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

3、项系数后的值2-8作用分为几类？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？作用分为永久作用，可变作用，偶然作用。作用的标准值是结构或结构设计时 ，采用的各种作用的基本代表值。可变作用准永久值指在设计基准期间 ，可变作用超越的总时间约为设计基准期一半的作用值。可变作用的频遇值是在设计基准期间 ，可变作用超越的总时间为规定的较小比率或超越次数为规定次数的作用值。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， ho含义是什么？是指纵向受拉区所配置的钢筋截面面积与规定的混凝土截面面积的比值。 h。表示截面的有效高度。钢筋的最小混凝土保护层厚度的选择应考虑哪些因素 ？设置

4、保护层是为了保护钢筋不直接截面面积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接。影响因素 ：环境因素,构件形式,钢筋布置。3-4参照图，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 ？a为了保证钢筋与混凝土之间的握裹力 ，增强两者的粘接力 b保证钢筋之间有一定间隙浇注混凝土 c方便钢筋的布置。3-5钢筋混凝土适筋梁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 ？第一阶段，梁混凝土全截面工作，混凝土的压应力和拉应力基本上都呈三角形分布。第一阶段末 ，混凝土受压区的应力基本上仍是三角形分布。第二阶段 ，荷载作用弯矩达到 Mcr后，在梁混

5、凝土抗拉强度最弱截面上出现了第一批裂缝。第二阶末，钢筋拉应变达到屈服时的应变值，表示钢筋应力达到其屈服强度。第三阶段，在这个阶段里，钢筋的拉应变增加很快，但钢筋的拉应力一般仍维持在屈服强度不变。第三阶 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，这个阶段纵向钢筋的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？各自有什么破坏形态？为什么把少筋梁和超筋梁都称为 脆性破坏？实际配筋率小于最小配筋率梁的称为少筋梁 ，大于最小配筋率且小于最大配筋率的称为适筋梁 ，大于最大配筋率的称为超筋梁。少筋梁的受拉区混凝土开裂后 ，受拉钢筋达到屈服点，并

6、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，此时受压区混凝土还未压坏，而裂 缝宽度已很宽，扰度过大，钢筋甚至被拉断。适筋梁受拉区首先达到屈服强度 ，其应力保持不变而应变显著的增大，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。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。破坏前的扰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，没有明显预兆少筋和超筋的破坏都很突然，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在增加荷载 ？为什么少筋

7、梁是否能这样 ？适筋梁可以再增加荷载因为当受拉区钢筋屈服后 ，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，这时不能在增加荷载。少筋梁不能在增加荷载 ，若增加，迅速经过整个流幅进入强化阶段，梁仅出现一条集中裂缝，不仅宽度较大，而且延梁高延伸很高，此时受拉区混凝土还未压坏，而裂缝宽度已经很宽，扰度过大， 钢筋甚至被拉断。3-8钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算的基本假定有哪些？平截面假定、不考虑混凝土的抗拉强度、材料应力与物理关系。其中平截面假定与均质弹性材料受弯构件计算的平截面假定情况的不同 ：对于

8、钢筋混凝土受弯构件，从开始加荷载到破坏的各个阶段，截面的平均应变都能较好的符合平截面假定。对于混凝土的受压区来讲 ，平面假定是正确的。而对于混凝土受压区 ，裂缝产生后，裂缝截面处钢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。3-9相对受压区高度$=Xi/ho,其中Xi为受压区高度,ho为截面有效高度。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 $,而开始屈服时，受压区混凝土边缘也同时达到极限压应变而破坏 此时受压区高度为Xb=$/ho,$被称为相对界限受压区高度。 在正截面承载力计算中作用：相对界限受压区的高度在正截面计算中

9、的作用：在正截面承载力计算中通常用 $=Xb/h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。 取值因素：该取值相关的因素有，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截面梁？为什么双金截面梁一定要采取封闭式钢筋？ 1：当截面承受的弯矩组合设计值 Md较大，而梁截面尺寸受到使用条件限制或混泥土强度又不宜提高的情况下，又出现 b而承载能力不足时，则应采用双筋截面。 2：它能够约束受压钢筋的纵向压屈变形，若不封闭，受压钢筋会过早向外侧凸出，反而引起受压钢筋的混泥土保护层开裂，是受压区混泥 土过早破坏。3-11钢筋混凝土双筋截面

10、梁正截面承载力计算公式的适用条件是什么？为了防止除出现超筋梁情况，计算受压区高度 x应满足：XW &bhO ;为了保证受压区钢筋 A达到抗压强度设计值fd，计算受压区高度 x应满足：x2a3-13什么叫做T形梁受压翼板的有效宽度？ 根据等效受力原则，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。4-1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？斜拉破坏：在荷载作用下，梁的剪跨段产生由梁底竖向裂缝沿主压应力轨迹线向上延伸发展而成 的斜裂缝2减压破坏：随着荷载的增大，梁的剪弯曲段内陆续出现几条斜裂缝，其中一条发展成 为临界斜截面。3斜压破坏：当剪跨比小时，首

11、先是荷载作用点和支座之间出现一条斜裂缝，然 后出现若干条大体相平行的斜裂缝，梁腹被分割成若干个倾斜的小柱体。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？剪跨比、混凝土强度、纵向受拉钢筋配筋率和箍筋数量及强度等。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？公式的上下限值物理意 义是什么？计算公式的上下限值；上限值，截面最小尺寸；下限值，按构造要求配置箍筋。4-5剪跨比：实质上是反映了梁内正应力与剪应力的相对比值。 配箍率：是用来体现箍筋相对于混凝土的含量，分体积配箍率和面积配箍率。 剪压破坏：衡量的是受弯构件斜截面承载能力。 斜截面投影长度:是自纵向钢筋与斜

12、裂缝低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h0和剪跨比M/VhO有关。充分利用点：钢筋在受力的时候。受力比较大，是钢筋界面处于临界状态，但不屈服的点。 不需要点：在除钢筋充分点以外的点。 弯矩包络图： 梁在恒载和活载的作用下，即各种截面组合效应下产生的弯矩图。 然后将这些弯矩图叠画同一坐标上，其外包线即为弯矩包络图。简而言之由构件各个截面的弯矩最大值和最小值分别连接成的围线就是弯矩包络图。 抵抗弯矩图：是指按实际配置的纵向钢筋绘出的各正截面所能承受的弯矩图形。4-6钢筋混凝土抗剪承载力复核时，如何选择复核截面？1距支座中心h/2（梁高一半）处的截面中截面；2受拉弯区起钢筋

13、弯起处的截面，以及锚于受拉区 的纵向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梁的肋板处的截面。4-7试述纵向钢筋在支座处锚固有哪些规定？ 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为受拉主筋直径。4-8钢筋混凝土连续梁斜截面破坏有哪些特点？1剪跨比适中的连续梁中，当荷载增加到一定程度时，将首先在正、负弯矩较大的区段内出现垂 直裂缝。2当斜裂缝和纵向钢筋相交后，斜裂缝处纵筋所受拉应力显著增大，而相距不远的反弯 点截面

14、的纵筋拉应力却很小，在这个梁区段中纵筋拉应力的变化梯度很大而纵筋拉力差主要靠混 凝土和钢筋之间的粘结力传递到混凝土上，因拉力差过大，故沿纵向刚劲水平位置的混凝土表面 上出现一些断断续续的针脚状斜向裂缝。 3由于粘结裂缝伸过反弯点截面，反弯点将不再是纵筋受拉和受压的分界点，无论是梁上部纵筋还是下部纵筋，在临近内支点的剪跨段内都将基本上是 受拉的。6钢筋混凝土轴心受压构件按箍筋功能和配置方式的不同分为1配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件 2配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件 设置纵向钢筋的目的：1协助混凝土承受压力，可减少构件截面尺寸 2承受可能存在的不大的弯矩 3防止构件的突然脆性破坏 普通

15、箍筋作用：防止纵向钢筋局部受压并与纵向钢筋形成骨架便于施工。螺旋筋作用：使截面中间混凝土成为约束混凝土，提高构件的承载力和延性 轴心受压构件的6-1配有纵向钢筋和普通钢筋的轴心受压短柱和长住的破坏形态有何不同？什么叫做长柱的稳定 系数？影响稳定系数的主要因素有哪些？短柱：当轴向力逐渐增加时柱随之缩短，轴向力达到 90%的破坏荷载时柱中部周围混凝土表面出现裂缝，部分保护层剥落，最后是箍筋间的纵向钢筋发生屈曲，混凝土被压碎，钢筋混凝土短柱 的破坏是材料破坏，即混凝土压碎破坏。 长柱：在长住破坏前横向挠度增加快，使破坏比较突然，导致失稳破坏，破坏时凹侧混凝土首先被压碎，表面有纵向裂缝，混凝土保护层脱

16、落，凸侧 由受压突然转变为受拉，出现横向裂缝。 稳定系数：在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系数。 影响因素主要与构件长细比有关，混凝土强度和配筋率影响小。6-3配有纵向钢筋和普通箍筋的轴向受压构件与配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴向受压构件的正截 面承载力计算有何不同？7-1钢筋混凝土偏心受压构件截面形式与纵向钢筋布置有什么特点?7-2钢筋混凝土偏心受压构件的破坏形态和破坏类型?形态：1受拉破坏一大偏心受压破坏。偏心受压构件的破坏是受拉钢筋先达到屈服强度然后混凝 土压坏称为受拉破坏。2受压破坏一小偏心受压破坏。受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变 受压区

17、混凝土被压碎，同侧钢筋达到屈服强度另一侧达不到屈服强度，破坏前构件横向变形无明 显增长，称为受压破坏。 破坏类型：1短柱，随荷载增大当短柱达到极限承载能力时，柱的截面 由于达到极限强度而破坏。2长柱，实际偏心距随荷载的增大而非线性增加，柱的截面由于材料 达到极限强度而破坏。3,细长柱，压干达到最大承载力是受压构件截面上钢筋和混凝土的应变未 达到材料破坏的极限值，称为失稳破坏。7-4钢筋混凝土矩形截面偏心受压构件的截面设计和截面复合中，如何判断是大偏心受压还是小 偏心受压？9-1为什么要进行持久状况正常使用极限状态计算和短暂状态应力计算？与持久状况承载能力极 限状态计算有何不同之处？因为钢筋混凝

18、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，还有 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。9-2什么是钢筋混泥土构件的换算截面？将钢筋混凝土开裂截面化为等效的换算截面基本前提是 什么？答：1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 料组成的均质截面。2通过换算截面的形心轴。9-3弓I起钢筋混凝土构件出现裂缝的主要因素有哪些？ 作用效应、外加变形或约束变形、钢筋锈蚀

19、。9-4影响混凝土结构耐久性的因素有哪些？混凝土结构耐久性设计应考虑哪些问题 ？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。9-5预应力概念是什么？分类？施工方法？12-1何谓预应力混凝土？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？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。 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作用时下边缘所产生的拉应力全部被抵消

20、，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？对预应力混凝土构件如何分类？ 公路桥规将受弯构件的预应力度（T）定义为由预加应力大小确定的消压弯矩 Mo与外荷载产生的弯矩Ms的比值。全预应力混凝土，部分预应力混凝土和钢筋混凝土。12-3预应力混凝土结构有什么优缺点？ 优点：1提高了构件的抗裂度和刚度。 2可以节省材料，减少自重。3可以减少混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。 4结构质量安全可靠。5预应力可作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。此外，预应力还可以提高结构的

21、 耐疲劳性能。缺点：1工艺较复杂，对施工质量要求甚高，因而需要配备一支技术较熟练的专业 队伍。2需要有专门设备。3预应力上拱度不易控制。4预应力混凝土结构的开工费用较大，对于 跨径小、构件数量少的工程，成本较高。12-4什么是先张法？先张法构件是按什么样的工序施工？先张法构件如何实现预应力筋的锚固 ?先张法构件有何优缺点？ 先张法，既先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。 1预应力钢筋就位，准备张拉。2张拉并锚固，浇筑构件混凝土。 3松锚，预应力钢筋回缩，制成预应力混凝土构 件。先张法是靠工作锚具来传递和保持预加应力的。12-5什么是后张法？后张法构件是按什么样的工序施工？后张法构件如何实现预应

22、力筋的锚固 ?后张法构件有何优缺点？ 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。1浇筑构件混凝土，预留孔道，穿入预应力钢筋。 2千斤顶支于混凝土构件上，张拉预 应力钢筋。3用锚具将预应力钢筋锚固后进行孔道压浆。后张法是靠工作锚具来传递和保持预加 应力的。12-6预应力混凝土构件对锚具有何要求？按传力锚固的受力原理，锚具如何分类？ 受力安全可靠；预应力损失要小；构造简单、紧凑，制作方便，用钢量少；张拉锚固方便迅速，设备简单。 1依靠摩阻力锚固的锚具 2依靠承压锚固的锚具3依靠黏结力锚固的锚具12-7公路桥梁中常用的制孔器有哪些？ 抽拔橡胶管与螺旋金属波纹管。12-

23、8预应力混凝土结构对所使用的混凝土有何要求？何谓高强度混凝土？ 1必须抗压强度高2钢材强度越高，混凝土强度级别也相应要求提高。 3混凝土能快硬、早强，以便能及早施加预应力，加快施工进度，提高设备、模版等的利用率。12-9混凝土的收缩和徐变对预应力混凝土构件有何影响？如何配制收缩和徐变小的混凝土？ 混凝土的收缩和徐变，使预应力混凝土构件缩短，因而将引起预应力钢筋中的预拉应力的下降，通常 称此为预应力损失。预应力钢筋的预应力损失，也相应地使混凝土中的预压应力减小。混凝土的 收缩和徐变值越大，则预应力损失值就越大，对预应力混凝土结构就越不利。12-10什么是混凝土的线性徐变？什么是混凝土的非线性徐变

24、？影响徐变的主要因素有哪些？ 当混凝土所承受的持续应力 6c小于等于0.5Fck时，其徐变应变值 Ec与混凝土应力6c之间，存在着线性关 系，在此范围内的徐变变形则称为 线性徐变。一般当混凝土应力 6c大于0.6Fck，则徐变应变不再与6c成正比例关系，此时称为 非线性徐变。因素：1荷载应力、持荷时间、混凝土的品质与加载龄期， 以及构件尺寸和工作的环境等。12-11预应力混凝土结构对所使用的预应力钢筋有何要求？公路桥梁中常用的预应力钢筋有哪些？ 1强度要求高2有较好的塑性3要具有良好的与混凝土粘结性能。 4应力松弛损失要低。钢绞线，消除应力钢丝和精轧螺纹钢筋。12-12理解预应力混凝土结构的三

25、种概念是什么？他们在分析和设计中有何作用？ 1 .预加应力的目的将砼变成弹性材料。作用不是配筋而是给预压应力以改变砼性能的一种手段。 2.使高强度钢筋和砼共同作用。预先将预应力钢筋拉到一定的应力状态，在使用阶段预应力钢筋的应力增加幅度 小，砼裂缝较细，这样二者可以一起工作 3.预加应力的目的实现荷载平衡。认为是砼构件预先施加与使用荷载相反的载荷以抵消部分荷载，使受弯构件在给定荷载条件下不受挠曲应力。两根跨径相同的砼简支梁，具有完全相同的截面尺寸，材料和配筋，一根加预应力，一根不加预应 力，问1，两者在使用阶段开裂，荷载是否相同，为什么？ 2两者的极限抗弯承载力是否相同，为什么？不相同，施加预应

26、力提高了简支梁的抗裂度和刚度，因为预先施加压应力抵消使用荷载作用下产 生的拉应力，使施加了预应力的构件在使用阶段中不出现裂缝，或可使裂缝大大推迟出现增加了结构 的耐久性。 相同，在初始阶段，预应力砼是全截面受压，一段时间后达到普通砼相同的程度，一开始下端受拉，钢筋逐渐达到屈服强度，上端砼被压碎，两种钢筋材料有相同的截面尺寸和配筋，所以 屈服强度也相同，两者的极限抗弯承载力荷载也相同13-1预应力混凝土受弯构件在施工阶段和使用阶段的受力有何特点？ 答：施工阶段中的预加应力承受的作用主要是偏心预压力，安装运输阶段认为预加力和梁的一期荷载但由于引起预应力损失的因素相 继增加，使预加力要比预加应力阶段

27、小。使用阶段构件承受偏心预加力和梁的一期恒载还有二期恒 载。13-2预应力混凝土梁的优越性是什么？决定预应力混凝土梁破坏弯矩的主要因素是什么？优越性是承载力高，可以实现大跨，轻巧，建筑美观。弯矩的原因，那就是外部作用力决定了弯矩。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？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。张拉控制预应力：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 制应力可以提高构件的抗裂性、减少钢筋用量。过高使用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延性，过低降低构件的承载力。13-4公路桥规中考虑的预应力损失主要有哪些？引起各项预应力损失的主要原因是什么？如何减 小各项预应力损失？预应力筋与管道壁引起的应力损失，主要由管道的弯曲和和管道的位置偏差 引起的。措施：1）采用两端张拉减少B值和和管道长度 X值。2）采用超张拉法（2）锚具变形，钢筋 回缩和接缝压缩引起的应力损失，主要由锚具收到的巨大压力引起的。 1）采用超张拉2）注意选用 值小的锚具对短小构件有位重要（ 3）钢筋与台座间的温差引起的应力损失，主要由温差变化引起的。采用二次升温的养护方法减少预应力损失（ 4）混凝土弹