第一篇：《结构设计原理》辅导资料
结构设计原理辅导资料
砌体建筑的结构型式
砌体房屋结构的静力设计内容包括：选择承重结构型式并进行结构布臵，确定结构计算简图，墙、柱高厚比验算，结构内力分析，承载力验算，房屋整体及各部位的构造设计等。
砌体房屋的结构型式是指房屋的竖向荷载承重结构体系，通常分为砌体墙柱承重结构体系、混合承重结构体系两大类。前者主要包括纵墙承重结构、横墙承重结构和纵横墙承重结构，后者包括底部框架砌体剪力墙承重结构和内框架砌体承重结构，两类结构体系的受力特点是有显著区别的。
1、砌体墙柱承重结构体系
其特点是在结构整个高度上都由墙柱承重。平行于房屋短向布臵的墙体称横墙，平行于房屋长向布臵的墙体称纵墙，房屋周边的墙体称外墙（长方向端部外墙又称山墙，）其余则称内墙。
在墙体承重结构房屋的设计中，确定承重墙、柱的布臵方案十分重要，因为它不仅影响房屋平面、空间的划分，更涉及荷载的传递途径和房屋的空间刚度等结构设计的基本问题。
（1）纵墙承重体系
纵墙承重结构是指由纵墙直接承受楼、屋面荷载的结构。荷载分为两种方式传递到纵墙上。一种是单向楼（屋）面板直接搁支在纵墙上，一种是搁支于进深梁上，进深梁又搁支于纵墙上。
（2）横墙承重结构
横墙承重结构是单向楼（屋）面直接搁支于横墙上形成的结构布臵方案。
（3）纵横墙承重结构
2、混合承重结构体系
（1）底部框架——剪力墙砌体结构
（2）内框架砌体结构
防止或减轻墙体开裂的主要措施
1、裂缝的性质
引起砌体结构墙体裂缝的因素很多，既有地基、温度、干缩，也有设计上的疏忽、施工质量、材料不合格及缺乏经验等。根据工程实践和统计资料这类裂缝几乎占全部可遇裂缝的80%以上。而最为常见的裂缝有两大类，一是温度裂缝，二是干燥收缩裂缝，简称干缩裂缝，以及由温度和干缩共同产生的裂缝。
（1）温度裂缝
温度的变化会引起材料的热胀、冷缩，当约束条件下温度变形引起的温度应力足够大时，墙体就会产生温度裂缝。最常见的裂缝是在混凝土平屋盖房屋顶层两端的墙体上，如在门窗洞边的正八字斜裂缝，平屋顶下或屋顶圈梁下沿砖(块)灰缝的水平裂缝，以及水平包角裂缝(包括女儿墙)。导致平屋顶温度裂缝的原因，是顶板的温度比其下的墙体高得多，而混凝土顶板的线胀系数又比砖砌体大得多，故顶板和墙体间的变形差，在墙体中产生很大的拉力和剪力。剪应力在墙体内的分布为两端附近较大，中间渐小，顶层大，下部小。温度裂缝是造成墙体早期裂缝的主要原因。这些裂缝一般经过一个冬夏之后才逐渐稳定，不再继续发展，裂缝的宽度随着温度变化而略有变化。
（2）干缩裂缝
烧结粘土砖，包括其它材料的烧结制品，其干缩变形很小，且变形完成比较快。只要不使用新出窑的砖，一般不要考虑砌体本身的干缩变形引起的附加应力。但对这类砌体在潮湿情况下会产生较大的湿胀，而且这种湿胀是不可逆的变形。对于砌块、灰砂砖、粉煤灰砖等砌体，随着含水量的降低，材料会产生较大的干缩变形。如混凝土砌块的干缩率为0.3～0.45mm/m，它相当于25～40℃的温度变形，可见干缩变形的影响很大。轻骨料块体砌体的干缩变形更大。干缩变形的特征是早期发展比较快，如砌块出窑后放臵28d能完成50%左右的干缩变形，以后逐步变慢，几年后材料才能停止干缩。但是干缩后的材料受湿后仍会发生膨胀，脱水后材料会再次发生干缩变形，但其干缩率有所减小，约为第一次的80%左右。这类干缩变形引起的裂缝在建筑上分布广、数量多、裂缝的程度也比较严重。如房屋内外纵墙中间对称分布的倒八字裂缝；在建筑底部一至二层窗台边出现的斜裂缝或竖向裂缝；在屋顶圈梁下出现的水平缝和水平包角裂缝；在大片墙面上出现的底部重、上部较轻的竖向裂缝。另外不同材料和构件的差异变形也会导致墙体开裂。如楼板错层处或高低层连接处常出现的裂缝，框架填充墙或柱间墙因不同材料的差异变形出现的裂缝；空腔墙内外叶墙用不同材料或温度、湿度变化引起的墙体裂缝，这种情况一般外叶墙裂缝较内叶墙严重。
（3）温度、干缩及其它裂缝
对于烧结类块材的砌体最常见的为温度裂缝，面对非烧结类块体，如砌块、灰砂砖、粉煤 灰砖等砌体，也同时存在温度和干缩共同作用下的裂缝，其在建筑物墙体上的分布一般可为这两种裂缝的组合，或因具体条件不同而呈现出不同的裂缝现象，而其裂缝的后果往往较单一因素更严重。另外设计上的疏忽、无针对性防裂措施、材料质量不合格、施工质量差、违反设计施工规程、砌体强度达不到设计要求，以及缺乏经验也是造成墙体裂缝的重要原因之一。如对混凝土砌块、灰砂砖等新型墙体材料，没有针对材料的特殊性，采用适合的砌筑砂浆、注芯材料和相应的构造措施，仍沿用粘土砖使用的砂浆和相应的抗裂措施，必然造成墙体出现较严重的裂缝。
2、砌体裂缝的控制
（1）裂缝的危害和防裂的迫切性
砌体属于脆性材料，裂缝的存在降低了墙体的质量，如整体性、耐久性和抗震性能，同时墙体的裂缝给居住者在感观上和心理上造成不良影响。特别是随着我国墙改、住房商品化的进展，人们对居住环境和建筑质量的要求不断提高，对建筑物墙体裂缝的控制的要求更为严格。由于建筑物的质量低劣，如墙体裂缝、渗漏等涉及的纠纷或官司也越来越多，建筑物的裂缝已成为住户评判建筑物安全的一个非常直观、敏感和首要的质量标准。因此加强砌体结构，特别是新材料砌体结构的抗裂措施，已成为工程量、国家行政主管部门，以及房屋开发商共同关注的课题。因为这涉及到新型墙体材料的顺利推广问题。
（2）裂缝宽度的标准问题
实际上建筑物的裂缝是不可避免的。此处提到的墙体裂缝宽度的标准(限值)，是一个宏观的标准，即肉眼明显可见的裂缝，砌体结构尚无这种标准。但对钢筋混凝土结构其最大裂缝宽度限值主要是考虑结构的耐久性，如裂缝宽度对钢筋腐蚀，以及外部构件在湿度和抗冻融方面的耐久性影响。我国到现在为止对外部构件(墙体)最危险的裂缝宽度尚未作过调查和评定。但根据德国资料，当裂缝宽度≤0.2mm时，对外部构件(墙体)的耐久性是不危险的。
对砌体结构来说，墙体的裂缝宽度多大是无害呢？这是个比较复杂的问题。因为它还涉及到可接受的美学方面的问题。它直接取决于观察人的目的和观察的距离。对钢筋混凝土结构，裂缝宽度＞0.3mm，通常在美学上是不能接受的，这个概念也可用于配筋砌体。而对无筋砌体似乎应比配筋砌体的裂缝宽度标准放宽些。但是对于客户来讲二者是完全一样的。这实际上是直观判别裂缝宽度的安全标准。
3、现有控制裂缝的原则和措施
长期以来人们一直在寻求控制砌体结构裂缝的实用方法，并根据裂缝的性质及影响因素有针对性的提出一些预防和控制裂缝的措施。从防止裂缝的概念上，形象地引出“防”、“放”、“抗”相结合的构想，这些构想、措施有的已运用到工程实践中，一些措施也引入到《砌体规范》中，也收到了一定的效果，但总的来说，我国砌体结构裂缝仍较严重，纠其原因有以下几种。
（1）设计者重视强度设计而忽略抗裂构造措施
长期以来住房公有制，人们对砌体结构的各种裂缝习以为常，设计者一般认为多层砌体房屋比较简单，在强度方面作必要的计算后，针对构造措施，绝大部分引用国家标准或标准图集，很少单独提出有关防裂要求和措施，更没有对这些措施的可行性进行调查或总结。因为裂缝的危险仅为潜在的，尚无结构安问题，不涉及到责任问题。
（2）我国《砌体规范》抗裂措施的局限性
我认为这是最为重要的原因。《砌体规范》GBJ3-88的抗裂措施主要有两条，一是第5.3.1条：对钢混凝土屋盖的温度变化和砌体的干缩变形引起的墙体开裂，可采取设臵保温层或隔热层；采用有檩屋盖或瓦材屋盖；控制硅酸盐砖和砌块出厂到砌筑的时间和防止雨淋。未考虑我国幅原辽阔、不同地区的气候、温度、湿度的巨大差异和相同措施的适应性。二是第5.3.2条：防止房屋在正常使用条件下，由温差和墙体干缩引起的墙体竖向裂缝，应在墙体中设臵伸缩缝。从规范的温度伸缩缝的最大间距可见，它主要取决于屋盖或楼盖的类别和有无保温层，而与砌体的种类、材料和收缩性能等无直接关系。可见我国的伸缩缝的作用主要是防止因建筑过长在结构中出现竖向裂缝，它一般不能防止由于钢混凝土屋盖的温度变形和砌体的干缩变形引起的墙体裂缝。
由此可见，《砌体规范》的抗裂措施，如温度区段限值，主要是针对干缩小、块体小的粘土砖砌体结构的，而对干缩大、块体尺寸比粘土砖大得多的混凝土砌块和硅酸盐砌体房屋，基本是不适用的。因为如果按照混凝土砌块、硅酸盐块体砌体的干缩率0.2～0.4mm/m，无筋砌体的温度区段不能越过10m；对配筋砌体也不能大于30m。在这方面，国外已有比较成熟的预防和控制墙体开裂的经验，值得借鉴：一是在较长的墙上设臵控制缝(变形缝)，这种控制缝和我国的双墙伸缩缝不同，而是在单墙上设臵的缝。该缝的构造既能允许建筑物墙体的伸缩变形，又能隔声和防风雨，当需要承受平面外水平力时，可通过设臵附加钢筋达到。这种控制缝的间距要比我国规范的伸缩缝区段小得多。如英国规范对粘土砖为10-15m，对混凝土砌块及硅酸盐砖一般不应大于6m；美国砼协会(ACI)规定，无筋砌体的最大控制缝间距为12-18m，配筋砌体控制缝间距不超过30m。二是在砌体中根据材料的干缩性能，配臵一定数量的抗裂钢筋，其配筋率各国不尽相同，从0.03%～0.2%，或将砌体设计成配筋砌体，如美国配筋砌体的最小含钢率为0.07%，该配筋率又抗裂，又能保证砌体具有一定的延性。
关于在砌体内配臵抗裂钢筋的数量(含钢率)和效果，是普遍比较关注的问
题。因为它涉及到用钢量和造价的增幅问题。
4、防止墙体开裂的具体构造措施建议
本文在综合了国内外砌体结构抗裂研究成果的基础上，结合我国当前的具体情况，提出的更具体的抗裂构造措施。它是对“防”、“放”、“抗”的具体体现。笔者认为这些措施可根据具体条件选择或综合应用。该措施已反映到我院为大庆油田砌块厂编制的《混凝土砌块建筑构造图集》中。
（1）防止混凝土屋盖的温度变化与砌体的干缩变形引起的墙体开裂，宜采取下列措施
a、屋盖上设臵保温层或隔热层；
b、在屋盖的适当部位设臵控制缝，控制缝的间距不大于30m；
c、当采用现浇混凝土挑檐的长度大于12m时，宜设臵分隔缝，分隔缝的宽度不应小于20mm，缝内用弹性油膏嵌缝；
d、建筑物温度伸缩缝的间距除应满足《砌体结构设计规范》BGJ3-88第5.3.2条的规定外，宜在建筑物墙体的适当部位设臵控制缝，控制缝的间距不宜大于30m。
（2）防止主要由墙体材料的干缩引起的裂缝可采用下列措施之一： a、设臵控制缝
①控制缝的设臵位臵
在墙的高度突然变化处设臵竖向控制缝；
在墙的厚度突然变化处设臵竖向控制缝；
在不大于离相交墙或转角墙允许接缝距离之半设臵竖向控制缝；
在门、窗洞口的一侧或两侧设臵竖向控制缝；
竖向控制缝，对3层以下的房屋，应沿房屋墙体的全高设臵；对大于3层的房屋，可仅在建筑物1-2层和顶层墙体的上述位臵设臵；
控制缝在楼、屋盖处可不贯通，但在该部位宜作成假缝，以控制可预料的裂缝；
控制缝作成隐式，与墙体的灰缝相一致，控制缝的宽度不大于12mm，控制缝内应用弹性密封材料，如聚硫化物、聚氨脂或硅树脂等填缝。
②控制缝的间距
对有规则洞口外墙不大于6mm；
对无洞墙体不大于8m及墙高的3倍；
在转角部位，控制缝至墙转角的距离不大于4.5m；
b、设臵灰缝钢筋
在墙洞口上、下的第一道和第二道灰缝，钢筋伸入洞口每侧长度不应小于600mm；
在楼盖标高以上，屋盖标高以下的第二或第三道灰缝，和靠近墙顶的部位； 灰缝钢筋的间距不大于600mm；
灰缝钢筋距楼、屋盖混凝土圈梁或配筋带的距离不小于600mm；
灰缝钢筋宜采用小螺纹钢筋焊接网片，网片的纵向钢筋不小于25，横筋间距不宜大于200mm；
对均匀配筋时含钢率不少于0.05%；局部截面配筋，如底、顶层窗洞上下不小于38；
灰缝钢筋宜通长设臵，当不便通长设臵时，允许搭接，搭接长度不应小于300mm；
灰缝钢筋两端应锚入相交墙或转角墙中，锚固长度不应小于300mm；
灰缝钢筋应埋入砂浆中，灰缝钢筋砂浆保护层，上下不小于3mm，外侧小于15mm，灰缝钢筋宜进行防腐处理；
当利用灰缝钢筋作砌体抗剪钢筋时，其配筋量应按计算确定，其搭接和锚固长度尚不应小于75d和300mm；
不配筋的外叶墙应设控制缝，控制缝间距不宜大于6m；
设臵灰缝钢筋的房屋的控制缝的间距不宜大于30m。
c、在建筑物墙体中设臵配筋带
在楼盖处和屋盖处；
墙体的顶部；
窗台的下部；
配筋带的间距不应大于2400mm，也不宜小于800mm；
配筋带的钢筋，对190mm厚墙，不应小于2ф12，对250～300mm厚墙不应小于2ф16，当配筋带作为过梁时，其配筋应按计算确定；
配筋带钢筋宜通长设臵，当不能通长设臵时，允许搭接，搭接长度不应小于45d和600mm；
配筋带钢筋应弯入转角墙处锚固，锚固长度不应小于35d和400mm；
当配筋带仅用于控制墙体裂缝时，宜在控制缝处断开，当设计考虑需要通过控制缝时，宜在该处的配筋带表面作成虚缝，以控制可预料的裂缝位臵；
对地震设防裂度≥7度的地区，配筋带的截面不应小于190mm×200mm，配筋不应小于410；
设臵配筋带的房屋的控制缝的间距不宜大于30m；
（3）也可根据建筑物的具体情况，如场地土及地震设防裂度、基础结构布臵型式、建筑物平面、外形等，综合采用上述抗裂措施。
三、典型习题
简答题
1、圈梁
答：砌体结构房屋墙体内沿水平方向设臵的封闭状按构造配筋的现浇钢筋混凝土梁式构件称为圈梁，圈梁的作用是增强房屋的整体性和整体刚度，有效改善由于地基不均匀沉降或较大振动荷载对砌体的不利影响。
2、何谓砌体局压的“套箍强化”作用？
答：当在砌体局部面积上施加均匀压力时，局部受压的砌体在产生纵向变形的同时还会发生横向变形，而周围未承受压力的砌体会对受压区砌体有一定的约束，所以在荷载作用面至某一高度范围内的砌体处于双向或三向受压状态，使砌体局部受压面积处的抗压强度得到提高，这叫做“套箍强化”作用。
第二篇：工程结构设计原理
荷载设计值和标准值有什么关系？
答案：荷载的设计值等于荷载的标准值乘荷载分项系数。这在荷载规范中已有明确规定，永久荷载的分项系数为1.2或1.35；可变荷载为1.4或1.3。所以设计值会比标准值要大
材料强度设计值与材料强度标准值有什么关系？
材料强度的设计值等于材料强度的标准值乘材料强度的分项系数。在现行各结构设计规范中虽没有给出材料强度的分项系数，而是直接给出了材料强度的设计值，但你如果仔细研究是不难发现标准值和设计值之间的系数关系的。材料强度的分项系数一般都小于1。各种分项系数在某种意义上可以理解为是一种安全系数。材料分项系数：是一个大于1.0的系数，考虑材料强度低于标准值的可能性。
例如，钢筋在受到外力作用下会产生变形，变形过程分为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。在屈服阶段之前，如果卸去外力，还可以恢复到以前状态（物理变化），标准值说的就是下屈服值（例：HRB335钢筋屈服点为335Mpa。抗拉强度为最大力强度，即为455Mpa.）一般设计时都采用屈服强度为设计值，所以设计值远远小于抗拉强度，就是考虑到钢筋在收到外力作用下的变形，（即：在达到屈服强度还可以回复原来状态）。
1、作用及作用效应
(1)作 用：引起结构内力和变形的一切原因。
直接作用：直接以力的不同集结形式作用于结构，也称为荷载；
间接作用：不是直接以力出现，但是对结构产生内力。
(2)作用效应：作用在结构上产生的内力和变形等。
由直接作用(荷载)引起的效应称为荷载效应。
2、S — 作用效应 Action Effect ：结构上的作用是使结构产生内力、变形和裂缝的原因的总称，分为直接作用和间接作用，作用效应即为作用引起的构件内力。R — 结构抗力 Resistant：结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度[f]、容许裂缝宽度[w]。
S < R可靠S = R极限状态S > R失效
2、作用的分类
(1)按照随时间的变异性分类
永久作用：不随时间变化，或变化幅度可以忽略；
可变作用：随时间变化，且变化幅度不可以忽略；
偶然作用：可能，但不一定出现，一旦出现效应很大。
(2)按照随位置的变异性分类
固定作用：在结构空间位置上具有固定的分布；
可动作用：在结构空间位置一定范围内可以任意分布。
(3)按照结构的反应分类：
静态作用：对结构不产生动力效应，或小的可以忽略；
动态作用：对结构产生动力效应，且不可以忽略。荷载的代表值
(1)实质：以确定值（代表值）表达不确定的随机变量，便于设计时，定量描述和运算。
(2)取值原则：根据荷载概率分布特征, 控制保证率。
代表值取值
永久荷载的代表值
标准值Gk：取设计基准期内最大荷载概率分布的平均值，保证率50%；
可变荷载的代表值
标准值Qk：基本代表值，保证率尚未统一，依据工程经验，可查荷载规范；
准永久值Ψq Qk ：对可变荷载稳定性的描述，在使用期内具有较长的持续时间，类似于永久荷载，等于标准值乘准永久值系数；组合值Ψc Qk ：两种或（以上）可变荷载作用时，都以标准值出现的概率小，因此对标准值乘以组合系数进行折减。
2、材料强度的标准值
(1)实质：以确定值（标准值）表达不确定值，便于应用。
(2)标准值取值：根据材料强度概率分布的0.05分位值，即95%保证率的要求确定。
3、抗力的概率分布模式
抗力由多个随机变量相乘而得，函数近似服从对数正态分布
结构的功能
（1）安全性：要求结构承担正常施工和正常使用条件下，可能出现的各种作用，而不产生破坏。并且在偶然事件发生时以及发生后，能保持必需的整体稳定性，不至于因局部损坏而产生连续破坏。
（2）适用性：要求结构在正常使用时满足正常的要求，具有良好的工作性能。
（3）耐久性：要求结构在正常使用和维护下，在规定的使用期内，能够满足安全和使用功能要求。如材料的老化、腐蚀等不能超过规定的限制等。
2、极限状态
(1)定义：极限状态是判别结构是否能够满足其功能要求的标准，指结构或结构一部分处于失效边缘的状态。
(2)分类：
承载能力极限状态：是判别结构是否满足安全性要求的标准，指结构或结构，构件达到最大承载能力或不适于继续加载的变形。
正常使用极限状态：是判别结构是否满足正常使用和耐久性要求的标准，指结构或构件达到正常使用或耐久性的某些规定限值。
1、功能函数与极限状态方程
(1)功能函数 Z=R-S=g(X1,X2,X3….Xn)
(2)结果分析
Z=R-S>0：处于可靠状态；
Z=R-S<0：处于不可靠状态，即失效；
Z=R-S=0：处于极限状态，此方程称极限状态方程
2、结构的可靠性
(1)关于结构设计
本质：对比、控制R和S，即保证R-S>0
问题：R和S为随机变量，功能函数值Z是随机变量，绝对保证R大于S不可能！解决方法：控制可靠度，绝大多数情况下：R>S允许极少数情况下：R (2)结构可靠度和失效概率 可靠度(可靠概率)：是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，以失效概率：结构不能完成预定功能的概率，以Pf表示。 对于结构设计而言，如何设计的安全呢？ 荷载取值越大，内力值就越大，设计的构件截面尺寸也愈大，结构愈安全； 材料强度取值越低，结构所需截面越大，结构愈安全。 结构的可靠概率与失效概率的关系 结构抗力R与作用效应S都是随机变量，因此功能函数Z=R-S也是随机变量 Z>0结构可靠；Z=0结构处于极限状态；Z<0 结构失效 荷载效应的表达 采用荷载代表值来描述荷载的大小 对于永久荷载，其代表值就是标准值，即结构自重； 对于可变荷载，其代表值分别为标准值、组合值和准永久值 根据建筑结构的重要性将结构分为三个安全等级，采用结构重要性系数来体现。 g0 ——结构重要性系数一级 － g0＝1.1二级 － g0＝1.0三级 － g0＝0.9 双向受拉：强度接近单向受拉强度 双向受压：抗压强度和极限压应变均有所提高 一拉一压：强度降低 Ps表示。 试题名称：404结构设计原理（A） 2007年硕士研究生入学考试试题 试题名称：404结构设计原理（A） 一、名词解释（每小题6分, 共54分） 1.混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长的变形称为徐变，当应力≤0.5R0a时，为线性徐变 2.结构的安全性，适用性，耐久性这三者总称为可靠性 3.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抗压性能相同的假想材料组成的匀质截面为换算截面 4.超过这种极限状态而导致的破坏，是指允许结构物发生局部损坏，而对已发生就不破坏结构的其余部分，应该具有适当的可靠度，能继续承受降低了的设计荷载。 5.构件的受力表面上仅有部分面积承受压力时，称为局部承压。 6.砌体是由不同形状和尺寸的砖、石及混凝土块材通过砂浆等胶结料按一定的砌筑规则砌筑而成的满足构件既定尺寸和形状的受力整体。 7.当配筋率超过一定值，受压区混凝土压碎，受拉钢筋未屈服的梁。 8.按正常使用极限状态设计时受弯构件预应力度λ是由预加力大小确定的消压弯矩M0与外荷载弯矩M的比值 9.梁高与跨径相差不大的梁；计算时除了考虑弯曲变形外，还须考虑剪切变形的影响 10、钢筋与混凝土由于受变形差（相对滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力。 二、简答题（每小题10分, 共40分） 1、答：内部因素：混凝土强度，渗透性，混凝土强度标号，水泥品种，等级，用量，外加剂用量。外部因素：温度，CO2含量，考虑问题：冻融破坏，碱集料，侵蚀性介质腐蚀（SO+，H+，海水，盐类结晶型腐蚀），机械磨损，混凝土炭化，钢筋锈蚀等。 2、答：应考虑的因素：大气侵蚀因素，其他环境因素作用，及保证钢筋和混凝土有良好的粘结性。 3、答：不能再增加荷载，因为裂缝截面出的受拉钢筋已经屈服，因此其拉力保持为常值；裂缝截面出受拉区大部分混凝土已经推出工作，受压区混凝土压应力曲线图形比较丰满，有上升端曲线，也有下江段曲线；由于裂缝开展使得截面内力臂略有增加，故截面弯矩也 略有增加；弯矩—曲率关系为接近与水平直线的曲线，截面承载能力没有明显变化。 4、答：受拉区施加预应力对受力性能的影响：减小构件竖向剪应力和主拉应力，提高结构的刚度，减小重复荷载的应力幅值。 受压区施加预应力对受力性能的影响：对跨度较大的构件，为满足运输、安装过程中的受力要求，有时需在使用阶段的受压区设置预应力钢筋。不利影响：抗裂性和承载能力均下降。 5、答:钢材破坏的两种形式：塑性破坏和脆性破坏。 对结构安全的影响：塑性破坏由于变形过大，超过了钢材可能的应变能力而产生，由于有较大的塑性变形发生且变形持续时间较长，容易即使发现而采取措施给予补救，对结构安全影响小；脆性破坏是突然发生的没有明显的预兆，因而无法及时察觉和采取补救措施，一旦发生则可能导致整个结构发生破坏，与塑性破坏相比较，其后果严重，危险性较大。 6、全预应力混凝土简支受弯构件的主要设计步骤： （1）根据设计要求，参照已有设计的图纸和资料，选定构件的截面型式与相应尺 寸。 （2）根据结构可能出现的荷载组合，计算控制截面最大的设计弯矩和剪力。 （3）根据正截面抗弯要求和已初定的混凝土截面尺寸，估算预应力钢筋的数量并 进行合理布置 试题名称：404结构设计原理（A） （4）计算主梁截面几何特性 （5）计算预应力筋的张拉控制应力，估算各项合理损失并计算各阶段相应的有效 预应力 （6）进行施工和使用阶段的应力验算 （7）进行正截面、斜截面强度验算 （8）进行主梁的变形计算 （9）进行锚端局部承受计算与锚固区设计 7、。 8、。 三、叙述题 3、答：钢筋混凝土受弯构件纵向受拉钢筋的弯起位置的确定，应考虑正截面抗弯强度、斜截面抗弯强度和斜截面抗剪强度三方面的问题。其中正截面抗弯强度通过计算满足MjMu保证安全；斜截面抗弯强度通过构造保证其安全性，即弯起点距钢筋充分利用点的距离0.5h0；斜截面抗剪通过计算满足QjQu保证其受力的安全性。 4、答：复合应力状态下的混凝土强度有二向应力状态、三向应力状态、法向应力和剪应力复合后的强度。（5分） 在二向应力状态中双向受拉两应力相互影响不大，双向受压混凝土强度要比单向受强度提高27%，拉压复合时混凝土的强度将会降低。法向应力和剪应力复合状态下，由于剪应力的存在，混凝土的抗压强度将低于单轴向抗压强度。三向应受压状态下，混凝土的抗压强度将大为提高，比单向受强度提高6~7倍。（5分） 在设计中采用受压柱中配置箍筋和钢管混凝土柱以及抗剪钢筋与预应力筋等满足这些特性。（5分） 5、答：受弯构件中，箍筋主要帮助混凝土抗剪，抑制裂缝开展和延伸，固定纵向钢筋并与其组成骨架。形式主要有：双肢开口式、双肢封闭式、四肢封闭式。 受压构件中，有普通箍筋和螺旋箍筋，普通箍筋的主要作用是防止纵向钢筋局部压屈，并与纵向钢筋形成钢筋骨架便于施工，螺旋箍筋的作用是使截面核心混凝土成为约束混凝土，从而提高构件的强度和延性。 受扭构件中，箍筋的作用是直接抵抗主拉应力，限制裂缝的开展，其形式必须采取封闭式。 6、答： 因为轴心受压构件的承载力虽然主要由混凝土负担，但设置纵向钢筋一方面可以协助混凝土受压以减少构件截面尺寸，另一方面可以承受可能存在的不大的弯矩，防止构件的突然脆性破坏。 要求对配筋率不易过大，因为随着荷载持续时间的增长，混凝土压应力增大，钢筋压应力增大，一开始变化快，以后逐步趋于稳定，其中，混凝土的压应力变化幅度较小，钢筋应力变化幅度大，在发生混凝土徐变时，混凝土与钢筋之间仍有粘结力，两者的变形不能协调，造成实际上混凝土受拉而钢筋受压，若纵向钢筋配筋率过大，可能使混凝土的拉应力达到其抗拉强度后而拉裂，会出现若干与轴线垂直的贯通裂缝，故在设计中全部受压钢筋配筋率不易超过3—5%，若很小时纵筋对构件承载力影响很小，接近素混凝土，徐变使混凝土的应力降低很多，纵筋将起不到防止脆性破坏的缓冲作用，同时为了承受可能存在的较小弯矩，以及混凝土收缩，温变引起的拉应力规定不小于0.2%。 适用专业代码：081406、085213 适用专业名称：桥梁与隧道工程 课程编号：802课程名称：结构设计原理 一、考试的总体要求 考察学生对结构设计原理的基础知识及概念的掌握程度：包括钢筋混凝土、预应力混凝土、圬工、钢结构及组合结构构件的受力特性及设计计算方法，对实际工程结构构件独立进行设计验算，运用基本原理和实验研究解决工程实际问题的能力等。 二、考试内容及比例 1、钢筋混凝土结构。要求掌握钢筋混凝土结构的基本概念和受力构件的强度、刚度计算原理，熟悉极限状态法设计的基本概念和现行公路混凝土桥涵设计规范，了解深梁的破坏形态及计算。试题比例约为25%。 2、预应力混凝土结构。要求掌握预应力混凝土结构的基本概念和受弯构件的设计与计算原理，熟悉部分预应力混凝土受弯构件受力特点及设计计算方法，了解其它预应力混凝土结构。试题比例约为25%。 3、圬工结构。要求掌握砖、石及混凝土结构的基本概念，熟悉受压构件的强度计算，了解其它受力构的强度计算。试题比例约为5%。 4、钢结构。熟悉钢结构中材料与结构的基本特性、失效类型及控制措施，要求掌握钢结构连接和基本构件的受力特性与设计计算方法，以及现行公路钢结构桥梁设计规范的相关规定。试题比例约为30%。 5、钢-混凝土组合结构。要求掌握钢-混凝土组合结构基本概念、受力特性，熟悉钢-混凝土组合结构的计算原理，了解钢-混凝土组合结构的构造设计规定。试题比例约为15%。 三、试卷类型及比例 1、选择题10% 2、简答题30% 3、论述题30% 4、计算题30% 四、考试形式及时间 考试形式为闭卷笔试，考试时间为3小时左右。 五、主要教材及参考书目 1、《结构设计原理》（第二版）人民交通出版社，叶见曙等主编，2005.5.2、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)，人民交通出版社,2004.3、中华人民共和国行业标准.《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86)，人民交通出版社,1986.4、中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004).北京: 人民交通出版社,2004.5、中华人民共和国行业标准.公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005).北京: 人民交通出版社,2005.6、沈祖炎 等.钢结构基本原理.北京：中国建筑工业出版社, 2008.7、聂建国 等.钢-混凝土组合结构.北京：中国建筑工业出版社, 2005. 一钢筋砼结构：筋或钢筋骨架的砼制成的结构。由配置受力的普通钢2.土的变形将随时间而增加，徐变：在荷载的长期作用下，混凝亦即在应力不变的情况下，间继续增长。3.混凝土的应变随时用下产生的应力大小②加荷时砼的徐变影响因素：①砼在长期荷载作龄期③砼的组成成分和配合比④养护及使用条件下的温度与湿度 4.化学过程中体积随时间推移而减小收缩：在混凝土凝结和硬化的物理的现象 5.部分超过某一特定状态而不能满足极限状态：当整个结构或结构的一设计规定的某一功能要求时，则此特定状态成为该功能的极限状态。6.构构件达到最大承载能力，承载力极限状态：对应于结构或结或不适于继续承载的变形或变位的状态。个结构或结构的一部分作为刚体失①整去平衡如滑动倾覆②结构构件或连接处因超过材料强度而破坏劳破坏）（包括疲继续承载③结构转变成机动体系④或因过度的塑性变形而不能结构或结构构件丧失稳定如柱的屈压失稳7.结构构件达到正常使用或耐久性能正常使用极限状态：对应于结构或的某项限值的状态。或外观的变形②影响正常使用或耐①影响正常使用久性的局部损坏③影响正常使用的振动④影响正常使用的其他特定状态 8.定的条件下，完成预定功能的概率可靠度：结构在规定时间内，在规9.全等级②砼构件破坏类型可靠度指标与什么有关：①结构安 一、1.来协助混凝土承担压力的截面双筋截面 名词解释：在截面受压区配置钢筋 2.My=Mu界限破坏/平衡破坏：当ρ增大到使 混凝土压碎几乎同时发生。时，受拉钢筋屈服与受压区3.界限破坏 梁的受拉区钢筋达到屈服应变/平衡破坏：当钢筋混凝土 εy缘也同时达到其极限压应变而开始屈服时，受压区混凝土边而破坏 εcu1.四章相对界限受压区高度 ξb： 1.力剪跨比：-名词解释 受弯构件斜截面破坏形态和抗剪能σ与剪应力剪跨比τ的相对比值，m反映了梁内正应是影响力的主要因素，2.配箍率： 六七章1.考虑纵向挠曲影响偏心距增大系数η：-名词 向力偏心距增大系数（二阶效应）偏心受压构件的轴2.构件计算中，稳定系数φ：附加效应使构件承载力降低的计算考虑构建长细比增大的钢筋混凝土轴心受压系数成为轴心受压构件的稳定系数。九章1.-名词 境、耐久性：指混凝土结构在自然环下，使用环境及材料内部因素的作用需要花费大量资金加固处理而保持 在设计要求的目标使用期内，不 安全、使用功能和外观要求的能力二篇1.-名词 凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，预应力混凝土： 是事先人为地在混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2.混凝土的方法先张法：先张拉钢筋，后浇筑构件 3.混凝土结硬后，后张法：先先浇筑构件混凝土，待锚固的方法 再张拉预应力钢筋并4.随着张拉、预应力损失：预应力钢筋的预应力低的现象 锚固过程和时间推移而降 一章1.-简答题的材料，钢筋和混凝土两种力学性能不同作的理由？？？？能结合在一起有效的共同工答：1：混凝土和钢筋之间有着良好的粘结力，个整体，使两者能可靠的结合成一同变形，完成其结构功能在荷载作用下能够很好的共 2也较为接近，钢筋（：钢筋和混凝土的温度线膨胀系数度，混凝土（1.0*10-5~1.2*10-51.2*10-5）/）摄氏，因此，温度应力而破坏两者之间的粘结，当温度变化时，不致产生较大的3保护钢筋免遭锈蚀的作用，：包围在钢筋外面的混凝土，起着 筋和混凝土的共同作用保证了钢 三章1.-简答题 筋，其作用是什么？钢筋混凝土梁和板内配置哪些钢在板的受拉区的主钢筋答：主钢筋：沿板的跨度方向布置 分布钢筋： 钢筋垂直于板受力钢筋的分布时也起着固定受力钢筋位置、作用：使主钢筋受力更均匀同凝土收缩和温度应力的作用。分担混 纵向受拉钢筋弯起钢筋： 斜钢筋：： 梁内箍筋 且在构造上起着固定纵向钢筋位置：作用：帮助混凝土抗剪而的作用并与纵向钢筋、架立钢筋等组成骨架，架立钢筋 设置的纵向钢筋：为构成钢筋骨架用而附加 抗裂钢筋后，可以减小混凝土裂缝宽度：在梁侧面发生混凝土裂缝2.<=x<=在双筋截面中，为什么要求2a’s 筋答：A’s2aξb h0 ?达到抗压强度设计值’s <=x因为为了保证受压钢f’sd梁情况x<=ξb h0为了防止出现超筋3些基本假定？.受弯构件正截面承载力计算有哪 抗拉强度答：平截面假定材料应力应变的应力不考虑混凝土的 4.为哪几个阶段？每个阶段的特点适筋梁正截面破坏受力全过程分答：Ⅰ弹性工作阶段Ⅱ塑性变形阶段 Ⅲ破坏阶段Ⅰ阶段 有裂缝：梁混凝土全截面工作，梁没 Ⅱ阶段上，力随荷载的增加而增加，拉区混凝土退出工作，：出现裂缝，再有裂缝的界面 钢筋拉应Ⅲ阶段筋的拉应力一般仍维持在屈服强度：钢筋的拉应变增加很快但钢不变，裂缝急剧开展，中和轴继续上升，不断增大混凝土受压区不断缩小，压应力5.答：如何判断 度中和轴在受压翼板内，T形的种类 受压区高果中和轴在梁肋部，受压区高度x<=h’f则为第一类T形截面，如x>h6.’f则为第二类T形截面答：混凝土结构的优缺点 优点：混凝土可模型较好，结构造型灵活，形状的构件，可以根据需要浇筑成各种好，缺点：自重较大，抗裂性较差，结构整体性、耐久性较四章修补困难1.-简答 么情况下发生？斜截面破坏形态有几类？各在什 答： 大（斜拉破坏，m>3） 往往发生于剪跨比较减压破坏，剪跨比为下易发生1<=m<=3情况斜压破坏，剪跨比较小（m<1）2.素有哪些？影响斜截面受剪承载力的主要因答：剪跨比m，混凝土抗压强度fcu，纵向钢筋配筋率配箍率和箍筋强度 3.上、下限，实质是什么斜截面抗剪承载力为什么要规定载力公式的使用条件？）?（即抗剪承答：时，当梁的截面尺寸较小而剪力过大 就可能在梁的肋部产生过大的主压应力，板压坏）使梁发生斜压破坏（或梁肋小尺寸。所以要设置上限值即截面最 钢筋混凝土梁出现斜裂缝后，处原来由混凝土承受的拉力全部传斜裂缝给箍筋承担，使箍筋的拉应力突然增大，应力很快达到其屈服强度，为了不至于斜裂缝一出现，地抑制斜裂缝发展，甚至箍筋被拉断不能有效箍筋而导致发生斜拉破坏就要设置下限值4.弯矩包络图？两者之间的关系如什么叫材料抵抗弯矩图？什么叫何？答：材料抵抗弯矩图 ：是沿梁长各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，面所具有的抗弯承载力即表示各正截 弯矩包络图矩组合设计值：是沿梁长度各截面上弯标表示该截面上作用的最大设计弯Md的分布图，其纵坐矩关系 图，保证了梁段内任一截面不会发生：抵抗弯矩图外包了弯矩包络正截面破坏饿斜截面抗弯破坏，梁的抵抗弯矩图应覆盖计算弯矩包采用络图的原则可以解决纵向钢筋在弯 起钢筋弯起点是否可以弯起的问题。六七章-简答 1.轴心受压构件设计时，纵向受力钢筋和箍筋的作用分别是什么？ 答：纵向受力钢筋：①协助混凝土承担压力，可减小构件截面尺寸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，箍筋：防止纵向钢筋局部压屈，并与纵向钢筋形成钢筋骨架，便于施工 2.进行螺旋筋柱正截面受压承载力计算时，有哪些限制条件？为什么要做出这些限制条件？ 答：满足0.9(fcd A cor+kfsdAs0+f’sdA’s)<=1.35υ(fcdA+f’cdA’s)否则保护层会过早剥落P1353.写出桥梁工程中，矩形截面大、小偏心受压构件承载力的计算公式 P146~147 二篇-简答 1.公路桥规规定的先（后）张预应力混凝土梁中预应力损失为几项？ 答：先张：钢筋与台座间的温差引起的应力损失 后张：预应力筋与管道壁间摩擦引起的应力损失 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 先后：钢筋与台座间的温度差引起的应力损失，混凝土弹性压缩引起的应力损失，钢筋松弛引起的应力损失，混凝土收缩和徐变引起的应力损失 2.预应力混凝土结构的优缺点？ 答：优点：提高了构件的抗裂度和刚度，可以节省材料，减少自重，可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力，结构质量安全可靠，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 缺点：工艺较复杂，对施工质量要求甚高，需要有专门设备，如张拉机具、灌浆设备等。预应力上拱度不易控制，预应力混凝土结构的开工费较大，对于跨径小、构件数量少的工程，成本较高第三篇：结构设计原理-2007答案
第四篇：802-《结构设计原理》
第五篇：结构设计原理 小结
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