8《结构设计原理》学习指导及习题

《结构设计原理》学习指导及习题

《结构设计原理》是一门必修的专业技术基础课，是一门实践性很强并与现行规范、规程等紧密相关的课程。先修课程有材料力学、工程制图、建筑材料、结构力学等。本课程所讲述的内容是后续《桥梁工程》等专业课程的理论基础和工程基础，也是学生毕业设计及参与工程实践活动必不可少的知识。因此，教学过程中也是把后续的相关专业的设计规范、规程（桥梁设计规范等）的知识点传授给学生的一个很重要的过程，并通过本课程实践性教学环节，使学生初步具有解决有关工程实际问题的综合素质与能力，培养学生实事求是、独立思考、勇于创造的科学精神。该课程在培养道路与桥梁工程专业高级工程技术人员的过程中处于核心地位。

本课程作为相关专业的必修课程，要求学生掌握课程的基础理论和基本概念及必要的实践能力。课程的难度主要体现在如下三个方面：

（1）道路与桥梁工程结构设计的基本概念和设计原则，包括钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、圬工结构和钢结构的基本概念及其相应结构材料的物理力学性能，以及各类结构构件的基本设计原则。 （2）结构构件的受力性能和破坏机理，包括钢筋混凝土受弯构件、受压构件、受拉构件的受力性能和破坏形态，以及预应力混凝土受弯构件的性能和破坏形态。

（3）结构构件的设计原理，包括构件的基本设计方法以及构件的极限承载能力计算和正常使用极限状态验算。

一、学习要点

课程教学对基本概念及计算理论分别按\了解\、\理解\和\深刻理解\的三个程度给出教学要求；对结构构件的设计计算方法和构造则分别给出\了解\、\掌握\和\熟练掌握\这三个程度的教学要求。

1总论

课程基本内容为工程结构及分类，各种工程结构特点及使用范围。 要求了解各种工程结构的特点。 2 钢筋混凝土结构基本概念及材料的物理力学性能

课程基本内容为钢筋混凝土结构概念；混凝土；钢筋；钢筋与混凝土之间的粘结。 要求理解混凝土的立方体抗压强度、混凝土轴心抗压强度和混凝土抗拉强度；理解复合应力状态下的混凝土强度；深刻理解混凝土在单调、短期加载作用下的变形性能；理解混凝土的徐变变形和收缩变形；理解钢筋混凝土结构概念和混凝土中设置钢筋的目的。 要求了解钢筋的强度与变形；掌握普通热轧钢筋的级别和品种。 要求理解钢筋与混凝土之间的粘结及其机理；了解影响粘结强度的因素。

3 极限状态法设计计算的原则

课程基本内容为概率极限状态设计法的基本概念；《公路桥规》的计算原则；材料设计强度的取值；作用、作用的代表值和作用效应组合。 要求理解结构可靠性与可靠度；深刻理解结构可靠度与极限状态。 要求深刻理解设计状况、结构的安全等级、承载能力极限状态和正常使用极限状态计算表达式。

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要求理解混凝土和钢筋的强度标准值、强度设计值。 要求理解结构上作用分类、作用的代表值和作用效应组合。

4 钢筋混凝土受弯构件承载力计算

课程基本内容为钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算，斜截面承载力计算。 要求了解常用的截面形式；掌握受弯构件的钢筋构造；熟练掌握混凝土保护层和钢筋间净距。 要求理解受弯构件正截面受力全过程；深刻理解受弯构件正截面破坏形态；理解正截面承载力计算的基本假定；深刻理解受压混凝土等效矩形应力图形、相对界限受压高度和最小配筋率。 要求深刻理解双筋截面的受压钢筋应力和T形截面翼缘板有效宽度。 要求熟练掌握单筋矩形截面、双筋矩形截面和T形截面受弯构件的截面设计和截面复核的方法。 要求了解受弯构件斜截面的受力特点，深刻理解斜截面破坏形态和影响因素。 要求掌握斜截面抗剪承载力计算的公式及适用条件；熟练掌握受弯构件的腹筋设计计算方法和斜截面抗剪承载力复核方法；掌握构造要求。 要求了解连续梁的斜截面抗剪承载力计算方法。

5 钢筋混凝土受压构件承载力计算

课程基本内容为轴心受压构件正截面承载力计算；偏心受压构件正截面计算的基本原则；矩形截面和圆形截面偏心受压构件正截面承载力计算。 要求了解按箍筋的功能和配置方式不同的轴向受压构件；理解普通箍筋柱的破坏形态及稳定系数；掌握正截面承载力计算方法和构造要求。 要求理解螺旋箍筋柱的破坏形态；掌握承载力计算方法和构造要求。 要求了解偏心受压构件的截面形式和配筋；理解偏心受压构件的破坏形态；掌握大、小偏压的界限和偏心矩增大系数；理解偏心受压构件的相关曲线。 要求熟练掌握对称布筋和非对称布筋的矩形截面偏心受压构件截面设计和截面复核的方法。 要求掌握工字形截面偏心受压构件计算方法。 要求熟练掌握圆形截面偏心受压构件的截面设计和截面复核方法。

6 钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形计算

课程基本内容为换算截面；受弯构件的弯曲裂缝宽度计算方法；受弯构件的刚度及变形计算；截面应力计算。 要求深刻理解进行计算的设计状况和作用效应组合；熟练掌握换算截面计算；掌握应力计算方法；深刻理解影响裂缝宽度的主要因素；掌握最大弯曲裂缝宽度计算方法，深刻理解抗弯刚度，掌握挠度计算方法和预拱度计算方法和预拱度设置方法。 要求深刻理解结构耐久性概念；理解影响耐久性的主要因素及耐久性设计基本要求。

7 局部承压

课程基本内容为局部承压的破坏形态与机理；局部承压区的计算。 要求理解局部承压的概念和破坏形态；理解混凝土局部承压提高系数；掌握局部承压区计算方法和构造要求。

8 预应力混凝土结构的基本概念

课程基本内容为预应力混凝土结构概念；先张法和后张法；材料要求。 要求深刻理解预应力混凝土结构的基本原理和预加应力的主要方法；理解预应力混凝土的分类；了解锚具和预加应力的其它设

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备。

9 预应力混凝土受弯构件

课程基本内容为预应力混凝土受弯正截面承载力和斜截面承载力计算；预加力计算与预应力损失计算；截面应力计算；抗裂性计算；变形计算；锚固区计算。 要求深刻理解预应力受弯构件的三个主要阶段。 要求熟练掌握承载力计算方法；熟练掌握预加力的计算与预应力损失的估算；熟练掌握受弯构件的截面应力计算和抗裂验算；掌握变形计算和端部锚固区计算。 要求掌握简支梁的截面设计方法和预应力钢筋布置构造要求。

10 部分预应力混凝土受弯构件

课程基本内容为部分预应力混凝土B类构件的概念与构造；B类构件的计算。 要求理解部分预应力混凝土的概念与混合配筋原则；掌握允许开裂的部分预应力混凝土受弯构件截面应力、裂缝宽度和变形计算方法；了解设计方法；掌握构造要求。

11 圬工结构

课程基本内容为圬工结构概念；材料种类及砌体；砌体的物理力学特性；圬工结构受压构件承载力计算。 要求了解圬工结构概念与分类；理解块材与砌体的概念；深入理解砌体的强度和变形。 要求掌握圬工结构构件计算原则；熟练掌握受压构件承载力计算方法。

二、复习题

（一）填空题

1.钢材含碳量越高，其强度就越___________，其变形能力就越___________。 2.钢筋混凝土梁正截面设计中，

???b是为了___________，而

As??minbh是为了___________。

3.在钢筋混凝土结构构件中，钢筋和混凝土共同工作的基础是___________和___________。

0.6???Astl?fy?sAst1?fyv?ucor?1.74.钢筋混凝土受扭构件计算中应满足___________，??1.7的目的是___________。

，其中0.6??的目的是

5.受弯构件受压区混凝土应力图形的等效原则是___________和___________。

6.根据功能要求，结构极限状态可分为___________极限状态和___________极限状态两大类，在按___________极限状态进行设计时，荷载效应及结构抗力需采用设计值。

7.钢筋是塑性性能是以___________和___________指标来反映。

8.钢筋和混凝土共同工作的基础是两者具有可靠的___________和相近的线性系数。 9.钢筋混凝土中常用的HRB400级钢筋代号中数字400表示________________。 10.有明显屈服点钢筋设计强度取值依据为钢筋的_______________强度。 11.衡量钢筋塑性性能好坏的指标有______________和钢筋的冷弯性能。

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12.钢筋的冷拉能提高钢筋的____________强度，但钢筋的塑性性能变差。 13.混凝土的弹性系数?随着混凝土应力的增加而___________________ 14.影响混凝土徐变的最主要因素是_________________________

15.结构的极限状态包括承载力极限状态和______________________两种。 16.结构的目标可靠度指标与结构的安全等级和_________________有关。 17．钢筋混凝土轴心受压构件承载力计算公式为N≤___________________有关。

18．混凝土的耐久性应根据结构的_________________和设计使用年限进行设计。

19．第一类T形截面受弯构件（中和轴位于翼缘内）计算中适用条件的判断公式中???min中，ρ=___________________________。

20．梁的斜截面抗剪承载力计算公式的建立是以________________破坏模式为依据的。 21．为保证____________________，弯起钢筋弯起点离充分利用点距离应为≥

h0/2?(fcA+fyAs)''，其中?主要与构件的

。

22．要求螺旋配筋混凝土轴心受压柱的承载力不大于同截面普通配筋柱承载力的1.5倍，是为了_________________________

23．小偏心受压构件的破坏特点是__________________________ 24．混凝土立方体强度_______（ ＞、＜、＝）轴心抗压强度。 25．影响裂缝宽度的主要因素是______________________

26．双筋梁中要求箍筋间距不应大于15d（d为受压筋直径）是为了___________ 27．连续梁按塑性设计要求ξ≤0.35是为了_________________________ （二）选择题

1. 梁的混凝土保护层厚度是指（ ） A．主筋外表面至梁表面的距离； B．箍筋外表面至梁表面的距离； C．主筋截面形心至梁表面的距离。

2. 钢筋混凝土构件中HPB235级钢筋端头做成弯钩形式是为了（ ） A．承担混凝土因收缩而产生的应力； B．增加混凝土与钢筋的粘结； C．施工方便

3. 设计时，我们希望梁斜截面抗剪破坏形态为（ ）

A．斜压破坏；

B.斜拉破坏 C.剪压破坏

4.计算单跨钢筋混凝土简支梁的变形时,构件刚度取（ ）

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A.最小刚度; B.最大刚度; C.平均刚度; D.各截面的计算刚度。

5．在钢筋混凝土连续梁活荷载的不利布置中，若求支座处的最大弯矩，则活荷载的正确布置是（ ） A．在该支座的右跨布置活荷载，然后隔跨布置； B．在该支座的相邻两跨布置活荷载，然后隔跨布置； C．在该支座的左跨布置活荷载，然后隔跨布置； D．以上说法都不正确。

6．在描述混凝土强度的诸指标中，其基本的强度指标是（ ） A．混凝土的轴心抗压强度标准值； B．混凝土的立方体抗压强度标准值； C．混凝土的立方体抗压设计强度。

7．弯起钢筋弯起点与充分利用点之间的距离?h02的目的是（ ） A．满足正截面抗弯承载力； B．满足斜截面抗剪承载力； C．满足斜截面抗弯承载力；

8．下列（ ）状态被认为超过正常使用极限状态。 A．影响正常使用的变形；

B．因过度的塑性变形而不适合于继续承载； C．结构或构件丧失稳定； D．连续梁中间支座产生塑性铰。

9．保持不变的长期荷载作用下，钢筋混凝土轴心受压构件中，混凝土徐变使（ ） A．混凝土压应力减少，钢筋的压应力也减少； B．混凝土及钢筋的压应力均不变；

C．混凝土压应力减少，钢筋的压应力增大。 10．钢筋混凝土梁（ ）

A．提高配箍率可以明显提高斜截面抗裂能力； B．提高配箍率可以防止斜压破坏； C．配置受压钢筋可以提高构件的延性；

D．提高纵筋配筋率可以明显提高梁的正截面抗裂能力。 11.下列各项中______达到承载力使用极限状态 A．轴心受压柱因达到临界荷载而丧失稳定性。 B．影响外观的变形。 C．令人不适的振动。

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