結構設計原理

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鋼筋和混凝土兩種材料為什么能結合在一起工作？

鋼筋與混凝土之所以能共同工作，主要是由于：兩者間有良好的粘結力、相近的溫度線膨脹系數和混凝土對鋼筋的保護作用。P5

1.雙向應力狀態下混凝土強度變化曲線的變化特點？

復雜應力作用下混凝土強度的變化特點：當雙向受壓時，一向的混凝土強度隨著另一向壓應力的增加而增加，當雙向受拉時，雙向受拉的混凝土抗拉強度均接近于單向抗拉強度，當一向受拉、一向受壓時，混凝土的強度均低于單向（受拉或受壓時）的強度。P8-9

2.什么叫做混凝土的徐變？

徐變：在應力不變的情況下，混凝土的應變隨時間繼續增長的現象。P12-13

3.影響混凝土徐變的因素有哪些？

影響因素有：長期荷載作用下產生的應力大小、加載時混凝土的齡期、混凝土的組成成分和配合比、養護及使用條件下的溫度與濕度。發生徐變的原因在于長期荷載作用下，混凝土凝膠體中的水份逐漸壓出，水泥石逐漸粘性流動，微細空隙逐漸閉合，細晶體內部逐漸滑動，微細裂縫逐漸發生等各種因素的綜合結果。P12-13

4.混凝土收縮的概念？

收縮：在混凝土凝結和硬化的物理化學過程中體積隨時間而減小的現象。

引起的原因：初期是水泥石在水化凝固結硬過程中產生的體積變化；后期主要是混凝土內自由水分蒸化引起干縮。P14

5.影響鋼筋和混凝土粘結強度的因素？

影響鋼筋和混凝土粘結強度的因素(5個因素P20):混凝土強度、澆筑混凝土時鋼筋所處的位置、鋼筋之間的凈間距、混凝土保護層厚度、是否為帶肋鋼筋

6.什么是鋼筋和混凝土之間粘結應力和粘結強度？

（1）粘結應力：變形差（相對滑移）沿鋼筋與混凝土接觸面上產生的剪應力；鋼筋表面單位面積的粘結力即為鋼筋與混凝土的粘結應力。光面鋼筋與混凝土之間的粘結力由：化學膠著力、摩擦力和機械咬合力組成。（P19）

（2）粘結強度：實際工程中，通常以拔出試驗中粘結失效（鋼筋被拔出，或者混凝土被劈裂）時的最大平均粘結應力作為鋼筋和混凝土的粘結強度。

7.結構的可靠性和可靠度各指什么？

結構的安全性、適用性、耐久性總稱為結構的可靠性（P25）

結構的可靠度：結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的概率。(P25)

8.承載能力極限狀態是什么，何謂超過了該極限狀態？

結構或構件達到最大承載能力或不適于繼續承載的變形或變位狀態稱為承載能力極限狀態。出現下列四種狀態之一即認為超過了承載能力極限狀態：

（1）整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡，如滑動、傾覆等；

（2）結構構件或連接處因超過材料強度而破壞（包括疲勞破壞），或因過度的塑性變形而不能繼續承載；

（3）結構轉變成機動體系；

（4）結構或結構構件喪失穩定，如柱的壓屈失穩等。（P26）

9.正常使用極限狀態是什么，何謂超過了正常使用極限狀態？

結構或構件達到正常使用或耐久性能的某項限值的狀態稱為正常使用極限狀態。出現下列四種狀態之一即認為超過了正常使用極限狀態。

（1）影響正常使用或外觀的變形；

（2）影響正常使用或耐久性能的局部損壞；

（3）影響正常使用的振動；

（4）影響正常使用的其它特定狀態。（P26）

10.橋梁結構的功能包括哪幾方面的內容？何謂結構的可靠性、可靠度？

橋梁結構的功能包括4個方面的內容：（P25）

結構的安全性、適用性、耐久性總稱為結構的可靠性（P25）

結構的可靠度：結構在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的概率。(P25)

11.梁的鋼筋主要有哪些類型？

梁內的鋼筋有縱向受力鋼筋（主鋼筋）、彎起鋼筋或斜鋼筋、箍筋、架立鋼筋和水平縱向鋼筋等。（P43）

12.受彎構件正截面工作的三個基本假定是什么？

1、平截面假定；2、不考慮混凝土的抗拉強度；3、材料應力應力物理關系。

13.按照鋼筋混凝土受彎構件的配筋情況及相應破壞時的性質得到正截面破壞的三種形態是什么？細述三種形態。

鋼筋混凝土梁的受彎構件的破壞形態主要有少筋破壞、適筋破壞和超筋破壞，其中只要適筋破壞為延性破壞，其余為脆性破壞。三種破壞形態特征見P48-49

少筋梁的受拉區混凝土開裂后，受拉鋼筋達到屈服點，并迅速經歷整個流幅而進入強化階段，梁僅出現一條集中裂縫，不僅寬度較大，而且沿梁高延伸很高，此時受壓區混凝土還未壓壞，而裂縫寬度已經很寬，撓度過大，鋼筋甚至被拉斷。

適筋梁受拉區鋼筋首先達到屈服，其應力保持不變而應變顯著增大，直到受壓區邊緣混凝土的應變達到極限壓應變時，受壓區出現縱向水平裂縫，隨之因混凝土壓碎而破壞。

超筋梁的破壞是受壓區混凝土被壓壞，而受拉區鋼筋應力尚未達到屈服強度。破壞前的撓度及截面曲率曲線沒有明顯的轉折點，受拉區的裂縫開展不寬，破壞突然，沒有明顯預兆。

14.Pg56例3-1

例3-2

Pg64例3-6

Pg133例6-1

Pg153例7-1

Pg160例7-4

15.說明鋼筋混凝土板與鋼筋混凝土梁鋼筋布置的作用？

當荷載超過了素混凝土的梁的破壞荷載時，受拉區混凝土開裂，此時，受拉區混凝土雖退出工作，但配置在受拉區的鋼筋將承擔幾乎全部的拉力，能繼續承擔荷載，直到受拉鋼筋的應力達到屈服強度，繼而截面受壓區的混凝土也被壓碎破壞。P5

16.什么叫鋼筋混凝土少筋梁、適筋梁和超筋梁？各自有什么樣的破壞形態？

實際配筋率小于最小配筋率的梁稱為少筋梁；大于最小配筋率且小于最大配筋率的梁稱為適筋梁；大于最大配筋率的梁稱為超筋梁。

少筋梁的受拉區混凝土開裂后，受拉鋼筋達到屈服點，并迅速經歷整個流幅而進入強化階段，梁僅出現一條集中裂縫，不僅寬度較大，而且沿梁高延伸很高，此時受壓區混凝土還未壓壞，而裂縫寬度已經很寬，撓度過大，鋼筋甚至被拉斷。

適筋梁受拉區鋼筋首先達到屈服，其應力保持不變而應變顯著增大，直到受壓區邊緣混凝土的應變達到極限壓應變時，受壓區出現縱向水平裂縫，隨之因混凝土壓碎而破壞。

超筋梁的破壞是受壓區混凝土被壓壞，而受拉區鋼筋應力尚未達到屈服強度。破壞前的撓度及截面曲率曲線沒有明顯的轉折點，受拉區的裂縫開展不寬，破壞突然，沒有明顯預兆。見P48-49

17.鋼筋混凝土受彎構件沿斜截面破壞的形態有幾種？各在什么情況下發生？

鋼筋混凝土受彎構件沿斜截面破壞的形態主要有斜拉破壞（剪跨比m＞3時發生）、剪壓破壞（剪跨比1＜m＜3時發生）和斜壓破壞剪跨比m＜1時發生），均為脆性破壞。P78-79

18.影響鋼筋混凝土受彎構件斜截面抗彎能力的主要因素有哪些？

影響鋼筋混凝土受彎構件斜截面抗彎能力的主要因素:剪跨比、混凝土抗壓強度、縱向鋼筋配筋率、配箍率和箍筋強度（P80-82）

19.鋼筋混凝土純扭構件有哪幾種破壞形式？

鋼筋混凝土純扭構件的破壞形態有四種：少筋破壞、適筋破壞、超筋破壞和部分超筋破壞，除適筋破壞為延性破壞外，其余均為脆性破壞。P111-112。實際工程中通常都采用由箍筋和縱向鋼筋組成的空間骨架來承擔扭矩，并盡可能地在保證必要的保護層厚度下，沿截面周邊布置鋼筋，以增強抗扭能力。

20.什么叫作長柱的穩定系數？

鋼筋混凝土軸心受壓構件的穩定系數是指長柱失穩破壞時的臨界壓力與短柱壓壞時的軸心壓力的比值。或者說在鋼筋混凝土軸心受壓構件計算中，考慮構件長細比增大的附加效應使構件承載力降低的計算系數稱為軸心受壓構件的穩定系數。P129

21.偏心受壓構件的破壞形態有哪幾種，各自有什么特點？

偏心受壓構件的破壞形態有兩種：受拉破壞（大偏心受壓破壞）和受壓破壞（小偏心受壓破壞）。大偏心受壓破壞的特征為受拉鋼筋首先到達屈服強度，然后受壓混凝土壓壞。小偏心受壓破壞的特征為受壓區邊緣混凝土的應變達到極限壓應變，受壓區混凝土被壓碎，同一側的鋼筋壓應力達到屈服強度，而另一側的鋼筋，不論受拉還是受壓，其應力均達不到屈服強度，破壞前構件橫向變形無明顯的急劇增長。P140-141

22.大、小偏心受壓的界限是什么，各自有什么特點？

當受拉鋼筋達到屈服應變的同時，受壓邊緣的混凝土也正好達到極限壓應變值，即為界限狀態。大偏心受壓破壞的特征為受拉鋼筋首先到達屈服強度，然后受壓混凝土壓壞。小偏心受壓破壞的特征為受壓區邊緣混凝土的應變達到極限壓應變，受壓區混凝土被壓碎，同一側的鋼筋壓應力達到屈服強度，而另一側的鋼筋，不論受拉還是受壓，其應力均達不到屈服強度，破壞前構件橫向變形無明顯的急劇增長。P141

23.簡述鋼筋混凝土偏心受壓構件的破壞形態、破壞類型及判斷方法。

受拉鋼筋首先到達屈服強度，然后受壓混凝土壓壞為大偏心受壓破壞（ξ≤ξb為大偏心受壓破壞）。受壓區邊緣混凝土的應變達到極限壓應變，受壓區混凝土被壓碎，同一側的鋼筋壓應力達到屈服強度，而另一側的鋼筋，不論受拉還是受壓，其應力均達不到屈服強度，破壞前構件橫向變形無明顯的急劇增長，為小偏心受壓破壞（ξ＞ξb為小偏心受壓破壞）

24.影響受彎構件彎曲裂縫寬度的主要因素有哪些？

影響受彎構件彎曲裂縫寬度的主要因素包括：混凝土強度、保護層厚度、受拉鋼筋應力、鋼筋直徑、受拉鋼筋配筋率、鋼筋外形和構件受力性能等因素的影響。P192-193

25.引起鋼筋混凝土構件出現裂縫的主要因素有哪些？

引起鋼筋混凝土構件出現裂縫的主要因素有三種：1、作用效應引起；2、由外加變形或約束變形引起的裂縫；3、鋼筋銹蝕裂縫。P189

26.簡述配筋混凝土結構的分類

國外分為Ⅳ級：全預應力，有限預應力，部分預應力和普通鋼筋混凝土結構。國內分為三類：1、全預應力混凝土構件（預應力度λ≥1）——在作用短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣不允許出現拉應力；2、部分預應力混凝土構件（預應力度0＜λ＜1）——在作用短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣出現拉應力或出現不超過規定寬度的裂縫；3、鋼筋混凝土構件（預應力度λ=0）——不預加應力的混凝土構件。（P224）

27.預應力混凝土結構有哪些優缺點？

預應力混凝土結構的優點：提高了構件的抗裂度和剛度；可以節省材料，減少自重，可以減小混凝土梁的豎向剪力和主拉應力；結構質量安全可靠；預應力可做為結構構件連接的手段，促進了橋梁結構新體系與施工方法的發展。

缺點：工藝較復雜，對施工質量要求甚高，因而需要配備一支技術較熟練的專業隊伍；需要有一定的專門設備；預應力反拱度不易控制；預應力混凝土結構的開工費用較大，對于跨徑小、構件數量少的工程，成本較高。P225-226

28.何謂預應力混凝土？為什么要對構件施加預應力？其基本原理是什么？

所謂預應力混凝土，就是事先人為地在混凝土和鋼筋混凝土中引入內部應力，且其數值和分布恰好能將使用荷載產生的應力抵消到一個合適程度的配筋混凝土。（P222）

鋼筋混凝土結構施加預應力的主要目的主要有將混凝土變成彈性材料、實現荷載平衡、使高強度鋼筋與混凝土能共同工作。P240-242

基本原理：由于預先給混凝土梁施加了預壓應力，使混凝土梁在均布荷載作用下使下邊緣所產生的拉應力全部或部分的被抵消，因而可避免混凝土出現裂縫，混凝土梁可以全截面參與工作，這就相當于改善了梁中混凝土的抗拉性能，而且可以達到充分利用高強鋼材的目的。

29.什么是預應力度？《公路橋規》對預應力混凝土構件如何分類？

預應力度：由預加應力大小確定的消壓彎矩與外荷載產生的彎矩的比值。（P224）

分為三類：1、全預應力混凝土構件（預應力度λ≥1）——在作用短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣不允許出現拉應力；2、部分預應力混凝土構件（預應力度0＜λ＜1）——在作用短期效應組合下控制的正截面受拉邊緣出現拉應力或出現不超過規定寬度的裂縫；3、鋼筋混凝土構件（預應力度λ=0）——不預加應力的混凝土構件。（P224）

30.鋼筋張拉控制應力是什么？

張拉控制應力是指預應力鋼筋錨固前張拉鋼筋的千斤頂所顯示的總拉力除以預應力鋼筋截面積所求得的鋼筋應力值。（P253）

31.鋼筋預應力的損失要考慮哪些因素？

鋼筋預應力損失需要考慮6種因素，見題37，課本P254-264

32.何謂預應力損失？

預應力鋼筋的預應力隨著張拉、錨固過程和時間推移而降低的現象稱為預應力損失。

33.何謂張拉控制應力？

張拉控制應力是指預應力鋼筋錨固前張拉鋼筋的千斤頂所顯示的總拉力除以預應力鋼筋截面積所求得的鋼筋應力值。（P253）

34.張拉控制應力的高低對構件有何影響？

從提高預應力鋼筋的利用率來說，張拉控制應力應盡量高些，使構件混凝土獲得較大的預應力值以提高構件的抗裂性，同時可以減少鋼筋用量。但又不能定得過高，以免個別鋼筋在張拉或施工過程中被拉斷，而且張拉控制應力值增高，鋼筋的應力松弛損失也將增大。另外高應力狀態使構件可能出現縱向裂縫，過高的應力降低了構件的延性。（P253）

35.《公路橋規》中考慮的預應力損失主要有哪些？(見37題解答)

36.引起各項預應力損失的主要原因是什么？如何減小各項預應力損失？

《公路橋規》中考慮的預應力損失主要有6種，需判別屬于先張法還是后張法。其主要原因和減小預應力損失的措施如下：見P254-264

37.什么是截面抗彎效率指標？何謂束界？