结构设计原理课后答案
第一章
1-1 配置在混凝土梁截面受拉区钢筋的作用是什么？P8
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。
钢筋的作用是代替混凝土受拉（受拉区混凝土出现裂缝后）或协助混凝土受压。
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P9：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
fcu表示。
混凝土轴心抗压强度P10：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
fc表示。
混凝土劈裂抗拉强度P10：我国交通部部颁标准《公路工程水泥混凝土试验规程》（JTG E30）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
fts?2FF?0.637πAA。
fts按下式计算：
混凝土抗拉强度P10：采用100×100×500mm混凝土棱柱体轴心受拉试验，破坏时试件在没有钢筋的中部截面被拉断，其平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉
强度，目前国内外常采用立方体或圆柱体的劈裂试验测得的混凝土劈裂抗拉强度值换算成轴心抗拉强度，换算时应乘以换算系数0.9，即
ft?0.9fts。
1-3 混凝土轴心受压的应力—应变曲线有何特点？P13影响混凝土轴心受压应力—应变曲线有哪几个因素？P14
答：完整的混凝土轴心受压应力-应变曲线由上升段OC、下降段CD和收敛段DE三个阶段组成。 上升段：当压应力
??0.3fc左右时，应力——应变关系接近直线变化（OA段）
，
??0.3fc后，随着压应力的增大，应力——
混凝土处于弹性阶段工作。在压应力
应变关系愈来愈偏离直线，任一点的应变?可分为弹性应变和塑性应变两部分，原有的混凝土内部微裂缝发展，并在孔隙等薄弱处产生新的个别裂缝。当应力达到0.8
fc（B点）左右后，混凝土塑性变形显著增大，内部裂缝不断延伸拓展，
并有几条贯通，应力——应变曲线斜率急剧减小，如果不继续加载，裂缝也会发展，即内部裂缝处于非稳定发展阶段。当应力达到最大应力
??fc时（C点）
，应
力-应变曲线的斜率已接近于水平，试件表面出现不连续的可见裂缝。
下降段：到达峰值应力点C后，混凝土的强度并不完全消失，随着应力?的减小（卸载），应变仍然增加，曲线下降坡度较陡，混凝土表面裂缝逐渐贯通。
收敛段：在反弯点D点之后，应力下降的速率减慢，趋于残余应力。表面纵缝把混凝土棱柱体分为若干个小柱，外载力由裂缝处的摩擦咬合力及小柱体的残余强度所承受。
影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素：混凝土强度、应变速率、测试技术和试验条件。
1-4 什么叫混凝土的徐变？P16影响徐变有哪些主要原因？P17
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。
1-5 混凝土的徐变和收缩变形都是随时间而增长的变形，两者有和不同之处？P16 P17
答：徐变变形是在持久作用下混凝土结构随时间推移而增加的应变；收缩变形是混凝土在凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象，是一种不受力情况下的自由变形。
1-6 公路桥梁钢筋混凝土结构采用普通热轧钢筋，普通热轧钢筋的拉伸应力-应变关系曲线有什么特点？P21《公路桥规》规定使用的普通热轧钢筋有哪些强度级别？强度等级代号分别是什么？
答：热轧钢筋从试验加载到拉断，共经历了4个阶段。
从开始加载到钢筋应力达到比例极限a点之前，钢筋拉伸的应力-应变曲线呈直线，钢筋的应力与应变比例为常数，钢筋处于弹性阶段；
钢筋受拉的应力超过比例极限之后，应变的增长快于应力增长，到达b点后，钢筋的应力基本不增加而应变持续增加，应力-应变曲线接近水平线，钢筋处于屈服阶段。一般以屈服下限为依据，称为屈服强度。
钢筋的拉伸应力超过f点之后，材料恢复了部分弹性性能，应力-应变曲线表现为上升曲线，到达曲线最高点d。d点的钢筋应力称为钢筋的极限强度，fd段称为钢筋的强化阶段。
过了d点后，钢筋试件薄弱处的截面发生局部颈缩，变形迅速增加，应力随之下降，达到e点时，钢筋被拉断。De段称为钢筋的破坏阶段。
1-7 什么是钢筋和混凝土之间粘结应力和粘结强度？P22 P23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？P25
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。
第二章
2-1 桥梁结构的功能包括哪几方面的内容？P30何谓结构的可靠性？P31 答：①桥梁结构的功能由其使用要求决定的，具体有如下四个方面：
安全性：（1）桥梁结构应能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种荷载、外加变形、约束变形等的作用；
（2）在偶然荷载（如地震、强风）作用下或偶然事件（如爆炸）发生时和发生后，桥梁结构产生局部损坏，但仍能保持整体稳定性，不发生倒塌。
适用性：（3）桥梁结构在正常使用条件下具有良好的工作性能，例如，不发生影响正常使用的过大变形或振动；
耐久性：（4）桥梁结构在正常使用和正常维护条件下，在规定的时间内，具有足够的耐久性，例如，不出现过大的裂缝宽度，不发生由于混凝土保护层碳化导致钢筋的修饰。
②结构的可靠性：指结构的安全性、适用性和耐久性。 2-2 结构的设计基准期和设计使用年限有何区别？P31
答：设计使用年限：设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按预定目的使用的年限。
结构的设计基准期：结构可靠度计算中另一时间域考虑，它是为确定可变作用的出现频率和设计时的取值而规定的标准时段。
二者是不同的概念，设计基准期的选择不考虑环境作用下与材料性能老化等相联系的结构耐久性，而仅考虑可变作用随时间变化的设计变量取值大小，而设计使用年限是与结构适用性失效的极限状态相联系。
2-3 什么叫极限状态？P32我国《公路桥规》规定了哪两类结构的极限状态？P32
答：①极限状态
当整个结构或结构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，此特定状态成为该功能的极限状态。
②承载能力极限状态和正常使用极限状态。
2-4 试解释一下名词：作用、直接作用、间接作用、抗力。P34
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和分布力； 间接作用：是指引起结构外加变形和约束变形的原因； 抗力：是指结构构件承受内力和变形的能力。
2-5我国《公路桥规》规定了结构设计哪三种状况？P41
答：持久状况、短暂状况和偶然状况。
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原则是什么？P39
我国《公路桥规》采用的是近似概率极限状态设计法。
①承载能力极限状态的计算以塑性理论为基础，设计的原则是作用效应最不利组合（基本组合）的设计值必须小于或等于结构抗力设计值，即?0Sd?R。
②正常使用状态是以结构弹性理论或弹塑性理论为基础，采用作用（或荷载）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，对构建的抗裂、裂缝宽度和挠度进行验算，并使各项计算值不超过《公路桥规》规定的各相应限值。设计表达式为S?C1.
2-7作用分为几类？P43什么叫作用的标准值，可变作用的准永久值可变作用的频遇值？P44
答：作用分为永久作用（恒载）、可变作用、偶然作用和地震作用四类； 作用的标准值：是结构和结构构件设计时，采用的各种作用的基本代表值。 可变作用的准永久值：指在设计基准期间，可变作用超越的总时间占设计基准期的比率较大的作用值。
可变作用频遇值：在设计基准期间，可变作用超越的总时间占设计基准期的比率较小或被超越的频率限制在规定频率内的作用值。它是对结构上较频繁出现的且量值较大的可变作用的取值。
2-8钢筋混凝土梁的支点截面处，结构重力产生的剪力标准值VGk?187.01kN；汽车荷载产生的剪力标准值VQ1k?261.76kN；冲击系数(1??)?1.19；人群荷载产生的剪力标准值VQ2k?57.2kN；温度梯度作用产生的剪力标准值
VQ3k?41.5kN，作用效应按线性关系考虑。参照例题2-3，试进行正常使用极限
状态设计时的作用效应组合计算。
解：①作用频遇效应组合
汽车荷载不计冲击系数的汽车荷载剪力标准值为：
VQ1k'?VQ1k1???261.76/1.19?219.97kN