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结构设计原理自考复习题及答案

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结构设计原理
1. 钢筋和混凝土两种材料为什么能结合在一起工作？
钢筋与混凝土之因此能共同工作，主要是由于：两者间有良好的粘结力、相近的温度线膨胀系数和混凝土对钢筋的保护作用。P5
2. 双向应力状态下混凝土强度变化曲线的变化特点？
复杂应力作用下混凝土强度的变化特点：当双向受压时，一向的混凝土强度随着另一向压应力的增加而增加，当双向受拉时，双向受拉的混凝土抗拉强度均接近于单向抗拉强度，当一向受拉、一向受压时，混凝土的强度均低于单向（受拉或受压时）的强度。P8-9
3. 什么叫做混凝土的徐变？
徐变：在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长的现象。P12-13
4. 影响混凝土徐变的因素有哪些？
影响因素有：长期荷载作用下产生的应力大小、加载时混凝土的龄期、混凝土的组成成分和配合比、养护及使用条件下的温度与湿度。发生徐变的原因在于长期荷载作用下，混凝土凝胶体中的水份逐渐压出，水泥石逐渐粘性流动，微细空隙逐渐闭合，细晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生等各种因素的综合结果。P12-13
5. 混凝土收缩的概念？
收缩：在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间而减小的现象。
引起的原因：初期是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化；后期主要是混凝土内自由水分蒸化引起干缩。P14
6. 影响钢筋和混凝土粘结强度的因素？
影响钢筋和混凝土粘结强度的因素(5个因素P20):混凝土强度、浇筑混凝土时钢筋所处的位置、钢筋之间的净间距、混凝土保护层厚度、是否为带肋钢筋
7. 什么是钢筋和混凝土之间粘结应力和粘结强度？
（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；钢筋表面单位面积的粘结力即为钢筋与混凝土的粘结应力。光面钢筋与混凝土之间的粘结力由：化学胶着力、摩擦力和机械咬合力组成。（P19）
（2）粘结强度：实际工程中，一般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。
8. 结构的可靠性和可靠度各指什么？
结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性（P25）
结构的可靠度：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。(P25)
9. 承载能力极限状态是什么，何谓超过了该极限状态？
结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形或变位状态称为承载能力极限状态。出现下列四种状态之一即认为超过了承载能力极限状态：
（1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡，如滑动、倾覆等；
（2）结构构件或连接处因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不能继续承载；
（3）结构转变成机动体系；
（4）结构或结构构件丧失稳定，如柱的压屈失稳等。（P26）
10. 正常使用极限状态是什么，何谓超过了正常使用极限状态？
结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项限值的状态称为正常使用极限状态。出现下列四种状态之一即认为超过了正常使用极限状态。
（1）影响正常使用或外观的变形；
（2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏；
（3）影响正常使用的振动；
（4）影响正常使用的其它特定状态。（P26）
11. 桥梁结构的功能包括哪几方面的内容？何谓结构的可靠性、可靠度？
桥梁结构的功能包括4个方面的内容：（P25）
结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性（P25）
结构的可靠度：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。(P25)
12. 梁的钢筋主要有哪些类型？
梁内的钢筋有纵向受力钢筋（主钢筋）、弯起钢筋或斜钢筋、箍筋、架立钢筋和水平纵向钢筋等。（P43）
13. 受弯构件正截面工作的三个基本假定是什么？
1、平截面假定；2、不考虑混凝土的抗拉强度；3、材料应力应力物理关系。
14. 按照钢筋混凝土受弯构件的配筋情况及相应破坏时的性质得到正截面破坏的三种形态是什么？细述三种形态。
钢筋混凝土梁的受弯构件的破坏形态主要有少筋破坏、适筋破坏和超筋破坏，其中只要适筋破坏为延性破坏，其余为脆性破坏。三种破坏形态特征见P48-49
少筋梁的受拉区混凝土开裂后，受拉钢筋达到屈服点，并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，不但宽度较大，而且沿梁高延伸很高，此时受压区混凝土还未压坏，而裂缝宽度已经很宽，挠度过大，钢筋甚至被拉断。
适筋梁受拉区钢筋首先达到屈服，其应力保持不变而应变显著增大，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。破坏前的挠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。
15. Pg56例3-1 例3-2 Pg64例3-6 Pg133例6-1 Pg153例7-1 Pg160例7-4
16. 说明钢筋混凝土板与钢筋混凝土梁钢筋布置的作用？
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。P5
17. 什么叫钢筋混凝土少筋梁、适筋梁和超筋梁？各自有什么样的破坏形态？
实际配筋率小于最小配筋率的梁称为少筋梁；大于最小配筋率且小于最大配筋率的梁称为适筋梁；大于最大配筋率的梁称为超筋梁。
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，不但宽度较大，而且沿梁高延伸很高，此时受压区混凝土还未压坏，而裂缝宽度已经很宽，挠度过大，钢筋甚至被拉断。
适筋梁受拉区钢筋首先达到屈服，其应力保持不变而应变显著增大，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。破坏前的挠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。见P48-49
18. 钢筋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？
钢筋混凝土受弯构件沿斜截面破坏的形态主要有斜拉破坏（剪跨比m＞3时发生）、剪压破坏（剪跨比1＜m＜3时发生）和斜压破坏剪跨比m＜1时发生），均为脆性破坏。P78-79
19. 影响钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯能力的主要因素有哪些？
影响钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯能力的主要因素:剪跨比、混凝土抗压强度、纵向钢筋配筋率、配箍率和箍筋强度（P80-82）
20. 钢筋混凝土纯扭构件有哪几种破坏形式？
钢筋混凝土纯扭构件的破坏形态有四种：少筋破坏、适筋破坏、超筋破坏和部分超筋破坏，除适筋破坏为延性破坏外，其余均为脆性破坏。P111-112。实际工程中一般都采用由箍筋和纵向钢筋组成的空间骨架来承担扭矩，并尽可能地在保证必要的保护层厚度下，沿截面周边布置钢筋，以增强抗扭能力。
21. 什么叫作长柱的稳定系数？
钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数是指长柱失稳破坏时的临界压力与短柱压坏时的轴心压力的比值。或者说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计算系数称为轴心受压构件的稳定系数。P129
22. 偏心受压构件的破坏形态有哪几种，各自有什么特点？
偏心受压构件的破坏形态有两种：受拉破坏（大偏心受压破坏）和受压破坏（小偏心受压破坏）。大偏心受压破坏的特征为受拉钢筋首先到达屈服强度，然后受压混凝土压坏。小偏心受压破坏的特征为受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变，受压区混凝土被压碎，同一侧的钢筋压应力达到屈服强度，而另一侧的钢筋，不论受拉还是受压，其应力均达不到屈服强度，破坏前构件横向变形无明显的急剧增长。P140-141
23. 大、小偏心受压的界限是什么，各自有什么特点？
当受拉钢筋达到屈服应变的同时，受压边缘的混凝土也正好达到极限压应变值，即为界限状态。大偏心受压破坏的特征为受拉钢筋首先到达屈服强度，然后受压混凝土压坏。小偏心受压破坏的特征为受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变，受压区混凝土被压碎，同一侧的钢筋压应力达到屈服强度，而另一侧的钢筋，不论受拉还是受压，其应力均达不到屈服强度，破坏前构件横向变形无明显的急剧增长。P141
24. 简述钢筋混凝土偏心受压构件的破坏形态、破坏类型及判断方法。
受拉钢筋首先到达屈服强度，然后受压混凝土压坏为大偏心受压破坏（ξ≤ξb为大偏心受压破坏）。受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变，受压区混凝土被压碎，同一侧的钢筋压应力达到屈服强度，而另一侧的钢筋，不论受拉还是受压，其应力均达不到屈服强度，破坏前构件横向变形无明显的急剧增长，为小偏心受压破坏（ξ＞ξb为小偏心受压破坏）
25. 影响受弯构件弯曲裂缝宽度的主要因素有哪些？
影响受弯构件弯曲裂缝宽度的主要因素包括：混凝土强度、保护层厚度、受拉钢筋应力、钢筋直径、受拉钢筋配筋率、钢筋外形和构件受力性能等因素的影响。P192-193
26. 引起钢筋混凝土构件出现裂缝的主要因素有哪些？
引起钢筋混凝土构件出现裂缝的主要因素有三种：1、作用效应引起；2、由外加变形或约束变形引起的裂缝；3、钢筋锈蚀裂缝。P189
27. 简述配筋混凝土结构的分类
国外分为Ⅳ级：全预应力，有限预应力，部分预应力和普通钢筋混凝土结构。国内分为三类：1、全预应力混凝土构件（预应力度λ≥1）——在作用短期效应组合下控制的正截面受拉边缘不允许出现拉应力；2、部分预应力混凝土构件（预应力度0＜λ＜1）——在作用短期效应组合下控制的正截面受拉边缘出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝；3、钢筋混凝土构件（预应力度λ=0）——不预加应力的混凝土构件。（P224）
28. 预应力混凝土结构有哪些优缺点？
预应力混凝土结构的优点：提高了构件的抗裂度和刚度；能够节省材料，减少自重，能够减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力；结构质量安全可靠；预应力可做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，因而需要配备一支技术较熟练的专业队伍；需要有一定的专门设备；预应力反拱度不易控制；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。P225-226
29. 何谓预应力混凝土？为什么要对构件施加预应力？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和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。（P222）
钢筋混凝土结构施加预应力的主要目的主要有将混凝土变成弹性材料、实现荷载平衡、使高强度钢筋与混凝土能共同工作。P240-242
基本原理：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作用下使下边缘所产生的拉应力全部或部分的被抵消，因而可避免混凝土出现裂缝，混凝土梁能够全截面参与工作，这就相当于改进了梁中混凝土的抗拉性能，而且能够达到充分利用高强钢材的目的。
30. 什么是预应力度？《公路桥规》对预应力混凝土构件如何分类？
预应力度：由预加应力大小确定的消压弯矩与外荷载产生的弯矩的比值。（P224）
分为三类：1、全预应力混凝土构件（预应力度λ≥1）——在作用短期效应组合下控制的正截面受拉边缘不允许出现拉应力；2、部分预应力混凝土构件（预应力度0＜λ＜1）——在作用短期效应组合下控制的正截面受拉边缘出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝；3、钢筋混凝土构件（预应力度λ=0）——不预加应力的混凝土构件。（P224）
31. 钢筋张拉控制应力是什么？
张拉控制应力是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。（P253）
32. 钢筋预应力的损失要考虑哪些因素？
钢筋预应力损失需要考虑6种因素，见题37，课本P254-264
33. 何谓预应力损失？
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称为预应力损失。
34. 何谓张拉控制应力？
张拉控制应力是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。（P253）
35. 张拉控制应力的高低对构件有何影响？
从提高预应力钢筋的利用率来说，张拉控制应力应尽量高些，使构件混凝土获得较大的预应力值以提高构件的抗裂性，同时能够减少钢筋用量。但又不能定得过高，以免个别钢筋在张拉或施工过程中被拉断，而且张拉控制应力值增高，钢筋的应力松弛损失也将增大。另外高应力状态使构件可能出现纵向裂缝，过高的应力降低了构件的延性。（P253）
36. 《公路桥规》中考虑的预应力损失主要有哪些？(见37题解答)
37. 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？
《公路桥规》中考虑的预应力损失主要有6种，需判别属于先张法还是后张法。其主要原因和减小预应力损失的措施如下：见P254-264

38. 什么是截面抗弯效率指标？何谓束界？