结构设计原理期末复习与答疑(文本)

（2015.12.02）结构设计原理期末复习与答疑（文本）

王卓：各位同学、老师好，欢迎参加本次网上教学活动。

本次活动针对期末考试进行辅导和答疑。本学期开始道路桥梁工程施工与管理专科专业结构设计原理课程实施新的考核办法。

关于课程新考核办法的有关说明

1．考核对象

国家开放大学开放教育道路桥梁工程施工与管理专业的学生。

2．考核方式

本课程采用形成性考核与终结性考试（期末考试）相结合的方式进行，形成性考核成绩和终结性考试（期末考试）成绩各占课程综合成绩的50%，形成性考核和终结性考试成绩均须达到60分及以上（及格），方可获得本课程相应学分。

形成性考核成绩包括形成性作业成绩和学习过程表现成绩两部分，形成性作业成绩占课程综合成绩的20%，学习过程表现成绩占课程综合成绩的30%。学习过程表现成绩评定由分部（省校）负责设计组织。

国家开放大学统一组织编写形成性考核册。形成性考核册由4次作业组成，由辅导教师按作业完成的质量评分，每次作业以百分计，分别占形成性考核成绩的10%，共占40%；学习过程表现成绩占形成性考核成绩的60%。学员形成性考核册的完成情况由国家开放大学和分部（省校）分阶段检查。

终结性考试（期末考试）由国家开放大学统一命题。

3．命题依据

本考核说明是考试命题的基本依据。

4．考核要求

本课程着重考核学生对结构设计原理的基本概念、基本理论和基本计算技能的掌握情况。本考核说明内容规定了考核知识点和考核要求，考试按了解、理解和掌握三个层次提出学生应达到的考核标准。

“了解”是最低层次的要求，凡是属于需要了解的知识点，要求对概念有基本了解。

“理解”是较高层次的要求，熟悉结构设计原理的基本理论和计算原则，能对相关问题进行分析判断并得到正确结论。

“掌握”是高层次的要求，凡需要掌握的知识点，要求学员能运用所学的知识、方法选择合理的设计方案和计算方法，得出正确的设计和计算结果。

5．命题原则

（1）命题范围：在本课程教学大纲、《结构设计原理》教材和考核说明所规定的内容和要求范围内命题，不得任意扩大和缩小考题范围。

（2）试题的组成与覆盖面：命题应基本覆盖教材内容，同时要突出重点。试题的题量和难易程度要适当，其难易度分为容易、中等和较难三个层次，它们的组成比例约为30：50：20。

（3）试题中各种能力层次的试题题量比例为：了解≤10%，理解20～30%，掌握60～

70%。

6．试题类型和结构

（1）形成性考核册：试题类型包括名词解释、填空题、选择题、判断题、简答题和计算题。

（2）终结性考试：试题类型包括判断题、单项选择题和多项选择题，组成比例约为30：45：25。

7．终结性考试要求：终结性考试为闭卷，考试时间为60分钟。

8．其它说明：学员参加考试可携带计算器。

期末考试命题范围

第1章绪论

第2章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能

第3章钢筋混凝土受弯构件正截面的承载力计算

第4章钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力的计算

第6章钢筋混凝土轴向受力构件承载力

第7章钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形

第8章预应力混凝土结构的基本原理

第10章砌体与混凝土结构

期末考试各章复习要点

第1章绪论

复习要点：

1．钢结构在荷载作用下截面应力的计算值最能反映实际受力情况，因而结构工作的可靠性高。由于钢材的强度高，所以承受同样荷载，构件所需的截面积很小，故与其它结构相比，钢结构自重较轻。钢构件可以在工厂制作，在工地拼装连接，因而施工效率高。钢结构的主要缺点是耐高温差、易腐蚀。钢结构应用范围很广，例如，在大跨径的钢桥、高层建筑、人行天桥、钢屋架等永久建筑中使用。此外，还用于钢支架、钢模板、钢围堰等临时结构中。

2．结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形的状态称为承载能力极限状态。当结构或构件出现下列状态之一时，认为超过了承载能力极限状态：（1）作为刚体失去平衡，如倾覆、滑移等；

（2）因被超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏）或因过度塑性变形而不适于继续承载；

（3）变为机动体系；

（4）丧失稳定，如压屈等。

3．结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值时的状态称为正常使用极限状态。当结构或构件出现下列状态之一时，则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的局部损坏（包括裂缝）；

（3）影响正常使用的振动；

（4）影响正常使用的其他特定状态。

4．结构的可靠性包括安全性、适用性和耐久性。可靠性用可靠度来度量。结构的可靠度就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。

第2章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能

复习要点：

1．计算钢筋混凝土结构时，对于有明显流幅的钢筋，取它的屈服强度作为设计强度的依据。这是因为构件中钢筋的应力到达屈服强度后，将产生很大的塑性变形，这时钢筋混凝土构件将出现很大的变形和不可闭合的裂缝，以致不能使用。

2．对没有明显流幅或屈服点的钢筋，其比例极限大约相当于极限强度的65%。在实用上取残余应变为0.2%时的应力（相当于极限强度的80%）作为假定的屈服点，即条件屈服点（又称协定屈服点）。

3．通常把屈服强度与抗拉极限强度的比值称为屈强比，它代表了材料的强度储备，一般屈强比要求不大于0.8。

4．钢筋的塑性通常用伸长率和冷弯性能两个指标来衡量。

5．混凝土立方体抗压强度又被称为混凝土标号。《公路桥规》中规定用于公路桥梁承重部的混凝土标号分为15、20、25、30、40、50和60号7个等级。钢筋混凝土构件的混凝土标号不宜低于15号；当采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋时，混凝土标号不宜低于20号。

6．在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加。即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种现象被称为混凝土的徐变。

7．混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩。

第3章钢筋混凝土受弯构件正截面的承载力计算

复习要点：

1．钢筋混凝土梁正截面工作划分为：弹性工作阶段（整体工作阶段），带裂缝工作阶段和破坏阶段。第一阶段——弹性工作阶段（整体工作阶段）末Ia可作为受弯构件开裂弯矩的计算依据；第Ⅱ阶段——带裂缝工作阶段，相当于梁使用时的应力状态，可作为正常使用阶段的变形和裂缝宽度计算的依据；第Ⅲ阶段——破坏阶段末可作为承载能力极限状态计算时的依据。

2．根据梁的破坏形式不同，梁的破坏可分为：适筋梁、超筋梁和少筋梁三类。

3．当钢筋和混凝土强度确定后，一根梁总会有一个特定的配筋率，它使得钢筋应力达到屈服强度的同时，受压区边缘纤维应变也恰好到达混凝土受弯时的极限压应变。这种梁的破坏叫“界限破坏”，即适筋梁与超筋梁的界限。“界限破坏”梁的破坏特点是：受拉筋应力达到屈服的同时，受压混凝土压碎而梁立即破坏。梁的“界限破坏”时所对应的配筋率为最大配筋率。

第4章钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力的计算

复习要点：

1．有腹筋梁与无腹筋梁的受力机制区别在于：①箍筋和弯起钢筋的作用明显；②斜裂缝间的混凝土参加了抗剪。

2．梁斜截面破坏的三种形态为斜拉破坏、剪压破坏和斜压破坏。

斜拉破坏：当剪跨比较大（m>3）时，或箍筋配置过少时，常发生这种破坏。

剪压破坏：当剪跨比约为1～3，且腹筋配置适中时，常发生这种破坏。

斜压破坏：当剪跨比m较小（m<1）时，或剪跨比适中（1

3．斜拉破坏的特点：这种破坏可与正截面的少筋破坏相类比。其破坏荷载与出现斜裂缝时的荷载很接近，破坏过程急骤，破坏面较整齐，破坏前梁的变形很小，具有明显的脆性。

4．剪压破坏的特点：破坏性质类似于正截面的适筋破坏，但其变形很小，仍属于脆性破坏。

5．斜压破坏的特点：这种破坏形态可与正截面的超筋破坏相类比，也属于脆性破坏。

6．影响受弯构件斜截面抗剪性能的因素有：剪跨比、混凝土的强度、骨料品种、纵筋强度和配筋率、配箍率和箍筋强度、梁的截面尺寸、荷载形式、支座约束条件等等。其中，最主要的因素有剪跨比、混凝土强度、纵筋配筋率和配箍率和箍筋强度。

7．随着剪跨比m的增加，梁的破坏形态按斜压（m<1）、剪压（13）的顺序演变，而抗剪承载力逐步降低。当m>3后，剪跨比的影响已不明显，抗剪承载力趋于稳定。

8．受弯构件斜截面受剪破坏的主要形态有：斜拉破坏、剪压破坏、斜压破坏。

斜拉破坏特征：破坏过程急速且突然，弯曲裂缝一旦出现，就迅速向受压区斜向伸展，直至荷载板边缘，使混凝土裂通，梁被撕裂成两部分，而丧失承载能力。

剪压破坏特征：梁破坏时，与斜裂缝相交的腹筋达到屈服强度，同时剪压区的混凝土在压应力和剪应力的共同作用下，达到了复合受力时的极限强度。

斜压破坏特征：首先混凝土在加载点与支座间被斜裂缝分割成若干个斜向短柱，当混凝土中的压应力超过其抗压强度时,混凝土即被压坏。破坏时，与斜裂缝相交的腹筋往往达不到屈服强度。

第6章钢筋混凝土轴向受力构件承载力

复习要点：

1．当荷载的合力通过构件截面重心的受压构件即为轴心受压构件。钢筋混凝土轴心受压构件按配筋方式不同可分为两种形式：

（1）配有纵向钢筋及箍筋的轴心受压构件，称为普通箍筋柱；（2）配有纵向钢筋及螺旋箍筋(或焊接环形箍筋)的轴心受压构件，称为螺旋箍筋柱，也称为间接箍筋柱。

2．如果在钢筋混凝土轴心受压构件采用高等强度钢筋，一般是混凝土先被压碎而钢筋

尚未达到屈服强度。所以在受压构件设计中，采用高强度钢筋是不经济的，也是没有必要的。

3．钢筋混凝土长柱承载力与相同条件下短柱承载力的比值称为钢筋混凝土构件的纵向弯曲系数。纵向弯曲系数与柱的长细比、混凝土和钢筋强度以及配筋率有关，与长细比关系最大。长细比越大，纵向弯曲系数越小。

4．钢筋混凝土偏心受压构件根据破坏特征不同分为大偏心受压构件和小偏心受压构件。

形成大偏心受压破坏的条件是：相对偏心距较大，且受拉钢筋配筋率较小的情况；形成小偏心受压破坏的条件是：相对偏心距较小，或虽然相对偏心距较大，但构件配置的受拉钢筋较多的情况。

大偏心受压构件的破坏特征是：偏心受压构件的破坏是由于受拉钢筋首先达到屈服强度而导致受压混凝土压碎。构件临界破坏时有明显的征兆，横向裂缝开展显著。构件的承载力取决于受拉钢筋的强度和数量。

小偏心受压构件的破坏特征一般是：首先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。构件破坏前，受压区高度略有增加，破坏时无明显预兆。其正截面承载力取决于受压区混凝土强度和受压钢筋强度。

5．轴心受压构件的截面破坏特点是什么（分短柱和长柱）？

对配有中等强度钢筋（Ⅰ～Ⅱ级）的短柱在破坏时，总是纵向钢筋先达到屈服点，继而混凝土达到最大压力破坏。当采用高等强度钢筋时，一般是混凝土先被压碎而钢筋尚未达到屈服强度。

对长柱，其破坏是由于构件丧失纵向稳定所造成。破坏时，构件产生较大的侧向挠曲，一侧混凝土被压碎，纵向钢筋在箍筋之间向外弯凸，另一侧混凝土发生横向的受拉裂缝。

第7章钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形

复习要点：

1．钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形计算时有何基本假定？

答：钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形计算时的基本假定有：平截面假定、弹性体假定和受拉区混凝土不参加工作假定。

（1）平截面假定

平截面假定是材料力学中最基本的假定之一。这个假定认为所有与杆轴线垂直的截面在杆件变形后仍保持为平面。这样截面上每一个点的变形趋势就可以确定，如果知道了中性轴的位置和任意一点的应变（变形），整个断面的应变就可以知道，这是建立该假设的基础。实验也证明匀质弹性体根据此项假定所得的计算结果是准确的。对于钢筋混凝土构件，如取较长的一段（一般需包扩两个裂缝间距以上）的平均变形来研究，则实验结果证明，平截面假定基本上符合实际情况，也就是平截面假定依然成立。

（2）弹性体的假定

该假定的目的是确定本构关系，也就是应力和应变之间的关系。我们知道，对理想弹性体而言，应力和应变的关系是线性的，但混凝土结构不是理想的弹性体而是弹塑性体，其应力与应变的关系是非线性的。如果以非线性来推导结构的承载力等，推导公式难度较大，也不实用。因此，近似认为其本构关系是线性的。

（3）受拉区混凝土不参加工作

对混凝土结构而言，受拉区混凝土实际上总有一小部分参加工作，但受力情况相当复杂，

且其影响非常微小，将它忽略不计，假定拉应力全由钢筋承受，可使计算大为简化。

第8章预应力混凝土结构的基本原理

复习要点：

1．所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，而且其数值和分布有利于抵消使用荷载产生的应力。这种结构称为预应力混凝土结构。

2．通过预先对混凝土施加压应力，可以抵消外荷载产生的拉应力。因而使得截面不出现拉应力；或允许出现拉应力，限制拉应力的大小；或允混凝土许出现裂缝，限制裂缝的宽度。

3．预应力混凝土结构具有下列主要优点：1）节省材料，减轻自重，增加跨越能力；2）提高构件的抗裂性、增加截面刚度；3）可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力；4）结构质量安全可靠；5）改进了施工方法；6）具有良好的经济性。此外，还可以提高结构的耐疲劳性能。因为预应力的存在，由加载和卸载引起的截面应力变化幅度相对较小，所以引起疲劳破坏的可能性也减小。这对承受动荷载的桥梁结构来说是有利的。

4．实现预加应力的方法，一般是通过张拉钢筋（称之为预应力钢筋）来实现的。张拉设备将预应力钢筋拉伸并锚固在构件端部，外界张拉约束力撤消后，利用预应力钢筋回弹对混凝土施加预压应力。施加预应力的方法有先张法和后张法。

5．先张法与后张法的施工工艺不同，建立预应力的先后秩序也不同。后张法是先浇筑构件混凝土，靠工作锚具来传递和保持预加应力的；先张法则是先张拉力筋，靠钢筋与混凝土的粘结力来传递并保持预加应力的。

第10章砌体与混凝土结构

复习要点：

1．砌体结构亦称圬工结构。由块材（石材、预制块）和胶结材料（砂浆）按一定的砌筑规则组成的受力整体称为砌体结构。由于砌筑用的石材、预制块及混凝土等材料的共同特点是抗压强度高而抗拉、抗弯、抗剪强度低，在结构工程中常作为以承压为主的结构构件。例如拱桥的主拱圈、桥梁的墩台及基础、挡土墙、涵洞及隧道的衬砌与洞门建筑等。

2．砌体及混凝土结构的缺点是：（1）自重大，砌体块材的强度，一般来说低于其他结构材料的强度，故需采用较大的截面尺寸。（2）砌筑工作相当繁重，费工费时，机械化程度低。（3）由于砌体是属于一种松散结构，故久经震动后易产生裂缝而失去抗拉能力。

3．影响砌体抗压强度的因素：（1）块材强度；（2）砂浆的物理力学性能；（3）砌缝厚度；（4）块材的尺寸与形状。

王卓：本次活动就到这里，祝同学们复习愉快。再见。