第二章 结设计基本原理
中南大学混凝土结构设计基本原理课后答案总结
混凝土结构设计原理第一章 钢筋混凝土的力学性能1、 钢和硬钢的应力—应变曲线有什么不同，其抗拉设计值fy 各取曲线上何处的应力值作为依据？答：软钢即有明显屈服点的钢筋，其应力—应变曲线上有明显的屈服点，应取屈服强度作为钢筋抗拉设计值fy 的依据。
硬钢即没有明显屈服点的钢筋，其应力—应变曲线上无明显的屈服点，应取残余应变为0.2%时所对应的应力σ0.2作为钢筋抗拉设计值fy 的依据。
2、 钢筋冷加工的目的是什么？冷加工的方法有哪几种？各种方法对强度有何影响？ 答：冷加工的目的是提高钢筋的强度，减少钢筋用量。
冷加工的方法有冷拉、冷拔、冷弯、冷轧、冷轧扭加工等。
这几种方法对钢筋的强度都有一定的提高，4、 试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求？ 答：钢筋混凝土结构中钢筋应具备：（1）有适当的强度；（2）与混凝土黏结良好；（3）可焊性好；（4）有足够的塑性。
5、 我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种？我国热轧钢筋的强度分为几个等级？用什么符号表示？ 答：我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有4种：热轧钢筋、钢铰丝、消除预应力钢丝、热处理钢筋。
我国的热轧钢筋分为HPB235、HRB335、HRB400和RRB400三个等级，即I 、II 、III 三个等级，符号分别为 ( R) 。
6、 除凝土立方体抗压强度外，为什么还有轴心抗压强度？答：立方体抗压强度采用立方体受压试件，而混凝土构件的实际长度一般远大于截面尺寸，因此采用棱柱体试件的轴心抗压强度能更好地反映实际状态。
所以除立方体抗压强度外，还有轴心抗压强度。
7、 混凝土的抗拉强度是如何测试的？答：混凝土的抗拉强度一般是通过轴心抗拉试验、劈裂试验和弯折试验来测定的。
由于轴心拉伸试验和弯折试验与实际情况存在较大偏差，目前国内外多采用立方体或圆柱体的劈裂试验来测定。
8、 什么是混凝土的弹性模量、割线模量和切线模量？弹性模量与割线模量有什么关系？答：混凝土棱柱体受压时，过应力—应变曲线原点O 作一切线，其斜率称为混凝土的弹性模量，以E C 表示。
桥梁结构设计原理第2章
钢筋混凝土结构设计理论的三个发展阶段
1、容许应力计算法 以弹性理论为基础的一种计算方法，不能如实 的反应构件截面的应力状态，不能正确的计算出结 构的承载能力。 2、破坏阶段计算法 20世纪30年代所提出，以弹塑性理论为基础的 一种计算方法，比容许应力计算法有了很大的进 步。 3、极限状态计算法 20世纪50年代所提出，是破坏阶段计算法的发 展。
影响正常使用或耐久性能的局部损坏
影响正常使用的振动
影响正常使用的其它特定状态
正 常 使 用 极 限 状 态
(承)：刚体失去平衡，材料强度不足，结
极限状态的 表现形式：
构转变为机构，失稳
(正)：过大的变形，影响正常使用或耐久 性能的局部损坏，过大的振动
注意
结构或构件能否完成预定功能与结构的作用效应S与结 构的抗力R有关。 由此可采用结构的功能函数 Z = R – S 来描述结构完成 预定功能的状况。因抗力R和S均具有随机性，所以只能用功
三、混凝土结构的耐久性设计
1、耐久性问题 （1）混凝土损伤 （2）钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀等 （3）钢筋与混凝土之间黏结锚固作用的削弱 2、影响耐久性的因素 （1）混凝土碳化 （2）化学侵蚀 （3）碱集料反应 （4）冻融破坏 （5）温度变化的影响
（2）作用长期效应组合
M QiK 459.7 /(1 ) 385.98kN m
• 作用长期效应组合设计值为:
M ld M Gik 2 j M Qjk
i 1 j 1 m n
M Gk 21M Q1k 22 M Q 2 k 552 0.4 385.98 0.4 40.6 722.63kN .m
第二章
钢筋混凝土结构设计基 本原理
建筑结构 邓广
应力 损失
计算 内容
七、楼盖结构
类型ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第四章 混凝土结构
楼盖按结构形式可分为：单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼 盖、井式楼盖、密肋楼盖和无梁楼盖等； 按预应力情况可以分为：钢筋混凝土楼盖和预应力混凝土 楼盖两种； 按施工方法可分为：现浇式、装配式和装配整体式楼盖。 现浇板肋梁楼盖的计算理论有弹性理论和塑性理论。随着 荷载的增加，混凝土受拉区裂缝的出现和开展，受压区混凝土 的塑性变形，钢筋混凝土连续梁的内力与荷载的关系是非线性 的。钢筋混凝土连续梁的内力，相对于线性弹性分布发生的变 化，称为内力重分布现象。
十一、偏心受力构件斜截面
机理
第四章 混凝土结构
在偏心受压和偏心受拉构件中一般都有剪力的存在。当 压应力不超过一定范围时，混凝土的抗剪强度随压应力的增 加而提高，随拉应力的增加而减小。 偏心受压构件斜截面受剪承载力计算公式为：
公式
V
A 1.75 f t bh0 f yv sv h0 0.07 N 1 s
附加 弯矩
十、偏压构件：对称配筋
计算 公式
第四章 混凝土结构
对称配筋是采用同一种规格的钢筋,且两侧钢筋 面积相等、混凝土保护层也相等。 在对称配筋情形下，由界限破坏荷载判断构件的 大小偏心。 对于大偏心受压，有 x 对于小偏心受压，有 x
N 1 f cb
N b1 f cbh0 b 2 Ne 0.43b1 f cbh0 1 f cbh0 , (b1 b )(h0 as )
材料性能与设计方法
第三章结构材料力学性能及结构分析方法
材料 性能
结构材料的主要力学性能指标有：强度、弹性、塑 性、冲击韧性与冷脆性、徐变和松弛等。此外材料还需 满足协同工作性能、耐久性、可加工性等性能要求。
第二章井身结构设计
第二章 井身结构设计井身结构设计就是钻井工程得基础设计。
它得主要任务就是确定套管得下入层次、下入深度、水泥浆返深、水泥环厚度、生产套管尺寸及钻头尺寸。
基础设计得质量就是关系到油气井能否安全、优质、高速与经济钻达目得层及保护储层防止损害得重要措施。
由于地区及钻探目得层得不同,钻井工艺技术水平得高低,国内外各油田井身结构设计变化较大。
选择井身结构得客观依据就是地层岩性特征、地层压力、地层破裂压力。
主观条件就是钻头、钻井工艺技术水平等。
井身结构设计应满足以下主要原则:1.能有效地保护储集层;2.避免产生井漏、井塌、卡钻等井下复杂情况与事故。
为安全、优质、高速与经济钻井创造条件;3.当实际地层压力超过预测值发生溢流时,在一定范围内,具有处理溢流得能力。
本章着重阐明地下各种压力概念及评价方法,井身结构设计原理、方法、步骤及应用。
第一节 地层压力理论及预测方法地层压力理论与评价技术对天然气及石油勘探开发有着重要意义。
钻井工程设计、施工中,地层压力、破裂压力、井眼坍塌压力就是合理钻井密度设计;井身结构设计;平衡压力钻井;欠平衡压力钻井及油气井压力控制得基础。
一、几个基本概念1.静液柱压力静液柱压力就是由液柱自身重量产生得压力,其大小等于液体得密度乘以重力加速度与液柱垂直深度得乘积,即0.00981hP H (2-1)式中:P h ——静液柱压力,MPa;r ——液柱密度,g/cm 3; H ——液柱垂直高度,m 。
静液柱压力得大小取决于液柱垂直高度H 与液体密度r ,钻井工程中,井愈深,静液柱压力越大。
2.压力梯度指用单位高度(或深度)得液柱压力来表示液柱压力随高度(或深度)得变化。
ρ00981.0==HP G hh (2-2) 式中:G h ——液柱压力梯度,MPa/m; P h ——液柱压力,MPa; H ——液柱垂直高度,m 。
石油工程中压力梯度也常采用当量密度来表示,即HP h00981.0=ρ (2-3)式中:r ——当量密度梯度,g/cm 3; 3.有效密度钻井流体在流动或被激励过程中有效地作用在井内得总压力为有效液柱压力,其等效(或当量)密度定义为有效密度。
第二章 重型厂房结构设计
平行弦屋架
人字式腹杆
交叉式腹杆
上、下弦杆水平，杆件和节点规格化、便于制造。 屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均 匀。 一般用于托架和支撑体系。
根据不同的条件桁架形式可以有很多变化
三角形屋架弦杆
交角增大，方便制 造，屋架重心降低， 提高了稳定性。
可有效降低屋架对
支撑结构的推力。
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
GWJ-2 GWJ-1 GWJ-1
6000
上弦支撑布置图(1:600)
6000 6000 500 6000
GWJ-1 GWJ-2
GWJ-2
150 GWJ-3 150
1
2
6000 6000
2
6000
24000
6000
2.下弦横向水平支撑： 当跨度L≥18m ； 设有悬挂式吊车起重量大于50吨； 厂房内设有较大的振动设备。 与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。 3.纵向水平支撑布置原则 ： 设有支承中间屋架的托架，或设有重级或大 吨位的中级工作制桥式吊车等较大振动设备时， 应在屋架端节间平面内设置纵向水平支撑。
的空间几何不变体系。
三、屋盖支撑的布置原则 1.上弦横向水平支撑：
在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中 都应设置屋架上弦横向水平支撑 设置在房屋的两端 ,一般设在第一个柱 间或设在第二个柱间,间距 Lo≤ 60m。
2 1 2
GWJ-3
500
6000
GWJ-2
6000
GWJ-2 GWJ-1 GWJ-1 GWJ-1 GWJ-2
(2) 可变荷载
包括屋面均布活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷
载，以及悬挂吊车荷载等。
混凝土结构设计原理课件第二章
3）轴心抗拉强度
混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试 验方法来测定，但由于试验比较困难，目前国内外主要 采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴 心抗拉强度。
F
压
a
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拉
压
F
劈裂试验
f sp
2F
a2
6 2.1 混凝土的物理力学性能
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
压强度fc时，试验机中集聚的弹性应变能大于试件所能吸收的
应变能，会导致试件产生突然脆性破坏，只能测得应力-应变 曲线的上升段。
采用等应变速度加载，或在试件旁附设高弹性元件与试件 一同受压，以吸收试验机内集聚的应变能，可以测得应力-应 变曲线的下降段。
2020/2/20
8 2.1 混凝土的物理力学性能
上。e ×10-3
6
8
10 2.21 混凝土的物理力学性能
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
强度等级越高，线弹性段 越长，峰值应变也有所增 大。但高强混凝土中，砂 浆与骨料的粘结很强，密 实性好，微裂缝很少，最 后的破坏往往是骨料破坏， 破坏时脆性越显著，下降 段越陡。
不同强度混凝土的应力-应变关系曲线
式中： k１为棱柱体强度与立方体强度之比，对不大
于C50级的混凝土取76，对C80取0.82，其间按线性
插值。k2为高强混凝土的脆性折减系数，对C40取1.0，
对C80取0.87，中间按直线规律变化取值。0.88为考虑 实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系 数。
2020/2/20
5 2.1 混凝土的物理力学性能
考虑到实际结构构件制作、养护和受力情况，实际 构件强度与试件强度之间存在差异，《规范》基于安全 取偏低值，规定轴心抗压强度标准值和立方体抗压强度 标准值的换算关系为：
第二章-混凝土结构设计原理
第2章混凝土结构材料的物理力学性能2.1 混凝土的物理力学性能2.1.1 单轴向应力状态下的混凝土强度虽然实际工程中的混凝土结构和构件一般处于复合应力状态，但是单轴向受力状态下混凝土的强度是复合应力状态下强度的基础和重要参数。
混凝土试件的大小和形状、试验方法和加载速率都影响混凝土强度的试验结果，因此各国对各种单轴向受力下的混凝土强度都规定了统一的标准试验方法。
1 混凝土的抗压强度(1) 混凝土的立方体抗压强度f cu,k和强度等级我国《混凝土结构设计规范》规定以边长为150mm的立方体为标准试件，标准立方体试件在(20±3)℃的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为“N/mm2”。
用上述标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级。
《混凝土结构设计规范》规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14个等级。
例如，C30表示立方体抗压强度标准值为30N/mm2。
其中，C50～C80属高强度混凝土范畴。
图2-1 混凝土立方体试块的破坏情况(a)不涂润滑剂；(b) 涂润滑剂(2) 混凝土的轴心抗压强度混凝土的抗压强度与试件的形状有关,采用棱柱体比立方体能更好地反映混凝土结构的实际抗压能力。
用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称为轴心抗压强度。
图2-2 混凝土棱柱体抗压试验和破坏情况我国《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的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件。
《混凝土结构设计规范》规定以上述棱柱体试件试验测得的具有95%保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号f ck表示，下标c表示受压，k表示标准值。
结构设计原理课程设计范例
结构设计原理课程设计范例一、课程目标知识目标：1. 学生能理解结构设计的基本原理，掌握结构稳定性和强度的概念。
2. 学生能够描述不同类型的结构元件，并解释其在工程中的应用。
3. 学生能够运用数学和科学知识分析简单结构问题，计算出结构的受力情况。
技能目标：1. 学生能够运用模型材料设计并构建小型结构模型，展示对结构原理的理解。
2. 学生通过实验和模拟，能够掌握测量和记录数据的方法，培养科学探究能力。
3. 学生能够通过团队合作，有效沟通，解决结构设计过程中遇到的问题。
情感态度价值观目标：1. 学生将对工程学和结构设计产生兴趣，培养未来从事相关领域工作的志向。
2. 学生在学习过程中，能够认识到科学知识在实际生活中的重要性，增强学习的积极性。
3. 学生通过课程学习，培养对技术工作的尊重，理解工程师在社会发展中的作用，形成正确的劳动观念。
课程性质分析：本课程结合物理、数学和工程技术原理，注重理论与实践相结合，旨在通过动手操作和问题解决，提升学生的综合应用能力。
学生特点分析：考虑到学生处于中学阶段，具备一定的物理和数学基础，好奇心强，喜欢探索和动手实践，因此课程设计需兼顾知识性和趣味性。
教学要求：教学应注重启发式和探究式方法，鼓励学生主动参与，注重培养学生的创新能力与合作精神，确保每位学生都能在课程中取得进步。
通过对具体学习成果的分解，教师可进行有效的教学设计和学习成果评估。
二、教学内容1. 结构设计基本概念：包括结构的定义、分类和功能，结构设计的基本原则，如稳定性、强度和耐久性。
- 教材章节：第一章 结构设计概述2. 结构元件与受力分析：介绍梁、柱、板等常见结构元件，及其在承受不同类型力时的响应。
- 教材章节：第二章 结构元件与受力分析3. 结构设计方法与步骤：讲解结构设计的流程，包括需求分析、方案设计、计算分析、施工图绘制等。
- 教材章节：第三章 结构设计方法与步骤4. 实践操作与案例分析：组织学生进行小组合作，设计并制作小型结构模型，分析实际工程案例。
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第二章结构设计基本原理
本章的意义和内容：本章主要介绍结构上的作用、作用效应、结构抗力，结构的功能
要求、结构功能的极限状态，以及可靠度、可靠指标的概念，同时还介绍了荷载的分类和取
值方法，最后给出了概率极限状态设计实用表达式，对结构设计的基本原理做了一定阐述，
对初学者有非常重要的指导意义，本章内容是后续各章学习的基础。
概念题
（一）填空题
1、结构的可靠性包括、、。
2、建筑结构的极限状态有和。
3、结构上的作用按其随时间的变异可分为、、。
4、永久荷载的分項系数是这样取的：当其效应对结构不利时，由可变荷载控制的效应组合
取，由永久荷载控制的效应组合取；对结构有利时，一般取，对结
构的倾覆、滑移或漂流验算可以取。
5、结构上的作用是指施加在结构上的或，以及引起结构外加变形或约
束变形的原因。
6、极限状态是区分结构与的界限。
7、结构能完成预定功能的概率称为，不能完成预定功能的概率称为，
两者相加的总和为。
8、我国《建筑结构可靠度设计统一标准》规定，对于一般工业与民用建筑构件，在延性破
坏时可靠度指标β取，脆性破坏时β取。
（二）选择题
1、若用S表示结构或构件截面上的荷载效应，用R表示结构或构件截面的抗力，结构
或构件截面处于极限状态时，对应于式。
a、 R＞S
b、 R＝S
c、 R＜S
d、 R≤S
2、设计基准期是为确定可变荷载及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数，《统
一标准》所考虑的荷载统计参数，都是按设计基准期为[ ]年确定的。
a、 25
b、 50
c、 100
d、 75
3、下列[ ]状态应按正常使用极限状态验算。
a、结构作为刚体失去平衡
b、影响耐久性能的局部损坏
c、因过度的塑性变形而不适于继续承载
d、构件失去稳定
4、荷载代表值有荷载的标准值、组合值、频遇值和准永久值，其中[ ]为荷载的基本代表值。
a、组合值
b、准永久值
c、频遇值
d、标准值
5、对所有钢筋混凝土结构构件都应进行[ ]。
a、抗裂度验算
b、裂缝宽度验算
c 、变形验算 d、承载能力计算
6、下列[ ]项属于超出正常使用极限状态。
a、在荷载设计值作用下轴心受拉构件的钢筋已达到屈服强度
b、在荷载标准值作用下梁中裂缝宽度超出《混凝土规范》限值
c、吊车梁垫板下混凝土局部受压承载力不足
d、构件失去稳定
7、承载能力极限状态设计时，应进行荷载效应的[ ]。
a、基本组合和偶然组合
b、基本组合和标准组合
c、偶然组合和标准组合
d、标准组合和准永久组合
8、正常使用极限状态设计时，应进行荷载效应的[ ]。
a、标准组合、频遇组合和准永久组合
b、基本组合、偶然组合和准永久组合
c、标准组合、基本组合和准永久组合
d、频遇组合、偶然组合和准永久组合
9、混凝土各项强度指标的基本代表值是[ ]。
a、轴心抗压强度标准值
b、立方体抗压强度标准值
c、轴心抗压强度平均值
d、立方体抗压强度平均值
10、混凝土立方体抗压强度标准值按[ ]确定？
a、μfcu
b、μfcu－1.645σfcu
c、μfcu－2σfcu
d、μfcu＋1.645σfcu
11、某批混凝土经抽样，强度等级为C30，意味着该混凝土[ ]。
a、立方体抗压强度达到30N/mm2的保证率为95％
b、立方体抗压强度的平均值达到30N/mm2
c、立方体抗压强度达到30N/mm2的保证率为5％
d、立方体抗压强度设计值达到30N/mm2的保证率为95％
12、混凝土各种强度指标之间的关系是[ ]。
a、f ck>f cu,k>f tk
b、f tk>f cu,k>f ck
c、f cu,k>f tk>f ck
d、f cu,k>f ck>f tk
13、工程结构的可靠指标β与失效概率P f之间存在下列[ ]关系。
a、β愈大，P f愈大
b、β与P f呈反比关系
c、β与P f呈正比关系
d、β与P f存在一一对应关系，β愈大，P f 愈小
14、安全等级为二级的建筑结构的混凝土梁，当进行斜截面受剪承载力计算时，要求目标可靠指标β达到[ ]。
a、β＝2.7
b、β＝3.2
c、β＝3.7
d、β＝4.2
15、设功能函数Z=R-S,结构抗力R和作用效应S均服从正态分布，平均值μR＝120KN，μS＝60KN，变异系数δR=0.12，δS=0.15，则 [ ]。
a、β＝2.56
b、β＝3.53
c、β＝10.6
d、β＝12.4
(三)、判断题
1、结构可靠度定义中的“规定时间”是指结构的设计基准期。
[ ]
2、结构上的永久作用的值在使用期间内不随时间变化。
[ ]
3、结构上的荷载效应和结构抗力都是随机变量。
[ ]
4、我国现行混凝土结构设计规范采用的是近似概率法。
[ ]
5、荷载标准值是建筑结构按极限状态设计所采用的荷载基本代表值。
[ ]
6、结构的可靠指标越大，其失效概率就越小，结构使用的时间达到设计使用年限
后，失效概率会增大。
[ ]
7、偶然作用发生的概率很小，持续的时间很短，但对结构造成的危害可能很大。
[ ]
8、结构的承载能力极限状态和正常使用极限状态是同等重要的，在任何情况下都
应该计算。
[ ]
9、结构的承载能力极限状态和正常使用极限状态计算中，都采用荷载设计值，因
为这样偏于安全。
[ ]
10、材料强度标准值是材料强度概率分布中具有一定保证率的偏低的材料强度值。
[ ]
11、荷载的组合值系数是当结构上作用有几个可变荷载时，由于可变荷载的最大值
同时出现的概率较小，为避免造成组合时结构可靠度不一致，对可变荷载设计
值采取的调整系数。
[ ]
（四）问答题
1、何谓结构上的作用、作用效应及结构的抗力？
2、荷载和作用有什么区别？
3、何谓结构的功能要求，它包括哪些内容？可靠度和可靠性的关系是什么？
4、我国不同类型建筑结构的设计使用年限是如何划分的？
5、结构的设计基准期和设计使用年限有何不同？
6、规范如何划分结构的安全等级？
7、何谓结构的极限状态？它包括哪两方面内容？
8、结构的功能函数和极限状态方程如何表达？
9、正态分布概率密度分布曲线有何特征？该曲线有哪些特征值？各有什么含义？
10、何谓结构的失效概率P f？何谓结构的可靠指标β?二者有何关系？
11、什么是荷载的标准值，它是怎样确定的?
12、什么是材料强度的标准值和设计值？
13、写出承载能力极限状态基本表达式并解释各符号的含义？
14、写出正常使用极限状态设计表达式并解释各符号的含义？
15、为什么要引入荷载的分项系数？。