结构力学

1、混凝土的优缺点？（选择）p3

（书）钢筋混凝土优缺点：

优点：钢筋混凝土结构具有刚度大，整体性能强，耐久性和耐火性较好等显著优点。新拌制的混凝土是可塑的，因而可以根据需要浇筑成各种形状的构件和结构，适用性广，取材也比较方便。

缺点：自重大，抗裂性能差，隔声和隔热效果差，施工复杂，工序多，需要大量的模板、支撑，户外施工受气候条件限制，补强修复比较困难。有效地改进办法有采用轻骨料以减轻自重，采用预应力混凝土以提高结构的抗裂性能等。

(课件)混凝土结构的优点：

⑴可模性好：混凝土可根据需要浇筑成各种形状和尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如曲线形梁、拱、空间薄壳、箱形结构等。

⑵能充分合理利用材料的性能，强度价格比合理：钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题，单位应力价格低，对于一般工程结构，经济指标优于钢结构。

⑶耐久性和耐火性较好，维护费用低：钢筋有混凝土的保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长；混凝土是不良热导体，30mm厚混凝土保护层可耐火2小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。

⑷适应灾害环境能力强。现浇混凝土结构的整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。

⑸于就地取材，节约钢材。混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材。近年来，已有利用工业废料来制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。

混凝土结构的缺点：

⑴自重大：不利于抗震，不利于大跨、高层结构。

可采用T形、工形、箱形等更合理的构件截面形式；

⑵抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制了普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。

⑶施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，且施工受季节、天气的影响较大。

2、作用是建筑结构设计的基本依据之一，分为直接作用和间接作用；（填空）p29

凡施加在结构上的集中力或分布力，属于直接作用，称为荷载（也称为载荷或负荷的），例如恒载（永久荷载），活荷载（可变荷载），风荷载等.

凡引起结构外加变形（包括裂缝）或约束变形的原因，属于间接作用，例如基础沉降，地震作用，温度变化，材料收缩，焊接等。

3、荷载代表值和标准值（选择）p30

对永久荷载应采用标准值作为代表值。

对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。

对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值

荷载标准值是荷载的基本代表值，指结构在使用期间可能出现的最大荷载值。

荷载标准值统一由设计基准期（50年）最大荷载概率分布的某个分位值来确定，有永久荷载标准值（Gk)和可变荷载标准值（Qk）。

4、钢材的性能指标p48

1）伸长率，是钢材塑性性能的主要指标；

2）冷弯性能，是衡量钢材加工性能的一个指标；

3）焊接性，焊接连接是钢结构最常用的连接形式，焊接性好是指焊接安全、可靠，不发生焊接裂缝。

4）冲击韧性，是判断钢材在承受动力荷载作用时是否出现脆性破坏的主要指标。

5、结构设计的基本原则（p53）

在规定使用年限内结构必须满足的功能要求：安全性、适用性、耐久性

6、结构的极限状态（现象、适用范围p54）

承载能力极限状态：这类极限状态对应于结构或结构构件达到了最大承载力，或者产生了不适于继续承载的过大变形,从而丧失了安全性功能的一种特定状态。

当结构或构件出现下列状态之一，即认为超过了承载能力极限状态。

a、整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；

b、结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏）或因过度变形而不适于继续承载；

c、结构转变为机动体系

d、结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）；

e、地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）；

正常使用极限状态：这类极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，从而丧失了适用性和耐久性功能的一种特定状态。

当结构或构件出现下列状态之一，即认为超过了正常使用极限状态。

a、影响正常使用或外观的变形；

b、影响正常使用耐久性能的局部破坏（包括裂缝）；

c、影响正常使用的振动；

d、影响正常使用的其他特定的状态。

7、结构设计的基本原则（56）

荷载效应S是指荷载引起的结构构件内力（轴向力N、剪力V、弯矩M、扭矩T）和变形（绕度、侧移、裂缝等）。结构上的荷载是随机变量，因而荷载相应S也是随机变量。

结构抗力R是指结构或构件承受作用效应的能力，如构件的承载能力、刚度、裂缝能力等。影响结构抗力的主要因素有材料性能（强度、变形模量等）、几何参数以及计算模式的精算性等。由于这些因素的不确定性，结构抗力必然也是随机变量。

8、设计基准期：分析结构可靠度时，为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间

参数（课件）。

指为确定可变荷载值以及与时间有关的材料性能（强度、变形模量等）的取值而采用的时间参数。我国设计基准期T 为50年。

设计使用年限：指在正常维护的条件下，设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的年限。

设计使用年限的概念不同于实际寿命、耐久年限或设计基准期。

9、结构的可靠度57：结构在规定时间内、规定的条件下完成预定功能的概率称为可靠概率，即结构的可靠度。

10、结构的失效概率P f 与可靠指标β之间的关系（58）

可靠指标β与结构的失效概率P f 之间在数值上存在对应关系，可靠指标值β越大，P f 值越小，结构越可靠。反之亦然。正是由于可靠指标β可以作为度量结构可靠度的一个指标，故称其为结构的可靠指标。

11、正截面破坏的3种形态p86

根据大量的试验表明，由于纵向配筋率ρ的不同，受弯构件正截面可能产生三种不同的破坏形式：适筋破坏、超筋破坏、少筋破坏。

少筋梁

配筋率 适筋梁

超筋梁

①适筋破坏(ρmin ≤ρ≤ρmax)：适筋梁的破坏始自受拉区钢筋的屈服，之后受压区混凝土被压碎

（先屈后碎）。在梁完全破坏以前，裂缝和挠度急剧增大，给人以明显预兆，属于延性破坏类型。

②超筋破坏(ρ>ρmax)：超筋梁破坏时压区混凝土被压坏，而受拉区钢筋应力尚未达到屈服强度（碎而不屈）。破坏突然，属于脆性破坏类型。且用钢量大，不经济，在设计中不应采用。

③少筋破坏(ρ<ρmin)：少筋梁的受拉区混凝土一旦开裂，受拉钢筋即达到屈服并进入强化阶段，甚至被拉断（屈而不碎）。破坏突然，属于脆性破坏类型。且截面尺寸一般较大，承载能力低，不经济，在设计中不应采用。

12、适筋梁正截面破坏的3个阶段，各自的特点，计算依据，过程，每个阶段依据（简答p88）

第一阶段（弹性阶段/开裂前工作阶段）：从开始加荷到受拉区混凝土开裂，梁的整个截面均参加受力。虽然受拉区混凝土在开裂以前有一定的塑性变形，但整个截面的受力基本接近线弹性。截面抗弯刚度较大，挠度和截面曲率很小，钢筋的应力也很小，且都与弯矩近似成正比。

当受拉边缘的拉应变达到混凝土极限拉应变时（et=etu），为截面即将开裂的临界状态，此时的弯矩值称为开裂弯矩Mcr（cracking moment）

第二阶段（带裂缝工作阶段）：在开裂瞬间，开裂截面受拉区混凝土退出工作，其开裂前承担的拉力将转移给钢筋承担，导致钢筋应力有一突然增加（应力重分布），这使中和轴比开裂前有较大上移。荷载继续增加，钢筋拉应力、挠度变形不断增大，裂缝宽度也不断开展，但中和轴位置没有显著变化。由于受压区混凝土压应力不断增大，其弹塑性特性表现得越来越显著，受压区应力图形逐渐呈曲线分布。当荷载达到某一数值时，纵向受拉钢筋将开始屈服。

第三阶段（屈服阶段）：该阶段钢筋的拉应变和受压区混凝土的压应变都发展很快，截面受压区边缘纤维应变增大到混凝土极限压应变时，构件即开始破坏。其后，再进行试验时虽然仍可以继续变形，但所承受的弯矩将开始降低，最后受压区混凝土被压碎而导致构件完全破坏。

第一阶段：抗裂计算的依据

第二阶段：构件在正常使用极限状态中

变形与裂缝宽度验算的依据

第三阶段：承载力极限状态计算的依据

第一阶段——弹性阶段：弯矩很小，截面上的应力和应变都很小，钢筋和混凝土的应力、应变都处于弹性工作状态，随着弯矩的增大，混凝土的受拉塑性变形明显发展，使接近截面中和轴的混凝土中的拉应力也逐渐增加。

第二阶段——带裂缝工作阶段：开裂部分的混凝土脱离了受拉工作，将承担的拉力转移给钢筋，钢筋的应力显著增强。裂缝逐渐向上发展，截面中和轴上升，但中和轴下方为开裂部分的混凝土仍可承担小部分拉力。受压混凝土的塑性应变明显，压应力分布逐渐变为曲线形。

第三阶段------屈服阶段：钢筋应力达到屈服时受压混凝土尚未被压碎，弯矩仍有可能增大，钢筋应力不再增大但其塑性应变迅速发展，形成流幅；裂缝显著发展并形成一条临界裂缝，梁的挠度和曲率显著增大，刚度急剧降低，表明此时截面已进入“屈服”状态，但仍有一定的变形能力。最后，截面中和轴迅速上升，促使混凝土受压面积缩小，混凝土压应力随之增大且分布图形明显弯曲，当截面受压边缘混凝土应变达到混凝土极限压应变时，在临界裂缝两侧的一定范围内受压区出现纵向裂缝，混凝土被压碎，截面达到极限受弯承载力。

13、正截面受弯承载力计算采用的几种基本假定（91）

a.平截面假定

假设构件在弯矩作用下，变形后截面仍保持为平面；

b.钢筋与混凝土共同工作

钢筋与混凝土之间无粘结滑移破坏，钢筋的应变与其所在位置混凝土的应变一致；

c.不考虑拉区混凝土参与工作

受拉区混凝土开裂后退出工作；

d.材料的本构关系

混凝土的受压本构关系和钢筋的受拉本构关系均采用理想简化模型。

（书）

①截面应保持平面（平均应变平截面假定）

②不考虑混凝土的抗拉强度

③混凝土受压应力-应变关系曲线采用图

5.1.11

④纵向钢筋的应力取等于应变与其弹性模量的乘积，但其绝对值不应大于相应的强度设计值。纵向受拉钢筋的极性应变εsu=0.01

14、计算配筋，p95例5.2.1、p98例5.2.4、p212课后习题5-4，p93公式已知步骤不能漏：M已知，材料强度给定

第一步求Ho,第二步计算配筋，第三步求配筋量，第四步验算配筋量；

15、斜截面破坏剪跨比（p111）

截面的配箍率sv ρ是影响梁斜截面受破坏形态及承载力的主要因素：剪跨比λ= ，（跨高比l= ，）截面的配箍率sv ρ=

随着剪跨比λ值的增大，斜截面受剪承受能力下降；

随着跨高比值的增大，相对于受弯承载力，斜截面受剪承载力下降；

16、集中荷载作用下梁的斜截面受剪破坏形态有三类：111 A 、斜压破坏：当剪跨比λ＜1且配箍率过高时，发生斜压破坏； B 、斜拉破坏：当梁的剪跨比λ＞3且配箍率过低时，发生斜拉破坏； C 、剪压破坏：当配箍率适中且剪跨比1≤λ≤3时，发生剪压破坏 （剪跨比λ较大，说明σ（或M ）较大→ 截面容易被拉坏； 剪跨比λ较小，说明τ（或V ）较大→ 截面容易被压坏。）

就破坏性质而言，三类斜截面受剪破坏的变形很小，都属于脆性破坏。其中斜拉破坏的突然性更显著。

梁的斜截面受剪承载力计算是针对防止剪压破坏而言的，设计中还应防止斜拉破坏和斜压破坏。 防止斜拉和斜压破坏的措施 （一）防止斜压破坏

当hw/b ≤4时（一般梁） V ≤0.25βcfcbh 0 当hw/b ≥6时（薄腹梁） V ≤0.20βcfcbh 0 当4＜hw/b ＜6时， 按直线内插法取用 （二）防止斜拉破坏

（三）防止剪压破坏

承载力的变化幅度较大，必须进行承载力计算，

17、剪力设计值的计算截面（四个需计算的控制截面）p112

（1）支座边缘处截面（图中a 、b 截面1—1）

：实际上支座反力是作用在支座承压面上的分布力，

因此计算时应采用支座边缘处得最大剪力V1；

（2）受拉区弯起钢筋弯起点处截面: 设计剪力V２V３,（图a中截面2—2和3—3）；

（3）箍筋截面面积或间距改变处截面: 设计剪力V4（图b中截面4—4）；

（4）腹板宽度改变处截面。

18、计算116页，例5.2.9 ，剪力已知，不能漏步骤15’

第一步验算截面尺寸，第二步计算箍筋用量，然后选用箍筋

19、单向板的定义p134

（书）楼盖中四边支承矩形区格板的长边跨度L2与短边跨度L1的比值L2/L1>2时为单向板肋梁楼盖荷载作用下，只在一个方向或主要在一个方向弯曲的板为单向板。

L b/L a>=3的为单向板，L b/L a>5当然也为单向板；

L b/L a<=2为双向板。

20、确定截面最不利内力时的可变荷载的布置原则（选/问，明白道理，p139）

（1）当求某一跨跨中最大正弯矩时，该跨布置活载，然后隔跨布置；

（2）当求某跨跨中最小弯矩时，在相邻两跨布置活载，其它隔跨布置；

（3）当求某支座最大负弯矩时，在该支座左右跨布置活载，然后隔跨布置；

（4）当求某一支座最大剪力时，布置方法同求支座最大负弯矩。

21、受压构件按受力情况不同分类

轴心受压：纵向压力通过截面的形心。

单向偏心受压：

双向偏心受压：

单向偏心受压

双向偏心受压

22、偏心受压构件的两种破坏现象及区别（简答）p179

（1）受拉破坏——大偏心受压

◆当轴向受压力N的偏心距e0较大，纵向钢筋配筋率不高时，受荷后构件截面部分受拉，部分受压。

◆截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，受拉钢筋A s的应力随荷载增加发展较快，首先达到屈服。此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小。（受压区混凝土混凝土因达到极限压应变值而压碎，受压钢筋A's 也达到屈服）最后受压侧钢筋A's受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。

◆这类破坏首先由受拉钢筋屈服引起，而后致使混凝土压碎，破坏具有明显预兆，变形能力较大，破坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似，承载力主要取决于受拉侧钢筋。

形成这种破坏的条件是：偏心距e0较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为大偏心受压。（2）受压破坏——小偏心受压

⑴当相对偏心距e0/h0很小;

(2) 偏心距较小;

(3) 偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时。

※当偏心距较小或偏心距较大而受拉钢筋配置过多时，破坏来自于压区的混凝土首先压碎，而受拉侧钢筋未达到屈服，破坏突然，属于脆性破坏。小偏压构件在设计中应予避免；

◆当偏心距e0较小或偏心距较大而受拉侧纵向钢筋A s配置过多时，柱截面大部分甚至全部受压。

◆随着轴向压力N的增大，在靠近N的一侧首先出现纵向裂纹，破坏时截面上该侧受压混凝土达到极限压应变值而压碎、纵向受压钢筋A's屈服。而离N较远一侧的受力钢筋A s可能受拉，也可能受压，且未到达屈服。

◆这类破坏首先由受压混凝土压碎和受压钢筋屈服引起，而受拉侧钢筋未达到屈服，破坏突然，属于脆性破坏。

（3）如何区分

受拉破坏形态和受压破坏形态都属于材料发生了破坏。

它们的相同之处是截面的最终破坏都是受压区边缘混凝土达到其极限压应变值而被压碎； 不同之处在于截面破坏的起因，即截面受拉部分和受压部分谁先发生破坏。前者是受拉钢筋应力先达到屈服强度而后受压混凝土被压碎；后者是截面的受压部分先发生破坏。 区分大、小偏心受压原则是： 1、当b ξξ≤或0h x x b b ξ=≤时为大偏心受压

2、当b ξξ>或0h x x b b ξ=>时为小偏心受压

23、破坏时砌体的抗压强度低于块体强度原因p221

第一，是由于块体和砂浆的变形模量和横向变形系数不同，采用一般强度等级砂浆时，砂浆层的变形大于块体的横向变形，通过块体与砂浆之间的粘结力和摩擦作用，增大了块体的横向变形并引起附加水平拉力，因而块体处于竖向受压和横向受拉的不利受力状态。

第二，是块体的外形尺寸通常都不平整准确，水平灰缝砂浆也不可能均匀饱满，因而块体在砌体中并非均匀受压，而且除了压应力外还承受弯曲应力和剪应力，处于受拉、压、剪、弯，甚至受扭这样非常复杂的受力状态。

同时，砌体中的竖向灰缝往往都不饱满，于是在竖向灰缝处上下皮的砖内产生横向拉应力呵剪应力集中。砖块是脆性材料，抵抗弯、剪应力的性能很差，砖块的过早开裂最终导致砖砌体受压强度的降低。

24、影响砌体抗压强度的主要因素（如何提高砌体抗压强度？p222） a 、块体和砂浆强度

随着块体和砂浆强度等级的提高，砌体抗压强度也提高，但并不成正比例关系。 b 、砂浆的性能

砂浆的可塑性、保水性和变形性能对砌体抗压强度都有重要影响。用具有合适的可塑性以及良好保水性的砂浆铺砌的水平灰缝厚度比较均匀密实，可以提高砌体抗压强度。（房屋砌体的绝大部分部位普遍采用混合砂浆就是因为它的可塑性比水泥砂浆好，有利于砌体抗压强度的发挥。水泥砂浆容易失水，使可塑性降低。）

但是，也不能为了增加可塑性在砂浆中掺加过多塑化剂，以致硬化后的砂浆变形过大，反而降低了砌体抗压强度。 c 、块体形状和灰缝厚度

块体外形规则程度高，砌体抗压程度也提高；不规则时，会促使砖过早破坏。

灰缝过薄，砌体强度有显著地降低，但灰缝厚度越大，也会降低砌体强度。正常施工质量的标准是砖砌体呵小型砌块的灰缝厚度应控制在8~12mm 。 d 、施工技术和施工管理水平 e 、块体含水量和水平灰缝饱满度

用潮湿状态的砖砌筑砌体，使砌体抗压强度得以保证（块体越干，砂浆中的水分被吸收得越快，越不利于砂浆的硬化，致使砌体强度降低）。

一般要求应在砌筑前浇水湿润粘土砖和多孔砖，含水量宜为5%-8%。但是，对非烧结硅酸盐砖和

各类砌块块体，则相反，应采取措施避免施工时被雨水浇淋，以免引起日后房屋墙体严重的干缩变形裂缝，因为这类块体材料的干缩变形比较显著。

水平灰缝中砂浆的饱满度降低到60%时，砌体抗压强度可降低20%。规定砂浆饱满度不得低于80%。

25、P244影响房屋空间作用的主要结构因素是屋盖的刚度和横墙间距。

26、局部受压承载力p251

砌体处于局部受压时，由于未直接受压的周围砌体对直接受压部分的砌体的加强作用，局部受压范围内的砌体抗压强度有所提高。这一加强作用的实质是由于压应力向周围一定区域扩散，使直接受压部分砌体的压应力有所减少，相对来说是提高了局部抗压强度。

27、结构钢牌号的表示p266

Q235--质量等级（A、B、C、D）

浇注/脱氧方法（F、b、Z、TZ）

Q表示钢材的屈服强度，

数字如235表示钢材厚度（直径）不大于16mm时钢材屈服强度的下限值（即标准强度），单位N/mm2。

质量等级符号，碳素结构钢由低到高分为A、B、C、D四个等级。低合金钢的质量等级分A、B、C、D、E，其中E主要是要求-400C的冲击韧性。按字母顺序质量逐级提高

D级仅有TZ（特殊镇静钢）脱氧方法，C级仅有Z（镇静钢）脱氧方法，A、B级有F（沸腾钢）、b（半沸腾钢）、Z（镇静钢）脱氧方法

28、常用钢材规格p266

①钢板的表示方法：钢板的规格以钢板符号“—”和宽度×厚度×长度或宽度×厚度表示。如

－450×8×3100，—200×8，单位mm。

方钢板的表示方法：

②热轧型钢

槽钢的表示方法：槽钢规格以符号“[”和截面高度（数字，单位cm）表示，自[14起有厚度分类a型或b、c型加厚规格（例如[25a、[25b等]，a、b、c的厚度逐渐加厚。Q[20a为轻型槽钢。

29、螺栓的性能和等级（填空）

螺栓的性能统一用性能等级表示，例如4.8级、10.9级等。

小数点前的数字例如“4”和“10”表示螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度属于400N\mm2级和1000N\mm2级。

小数点及后面的数字，例如”0.8”、“0.9”表示螺栓材料的屈服强度与最低抗拉强度的比值，因此4.8级的屈服点不低于320N\mm2。

30、普通螺栓连接(填空)：按受力情况，普通螺栓分为剪力螺栓连接和拉力螺栓连接。（受剪/受拉）

31、如何提高腹板的局部稳定性p305

保证腹板局部稳定性的措施：一是增加腹板厚度，二是按计算配置加劲肋。

32、框架结构的抗震设计准则（含义）p382

A、“强柱弱梁型”机构：即梁铰机构，是塑性铰出现在框架梁端形成的机构；

B、强梁弱柱型”机构：即柱铰机构，是塑性铰出现在柱端形成的机构；

C、计的“强剪弱弯”要求：要求构件发生弯曲破坏时的剪力值小于构件斜截面受剪承载力。

D、点设计的“更强节点”要求：框架结构抗震设计除了应保证梁、柱构件具有足够的承载能力和变形能力外，更应保证梁柱节点的抗剪承载能力，使它不致发生早于梁、柱构件的破坏，实现“更强节点”。避免发生受剪破坏的主要措施是保证节点混凝土强度、密实性和在节点核心区内配置足够的箍筋。

计算一：筋，注意步骤（M给定，材料强度给定第一步求Ho,第二部求配筋，第三步求配筋量，第四步验算；）课后习题5-4

计算二：116页，例5.2.9 剪力已知，注意步骤；