2-结构设计原理结构按极限状态法设计计算的原则
结构设计原理
一、选择1、钢筋构造类型常见，焊接和绑扎。
2、钢筋和混凝土这两面三两种力学性能不同的材料，之所以能有效地结合在一起而共同工作，是基于以下理由：1）混凝土干缩硬化后能郑重较大的黏结力，2）钢筋和混凝土具有大致桢相同的温度线膨胀系数，3）包围在钢筋外围的混凝土。
3、在设计和施工中常用的混凝土强度可分为立方体强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度等。
4、我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081—2002）规定以每边长为150mm立方体，在标准养护条件下养护28d，依照标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度值（以MPa）作为混凝土的立方体抗压强度标准值（fcu，k）。
5、混凝土的轴心抗压强度试验以150m*150m*300m的试件为标准试件。
6、大量试验表明，测定混凝土轴心抗拉强度的常用方法有两种：直接思向拉伸试验和劈裂试验。
7、复合应力状态下的混凝土强度是指处于双向或三向受力状态。
8、在复合状态下（双向应力状态）：1）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；2）当双向受拉时，一向的抗拉强度与另一向拉应力大小无关，即双向受拉的混凝土抗强度接近于单向抗拉强度，3）当一向受拉，一向受压时，混凝土的强度均低于单向受力的强度。
9、当混凝土圆柱体三向受压时，混凝土的轴心抗压强度随另外两向压应力增加而增加。
10、混凝土的变形可分为两类：一类是由于受力而产生的变形（短期单调、极限；2）多次重复、疲劳极限；3）长期荷载、引起徐变。
）；另一类收缩和温度变化而产生的变形，（体积变形，有膨胀和收缩）。
11、完整的混凝土轴心受压应力—应变曲线由上升断OC、下降断CD和收敛断DE三个阶断组成。
12、混凝土轴心受力—应变曲线的上升断OC和下降断CD的三个特征值是：最大应力值FC及相应的应变值Sco以及D点的应变颠倒。
13、混凝土的弹性模量有三种表示方法：原点弹性模量、切线模量和变形模量。
混凝土结构设计原理(第五版)答案2
《混凝土结构设计原理》思考题及习题（参考答案）第3章 按近似概率理论的极限状态设计法思 考 题3.1 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力称为结构的可靠性。
它包含安全性、适用性、耐久性三个功能要求。
结构超过承载能力极限状态后就不能满足安全性的要求；结构超过正常使用极限状态后就不能保证适用性和耐久性的功能要求。
建筑结构安全等级是根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重与否来划分的。
3.2 所有能使结构产生内力或变形的原因统称为作用，荷载则为“作用”中的一种，属于直接作用，其特点是以力的形式出现的。
影响结构可靠性的因素有：1）设计使用年限；2）设计、施工、使用及维护的条件；3）完成预定功能的能力。
结构构件的抗力与构件的几何尺寸、配筋情况、混凝土和钢筋的强度等级等因素有关。
由于材料强度的离散性、构件截面尺寸的施工误差及简化计算时由于近似处理某些系数的误差，使得结构构件的抗力具有不确定的性质，所以抗力是一个随机变量。
3.3 整个结构或构件的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定状态称为该功能的极限状态。
结构的极限状态可分为两类，一类是承载能力极限状态，即结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态。
另一类是正常使用极限状态，即结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限值的状态。
3.4 建筑结构应该满足安全性、适用性和耐久性的功能要求。
结构的设计工作寿命是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期，它可按《建筑结构可靠度设计统一标准》确定，业主可提出要求，经主管部门批准，也可按业主的要求确定。
结构超过其设计工作寿命并不意味着不能再使用，只是其完成预定功能的能力越来越差了。
3.5 正态分布概率密度曲线主要有平均值μ和标准差σ两个数字特征。
μ越大，表示曲线离纵轴越远；σ越大，表示数据越分散，曲线扁而平；反之，则数据越集中，曲线高而窄。
混凝土结构受弯构件正截面承载力计算(极限状态法)
fy
(3)
相对受压区高度ξ不仅反映了钢筋与混凝土的面积比（配筋率 ρ），也反映了钢筋与混凝土的材料强度比，是反映构件中两种材 料配比本质的参数。
桥梁工程系－杨 剑
界限相对受压区高度ξb
ecu
x>xb’ Xb ’ x<xb’
ρ<ρmax
ρ=ρmax ρ>ρmax
ey
桥梁工程系－杨 剑
h0
有明显屈服点钢筋：
2
(5) (5a)
桥梁工程系－杨 剑
三. 适用条件
1. b x b h0
或
max b
a fc
f sd
2 0
M M u ,max a s ,max a f cbh
a s a s ,max b (1 - 0.5b )
防止所设计的梁为超筋梁
桥梁工程系－杨 剑
4
受弯构件强度和变形计算 ——混凝土结构规范部分
本章按照混凝土结构设计规范对钢筋砼受弯 构件进行分析
桥梁工程系－杨 剑
本章主要内容
4-1 受弯构件的应力阶段及破坏状态
4-2 受弯构件正截面承载力计算 4-3 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 4-4 双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算
4-5 T形截面受弯构件正截面承载力计算
b =(1/3~1/4)h － T形截面，焊接骨架；
简支板可取h = (1/30 ~ 1/35)L
桥梁工程系－杨 剑
给定M时 ● 截面尺寸b、h(h0)越大，所需的As就越少， 越小，但 混凝土用量和模板费用增加，并影响使用净空高度； ● 反之，b、h(h0)越小，所需的As就越大， 增大。
b as
结构设计原理-第二章-混凝土-习题及答案
第二章混凝土结构的设计方法一、填空题1、结构的、、、统称为结构的可靠性。
2、当结构出现或或或状态时即认为其超过了承载力极限状态。
3、当结构出现或或或状态时即认为其超过了正常使用极限状态。
4、结构的可靠度是结构在、、完成的概率。
5、可靠指标 = ，安全等级为二级的构件延性破坏和脆性破坏时的目标可靠指标分别是和。
6、结构功能的极限状态分为和两类。
7、我国规定的设计基准期是年。
8、结构完成预定功能的规定条件是、、。
9、可变荷载的准永久值是指。
10、工程设计时，一般先按极限状态设计结构构件，再按极限状态验算。
二、判断题1、结构的可靠度是指：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值。
2、偶然作用发生的概率很小，持续的时间很短，但一旦发生，其量值可能很大。
3、钢筋强度标准值的保证率为97.73%。
HPB235级钢筋设计强度210N/mm2，意味着尚有2.27%的钢筋强度低于210N/mm2。
4、可变荷载准永久值：是正常使用极限状态按长期效应组合设计时采用的可变荷载代表值。
5、结构设计的基准期一般为50年。
即在50年内，结构是可靠的，超过50年结构就失效。
6、构件只要在正常使用中变形及裂缝不超过《标准》规定的允许值，承载力计算就没问题。
7、某结构构件因过度的塑性变形而不适于继续承载，属于正常使用极限状态的问题。
8、请判别以下两种说法的正误：(1)永久作用是一种固定作用；(2)固定作用是一种永久作用。
9、计算构件承载力时，荷载应取设计值。
10、结构使用年限超过设计基准期后，其可靠性减小。
11、正常使用极限状态与承载力极限状态相比，失效概率要小一些。
12、没有绝对安全的结构，因为抗力和荷载效应都是随机的。
13、实用设计表达式中的结构重要性系数，在安全等级为二级时，取00.9γ=。
14、在进行正常使用极限状态的验算中，荷载采用标准值。
15、钢筋强度标准值应具有不少于95%的保证率。
16、结构设计的目的不仅要保证结构的可靠性，也要保证结构的经济性。
第二篇建筑结构设计的基本原则
(2)由永久荷载效应控制的组
S=γGSGk＋∑ ψ Qi γQiSQik
上式中各符号的意义见课P21
荷载分项系数
荷载类型 永久荷载
可变荷载
荷载特征
当其效应对结构不利时 对由可变荷载效应控制的组合 对由永久荷载效应控制的组合
当其效应对结构有利时 一般情况
Qk＝6KN/m
Gk＝15KN/m
解：
（1）计算荷载标准值作用下的跨中弯矩：
恒荷载作用下： MGK
1 8
GK
l02
1 8
15
62
67.5KN
M
活荷载作用下：
M QK
1 8
QK
l0 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 8
6
62
27KN M
（2）承载能力极限状态设计时跨中弯矩设计值：
①按可变荷载效应控制的组合：查表可得 G 1.2 Q 1.4
直接作用——施加在结构上的荷载。如结构自重、家具及人 群荷载等。
间接作用——指引起结构外加变形和约束变形的原因。如温 度变化、混凝土收缩、地基沉降等。
（一）荷载的分类
1.永久荷载——也称为恒荷载。指在结构的使用期间，其值 不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计或其 变化是单调的并能趋于限值的荷载，如结构自重、土压力、 预应力等。
S=γGSGk+γQ1SQ1k＋∑ ψ Qi γQiSQik
(2)由永久荷载效应控制的组
S=γGSGk＋∑ ψ Qi γQiSQik
上式中各符号的意义见课本P21
γ0S≤R
R——结构构件的承载力设计值。在抗震设计时， 应除以承载力抗震调整系数γRE
结构设计原理复习题
思考题与习题————绪论一、简答题1-1.1 什么是混凝土结构？1-1.2 钢筋混凝土结构有哪些主要优点？有哪些主要缺点？如何克服这些缺点？1-1.3 学习混凝土结构课程时应注意那些特点？二、填空题1-2.1 混凝土结构是_______________、__________________和___________________的总称。
1-2.2 钢筋和混凝土的物理、力学性能不同，它们能够结合在一起共同工作的主要原因是_____________和__________________。
思考题与习题（材料）一、简答题2-1.1 混凝土结构中使用的钢筋主要有哪些种类？根据钢筋的力学性能，钢筋可以分为哪两种类型？其屈服强度如何取值?2-1.2 有明显屈服点钢筋和没有明显屈服点钢筋的应力~应变曲线有什么不同？2-1.3 钢筋的冷加工方法有哪几种? 冷拉和冷拔后的力学性能有何变化？《结构规范》是否主张继续推广应用冷加工钢筋，为什么？2-1.4 什么是钢筋的应力松弛？2-1.5 钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求？2-1.6 混凝土的强度等级是如何确定的？我国《规范》规定的混凝土强度等级有哪些？2-1.7 混凝土的立方体抗压强度平均值m cu,f 、轴心抗压强度平均值m c,f 和轴心抗拉强度平均值m t,f 是如何确定的？为什么m c,f 低于m cu,f ？m c,f 与m cu,f 有何关系？m t,f 与m cu,f 有何关系？2-1.8 混凝土的受压破坏机理是什么？根据破坏机理，提高混凝土强度可采取什么方法？2-1.9 混凝土的单轴抗压强度与哪些因素有关？混凝土轴心受压应力–应变曲线有何特点？2-1.10 混凝土的变形模量和弹性模量是怎样确定的？各有什么用途？2-1.11 混凝土受拉应力–应变曲线有何特点？极限拉应变是多少？2-1.12什么是混凝土的徐变？徐变的规律是什么？徐变对钢筋混凝土构件有何影响？影响徐变的主要因素有哪些？如何减少徐变？2-1.13 什么是混凝土的收缩？收缩有什么规律？与哪些因素有关？混凝土收缩对钢筋混凝土构件有什么影响？如何减少收缩？2-1.14 影响钢筋与混凝土粘结性能的主要因素有哪些? 为保证钢筋与混凝土之间有足够的粘结力要采取哪些主要措施？2-1.15 在哪些情况下可以对钢筋的基本锚固长度进行修正？2-1.16 钢筋的连接应遵循哪些基本设计原则？2-1.17 何谓搭接连接区？如何求搭接连接区的长度？在搭接连接区内钢筋的接头面积百分率应满足什么条件？二、填空题2-2.1 钢筋的变形性能用_________和_________两个基指标表示。
极限状态设计方法
1.2 正常使用极限状态计算
3. 荷载准永久组合的效应设计值计算
荷载准永久组合的效应设计值应按式（1-12）进行计算 （组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况）。
（1-12）
准永久组合是采用设计基准期内持久作用的准永久值进 行组合而确定的。它是考虑可变荷载的长期作用并具有独立性 的一种组合形式。但《混凝土结构设计规范（2015年版）》 （GB 50010—2010）中对结构抗力（裂缝、变形）的试验研 究结果多数是在荷载短期作用的情况下取得的，因此仅将荷载 准永久组合值作为荷载长期作用会降低结构抗力（刚度）的影 响因素之一来取用。
1.2 正常使用极限状态计算
1. 荷载标准组合的效应设计值计算
荷载标准组合的效应设计值S应按式（1-10）进行计算（组 合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况）。
（1-10） 标准组合是在设计基准期内根据正常使用条件可能出现最大 可变荷载时的荷载标准值进行组合而确定的，在一般情况下均采 用这种组合值进行正常使用极限状态的验算。
S≤C
（1-9）
式中，C为结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，如变形 、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值，应按各有关建筑结构设 计规范的规定采用。
正常使用情况下,荷载效应和结构抗力的变异性已经在确定荷 载标准值与结构抗力标准值时进行了一定程度的处理，并具有一 定的安全储备。考虑到正常使用极限状态设计属于校核验算性质 ，所要求的安全储备可以略低一些，所以可采用荷载效应及结构 抗力标准值进行计算。
1.2 正常使用极限状态计算
当结构振动涉及人的舒适性，影响非结构构件的性 能和设备的使用功能时，应采用荷载频遇组合进行极限 状态的验算。在《建筑结构荷载规范》（GB 50009— 2012）中首次提出了频遇组合的计算条文，但由于当前 所给出的频遇组合值系数和对结构构件达到正常使用要 求的相应规定限值尚不够完善，因而也没有明确规定其 具体应用场合，当有成熟经验时，可以采用这种组合进 行极限状态的验算。
(整理)《荷载与结构设计方法》试题+参考答案4.
《荷载与结构设计方法》试题+参考答案4一、填空题（每空1分，共计20分）1. 当功能函数服从 正态分布 时，可靠指标与失效概率具有一一对应关系。
2结构构件可靠度计算的一次二阶矩法包括 中心点法 和 验算点法 。
3. 结构可靠指标β的几何意义是 随机变量空间坐标原点到极限状态曲面的最短距离。
随机变量标准空间坐标原点到极限状态曲面的最短距离。
4. 荷载简单组合是 恒荷载 与 可变荷载 的组合。
5. 确定结构目标可靠度水准的方法有 事故对比法 、 校准法 和 优化法 。
6. 荷载的代表值一般包括 标准值 、 组合值 、 频遇值 和 准永久值 。
7. 荷载效应组合规则一般有 、 、和 。
8. 我国“建筑结构可靠度设计统一标准”（GB50068—2001）将设计状况分为 、 和 。
9. 荷载效应组合问题的实质是 综合荷载效应最大值的概率分布问题 。
二、判断对错（在括号内：对的画“√”，错的画“×”） （每空2分，共计16分）1. 可靠指标β越大，结构可靠程度越高。
（ 对 ）2. 结构可靠度设计的基准期就是结构的使用期。
（ 错 ）3. 结构的失效概率f P 等于结构抗力R 和荷载效应S 的概率密度干涉面积。
（ 错 ）4. 极限状态方程表达了结构荷载效应与抗力之间的平衡关系。
（ 对 ）5. 结构重要性系数是用来调整不同安全等级结构的目标可靠指标的。
（ 对 ）6. 延性破坏构件的目标可靠指标要大于脆性破坏构件的相应值。
（ 错 ）7. 荷载标准值是设计基准期内在结构上时而出现的较大可变荷载值。
（ 错 ）（最大荷载）8. 对于结构不同的设计状况，均应进行正常使用极限状态设计。
（ 错 ）三、简述题（每小题8分，共计24分）1. 简述结构设计方法经历了哪几个发展阶段，并说明每个阶段结构设计方法的主要特点。
2. 简述影响结构构件抗力随机性的几类因素，并说明每一类因素主要包括哪些内容。
3. 简述结构构件可靠度设计的实用表达式包括哪些内容，并列出具体表达式。
结构设计基本原理
第3章 结构设计基本原理本章的主要内容:z结构上的作用、可靠度、极限状态的概念z概率极限状态设计方法的基本原理z荷载和材料强度的取值方法；荷载标准值，材料强度标准值z极限状态设计表达式；荷载效应组合设计值，材料强度设计值；分项系数本章的重点和难点：z两类极限状态的区别；z荷载效应组合的意义及种类；结构失效概率、可靠指标及目标可靠指标的关系；z概率极限状态设计表达式及应用。
3.1 结构可靠度及结构设计方法3.1.1 结构上的作用、作用效应及结构抗力z结构上的作用和作用效应结构上的作用:施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加变形或约束变形的原因。
结构上的作用，可分为三类：（1）永久作用：也可称为永久荷载或恒荷载。
（2）可变作用：如为直接作用，则通常称为可变荷载。
（3）偶然作用：当为直接作用时，通常称为偶然荷载。
作用效应：由直接作用或间接作用在结构内产生的内力和变形。
当为直接作用（即荷载）时，其效应也称为荷载效应，通常用S表示。
z结构抗力结构抗力R－整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的能力，如构件的承载能力、刚度及抗裂能力等。
它是一个随机变量。
R＝R（材料强度、几何尺寸、计算模式等）举例说明，一个受力的简支梁的荷载、荷载效应、抗力…z设计基准期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。
我国的《可靠度设计统一标准》规定设计基准期为50年。
3.1.2 结构的预定功能及结构可靠度z设计使用年限设计使用年限－设计规定的结构或构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。
见表3－1。
分别是5，25，50，100年。
表3-1 设计使用年限分类z结构的预定功能：（1 （2）良好的工作性能； （3）足够的耐久性能； （4可靠性：安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性；即结构在规定的时间内，在规定的条件下（三正常），完成预定功能的能力。
结构可靠度：为结构可靠性的概率度量，即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。
极限状态设计法
我国 1.20 1.0(G 有利时) 1.40 1.30(q≥4kN/m2) 1.35
按荷载的准永久组合时：
n
S SGK qi SQiK i 1
qi
－为可变荷载的准永久值系数。
3.3.4 按极限状态设计时材料强度和荷载的取值
1、钢材的抗拉强度标准值fyk 热轧钢筋抗拉强度标准值用fyk表示。《规范》取国家冶金局标准 规定的废品限制作为钢筋强度的标准值，相当于满足保证率为 97.73%，即平均值减去二倍的标准差。
结构按承载能力极限状态设计时，要保证其完成预定功能的概 率不低于某一允许水平而要求设计所达到的可靠指标，称为目 标可靠指标[β] 。
由于结构延性破坏和脆性破坏的性质不同，前者有明显预兆，
可及时采取补救措施，目标可靠指标可定的稍低一些；后者为
突发性破坏，破坏前无明显预兆，目标可靠指标应定的高一
些。 结构构件承载力极限状态的目标可靠指标[β]
Mu
f y As
h0
(1 k2 )
f y As
k1
fc
b
a.材料强度 fy 和 fc 的离散 b.截面尺寸h0和 b 的施工误差 c. 参数 k1 和 k2的误差
虽然设计 保证
M Mu
不一定安全（可靠）!
3.2.1 结构的可靠度
安全系数法的缺点： 没有定量的考虑抗力和荷载效应的随机性，而是靠经验或工
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能 满足设计指定的某一功能要求，这个特定状态称为该 功能的极限状态。
能完成预定的各项功能时，结构处于有效状态； 反之，则处于失效状态，有效状态和失效状态的分 界，称为极限状态，是结构开始失效的标志。