第三讲地下结构设计原理计算方法

一，地下结构体系的组成及结构形式

在保留上部地层(山体或土层)的前提下．在开挖出能提供某种用途的地下空间内修筑的建筑结构物，通称为地下结构。

1 ．地下结构体系的组成地下结构和地面结构物，如房屋、桥梁、水坝等一样，都是一种结构体系，但两者之间在赋存环境、力学作用机理等方面都存在着明显的差异。地面结构体系一般都是由上部结构和地基组成。地基只在上部结构底部起约束或支承作用，除了自重外，荷载都是来自结构外部，如人群、设备、列车、水力等。而地下结构是埋入地层中的，四周都与地层紧密接触。结构上承受的荷载来自于洞室开挖后引起周围地层的变形和坍塌而产生的力，同时结构在荷载作用下发生的变形又受到地层给予的约束。在地层稳固的情况下，开挖出的洞室中甚至可以不设支护结构而只留下地层、如我国陕北的黄土窑洞，证实了在无支护结构的洞室中，围岩本身就是承载结构。

由于地下结构周围的地层是干差万别的，洞室是否稳定不仅取决于岩石强度，而且取决于地层构造的完整程度。相比之下，周围地层构造的完整性对洞室稳定更有影响。各类岩土地层在洞室开挖之后，都具有一定程度的白稳能力。地层自稳能力较时．地下结构将不受

或少受地层压力的荷载作用，否则地下结构将承受较大的荷载直至必须独立承受全部荷载作用。因此．周围地层能与地下结构一起承受荷裁．共同组成地下结构体系。

地下结构的安全度百先取决于地下结构周围的地层能否保持持续稳定，并且应充分利用和更好地发挥围岩的承载能力。

地下建筑结构都需要修建支护结构，即村砌，或称为被覆。它是在坑道内部修建的永久件支护结构。

因此，支护结构有2 个最基本的使用要求：一是满足结构强度、刚度要求，以承受诸如水、土压力以及一些特殊使用要求的外荷载；

二是提供一个能满足使用要求的工作环境，以便保持隧道内部的干燥和清洁。这两个要求是彼此密切相关的。2．地下结构的形式

因为地下结构周围的介质是干差万别的，所以不同地质条件需要的支护结构形式会有很大的不同、它直接影响到地下结构上的荷载。因此，结构形式首先由受力条件来控制。通常按其使用目的有如下基本类型：

(1)防护型支护

如顶部防护，这是开挖支护中最轻型者，它既小能阻止因岩变形，又不能承受岩体压力，而是仅用以封闭岩面，防止坑道周围岩体质量的进一步恶化。它通常是采用喷桨、喷混凝土或局部锚杆来完成的。

(2)构造性支护

在基本稳定的岩体中，加大块状岩体，坑道开挖后的围岩可能出现局部掉块；但在较长时间内不会造成整个坑道的失稳或破坏。

支护结构的构造参数应满足施工及构造要求。构造型支护通常采用喷混凝土、锚杆和金属网、模筑混凝土等支护类型。

(3)承载型支护承载型支护是坑道支护的主要类型。视坑道围岩的力学动态，它可分为轻型、中型及重型等。

衬砌综合地质、使用、施工因素．衬砌的制造方式可归纳为下列几种结构形式

(1)就地灌注整体式混凝土衬砌适用于矿山法施工，日围岩可以在短时间内稳定，也通用于采用明挖法施工的衬砌形式。衬砌的表面整齐美观，进度快．质量容易控制。

采用矿山法施工时常用拱形结构形式．这种结构大多数由上部拱圈、两侧边

墙和底部仰拱( 或铺底)组成。其上部拱圈的轴线采用多心圆或半圆形，边墙可做成直边墙或曲边墙；

当底部压力较大或有地下水时．应做成带仰拱的封闭式结构，如图所示

根据地质条件在岩层较坚硬、整体性较好的稳定或基本稳定的园岩中，可采用半衬砌，边墙只设防护，

施工时应保证拱脚岩层的稳定性，当使用要求较大跨度时、可以做成落地拱

采用明挖法施工常用的结构形式是矩形框架，其内部根据使用目的设有梁、柱或中墙.

沉埋法施工(亦称水下明挖法) 的衬砌结构形式，是在专门的制造场地顶制的，其结构形式与制造方式有关。

用明挖法施工修建的地下构筑物，需要有和地团连接的通道，它是由浅入深的结构，称为引道，在无法修筑顶盖的情况下通常都做成开敞式的。

(2)锚喷支护

常用于矿山法施工，它可以在坑道开挖后及时施设．因此．能有效地限制洞周位移．保护作业人员的安全，避免局部产生过大的变形。

(3)复合式衬砌

分2 次修筑，中间加设薄膜防水层的衬砌称为复合式村砌，复合式衬砌的外层常为锚喷支护，以利于及时架设，尽快位围岩和初期支护达到基本稳定。内层常为现浇整体式混凝土衬砌、喷混凝土或喷钢纤维混凝土衬砌、装配式衬砌等不同的形式。

(4)装配式村砌由工厂预制、在洞内拼装而成的衬砌称为装配式衬砌，每一个村砌单元称为管片。由数块标淮块, 邻接块,l 块封顶块拼装成一衬砌环．再用纵向螺桂连接。

用于盾构法施工的装配式衬砌，由于在盾尾内拼成圆环材砌，在盾构向前推进时．要承受千斤顶推进的反力。同时，由于盾构的前进而便装配好的衬砌环一旦暴露在盾尾外时，立即承受地层给予的压力。故要求衬砌：

①能立即承受施工荷载和永久荷载，如围岩压力、机具压力，后者包括盾构推进时的千斤顶压力；

②有足够的刚度和强度，不远水、耐腐蚀，具有足够的耐久性能；③装配安全、简便、构件能互换，且在管片刚被推出盾尾后即刻要承受向衬砌背后注浆的压力。

支护结构计算理论

支护结构计算理论的发展大概可分为3 个阶段

1．刚性结构阶段运用压力线理论。其认为．地下结构是由一些刚性块组成的拱形结构，所受的主动荷载是地层压力，当地下结构处于极限平衡状态时、它是由绝对刚体组成的三铰拱静定体系．铰的位置分别假设在墙底和拱顶．其内力可按静力学原理进行计

算。

这种计算理论认为，作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重力。可以作为代表的有海姆理论、朗肯理论和金尼克理论。

但是压力线假设的计算方法缺乏理论依据，一般倩况偏于保守．所设计的衬砌厚度将偏大很多。

2．弹性结构阶段作用在结构上的荷载是主动的地层压力，并考虑了地层对结构产生的弹性反力的约束作用。由于有了比较可靠的力学原理为依据，故至今在设计地下结构时仍时有采用。

这类计算理论认为、当地下结构埋置深度较大时．作用在结构上的压力不是上覆岩层的重力而只是团岩坍落体积内松动岩体的重力——松动压力。

代表的有太沙基理论和普氏理论，他们的共同观点是：认为坍落体积的高度与地下工程跨度和围岩性质有关。不同之处是．前者认为坍落体为矩形，后者认为是抛物线形。

其对于围岩自身承载能力的认识又分为以下2 个阶段；

(1)假定弹性反力阶段地下结构衬砌受到地层对其变形的约束作用。地层对衬砌的约束作用力就称之为弹性反力。这样计算理论便进入了假定弹性反力阶段.

(2)弹性地基梁阶段由于假定弹性反力法对其分布图形的假定有较大的任意性。人们开始研究将边墙视为弹性地基粱的结构计算理论．

3．连续介质阶段这种计算方法以岩体力学原理为基础，认为坑道开挖后向洞室内变形而释放的围岩压力将由支护结构与围岩组成的地下结构体系共同承受。一方面围岩本身由于支护结构提供了一定的支护阻力，从而引起它的应力调整达到新的平衡；另一方面、由于支护结构阻止围岩变形、它必然要受到围岩给予的反作用力而发生变形。

现代支护理论信传统支护理论之间的区别主要表现在以下几方面：

1) 对围岩和围岩压力的认识方面传统支护理论认为围岩压力由洞室塌落的围岩“松动压力”造成，而现代支护理论认为围岩具有白承能力，围岩作用于支护上的压力不是松动压力．而是阻止围岩变形的形变压力。

(2) 在围岩和支护间的相互关系上

传统支护理论把围岩和支护分开考虑．围岩当作荷裁。支护作为承裁结构，属于‘荷载—结构”体系，现代支护理论则将固岩和支护作为——个统一．二者组成“围岩—支护”结构体系共同参与工作：

(3)在支护功能和作用原理上传统支护只是为了承受荷载，现代支护则是为了及时

稳定和加固围岩c

(4)在设计计算方法上传统支护主要是确定作用在支护上的荷载．现代支护设计的作用荷载是岩体地应力．由围岩和支护共同承载，

(5)在支护形式和工艺上由于锚喷支护结构的大量使用，它可在围岩松动之前及时加固团岩，其应用实践给人们积累了丰富的经验—新奥法是典型的代表。

地下结构的计算特性

(1)必须充分认识地质环境对地下结构设计的影响地下工程周围的地质体是工程

材料、承载结构，同时又是产生荷载的来源

(2)地下结构施工因素和时间因素会极大地影响结构体系的安全性与地面结构不同，地下工程支护结构安全与否，既要考虑到支护结构能否承载，又妥考虑困岩会不舍失稳，这2 种原因都能最终导致支护结构破坏

(3) 地下工程支护结构设计的关键问题在于充分发挥围岩自承力地下结构计算的

力学模型1．结构力学的计算模型

(1)主动荷载模型

它不考虑因岩与支护结构的相互作用．因此、支护结构在主动荷载作用下可以自由变形，和地面结构的作用没有什么不同。

(2)主动荷载加固岩弹性约束的模型它认为围岩不仅对支护结构施加主动荷载．而且由于围岩与支护结构的相互作用．还有支护结构施加被动的弹性反力。

(3)实地量测荷载模式这是当前正在发展的一种模式，它是主动荷载模型的亚型，以实地量测荷载代替主动荷载。

2．连续介质力学的计算模型

也称围岩-- 结构模型。按连续介质力学原理及变形协调条件分别计算衬砌与围岩中的内力，并据以验算地层的稳定性和进行结构截面设计。

(1)现代支护结构原理归纳起来．现代支护结构原理包含的主要内容有以下几方面；①现代支护结构原理是建立在围岩与支护共同作用的基础上，即把围岩与支护看成是由2 种材料组成的复合体．且把围岩通过岩体支承环作用成为结构体系的重要部分。显然．这完全不同与传统支护结构的观点：认为围岩只产生荷载而不能承载，支护只是被动地承受已知荷载而起不到稳定围岩和改变围岩压力的作用。

○2 充分发挥围岩自承能力是现代支护结构原理的一个基本观点以改善支护的受力性能。发挥固岩的自承能力，一方面不能让围岩进入松动状态，以保持围岩的自承力；另一方面允许围岩进入一定程度的塑性状态，以使围岩自承力得以最大限度的发挥。当围岩洞壁位移接近允许变形值，围岩压力就达到最小值。围岩刚进入塑性状态时能发挥最大自承力这一点已从第2 章围岩的工程性质中岩石、软弱结构面和岩体的应力—应变曲线予以说明。

③现代支护结构原理的另一个支护原则是尽量发挥支护材料本身的承载力。采用柔性薄型支护．分次支护或封闭支护以及深入到围岩内部进行加固的锚杆支护，都具有充分发挥围岩材料承载力的效用。

④根据地下工程的特点和当前技术水平，现代支护结构原理主张凭借现场监控测试手段指导设计和施工，并由此确定最佳的支护结构形式、支护参数、施工方法与施工时机。因此．现场监控量测和监控设计是现代支护结构原理中的一项重要内容。⑤现代支护原理结构要求按岩体的不同地质和力学特征选用不同的支护方式、力学模型、相应N1L 算方法以及不同的施工方法。如稳定地层、松散软弱地层、塑性流变地层、膨胀地层都应当采用不同的设计原则和施工方法。而对于作用在支护结构上的变形压力、松动压力及不稳定块体的荷载等都应当采用不同的计算方法。

（2）理想支护结构的基本要求

①必须能与周围岩体大面积地牢固接触，即保证支护碉岩体系作为一个统一的整体工作。

②要允许支护—围岩体系产生有限制的变形，以充分发挥围岩的承载能力，从而减少支护结构的作用，协调地发挥两者的共同作用。这就要求对支护结构的刚度、构造给予充分的注意．即要求支护结构宵一定的柔性或可缩性c

③重视早期支护的作用，并使早期支护与后期支护相互配合，协调一致地工作，主动控制围岩的变形。前面已经指出．围岩的变形是随时间的推移而逐渐发展的．因此在开挖的早期要适别地进行初期支护．其刚度不宜过大．应能让围岩产生一定的变形。

○4 必须保证支护结构架设及时。前面已指出．支护过晚会使围岩暴露、产生过度的位移而濒临破坏（极限平衡）。因此，支护应在坑道围岩达到极限平衡之前开始发挥作用。

○5作为支护结构要根据围岩的动态（位移、应力等）．及时进行调整和修改，以适应不断变化的同岩状态。

2．支护结构的类型支护结构的基本作用就是保持坑道断面的使用净空，防止岩体质量的进一步恶化，和围岩一起组成—个有足够安全度的隧道结构体系．承受可能出现的各种荷载，诸如水、土压力以及一些待殊使用要求的外荷载，此外、支护结构必须能够提供一个能满足使用要求的工作环境，保持隧道内的干燥与清洁。

按支护作用机理，目前采用的支护大致可以归纳为以下3 类。

（1）刚性支护结构这类文护结构通常具有足够大的刚性和断面尺寸，一般用来承受强大的松动地乐。但只要可能，就应避免松动压力的发生。刚性支护只有很小的柔性而且几乎总是完全文护，这类支护通常采用现浇混凝土，有的采用石砌块或混凝土砌块。从构造上看，它仑贴壁式结构和离壁式结构2 种。

2）柔性支护结构柔性支护结构是根据现代支护原理而提出来的，它既能及时地进行支护，限制图岩过大变形而出现松动，又允许围岩出现—定的变形，同时还能根据围岩的变化情况及时调整参数。所以，它是适应现代支护原理的文护形式。钳喷支护是一种主要的柔性支护类型.

(3)复合式支护结构复合式文护结构是柔性支护与刚性支护的组合支护结构，最终支护是刚性支护。复合式支护结构是根据支护结构原理中需要先柔后刚的思想．通常初期支护一般采用钳喷支护，让围岩释放掉大部分变形和应力，然后再施加二次衬砌，一般采用现挠混凝土支护或高强钢架．承受余下的围岩变形和地压．以维持围岩稳定。

根据复合式衬砌层与墙之间的传力性能又可以分为单层衬砌和双层衬砌。

双层衬砌是由初期支护、二次衬砌以及2 层村砌之间的防水层组成。设置二次衬砌的有2 种情况，一种是待初期支护的变形基本稳定之后再设置二次衬砌。此时，二次衬砌承受后续荷载，包括水压力、围岩和衬砌的流变荷载．由于钳杆等支护的失效而产生的围岩压力等。另—种是根据需要较早地设置二次村砌．特别是超浅埋陡道，对地表沉降有严格控制的情况下．此时二次衬砌和初期支护共同承受围岩压力。

3．锚喷支护的组成及力学作用锚喷支护属柔性薄型支护．容易调节围岩变形，发挥围岩白承能力。虽然喷混凝土自身属于脆性材料，但由于工艺上的原因，它可以做到喷得很薄，而且还可通过分次喷层的方法进—步发挥喷层的柔性。锚杆支护也是柔性支护。试验表明由钳杆加固的岩体．可以允许有较大变形而不破坏。因此锚喷支护具有比传统支护更好的调控围岩变形的作用。锚喷支护的另一个优点是能充分发挥支护材料的承载能力。由于喷层柔性大且与围岩紧密粘结．因此喷层破坏主要是受压或受剪破坏，它比受弯破坏的传统支护结构更能发挥混凝土承载能力：同时，采用分次喷层施工方法，也能起到提高承载力的作用。

综上所述，锚喷支护的工艺特点使它具有支护及时性、梁性、围岩与支护的密贴性封, 闭性、施工的灵活性等，从而充分发挥围岩的自承作用和材料的承载作用。

(1) 喷混凝上支护喷混凝土为永久性的支护结构的一部分．是现代隧道建造中支护结构的主要形式。喷混凝土支护主要用作早期支护，对通风阻力要求不高的隧道也可用作后期支护。

喷射混凝土的材料通常有以下几种类型：

1,普通喷射混凝十；普通喷射混凝土出水泥、砂、石和水按一定比例混合而成。

2,水泥裹砂石造壳喷射混凝土c

3,钢纤维喷射混凝土。

(2) 锚杆锚杆是—种特殊的支护类型．它主要是起加固岩体的作用，只有预应力锚杆才能形成

主动的支护阻力。

(3)金属网

金属网有以下3 种形式：①金属网板。金属网板使用薄钢板经冷冲压或热冲压制成，网眼呈菱形或方形。

○2焊接金属网：焊接金底网是由直径6—8mm的钢筋焊接而成的。

○3编织金属网。编织金属网主要用于加固围岩缺陷部分和防止围岩剥落．

(4)钢拱架

钢拱架基本有2 种形式．一种是用型钢做成的钢供．另—种是用钢筋焊成的格栅拱、

其形状与开挖断面吻合。它们都可以迅速架设．并能提供足够的支护阻力。

目前经常使用的钢拱架有下列2 种

①普通钢拱架：

普通钢供架对以在隧道全断面范围内使用，也可以只在分台开挖方式的上半断面使用。

○2可缩性钢供架。围岩发地较大的内空变份时．为保持文护结构的柔性4．单层衬砌的构造原理与构造形式

(1) 单层衬砌的构造原理

①围岩压力的传递

②应力的内部传递。

○3单层构砌构造的必要条件：必须尽可能地形成紧密咬合的一体化断面。目前，双层衬砌的外衬、通常是不考虑承载和防水功能的。但在单层衬砌中，涉及结构物的耐久性、支护应校作为最终结构的一部分来考虑。

单层衬砌构造主要是能够把因弯曲而在接触而产生的剪力通过结合面的粘接作用再传递，从而提高了结构的承载能力．是—个比较经济的结构形式。

(2) 单层村砌的类型

①钢纤维模筑混凝土的单层衬砌

仅第1 层的施工方法不同。这种构造形式的优点是采用与双层衬砌同样的施工方法，第2 层采用高品质的防水混凝土，为了确保构造的稳定性，第1 层的厚度与双层衬砌的外衬厚度一样。

②采用钢纤维喷射混凝土的单层衬砌。

构造形式如图中的①：第1层和第2层都具有承载和防水功能；⑤：第1 层和第2 层都具有承载功能，但只有第2 层具有防水功能：

单层村砌的第2 层采用钢纤维喷射混凝土的目的是：为获得充分的承载能力，强化第1 层；有人通过试验分析以上—两种不同的单层衬砌的施工方法，第2 层用钢纤

维喷射混凝土做成的试件比用钢纤维模筑混凝土做成的试件具有更高的传递剪力的能力。

二地下结构计算方法—力矩分配法

3分配系数“

如图(e)所不结构受集中力偶作用。

在结点A处产生了角位移Z,根据转角位移方程得

=S4I?Z=ii Al

M人2=S A2Z=4?

M JI=S?Z=i I

A 3A 3 A 3

=S A4? Z=O

由结点A的平衡条件得M 和+M,2 + M'3 + M" =M 把(町式代入上式，得ks」Z =M (M

解Z得Z = M

∑ SW M 和=5xιZ =3∕XI1 M.?=S-?Z=4f-

把(C)式代回(町式，即得各杆的A端弯矩为

SW

M t=——-—M = μ ,. ? M

ΣM.=SjZ=

M" S- ?Z = O j

其中：“ =■称为分配系数。

它农明，结点A的弯矩M按照分配系数的大小比例地分配于汇

交于该结点的各杆A端。

显然有∑Z∕, =1

知道了各杆的近缩弯矩，利用传递系数，很容易确定各杆的远端弯矩

M d =C A

i 9 M A

l *1,23

…)

图(e)

计算过程如卜表所示

例I 如图示连续梁，作M 图。 解：在B 结点引入刚臂

查表得固端弯矩

M ：,=

吟

=180 kN.m

M M - -L

f- = -100 kN.m

求出B 结点的不平衡力矩

MA=M

二十

Mj= 80 kN.m

D

DA

DL 12

IEl + 4曰

3

12

8

.El

4

8

2 El

El '

3 ---- +

4 --- 12 8

杆竭 AB BA BC

CB

分配蔡数

0.5

固瑞穹矩 0

ISO -100

100 分配传递 虫

-20 最终弯矩 0

140 -140

80

把不平衡力矩反号加到B 结点上并按分配系数分配到并杆的B 端。 过程如表所示。

例3如图示刚架，用力矩分配法作M 图（EI=常数）。 解；在B 、C 引入刚种，计算固端弯矩

W F

=150 kN.m

计算分配系数

B 结馬f 二％4彳+4呀Y m 3殊4叨学r

.? I R

E

F

Ioiu 1?咅 20m

J

T —2(Inl 图00

G)=

α 3f

%÷4f %÷4f ∕'11

3

3呀+

AEl

∕l AEI ∕l " 11

"BA

"84

IEl

0.5

F p -40kN

2C IE

例3如图示刚架，用力矩分配法作M图（El=常数）?解:在B、C引入刚It计算固端弯矩

M 二=-TT- = 150 kN.m

OA Io

F p-40kN

计算分配系数

B结点："d4 =

3

3呀/呀严％肓

叫 4

絃％4%吆H

4 E/

CD

λ 3r>√4π∕÷4β∕"11 叫 J 'El/、严El/

、、?/、II

计算过程如下表所示

图⑴SlJS

A 1「 C D X

E

F TT _ 力

设:

C

E

Λ

17

F-2°m

4

5/图

(kN.m)

结点E R C F 杆埸EB BE BA BC CB CD Cr FC 分配系数4/113/114/114/113/U4/11

固端殍矩150

分配恨埋?27.27-54.55■40.91-5<55-27.27

4.%%92W9.92 4.H

dJ?1?36卫 4.9

o.ιe0339J4033?.17 -0.03-0.04-0.064?03

0,01MI OM

虽终勺矩?2??256.41107.6951.28-17.9474910.26 5.15校核-42?3l l-423I177A

校核：因G点有线位移，故位移连续条件需產新推导。前面己推导出AB段A端的转角为

AM “ 一丄AMd

…——

3。

M “≈2i^θ?

M GA = ~i AC0? + = -20

由上式可得

AMM -丄AMW

&；= ---------- 2——

3。

因此.A结点的位移拣调条件为

1 1

AM 觸--ΔΛ∕ w AG -yΔΛ∕β

例4如图示対称结构.用丿J矩分配法作M图（Eb常数）。解：此结构和荷载均为双对称

因此仅取％结构即町。

固端弯矩

“ ：G 二押：=22.5kN?m

M GA = 2A K =W .25 kN.m M ：R=丰 ql L = 一40 kN.m

-?

-

?*

A H

F R

C

1)

A

A

TTTT TTTT

结点G A B 杆端GA AG AB BA 分配系数0.40.6

固瑞弯矩11.25 22.5-40 49分配传递-7 7MLS 525

对丁AG杆，因为

^=30klN∕

m

^≡30kN∕n

ι

h 4m__________ f 4m

M ：=七 ql ：B = 40 Zm

分配系数

%

"胎~ EI mA

4a A 呆终弯矩 4.25 293?29S45.25 /Wf

结点

G A B

GA

AG AB BA

分配系数 ?.4 0.6 固端弯矩 11.25 22.5

-40

40 分配传递 -7 1 Jbtt i 5 5.25 最终弯矩 4.25 19.5 ?2M

45.25

校

核

31?5∕C7 31.5IEI

Afl 笔(IcNm)

?r=30kN

∕m ?

A

B

C A

?

F

E

四川大学《结构设计原理1643》在线作业答案

川大15秋《结构设计原理1643》在线作业答案 一、单选题： 1.题面如下： (满分:2) A. a B. b C. c D. d 2.预应力混凝土构件，当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋做预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于( )。 (满分:2) A. C25 B. C30 C. C40 D. C45 3.适筋梁在逐渐加载过程中，当受拉钢筋刚刚屈服后，则( )。 (满分:2) A. 该梁达到最大承载力而立即破坏 B. 该梁达到最大承载力，一直维持到受压区边缘混凝土达到极限压应变而破坏 C. 该梁达到最大承载力，随后承载力缓慢下降，直至破坏 D. 该梁承载力略有增加，待受压区边缘混凝土达到极限压应变而破坏 4.题面如下： (满分:2) A. a B. b C. c D. d 5.提高截面刚度的最有效措施是( )。 (满分:2) A. 提高混凝土强度等级 B. 增大构件截面高度 C. 增加钢筋配筋量 D. 改变截面形状 6.钢筋混凝土大偏压构件的破坏特征是( )。 (满分:2) A. 远离纵向力作用一侧的钢筋拉屈，随后另一侧钢筋压屈，混凝土亦压碎 B. 靠近纵向力作用一侧的钢筋拉屈，随后另一侧钢筋压屈，混凝土亦压碎 C. 靠近纵向力作用一侧的钢筋和混凝土应力不定，而另一侧受拉钢筋拉屈 D. 远离纵向力作用一侧的钢筋和混凝土应力不定，而另一侧受拉钢筋拉屈 7.热轧钢筋冷拉后，( )。 (满分:2) A. 可提高抗拉强度和抗压强度 B. 只能提高抗拉强度 C. 可提高塑性，强度提高不多 D. 只能提高抗压强度 8.题面如下： (满分:2) A. a B. b C. c D. d

结构设计原理第一次作业答案

首页-我的作业列表-《结构设计原理》第一次作业答案 欢迎你，刘晓星（DI4131R6009 '你的得分：100.0 完成日期：2014年07月02日10点04分 一、单项选择题。本大题共25个小题，每小题2.0 分，共50.0分。在每小题给出的选项中，只有一 项是符合题目要求的。 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。 （B ） R> S R= S R v S R WS 对所有钢筋混凝土结构构件都应进行（）。 （D ） 抗裂度验算 裂缝宽度验算 变形验算 承载能力计算混凝土各项强度指标的基本代表值是（）。 （B ） 轴心抗压强度标准值立方体抗压强度标准值 轴心抗压强度平均值立方体抗压强度平均值 工程结构的可靠指标3与失效概率P f之间存在下列（）关系。 （D ） 3愈大，P f愈大 3与P f呈反比关系 3与P f呈正比关系 3与P f存在一一对应关系，3 愈大，P f愈小

(B ) a b c d 热轧钢筋冷拉后，()。 (A ) 可提高抗拉强度和抗压强度只能提高抗拉强度 可提高塑性，强度提高不多 只能提高抗压强度 无明显流幅钢筋的强度设计值是按()确定的。 (C ) 材料强度标准值x材料分布系数 材料强度标准值/材料分项系数 0.85 x材料强度标准值/材料分项系数 材料强度标准值/ (0.85 x材料分项系数) 钢筋混凝土梁的受拉区边缘混凝土达到下述哪一种情况时，开始出现裂缝？( ) (A ) 达到混凝土实际的轴心抗拉强度 达到混凝土轴心抗拉强度标准值 达到混凝土轴心抗拉强度设计值 达到混凝土弯曲受拉时的极限拉应变值 (D ) a b c d

结构设计原理考试题

《结构设计原理》（上）试题 一、 单项选择题（在每小题的四个备选答案中，选出一个最佳答案，并将其号码填在题干 的括号内） 1.对已处于适筋与超筋界限状态（b ξξ=）的钢筋混凝土单筋矩形截面梁，下列哪种改变将使其成为超筋梁 【 】 A 提高混凝土强度等级 B 加大混凝土截面尺寸 C 增加纵向受拉钢筋 D 增大荷载弯矩 2.T 形截面梁抗弯强度计算中，计算公式明显不同于矩形截面的情况是 【 】 A 第一类T 形截面 B 倒T 形截面（翼缘受拉，梁肋受压） C 第二类T 形截面 D 中性轴位于翼缘与梁肋交界处的T 形截面 3.适筋双筋梁正截面强度破坏时，可能达不到其强度的是 【 】 A 纵向受拉钢筋 B 纵向受压钢筋 C 受拉区混凝土 D 受压区混凝土 4.双筋梁一般计算公式适用条件中，'2s a x ≥是为了保证 【 】 A 纵向受压钢筋达到其设计强度 B 非超筋 C 非少筋 D 适筋 5.混凝土的徐变将影响普通钢筋混凝土梁的 【 】 A 正截面承载力 B 斜截面抗剪承载力 C 斜截面抗弯承载力 D 梁的挠度 6.极限状态法正截面抗弯强度计算所依据的应力阶段是 【 】 A 弹性阶段I B 受拉区混凝土即将开裂阶段I a C 带裂工作阶段II D 破坏阶段III 7.部分预应力是指这样的情况，即预应力度λ为 【 】 A 0=λ B 1=λ C 10<<λ D 1>λ 8.所谓“消压”弯矩是指 【 】 A 该弯矩所产生的应力与预应力在混凝土全截面消压（相互抵消） B 该弯矩所产生的应力与预应力在外荷载弯矩作用下的受压区边缘消压（相互抵消） C 该弯矩所产生的应力与预应力在外荷载弯矩作用下的受拉区边缘消压（相互抵消） D 该弯矩所产生的应力与预应力在中性轴（中和轴）消压（相互抵消） 9.减少摩擦引起的预应力损失的措施? ? 有没 【 】 A 二级升温 B 两端同时张拉 C 涂润滑油 D 采用超张拉 10.后张法分批张拉预应力钢筋时，因混凝土弹性压缩引起的预应力损失最大的是 【 】 A 第一批张拉的预应力钢筋 B 第二批张拉的预应力钢筋 C 倒数第一批张拉的预应力钢筋 D 倒数第二批张拉的预应力钢筋 二、判断改错题（题意正确者，打ˇ即可；题意错误者，先打×，然后将错误处改正确，5小题，每小题5分，共25分） 1.当纵向受拉钢筋弯起时，保证斜截面受弯承载力的构造措施是：钢筋伸过其正截面中的理

四川大学网络教育学院《结构设计原理》第二次作业答案

四川大学网络教育学院《结构设计原理》第二次作业答案 你的得分： 90.0 完成日期：2014年09月09日 16点03分 说明：每道小题括号里的答案是您最高分那次所选的答案，标准答案将在本次作业结束(即2014年09月11日)后显示在题目旁边。 一、单项选择题。本大题共25个小题，每小题 2.0 分，共50.0分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1. ( D ) A. a B. b C. c D. d 2.下列说法正确的是（）。 ( D ) A.加载速度越快，则得的混凝土立方体抗压强度越低 B.棱柱体试件的高宽比越大，测得的抗压强度越高 C.混凝土立方体试件比棱柱体试件能更好地反映混凝土的实际受压 情况 D.混凝土试件与压力机垫板间的摩擦力使得混凝土的抗压强度提高 3. ( B ) A. a B. b C. c D. d 4.在保持不变的长期荷载作用下，钢筋混凝土轴心受压构件中，（）。 ( C )

A.徐变使混凝土压应力减小 B.混凝土及钢筋的压应力均不变 C.徐变使混凝土压应力减小，钢筋压应力增大 D.徐变使混凝土压应力增大，钢筋压应力减小 5.适筋梁在逐渐加载过程中，当受拉钢筋刚刚屈服后，则（）。 ( D ) A.该梁达到最大承载力而立即破坏 B.该梁达到最大承载力，一直维持到受压区边缘混凝土达到极限压应 变而破坏 C.该梁达到最大承载力，随后承载力缓慢下降，直至破坏 D.该梁承载力略有增加，待受压区边缘混凝土达到极限压应变而破坏 6. ( B ) A. a B. b C. c D. d 7.提高受弯构件正截面受弯能力最有效的方法是（）。 ( C ) A.提高混凝土强度等级 B.增加保护层厚度 C.增加截面高度 D.增加截面宽度 8.在T形截面梁的正截面承载力计算中，假定在受压区翼缘计算宽度b′ f 内，（）。 ( A ) A.压应力均匀分布 B.压应力按抛物线型分布

结构设计原理(钢结构)作业

本学期的第4次作业 二、主观题(共13道小题) 10. 极限状态法按预定功能划分为哪几种极限状态？ 答：极限状态法按预定功能划分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。 11. 钢管混凝土中，为什么混凝土的强度能提高？ 答：因为在较高应力状态下，混凝土的泊松比大于钢材泊松比，这样钢管对其内的混凝土形成横向“套箍作用”。 12. 为什么以钢材的屈服强度作为静力强度设计指标？ 答：（1）有强化阶段作为安全储备； （2）不致产生工程中不允许的过大变形； （3）实测值较为可靠； （4）可以近似沿用虎克定律。 13. 为什么伸长率试验时要规定标距长度？ 答：因为不同标距的试件测出的伸长率大小不同。 14. 防止脆性断裂的措施有哪些？ 答：（1）采用性能较好的钢材； （2）减少应力集中程度； （3）采用较薄厚度的钢板组成构件。 15. 什么叫钢材的硬化？ 答：钢材因加工等原因使其强度提高，塑性降低的现象。

16. 应力集中如何影响钢材的性能？ 答：应力集中会导致三向同号受力，与单向受力相比，三向同好受力更容易发生脆性断裂。 17. 什么叫钢材的塑性破坏？ 答：钢材应力达到或超过其屈服强度，破坏前有明显变形给以预兆，破坏不突然。 18. 影响钢材疲劳破坏的主要因素有哪些？ 答：（1）钢材本身的质量； （2）应力集中程度； （3）应力比； （4）应力循环次数； （5）应力幅。 19. 钢板厚度如何影响钢材脆性断裂？ 答：钢板厚度越大，因应力集中引起（三向同号受力中）板厚方向的应力就越大，主剪应力就越小，正应力就越有可能起控制作用，所以钢板越厚，越有可能发生度如何影响钢脆性断裂。 20. 各级焊缝的实际强度与母材强度的相对大小关系如何？规范规定如何取值？ 答：各级焊缝的抗压强度没有明显差异，可抗拉、抗剪就不同了。试验表明一、二级焊缝的实际强度高于母材强度，规范取母材强度；三级焊缝的拉、剪强度低于母材强度，规范专门规定了其取值。 21.

新编机械结构设计大作业

《结构设计》课程大作业 、课程大作业的目的: 1、课程大作业属于机械专业设计类课程的延续，是机械系统设计的一次全面训练，可以为毕业设计打下良好基础。通过课程大作业，进一步学习掌握机械系统设计的一般方法，培养学生综合运用机械制图、机械设计、机械原理、公差与配合、金属工艺学、材料热处理及结构工艺等相关知识，联系实际并运用所学过的知识，提高进行工程设计的能力。 2、加强学生运用有关设计资料、设计手册、标准、规范及经验数据的能力，提高技术总结及编制技术文件的能力，培养和提高学生独立的分析问题、解决问题的能力，也是毕业设计教学环节实施的前期技术准备。 二、课程大作业的基本要求： 1 、分组与选题： ①自由组合，每组原则上三人（最少2人）；每组的同学统一提交、共同答辩。 ②具体课题题目（由指导教师给出），同组同学集体研讨后完成。 2、大作业的基本要求： ①大作业的论述必须合理； ②大作业中的内容要注明出处，注明资料来源（参考文献及资料）； ③总的文字（含图、表）不少于2万字，使用标准A4纸打印成稿（文字选用宋体小四号，页边距均为2cm，单倍行距），封面需要注明课题详细名称、参加学生姓名、班级学号、指导教师等。 三、课程大作业题目及其要点 举例说明在下列的机械结构设计中，如何提高机械结构性能的途径或措施有那些？（围绕题目和要点） 机自082-28吴铁健、-29张明、-14张钦亮：

（1）便于退刀准则 (2)最小加工量准则 (3)可靠夹紧准则 (4)一次夹紧成形准则 (5)便利切削准则 (6)减少缺口效应准则 (7)避免斜面开孔准则 (8)贯通空优先准则 (9)孔周边条件相近准则 机自083 -06焦文、-36张浩然、-14 丁世洋: (一)提高强度和刚度的结构设计 1、载荷分担 2、载荷均布 3、减少机器零件的应力集中 4、利用设置肋板的措施提高刚度 (二)提高耐磨性的结构设计

结构设计原理知识点

第一章 钢筋混凝土结构基本概念及材料的物理力学性能 1.混凝土立方体抗压强度cu f ：（基本强度指标）以边长150mm 立方体试件，按标准方法制作养护28d ，标准试验方法（不涂润滑剂，全截面受压，加载速度0.15~0.25MPa/s ）测得的抗压强度作为混凝土立方体抗压强度 cu f 。 影响立方体强度主要因素为试件尺寸和试验方法。尺寸效应关系： cu f （150）=0.95cu f （100） cu f （150）=1.05cu f （200） 2.混凝土弹性模量和变形模量。 ①原点弹性模量：在混凝土受压应力—应变曲线图的原点作切线，该切线曲率即为原点弹性模量。表示为：E '=σ/ε=tan α0 ②变形模量：连接混凝土应力应变—曲线的原点及曲线上某一点K 作割线，K 点混凝土应力为σc （=0.5c f ），该割线（OK ）的斜率即为变形模量，也称割线模量或弹塑性模量。 E c '''=tan α1=σc /εc 混凝土受拉弹性模量与受压弹性模量相等。 ③切线模量：混凝土应力应变—上某应力σc 处作一切线，该切线斜率即为相应于应力σc 时的切线模量''c E =d σ/d ε 3 . 徐变变形：在应力长期不变的作用下，混凝土的应变随时间增长的现象称为徐变。 影响徐变的因素：a. 内在因素，包括混凝土组成、龄期，龄期越早，徐变越大；b. 环境条件，指养护和使用时的温度、湿度，温度越高，湿度越低，徐变越大；c. 应力条件，压应力σ﹤0.5 c f ，徐变与应力呈线性关系；当压应力σ介于（0.5～0.8）c f 之间，徐变增长比应力快；当压应力σ﹥0.8 c f 时，混凝土的非线性徐变不收敛。 徐变对结构的影响：a.使结构变形增加；b.静定结构会使截面中产生应力重分布；c.超静定结构引起赘余力；d.在预应力混凝土结构中产生预 应力损失。 4.收缩变形：在混凝土中凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减少的现象称为收缩。 混凝土收缩原因：a.硬化初期，化学性收缩，本身的体积收缩；b.后期，物理收缩，失水干燥。 影响混凝土收缩的主要因素：a.混凝土组成和配比；b.构件的养护条件、使用环境的温度和湿度，以及凡是影响混凝土中水分保持的因素；c.构件的体表比，比值越小收缩越大。 混凝土收缩对结构的影响：a.构件未受荷前可能产生裂缝；b.预应力构件中引起预应力损失；c.超静定结构产生次内力。 5.钢筋的基本概念 1.钢筋按化学成分分类，可分为碳素钢和普通低合金钢。 2钢筋按加工方法分类，可分为a.热轧钢筋；b.热处理钢筋；c.冷加工钢筋（冷拉钢筋、冷轧钢筋、冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋。） 6.钢筋的力学性能 物理力学指标：（1）两个强度指标：屈服强度，结构设计计算中强度取值主要依据；极限抗拉强度，材料实际破坏强度，衡量钢筋屈服后的抗拉能力，不能作为计算依据。（2）两个塑性指标：伸长率和冷弯性能：钢材在冷加工过程和使用时不开裂、弯断或脆断的性能。 7.钢筋和混凝土共同工作的的原因：（1）混凝土和钢筋之间有着良好的黏结力；（2）二者具有相近的温度线膨胀系数；（3）在保护层足够的前提下，呈碱性的混凝土可以保护钢筋不易锈蚀，保证了钢筋与混凝土的共同作用。 第二章 结构按极限状态法设计计算的原则 1.结构概率设计的方法按发展进程划分为三个水准：a.水准Ⅰ，半概率设计法，只对影响结构可靠度的某些参数，用数理统计分析，并与经验结合，对结构的可靠度不能做出定量的估计；b.水准Ⅱ，近似概率设计法，用概率论和数理统计理论，对结构、构件、或截面设计的可靠概率做出近似估计，忽略了变量随时间的关系，非线性极限状态方程线性化；c.水准Ⅲ，全概略设计法，我国《公桥规》采用水准Ⅱ。 2.结构的可靠性：指结构在规定时间（设计基准期）、规定的条件下，完成预定功能的能力。 可靠性组成：安全性、适用性、耐久性。 可靠度：对结构的可靠性进行概率描述称为结构可靠度。 3.结构的极限状态：当整个结构或构件的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为该功能的极限状态。 极限状态分为承载能力极限状态、正常使用极限状态和破坏—安全状态。 承载能力极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形，具体表现：a.整个构件或结构的一部分作为刚体失去平衡；b.结构构件或连接处因超过材料强度而破坏；c.结构转变成机动体系；d.结构或构件丧失稳定；e.变形过大，不能继续承载和使用。 正常使用极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，具体表现：a.由于外观变形影响正常使用；b.由于耐久性能的局部损坏影响正常使用；c.由于震动影响正常使用；d.由于其他特定状态影响正常使用。 破坏—安全状态是指偶然事件造成局部损坏后，其余部分不至于发生连续倒塌的状态。（破坏—安全极限状态归到承载能力极限状态中） 4.作用：使结构产生内力、变形、应力、应变的所有原因。 作用分为：永久作用、可变作用和偶然作用。 永久作用：在结构使用期内，其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的作用 可变作用：在结构试用期内，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比较不可忽略的作用。

结构设计原理第十二章作业

结构设计原理第十二章作业 1、何谓预应力混凝土？为什么要对构件施加预应力？ 答：在工程结构构件承受荷载之前，对受拉模块中的钢筋，施加预应力，提高构件的强度，推迟裂缝出现的时间，增加构件的耐久性。对于机械结构看，其含义为预先使其产生应力，其好处是可以提高构造本身刚性，减少震动和弹性变形，这样做可以明显改善受拉模块的弹性强度，使其原本的抗性更强。在结构承受外荷载之前，预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力，以改善结构使用的性能的结构型式称之为预应力结构。 2、什么是预应力度？《公路桥规》对预应力混凝土构件如何分类？ 答：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。 《公路桥规》分三类：○1全预应力混凝土构件—在作用（荷载）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（不得消压）○2部分预应力混凝土构件—在作用（荷载）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—不预加应力的混凝土构件 3、预应力混凝土的预加力施工方法有哪些？ 答;机械法(先张法、后张法)、电热法、自张法 4、什么是先张法？先张法构件是如如何实现预应力筋的锚固？ 答：（1）先张法是在浇筑混凝土前张拉预应力筋，并将张拉的预应力筋临时锚固在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，待混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75％，保证预应力筋与混凝土有足够的粘结时，放松预应力筋，借助于混凝土与预应力筋的粘结，对混凝土施加预应力的施工工艺。 （2）采用握裹锚固 5、什么是后张法？后张法构件是如何实现预应力筋的锚固的？ 答：（1）后张法是先浇筑构件混凝土待混凝土结硬后再张拉预应力钢筋并锚固的方法。 （2）利用锚具锚固 6.公路桥梁中常用的制孔器有哪些？ 答：橡胶管制孔器、金属伸缩管制孔器、钢管制孔器 7、预应力混凝土结构对所使用的混凝土有何要求？ 答：（1）高强度。预应力混凝土必须具有较高的抗压强度，才能建立起较高的预压应力，并可减小构件截面尺寸，减轻结构自重，节约材料。对于先张法构件，高强混凝土具有较高的粘结强度。 （2）收缩徐变小。这样可减小预应力损失。

结构设计原理计算方法

结构设计原理案例计算步骤 一、单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 计算公式： ——水平力平衡 （）——所有力对受拉钢筋合力作用点取矩（） （）——所有力对受压区砼合力作用点取矩（）使用条件： 注：/，&& 计算方法： ㈠截面设计yy 1、已知弯矩组合设计值，钢筋、混凝土强度等级及截面尺寸b、h，计算。 ①由已知查表得：、、、； ②假设； ③根据假设计算； ④计算（力矩平衡公式：）； ⑤判断适用条件：（若，则为超筋梁，应修改截面尺寸或提 高砼等级或改为双筋截面）； ⑥计算钢筋面积（力平衡公式：）； ⑦选择钢筋，并布置钢筋（若 ，则按一排布置）； 侧外 ⑧根据以上计算确定（若与假定值接近，则计算，否则以的确定值作 为假定值从③开始重新计算）； ⑨以的确定值计算； ⑩验证配筋率是否满足要求（，）。 2、已知弯矩组合设计值，材料规格，设计截面尺寸、和钢筋截面面积。 ①有已知条件查表得：、、、； ②假设，先确定； ③假设配筋率（矩形梁，板）； ④计算（，若，则取）； ⑤计算（令，代入）； ⑥计算（，&&取其整、模数化）； ⑦确定（依构造要求，调整）； ⑧之后按“1”的计算步骤计算。 ㈡承载力复核 已知截面尺寸b、，钢筋截面面积，材料规格，弯矩组合设计值，

所要求的是截面所能承受的最大弯矩，并判断是否安全。 ①由已知查表得：、、、； ②确定； ③计算； ④计算（应用力平衡公式：，若，则需调整。令， 计算出，再代回校核）； ⑤适用条件判断（，，）； ⑥计算最大弯矩（若，则按式计算最大弯矩） ⑦判断结构安全性（若，则结构安全，但若破坏则破坏受压区，所以应以受压区控制设计；若,则说明结构不安全，需进行调整——修改尺寸或提高砼等级或改为双筋截面）。 二、双筋矩形截面梁承载力计算 计算公式： ， ，（）+（） 适用条件： （1） （2） 注：对适用条件的讨论 ①当&&时，则应增大截面尺寸或提高砼等级或增加的用量（即 将当作未知数重新计算一个较大的）；当时，算得的即为安全要 求的最小值，且可以有效地发挥砼的抗压强度，比较经济； ②当&&时，表明受压区钢筋之布置靠近中性轴，梁破坏时应变较 小，抗压钢筋达不到其设计值，处理方法： a.《公桥规》规定：假定受压区混凝土压应力的合力作用点与受压区钢筋合力作用 点重合，并对其取矩，即 令2，并 （） 计算出； b.再按不考虑受压区钢筋的存在（即令），按单筋截面梁计算出。 将a、b中计算出的进行比较，若是截面设计计算则取其较小值，若是承载能力复核则取其较大值。 计算方法： ㈠截面设计 1.已知截面尺寸b、h，钢筋、混凝土的强度等级，桥梁结构重要性系数，弯矩组合 设计值，计算和。 步骤： ①根据已知查表得：、、、、； ②假设、（一般按双排布置取假设值）； ③计算；

钢筋混凝土结构设计原理简答

1、钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土为什么能共同工作？ 1）有良好的粘结力，钢筋有良好的锚固；——2分 2）有相近的温度膨胀系数；——1分 3）钢筋被混凝土包裹，防止生锈；——2分 2、混凝土的收缩、徐变、松弛的定义。 收缩：收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形 徐变：在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长。 (徐变对结构的影响：（1）预应力构件中造成预应力损失；（2）挠度增大；（3）轴心受压构件中引起应力重分布；（4）超静定结构中产生次内力。) 松弛：受力长度不变，应力随时间的增长而降低 3、钢筋混凝土受弯构件正截面破坏形态、每种破坏形态的特点。 （a）少筋破坏：一裂即断，破坏前变形小，属于脆性破坏； （b）超筋破坏：受压区混凝土边缘达到极限压应变，受拉钢筋未屈服，破坏前变形小，属于脆性破坏。（c）适筋破坏：受拉钢筋先屈服，受压区混凝土边缘纤维达到极限压应变而破坏，破坏前变形大，属于延性破坏。 4、在什么情况下可采用钢筋混凝土双筋截面梁？ 在受拉区和受压区均配置有受力钢筋的梁。适用条件： 按单筋梁设计为超筋且截面尺寸受限时； 截面承受异号弯矩时； 截面受压区已配置一定量的钢筋时，按双筋梁计算； 要求构件破坏时有很好的延性时. 5、无腹筋梁的三种破坏形态、性质、条件、特征。 无腹筋梁斜截面受剪破坏形态主要有三种，对同样的构件，其斜截面承载力的关系为 斜拉破坏＞剪压破坏＞斜压破坏都属于脆性破坏. 斜拉破坏:斜裂缝一出现，钢筋屈服，有明显破碎痕迹，脆性破坏。 剪压破坏:有主裂缝，钢筋屈服破坏，有明显变形，脆性破坏。 斜压破坏:斜裂缝多而密，无主裂缝，钢筋不屈服，脆性破坏。 6、影响截面抗弯承载力的因素。 剪跨比，混凝土强度，纵向钢筋的配筋率，配筋率和箍筋的强度。 7、斜截面抗弯复核要选什么截面。 钢筋混凝土梁抗剪承载力复核时，如何选择复核截面的位置？ (1)距支点中心h/2(梁高一半)处截面； (2)受拉区弯起钢筋弯起点处截面，以及锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处的截面； (3)箍筋数量或间距有改变处的截面； (4)受弯构件腹板宽度改变处的截面。 8、简述钢筋混凝土构件承受弯矩、剪力和扭矩共同作用时的配筋方法。 答：采取叠加计算的配筋方法，先按弯矩、剪力和扭矩各自单独作用进行配筋计算，然后再把各种相应配筋叠加进行截面设计。纵筋：抗弯纵筋+抗扭纵筋；箍筋：抗剪箍筋+抗扭箍筋。 9、受压构件设置纵筋的作用。 纵筋的作用：协助混凝土受压，提高构件承载力；有助于减小构件截面尺寸；承受可能存在的弯矩；承受混凝土收缩、温度变化引起的拉应力；防止构件的突然脆性破坏。

结构优化设计大作业(北航)

《结构优化设计》 大作业报告 实验名称: 拓扑优化计算与分析 1、引言 大型的复杂结构诸如飞机、汽车中的复杂部件及桥梁等大型工程的设计问题，依靠传统的经验和模拟实验的优化设计方法已难以胜任，拓扑优化方法成为解决该问题的关键手段。近年来拓扑优化的研究的热点集中在其工程应用上，如: 用拓扑优化方法进行微型柔性机构的设计，车门设计，飞机加强框设计，机翼前缘肋设计，卫星结构设计等。在其具体的操作实现上有两种方法，一是采用计算机语言编程计算，该方法的优点是能最大限度的控制优化过程，改善优化过程中出现的诸如棋盘格现象等数值不稳定现象，得到较理想的优化结果，其缺点是计算规模过于庞大，计算效率太低;二是借助于商用有限元软件平台。本文基于matlab软件编程研究了不同边界条件平面薄板结构的在各种受力情况下拓扑优化，给出了几种典型结构的算例，并探讨了在实际优化中优化效果随各参数的变化，有助于初学者初涉拓扑优化的读者对拓扑优化有个基础的认识。

2、拓扑优化研究现状 结构拓扑优化是近20年来从结构优化研究中派生出来的新分支，它在计算结构力学中已经被认为是最富挑战性的一类研究工作。目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟，在国外处在发展的初期，尤其在国内尚属于起步阶段。1904 年Michell在桁架理论中首次提出了拓扑优化的概念。自1964 年Dorn等人提出基结构法，将数值方法引入拓扑优化领域，拓扑优化研究开始活跃。20 世纪80 年代初，程耿东和N. Olhoff在弹性板的最优厚度分布研究中首次将最优拓扑问题转化为尺寸优化问题，他们开创性的工作引起了众多学者的研究兴趣。1988年Bendsoe和Kikuchi发表的基于均匀化理论的结构拓扑优化设计，开创了连续体结构拓扑优化设计研究的新局面。1993年Xie.Y.M和Steven.G.P 提出了渐进结构优化法。1999年Bendsoe和Sigmund证实了变密度法物理意义的存在性。2002 年罗鹰等提出三角网格进化法，该方法在优化过程中实现了退化和进化的统一，提高了优化效率。目前常使用的拓扑优化设计方法可以分为两大类：退化法和进化法。结构拓扑优化设计研究，已被广泛应用于建筑、航天航空、机械、海洋工程、生物医学及船舶制造等领域。 3、拓扑优化建模（SIMP） 结构拓扑优化目前的主要研究对象是连续体结构。优化的基本方法是将设计区域划分为有限单元，依据一定的算法删除部分区域，形成带孔的连续体，实现连续体的拓扑优化。连续体结构拓扑优化方法目前比较成熟的是均匀化方法、变密度方法和渐进结构优化方法。 变密度法以连续变量的密度函数形式显式地表达单元相对密度与材料弹性模量之间的对应关系，这种方法基于各向同性材料，不需要引入微结构和附加的均匀化过程，它以每个单元的相对密度作为设计变量，人为假定相对密度和材料弹性模量之间的某种对应关系，程序实现简单，计算效率高。变密度法中常用的插值模型主要有:固体各向同性惩罚微结构模型(solidisotropic microstructures with penalization，简称SIMP)和材料属性的合理近似模型(rational approximation ofmaterial properties，简称RAMP)。而本文所用即为SIMP插值模型。

中南大学混凝土结构设计原理作业参考答案

《混凝土结构设计原理》作业参考答案 作业一 一、填空题： 1. 1.05 0.95 接触摩阻力 2.化学胶着力 摩擦力 机械咬合力 3.最小配筋率 4.斜拉破坏 剪压破坏 斜压破坏 脆性破坏 5.少筋破坏 适筋破坏 超筋破坏 适筋破坏 脆性破坏 二、名词解释： 1.剪跨比：是一个无量纲常数，用 m ＝M /(Qh 0)来表示，此处M 和Q 分别为剪弯区段中某个竖直截面的弯矩和剪力，h 0为截面有效高度。 2.《规范》规定的混凝土立方体抗压强度是：边长为150mm 立方体试件、在20°C ±3°C 的温度、相对湿度在95%以上的潮湿空气中、养护28天、按标准制作方法和试验方法测得的具有95%保证率的混凝土抗压强度。 3.预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，预应力筋中预应力会从控制应力开始逐步减少，并经过相当长时间最终稳定下来，这种应力的降低称为预应力损失。 4.当偏心受压构件的相对偏心距00/e h 较小，或受拉侧纵向钢筋配置较多时，受拉侧的钢筋应力较小，没有达到屈服或承受压力，截面是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏。 5.混凝土在长期不变的荷载作用下，混凝土的应变随时间的增加二持续增长的现象。 三、简单题： 1.钢筋混凝土结构中的钢筋和混凝土两种不同的材料为什么能共同工作？ 钢筋与混凝土之所以能共同工作，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。 2.什么是结构的承载能力极限状态？它的表现特征包括哪些方面？ 承载能力极限状态：是指结构或结构构件达到最大承载力或不适于极限承载的变形或变位的状态。四个表现特征： （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。 3.预应力混凝土结构中传递和保持预应力的主要方式有哪些？ 预应力混凝土结构，后张法是靠工作锚具来传递和保持预加应力的；先张法则是靠粘结力来传递并保持预加应力的。 4.偏心受压构件的破坏特征如何？主要取决于什么因素？ 破坏特征：大偏心受压构件的破坏从受拉钢筋开始，受拉钢筋先达到屈服强 度，然后受压区混凝土被压坏；小偏心受压构件的破坏从受压区开始，受压 区边缘混凝土先达到极限压应变而破坏，受拉钢筋一般达不到屈服强度。 主要影响因素：相对偏心距大小和配筋率。 四、计算题：

《结构设计原理》述课

《结构设计原理》述课 一、前言 （一）课程基本信息 1.课程名称：结构设计原理 2.课程类别：专业平台课 3.学时：两学期总计84学时，2周课程设计 4.适用专业：交通工程 （二）课程性质 1.课程性质 结构是土木工程中最基本的元素，《结构设计原理》课程围绕着工程中常用的钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、圬工结构的设计计算进行理论和实践性的教学。 《结构设计原理》是土木工程专业的一门重要的专业必修课程，是学生运用已学的《工程制图》、《理论力学》、《材料力学》、《结构力学》、《工程材料》等知识，初步解决结构原理及结构设计问题的一门课程。其特点是：兼具理论性和实用性且承前启后，为学好专业课打好基础的课程，也是学生感到比较难学的一门课程。所以《结构设计原理》及其系列课程一直是土木工程专业的主干课，从开设的《结构设计原理》、《结构设计原理》课程设计，到毕业设计都渗透结构设计的理论，课程贯穿交通工程专业教学的所有环节。 本课程主要介绍钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和圬工结构的各种基本构件受力特性、设计原理、计算方法和构造设计。 2.本课程的作用 本课程主要培养学生掌握钢筋混凝土基本构件和结构的设计计算方法和与施工及工程质量有关的结构的基本知识，培养学生具有识读桥梁结构图纸的识读能力、基本构件的设计能力、使用和理解各种结构设计规范能力、解决工程结构实际问题的能力、综合分析问题的能力、学习能力和与人合作等能力，从而为继续学习后续专业课程奠定扎实的基础，以进一步培养学生树立独立思考、吃苦耐劳、勤奋工作的意识以及诚实、守信的优秀品质，为今后从事施工生产一线的工作奠定良好的基础。 本课程以“材料力学”、“理论力学”和“工程材料”的学习为基础共同打造学生的专业核心技能。

《结构设计原理》复习资料-crl

二、复习题 （一）填空题 1、在钢筋混凝土构件中钢筋的作用是替混凝土受拉或协助混凝土受压。 2、混凝土的强度指标有混凝土的立方体强度、混凝土轴心抗压强度和混凝土抗拉强度。 3、混凝土的变形可分为两类：受力变形和体积变形。 4、钢筋混凝土结构使用的钢筋，不仅要强度高，而且要具有良好的塑性、可焊性， 同时还要求与混凝土有较好的粘结性能。 5、影响钢筋与混凝土之间粘结强度的因素很多，其中主要为混凝土强度、浇筑位置、保护层厚度及钢筋净间距。 6、钢筋和混凝土这两种力学性能不同的材料能够有效地结合在一起共同工作，其主要原 因是：钢筋和混凝土之间具有良好的粘结力、钢筋和混凝土的温度线膨胀系数接近和混 凝土对钢筋起保护作用。 7、混凝土的变形可分为混凝土的受力变形和混凝土的体积变形。其中混凝土的徐变 属于混凝土的受力变形，混凝土的收缩和膨胀属于混凝土的体积变形。 （二）判断题 1、素混凝土的承载能力是由混凝土的抗压强度控制的。 ...................... [X] 2、混凝土强度愈高，应力应变曲线下降愈剧烈，延性就愈好。...................... [X] 3、线性徐变在加荷初期增长很快，一般在两年左右趋以稳定，三年左右徐变即告基本终止。......................................................................... [V] 4、水泥的用量愈多，水灰比较大，收缩就越小。................................... [X] 5、钢筋中含碳量愈高，钢筋的强度愈高，但钢筋的塑性和可焊性就愈差。............. 【V] （三）名词解释 1、混凝土的立方体强度------- 我国《公路桥规》规定以每边边长为150mm勺立方体试件，在20C± 2C的温度和相对湿度在90%^上的潮湿空气中养护28天，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压极限强度值（以MPa计）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号f cu表示。 2、混凝土的徐变 ----- 在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，亦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。 3、混凝土的收缩 ----- 混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为混凝土的收缩。 （四）简答题 2、简述混凝土发生徐变的原因？ 答：在长期荷载作用下，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。 第二章结构按极限状态法设计计算的原则 三、复习题 （一）填空题 1、结构设计的目的，就是要使所设计的结构，在规定的时间内能够在具有足够可靠性性 的前提下，完成全部功能的要求。 2、结构能够满足各项功能要求而良好地工作，称为结构可靠，反之则称为失效，结 构工作状态是处于可靠还是失效的标志用极限状态来衡量。 3、国际上一般将结构的极限状态分为三类：承载能力极限状态、正常使用极限状态和“破坏

10路桥 结构设计原理大作业

某装配式钢筋混凝土简支T形梁设计 一、设计资料 (一)桥梁基本概况 1．桥面净空：净－7m＋2×1.5m 2．设计荷载：公路－Ⅱ级汽车荷载，人群3.5KN/m2，结构安全等级为二级，内力计算结果见（二）3．材料规格： Ⅰ类环境条件，钢筋及混凝土材料规格由学生根据相关规定自选 4．结构尺寸： T形主梁：标准跨径L b=20.00m，计算跨径L j=19.50m，主梁全长L=19.96m 横断面及尺寸如图所示： 图1 桥面剖面示意图 图2 T梁横断面尺寸（mm） （二）内力计算（结果摘抄） 表1：弯矩标准值M d汇总表KN·m

表2 剪力标准值V d汇总表KN 二、设计依据 中华人民共和国行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62－2004 中华人民共和国行业标准《公路桥涵设计通用规范》JTG D60－2004 三、提交成果及要求 1．设计说明书一份 要求：内容完整，设计合理，引用公式正确，计算准确，书写工整； 2．一片主梁配筋图一张 内容：主梁配筋图、钢筋大样图 要求：用白绘图纸，绘3号图(可加长)，作图规范，有图框、有标题栏，用铅笔绘图，写工程字； 3．必须自己独立完成设计，不得抄袭，一经发现抄袭者按零分处理。 四、参考文献 1.叶见曙主编，《结构设计原理》人民交通出版社第二版2005； 2.赵顺波主编：《混凝土结构设计原理》，同济大学出版社，2004.8； 3.张树仁等，《钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理》，人民交通出版社，200 4.9 4.中华人民共和国行业标准：《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，人民交通出版社， 2004.10。 注：提交成果可用计算机完成，但必须打印规范，作图正确。

大工19秋《结构设计原理》大作业题目及要求参考答案

大连理工大学《结构设计原理》大作业 学习中心： 姓 名： 学 号： 题目二：钢结构题目。 已知钢屋架的端斜杆，截面为双角钢2∟125×80×10，长肢相连，如下图所示，承受的轴心拉力设计值kN 550=N ，两主轴方向计算长度分别为cm 240y 00==l l x ，试验算此截面的整体稳定性。钢材为Q235。 y y x x 122∟125×80×10 解：本题为双角钢轴压构件整体稳定验算，由于截面为单轴对称的构件，因此， 绕非对称轴x 轴的长细比用0x x x l i λ=计算，但绕对称轴y 轴应取计及扭转效应的换算长细比yz λ代替y λ。 （1）计算用数据 由附表可得：2215/f N mm =，239.4A cm =，

3.98x i cm =， 3.39y i cm = （2）计算长细比 024060.303.98 x x x l i λ=== 024070.803.39 y y y l i λ=== 绕y 轴的长细比采用换算长细比yz λ代替y λ， 022824080.480.4814.418 y l b t b ==<=?= 442222201.09 1.098170.80176.292401yz y y b l t λλ?????=+=?+= ? ? ?????? （3）验算整体稳定性 对x 、y 轴均属于b 类截面，且yz λ>x λ，由附表得：0.712yz ?= 3 22255010196.06/215/0.71239.410yz N N mm N mm A ??==

题目四：砌体结构中，高厚比的概念及其影响是？ 答：砌体受压构件的计算高度与相应方向边长的比值称为高厚比。 影响砌体高厚比的主要因素有：砂浆强度；构件强度；砌体种类；支撑约束条件、截面形式；墙体开洞、承重和非承重。

混凝土结构设计原理作业(附答案)

CHENG 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。 连接O点与曲线上任一点应力为σC 处割线的斜率称为混凝土的割线模量或变形摸量，以E C‘表示。 在混凝土的应力—应变曲线上某一应力σC 处作一切线，其应力增量与应变增量的比值称为相应于应力为σC 时混凝土的切线模量C E'' 。 弹性模量与割线模量关系： ε ν ε '== ela C c C c E E E （随应力的增加，弹性系数ν值减小）。 9、什么叫混凝土徐变？线形徐变和非线形徐变？混凝土的收缩和徐变有什么本质区别？ 答：混凝土在长期荷载作用下，应力不变，变形也会随时间增长，这种现象称为混凝土的徐变。 当持续应力σC ≤0.5f C 时，徐变大小与持续应力大小呈线性关系，这种徐变称为线性徐变。当持续应力σC >0.5f C 时，徐变与持续应力不再呈线性关系，这种徐变称为非线性徐变。 混凝土的收缩是一种非受力变形，它与徐变的本质区别是收缩时混凝土不受力，而徐变是受力变形。 10、如何避免混凝土构件产生收缩裂缝？ 答：可以通过限制水灰比和水泥浆用量，加强捣振和养护，配置适量的构造钢筋和设置变形缝等来避免混凝土构件产生收缩裂缝。对于细长构件和薄壁构件，要尤其注意其收缩。 第二章混凝土结构基本计算原则 1．什么是结构可靠性？什么是结构可靠度? 答：结构在规定的设计基准使用期内和规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维修），完成预定功能的能力，称为结构可靠性。 结构在规定时间内与规定条件下完成预定功能的概率，称为结构可靠度。 2．结构构件的极限状态是指什么？ 答：整个结构或构件超过某一特定状态时（如达极限承载能力、失稳、变形过大、裂缝过宽等）就不能满足设计规定的某一功能要求，这种特定状态就称为该功能的极限状态。 按功能要求，结构极限状态可分为：承载能力极限状态和正常使用极限状态。 3．承载能力极限状态与正常使用极限状态要求有何不同? 答：（1）承载能力极限状态标志结构已达到最大承载能力或达到不能继续承载的变形。若超过这一极限状态后，结构或构件就不能满足预定的安全功能要求。承载能力极限状态时每一个结构或构件必须进行设计和计算，必要时还应作倾覆和滑移验算。