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国家开放大学《建筑结构》综合练习及参考答案一、单项选择题1.结构的功能要求不包括以下哪一项（）A.安全性B.适用性C.耐久性D.经济性答案：D。结构的功能要求主要包括安全性、适用性和耐久性，经济性不属于结构的基本功能要求。安全性是指结构应能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；适用性是指结构在正常使用时应具有良好的工作性能；耐久性是指结构在正常维护下应能在预计的使用年限内满足各项功能要求。2.下列哪种作用属于永久作用（）A.风荷载B.雪荷载C.结构自重D.吊车荷载答案：C。永久作用是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。结构自重属于永久作用，风荷载、雪荷载和吊车荷载都属于可变作用，它们的值会随时间变化。3.对于钢筋混凝土梁，当（）时，为适筋梁。A.$\xi\leqslant\xi_{b}$B.$\xi>\xi_{b}$C.$\rho<\rho_{min}$D.$\rho>\rho_{max}$答案：A。适筋梁的破坏特征是受拉钢筋先屈服，然后受压区混凝土被压碎。$\xi$为相对受压区高度，$\xi_{b}$为界限相对受压区高度，当$\xi\leqslant\xi_{b}$时，梁为适筋梁；当$\xi>\xi_{b}$时，为超筋梁；当$\rho<\rho_{min}$时，为少筋梁，其中$\rho$为配筋率，$\rho_{min}$为最小配筋率。4.受弯构件斜截面承载力计算公式是建立在（）破坏基础上的。A.斜压B.剪压C.斜拉D.弯曲答案：B。受弯构件斜截面破坏主要有斜压、剪压和斜拉三种形态。斜截面承载力计算公式是建立在剪压破坏基础上的，因为剪压破坏是一种具有一定预兆的延性破坏，且在工程中较为常见。斜压破坏属于脆性破坏，斜拉破坏也是脆性破坏，且斜拉破坏时斜截面承载力很低。5.轴心受压构件的稳定系数$\varphi$主要与（）有关。A.混凝土强度等级B.配筋率C.长细比D.荷载大小答案：C。轴心受压构件的稳定系数$\varphi$是考虑长柱承载力降低的系数，它主要与长细比有关。长细比越大，构件的稳定性越差，稳定系数$\varphi$越小。混凝土强度等级、配筋率和荷载大小对稳定系数$\varphi$的影响较小。6.大偏心受压构件的破坏特征是（）A.远离轴向力一侧的钢筋先受拉屈服，然后另一侧混凝土被压碎B.靠近轴向力一侧的钢筋先受拉屈服，然后另一侧混凝土被压碎C.靠近轴向力一侧的混凝土先被压碎，远离轴向力一侧的钢筋不屈服D.远离轴向力一侧的混凝土先被压碎，靠近轴向力一侧的钢筋不屈服答案：A。大偏心受压构件的破坏特征是受拉钢筋先屈服，然后受压区混凝土被压碎。即远离轴向力一侧的钢筋先受拉屈服，然后另一侧混凝土被压碎。小偏心受压构件是靠近轴向力一侧的混凝土先被压碎，远离轴向力一侧的钢筋可能受拉也可能受压，但不屈服。7.对于无腹筋梁，当$1<\lambda<3$时，常发生（）A.斜压破坏B.剪压破坏C.斜拉破坏D.弯曲破坏答案：B。剪跨比$\lambda$对无腹筋梁的斜截面破坏形态有重要影响。当$\lambda<1$时，常发生斜压破坏；当$1<\lambda<3$时，常发生剪压破坏；当$\lambda>3$时，常发生斜拉破坏。弯曲破坏是受弯构件正截面的破坏形式。8.梁中箍筋的间距应（）A.不大于规定的最大间距B.不小于规定的最小间距C.等于规定的最大间距D.等于规定的最小间距答案：A。梁中箍筋的间距应不大于规定的最大间距，以保证箍筋能有效地约束混凝土，提高梁的斜截面承载力。同时，箍筋间距也不能过小，否则会增加施工难度和成本，但这不是主要考虑因素。规定最大间距是为了防止斜裂缝过宽，保证梁的正常使用和安全性。9.预应力混凝土构件的优点是（）A.节省钢材B.提高构件的抗裂性能C.提高构件的强度D.施工简便答案：B。预应力混凝土构件的主要优点是提高构件的抗裂性能。通过在构件受拉区预先施加压应力，可以抵消或减小使用阶段荷载产生的拉应力，从而延缓或避免裂缝的出现。虽然预应力混凝土构件在一定程度上可以节省钢材，但这不是其最主要的优点。预应力混凝土构件并不能提高构件的强度，其施工过程相对普通混凝土构件更为复杂。10.混凝土的弹性模量是指（）A.原点弹性模量B.切线弹性模量C.割线弹性模量D.变形模量答案：A。混凝土的弹性模量通常是指原点弹性模量，它是混凝土应力-应变曲线原点处切线的斜率。切线弹性模量是应力-应变曲线上某一点切线的斜率；割线弹性模量是从原点到应力-应变曲线上某一点连线的斜率；变形模量是考虑混凝土塑性变形影响的模量。二、多项选择题1.结构的可靠性包括（）A.安全性B.适用性C.耐久性D.经济性答案：ABC。结构的可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力，包括安全性、适用性和耐久性。经济性虽然在工程设计中也很重要，但不属于结构可靠性的范畴。2.下列属于可变作用的有（）A.结构自重B.风荷载C.雪荷载D.地震作用答案：BCD。可变作用是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略不计的作用。风荷载、雪荷载和地震作用都属于可变作用。结构自重属于永久作用。3.适筋梁从加荷到破坏经历的三个阶段是（）A.弹性阶段B.带裂缝工作阶段C.破坏阶段D.屈服阶段答案：ABC。适筋梁从加荷到破坏经历三个阶段：弹性阶段，此时梁的应力和应变呈线性关系，混凝土和钢筋都处于弹性工作状态；带裂缝工作阶段，随着荷载增加，梁受拉区出现裂缝，裂缝不断开展和延伸，但梁仍能继续承载；破坏阶段，受拉钢筋屈服，然后受压区混凝土被压碎，梁失去承载能力。屈服阶段是钢筋的一种工作状态，不是适筋梁加荷过程的一个独立阶段。4.受弯构件正截面的破坏形式有（）A.适筋破坏B.超筋破坏C.少筋破坏D.剪压破坏答案：ABC。受弯构件正截面的破坏形式主要有适筋破坏、超筋破坏和少筋破坏。适筋破坏是延性破坏，超筋破坏和少筋破坏属于脆性破坏。剪压破坏是受弯构件斜截面的破坏形式。5.影响受弯构件斜截面承载力的主要因素有（）A.剪跨比B.混凝土强度等级C.配箍率D.纵筋配筋率答案：ABCD。影响受弯构件斜截面承载力的主要因素有剪跨比、混凝土强度等级、配箍率和纵筋配筋率。剪跨比反映了荷载作用位置和梁的受力特点，对斜截面破坏形态和承载力有重要影响；混凝土强度等级越高，斜截面承载力越高；配箍率越大，箍筋对混凝土的约束作用越强，斜截面承载力越高；纵筋配筋率也会影响斜截面承载力，因为纵筋可以增加梁的受剪能力。6.轴心受压构件的破坏形态有（）A.大偏心受压破坏B.小偏心受压破坏C.短柱破坏D.长柱破坏答案：CD。轴心受压构件的破坏形态主要有短柱破坏和长柱破坏。短柱破坏是由于混凝土被压碎而破坏，其破坏特征是整个截面受压，混凝土压应变达到极限压应变。长柱破坏除了混凝土被压碎外，还由于构件的纵向弯曲引起附加弯矩，导致构件在较小的荷载下就发生破坏。大偏心受压破坏和小偏心受压破坏是偏心受压构件的破坏形态。7.大偏心受压构件与小偏心受压构件的判别条件是（）A.$\xi\leqslant\xi_{b}$为大偏心受压构件B.$\xi>\xi_{b}$为小偏心受压构件C.$e_{i}>0.3h_{0}$为大偏心受压构件D.$e_{i}\leqslant0.3h_{0}$为小偏心受压构件答案：AB。大偏心受压构件与小偏心受压构件的判别条件主要是根据相对受压区高度$\xi$。当$\xi\leqslant\xi_{b}$时，为大偏心受压构件；当$\xi>\xi_{b}$时，为小偏心受压构件。用偏心距$e_{i}$来判别只是一种近似方法，且存在一定的局限性，不能作为准确的判别依据。8.预应力混凝土构件的张拉控制应力$\sigma_{con}$取值应（）A.不宜过高B.不宜过低C.越高越好D.越低越好答案：AB。预应力混凝土构件的张拉控制应力$\sigma_{con}$取值不宜过高也不宜过低。取值过高，可能会导致构件在张拉过程中出现裂缝，降低构件的耐久性，同时也可能使预应力筋在使用过程中发生脆断；取值过低，则不能充分发挥预应力的作用，达不到提高构件抗裂性能和承载能力的目的。9.混凝土的收缩会引起（）A.构件的缩短B.预应力损失C.构件中产生拉应力D.构件中产生压应力答案：ABC。混凝土的收缩会引起构件的缩短；对于预应力混凝土构件，收缩会导致预应力损失；由于收缩受到约束，构件中会产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，构件会出现裂缝。收缩不会使构件中产生压应力。10.以下关于钢筋混凝土结构优点的说法正确的有（）A.耐久性好B.整体性好C.可模性好D.自重大答案：ABC。钢筋混凝土结构具有耐久性好、整体性好、可模性好等优点。耐久性好是因为混凝土可以保护钢筋不被锈蚀；整体性好使得结构在承受荷载时能够协同工作；可模性好可以根据设计要求浇筑成各种形状。自重大是钢筋混凝土结构的缺点，而不是优点。三、判断题1.结构的可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。（）答案：正确。这是结构可靠性的定义，符合结构设计的基本要求。2.永久作用在结构使用期间，其值始终保持不变。（）答案：错误。永久作用是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，但并不是始终保持不变，只是变化很小。3.适筋梁破坏时，受拉钢筋和受压区混凝土同时达到极限状态。（）答案：错误。适筋梁破坏时，是受拉钢筋先屈服，然后受压区混凝土被压碎，并非同时达到极限状态。4.受弯构件斜截面破坏形态主要有斜压、剪压和斜拉三种。（）答案：正确。这三种破坏形态是受弯构件斜截面常见的破坏形式，且具有不同的破坏特征和影响因素。5.轴心受压构件的长细比越大，稳定系数$\varphi$越大。（）答案：错误。轴心受压构件的长细比越大，构件的稳定性越差，稳定系数$\varphi$越小。6.大偏心受压构件和小偏心受压构件的根本区别在于破坏时受拉钢筋是否屈服。（）答案：正确。大偏心受压构件破坏时受拉钢筋屈服，小偏心受压构件破坏时受拉钢筋不屈服，这是两者的根本区别。7.梁中箍筋的作用只是为了提高梁的斜截面承载力。（）答案：错误。梁中箍筋的作用除了提高梁的斜截面承载力外，还可以固定纵筋的位置，形成钢筋骨架，约束混凝土，提高构件的延性等。8.预应力混凝土构件可以提高构件的抗裂性能和承载能力。（）答案：正确。预应力混凝土构件通过预先施加压应力，抵消或减小使用阶段荷载产生的拉应力，从而提高构件的抗裂性能。在一定程度上，也可以提高构件的承载能力。9.混凝土的徐变是指混凝土在长期荷载作用下的变形。（）答案：正确。徐变是混凝土的一种重要特性，是指混凝土在长期荷载作用下，其应变随时间不断增长的现象。10.钢筋混凝土结构的缺点之一是施工受季节环境影响较大。（）答案：正确。钢筋混凝土结构的施工需要浇筑混凝土，混凝土的凝结和硬化受温度、湿度等季节环境因素影响较大，在低温或高温、高湿度等恶劣环境下施工，需要采取特殊的措施来保证施工质量。四、简答题1.简述结构的功能要求及极限状态的分类。结构的功能要求包括安全性、适用性和耐久性。安全性是指结构应能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用，以及在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性；适用性是指结构在正常使用时应具有良好的工作性能，如不产生影响正常使用的过大变形、裂缝等；耐久性是指结构在正常维护下应能在预计的使用年限内满足各项功能要求。极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态是指结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形，包括结构构件或连接因超过材料强度而破坏，结构或其一部分作为刚体失去平衡等。正常使用极限状态是指结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值，如影响正常使用或外观的变形、影响正常使用的局部损坏、影响正常使用的振动等。2.简述适筋梁、超筋梁和少筋梁的破坏特征。适筋梁的破坏特征：受拉钢筋先屈服，然后受压区混凝土被压碎。破坏前有明显的预兆，如裂缝开展和变形增大，属于延性破坏。在破坏过程中，钢筋的屈服使构件有较大的变形，给人以破坏的预警，能保证人员和财产的安全。超筋梁的破坏特征：受压区混凝土先被压碎，而受拉钢筋不屈服。破坏时没有明显的预兆，属于脆性破坏。由于钢筋没有屈服，构件在破坏前变形很小，突然发生破坏，难以提前采取措施，危险性较大。少筋梁的破坏特征：一旦受拉区混凝土出现裂缝，受拉钢筋立即屈服甚至被拉断，构件迅速破坏。破坏过程突然，也属于脆性破坏。少筋梁的承载能力很低，只要有较小的荷载就可能导致破坏。3.影响受弯构件斜截面承载力的主要因素有哪些？影响受弯构件斜截面承载力的主要因素有：（1）剪跨比：剪跨比反映了荷载作用位置和梁的受力特点。当剪跨比较小时，梁易发生斜压破坏；当剪跨比适中时，易发生剪压破坏；当剪跨比较大时，易发生斜拉破坏。一般来说，剪跨比越大，斜截面承载力越低。（2）混凝土强度等级：混凝土强度等级越高，其抗压和抗剪能力越强，斜截面承载力也越高。因为斜截面破坏主要是混凝土的破坏，所以混凝土强度对斜截面承载力有重要影响。（3）配箍率：配箍率是指箍筋的截面面积与相应的混凝土截面面积的比值。配箍率越大，箍筋对混凝土的约束作用越强，能够有效地限制斜裂缝的开展，提高斜截面承载力。（4）纵筋配筋率：纵筋可以增加梁的受剪能力，纵筋配筋率越大，斜截面承载力越高。纵筋在梁中不仅承担拉力，还可以抑制斜裂缝的开展，提高梁的抗剪性能。4.简述轴心受压构件的破坏形态及特点。轴心受压构件的破坏形态主要有短柱破坏和长柱破坏。短柱破坏特点：短柱在轴心压力作用下，整个截面受压，混凝土压应变达到极限压应变，混凝土被压碎，破坏时横向变形增大，柱四周出现明显的纵向裂缝，混凝土保护层剥落，箍筋间的纵向钢筋发生压屈外鼓。短柱破坏是由于混凝土的抗压强度不足而导致的，其破坏荷载主要取决于混凝土的强度和构件的截面尺寸。长柱破坏特点：长柱在轴心压力作用下，除了混凝土被压碎外，还由于构件的纵向弯曲引起附加弯矩。随着荷载的增加，附加弯矩不断增大，导致构件在较小的荷载下就发生破坏。长柱破坏时，首先在凹侧出现纵向裂缝，混凝土被压碎，纵筋压屈外鼓；凸侧混凝土出现横向裂缝，保护层剥落。长柱的破坏荷载低于相同截面、相同材料的短柱破坏荷载，且长细比越大，破坏荷载降低得越多。5.简述预应力混凝土的基本原理及优点。预应力混凝土的基本原理是在结构或构件承受使用荷载前，预先对其受拉区施加压应力，以抵消或减小使用阶段荷载产生的拉应力。当构件承受使用荷载时，首先要抵消预先施加的压应力，然后才会产生拉应力。这样可以延缓或避免裂缝的出现，提高构件的抗裂性能。预应力混凝土的优点主要有：（1）提高构件的抗裂性能：通过预先施加压应力，大大减小了构件在使用阶段的拉应力，从而延缓或避免裂缝的出现和开展，适用于对裂缝控制要求较高的结构，如水池、压力容器等。（2）提高构件的刚度：预应力可以减小构件在荷载作用下的变形，提高构件的刚度，使结构在使用过程中更加稳定，减少结构的振动和变形。（3）节约材料：由于预应力混凝土构件可以充分发挥材料的强度，在相同的承载能力下，可以减小构件的截面尺寸，从而节约混凝土和钢材的用量。（4）增加结构的耐久性：裂缝的减少可以防止有害介质侵入构件内部，保护钢筋不被锈蚀，提高结构的耐久性，延长结构的使用寿命。五、计算题1.已知一钢筋混凝土矩形截面简支梁，截面尺寸$b\timesh=200mm\times500mm$，混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB400级，承受均布荷载设计值$q=25kN/m$（包括梁自重），梁的计算跨度$l_{0}=6m$。求该梁所需的纵向受拉钢筋面积$A_{s}$。解：（1）计算梁的跨中最大弯矩设计值根据简支梁在均布荷载作用下的跨中弯矩公式$M=\frac{1}{8}ql_{0}^{2}$，可得：$M=\frac{1}{8}\times25\times6^{2}=112.5kN\cdotm$（2）确定相关参数对于C30混凝土，$f_{c}=14.3N/mm^{2}$，$f_{t}=1.43N/mm^{2}$；对于HRB400级钢筋，$f_{y}=360N/mm^{2}$，$\alpha_{1}=1.0$，$\xi_{b}=0.518$。取$h_{0}=h-a_{s}=500-35=465mm$（假设$a_{s}=35mm$）（3）计算受压区高度$x$由$M=\alpha_{1}f_{c}bx(h_{0}-\frac{x}{2})$，可得：$112.5\times10^{6}=1.0\times14.3\times200\timesx(465-\frac{x}{2})$整理得：$1430x(465-0.5x)=112.5\times10^{6}$$664950x-715x^{2}=112.5\times10^{6}$$715x^{2}-664950x+112.5\times10^{6}=0$解这个一元二次方程：$x=\frac{664950\pm\sqrt{664950^{2}-4\times715\times112.5\times10^{6}}}{2\times715}$$x=\frac{664950\pm\sqrt{442159002500-321750000000}}{1430}$$x=\frac{664950\pm\sqrt{120409002500}}{1430}$$x=\frac{664950\pm347000}{1430}$取较小值$x=222.3mm$（4）判断是否为适筋梁$\xi=\frac{x}{h_{0}}=\frac{222.3}{465}=0.478<\xi_{b}=0.518$，属于适筋梁。（5）计算纵向受拉钢筋面积$A_{s}$由$\alpha_{1}f_{c}bx=f_{y}A_{s}$，可得：$A_{s}=\frac{\alpha_{1}f_{c}bx}{f_{y}}=\frac{1.0\times14.3\times200\times222.3}{360}=1768.6mm^
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