标距l0可以是5d或10d。
（2）冷弯性能
钢材的冷弯性能是指它在常温下承受弯曲变形的能力。钢筋混凝土所用钢筋，多需进行弯曲加工，因此必须满足冷弯性能的要求。检验钢筋的质量，是否含有有害杂质与缺陷。 3．焊接性能
焊接是通过局部加热使钢材达到塑性或熔融状态，从而将钢材连接成钢构件的过程。钢的可焊性能，主要受其化学成分及含氧量的影响。正确选用焊条和操作方法等也是提高焊接质量的主要措施。 4．粘结力
钢筋与混凝土的粘结力主要取决于钢筋表面形状、混凝土强度等级、混凝土保护层厚度等。
2．12什么是钢筋和混凝土之间的粘结力？影响钢筋和混凝土粘结强度的主要因素有哪些？为保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力要采取哪些措施？ 答：
钢筋与混凝土之间的剪应力即为粘结应力，粘结应力的合力就是粘结力。 1．钢筋与混凝土粘结力的组成：
(1)钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力(胶结力)；
(2)混凝土收缩握裹钢筋而产生摩阻力。压应力越大，接触面的粗糙程度越大，摩阻力就越大；
(3)钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力(咬合力)。光圆钢筋这种咬合力来自表面的粗糙不平。
2．光面钢筋粘结力主要来自胶结力和摩阻力。
3．变形钢筋虽然也存在胶结力和摩擦力，但变形钢筋的粘结力主要来自钢筋表面凸出的肋与混凝土的机械咬合力。
保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力可以采取弯钩（Ⅰ级钢），焊接钢板或钢筋（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢）。
2．13 什么是钢筋的强度标准值？ 答：
《规范》规定材料强度的标准值应具有不小于95%的保证率，热扎钢筋的强度标准值根据屈服强度确定,用符号fyk表示，预应力钢绞线和钢丝的强度标准值根据极限抗拉强度确定的，用符号fptk表示。 按我国冶金生产钢材质量的控制标准,钢材产品出厂时的废品限值约相当于fyk?
fy,m?2.0??fy,m(1?2.0?) ，fy,m为钢筋屈服强度平均值，?为均方差，???/fy,m为变异系数。钢筋
的废品限值具有97.73%的保证率，满足《规范》强度标准值保证率不低于95%的要求，故《规范》钢筋的强度标准值即取钢材质量控制标准的废品限值。
第3章 按近似概率理论的极限状态设计法
3．1 结构可靠性的含义是什么？它包含哪些功能要求？结构超过极限状态会产生什么后果？建筑结构安全等级是按什么原则划分的？ 答：
结构的可靠性：结构或构件在其设计使用年限内，在正常设计、施工、使用和维护条件下，不需大修加固，仍保持其使用功能的能力。
结构的功能：可以概括为三个方面。
（1）安全性；结构应能承受正常施工、正常使用时，可能出现的各种作用。在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定。
（2）适用性；在正常使用时具有良好的工作性能。
（3）耐久性；在正常维护条件下具有足够的耐久性能。
结构超过承载能力极限状态将导致结构安全性失效，超过正常使用极限状态将导致结构适用性或耐久性失效。
安全等级：根据破坏时可能产生后果的严重程度，安全等级划分为三级。
结构超过承载能力极限状态会产生结构的破坏，影响结构的安全性。结构超过承载能力正常使用极限状态会影响结构的适用性和耐久性。
3．2为什么说“作用”是随机变量？“作用”和“荷载”有什么区别？ “抗力”与哪些因素有关？为什么说“抗力”是随机变量？影响结构可靠性的因素有哪些？ 答：
影响结构安全可靠的因素可以分为两个综合的随机变量，即作用效应S (Subjection)和结构抗力R (Resistance）。
作用效应是结构或构件承受的内力、变形、应力、应变等。
作用是使结构或构件产生内力、变形、应力、应变等的所有原因。作用包含荷载，但不仅仅是荷载，还有地基沉降、温度变化、混凝土徐变等。 作用的分类：
（1）直接作用：荷载；
（2）间接作用：温度变化、混凝土收缩、地基沉陷、地震等。 （3）偶然作用：撞击、爆炸；
结构抗力是整个结构或构件承受内力和变形等的能力。它与材料强度、构件几何尺寸、计算模型等随机变量有关，所以结构抗力也使随机变量。
3．3什么是结构的极限状态？结构的极限状态分为几类，其含义各是什么？ 答：
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，就不能满足设计规定的某一功能的要求，此特定状态称为该功能的极限状态。
极限状态分为两类，承载能力极限状态和正常使用极限状态。 1．承载能力极限状态
超过该极限状态，结构就不能满足安全性功能要求，结构或构件如出现下情况之一即认为达到或超过了承载能力极限状态：
(1)结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡(如倾覆、滑移)； (2)构件截面或其连接因超过材料强度而破坏； (3)结构或构件达到最大承载力；
(4)结构或构件因受动力荷载的作用而产生疲劳破坏； (5)结构塑性变形过大，不适于继续使用；
(6)结构形成几何可变体系(如超静定结构中出现足够多塑性铰)； (7)结构或构件丧失稳定(如细长受压构件的压曲失稳)。 2.正常使用极限状态
超过该极限状态，结构就不能满足规定的适用性和耐久性的功能要求。结构如出现下列情况之一即认为超过了正常使用极限状态：
(1)过大的变形、侧移(影响非结构构件、不安全感、不能正常使用等)； (2)过大的裂缝(钢筋锈蚀、不安全感、漏水等)； (3)过大的振动(不舒适，影响精密仪器的振动)；
(4)其他正常使用要求(侵蚀性介质作用下腐蚀严重等)。
结构或构件按承载能力极限状态计算后，还应按正常使用极限状态进行验算。
3．4什么是设计基准期？什么是设计使用年限？结构超过设计设计使用年限是否意味着不能再使用？ 答：
设计基准期：确定可变荷载代表值而选定的时间参数。
设计使用年限：是指结构和构件不需要大修即可达到其预定目的使用时期。 结构超过设计使用年限可靠度不断下降，将不能满足设计要求。
3． 5正态分布概率密度曲线有哪些数字特征？这些数字特征各表示什么意义？ 答： 材料强度：
P(x??(1?1.645?))的保证率为95%； P(x??(1?2.0?))的保证率为97.73%； P(x??)的概率为50%；
3．6材料强度是服从正态分布的随机变量x，其概率密度为f(x)，怎样计算材料强度大于某一取值x0的概率P(x＞x0)？ 答：
??P(x?x0)?x0?p(x)dx
3．7什么是保证率？我国《建筑结构设计统一标准》对结构可靠度是如何定义的？什么是可靠性指标？ 答：
对材料强度而言，强度大于某一下分位值得概率就是强度的保证率。
结构的可靠性：结构或构件在其设计使用年限内，在正常设计、施工、使用和维护条件下，不需大修加固，仍保持其使用功能的能力。
结构的可靠度：结构或构件在其设计使用年限内，在正常设计、施工、使用和维护条件下，不需大修加固，仍保持其使用功能的概率。 可靠性指标???z/?z。?越大，失效概率Pf越小。
Z??Z??Pf?P(Z?0)?P(
?Z?Z??)?P(t??Z)??(?z)??(??)
?Z?Z?Z3．8什么是结构的功能函数？功能函数Z＞0、Z＜0和Z=0时，分别表示结构处于什么样的状态？
答：
结构功能的极限状态方程是极限状态的数学表达形式。当结构抗力R大于作用效应S时，结构是可靠的，当结构抗力R小于作用效应S时，结构失效，当结构抗力R等于作用效应S时，结构达到极限状态。 R＞S 结构可靠 R＜S 结构失效
R=S 结构达到极限状态 设随机变量Z?R?S，则：
Z?R?S＞0结构可靠 Z?R?S＜0结构失效
Z?R?S=0 结构达到极限状态
定义Z?g(x1,,x2,???,xn)为功能函数，其中x1,,x2,???,xn为作用效应、材料强度、几何尺寸等随机变量。
Z是随机变量的函数，因此Z也是随机变量。
3．9什么是结构可靠概率ps和失效概率pf？可靠性指标与结构失效概率有何定性关系？怎样确定目标可靠性指标？为什么说我国《混凝土结构设计规范》（GB50010- 2001）采用的极限状态设计法是近似概率设计方法？其主要特点是什么？ 答：
Pf?Ps?1.0； Pf??(??)；
目标可靠性指标应根据安全等级和破坏形态确定。
由于在近似概率极限状态设计法中，只用到了统计均值和标准差，并非实际概率分布，而且一些影响因素仍然依赖于工程设计经验，在分离系数时做了近似的假定，所以我国《混凝土结构设计规范》（GB50010- 2001）设计方法称为近似概率极限状态设计方法。
我国《混凝土结构设计规范》（GB50010- 2001）近似概率极限状态设计方法采用多系数表达式，可靠指标体现在荷载和材料强度标准值的取值、分项系数和可变荷载组合系数的取值。
3．10我国《混凝土结构设计规范》（GB50010- 2001）承载力极限状态设计表达式采用何种形式？说明式中各符号的物理意义及荷载效应基本组合的取值原则。式中可靠指标体现在何处？ 答：
我国《混凝土结构设计规范》（GB50010- 2001）承载力极限状态设计表达式采用多系数形式。 承载力极限状态的基本组合 （1）可变荷载效应控制组合
S??GSGk??Q1SQ1k???Qi?ciSQik
i?2n式中 ?G------永久荷载分项系数； ?Qi------第i个可变荷载分项系数。
SGk------按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值；
SQik------按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值；其中SQ1k为起控制作用的可变荷 载效应值。
?ci------第i个可变荷载Qik的组合值系数； （2）永久荷载效应控制组合（可变荷载小于20%）
S??GSGk???Qi?ciSQik
i?1n 基本组合的荷载分项系数 （1）永久荷载分项系数?G 当永久荷载效应对结构不利时
------可变荷载效应控制组合，?G=1.2； ------永久荷载效应控制组合，?G=1.35； 当永久荷载效应对结构有利时 ------一般取?G=1.0；
------对结构倾覆、滑移和漂浮验算时，取?G=0.9； （2）可变荷载分项系数?Q ------一般取?Q=1.4；
------对标准值大于4kN/m2的工业屋面楼面可变荷载，应取?Q=1.3；
（3）可变荷载组合值系数?c
------ 一般?c=0.7，书库等?c=0.9。
在承载力极限状态设计表达式中，可靠指标体现在荷载和材料强度标准值的取值、分项系数和可变荷载组合系数的取值。
3．11什么是荷载标准值？什么是可变荷载的频遇值和准永久值？什么是可变荷载的组合值？对正常使用极限状态验算，为什么要区分荷载的标准组合和荷载的准永久组合？如何考虑荷载的标准组合和荷载的准永久组合？ 答：
永久荷载标准值一般取荷载统计分布的均值，根据结构设计尺寸和重力密度计算。
可变荷载标准值，理论上应由设计基准期内最大荷载统计分布确定，即取其某一分位值（如取荷载平均值加1.645倍的标准差，即具有95%保证率的可变荷载值为可变荷载标准值)。但是实际上我国《建筑结构荷载规范》基本上采用的是经验值，由设计经验和实验研究综合确定。 1．设计表达式
S?C
式中 C------结构或构件达到正常使用极限状态的限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值。
S------作用效应，如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等。 2．标准组合
对于标准组合，荷载效应组合的设计值应按下式采用
S?SGk?SQ1k???ciSQik
i?2n 3．准永久组合
对于准永久组合，荷载效应组合的设计值应按下式采用
S?SGk???qiSQik
i?1n 4．频遇组合
对于频遇组合，荷载效应组合的设计值应按下式采用
S?SGk??f1SQ1k???qiSQik
i?2n 可变荷载准永久系数?q和频遇系数?f 住宅、办公室可变荷载 ?q=0.4，?f=0.5
教室、会议室 ?q=0.5，?f=0.6
任何荷载都具有变异性。根据不同的设计要求，取不同的代表值，以确切反应设计的特点。 1．永久荷载代表值
永久荷载以其标准值为代表值。 2．可变荷载代表值
可变荷载代表值根据不同的设计要求，分别取其标准值(characteristic value/nominal value)、组合值(combination value)、准永久值(quasi-permanent value)、频遇值(frequent value)为代表值。 （1）可变荷载标准值
可变荷载标准值，理论上应由设计基准期内最大荷载统计分布确定，即取其某一分位值（如取荷载平均值加1.645倍的标准差，即具有95%保证率的可变荷载值为可变荷载标准值）。但是实际上我国《建筑结构荷载规范》基本上采用的是经验值，由设计经验和实验研究综合确定。
混凝土结构设计原理思考题答案1
