結構設計原理課後習題答案

2021-03-04 04:00:57 字數 4820 閱讀 9095

第一章1-1 配置在混凝土截面受拉區鋼筋的作用是什麼?

答:當荷載超過了素混凝土的梁的破壞荷載時,受拉區混凝土開裂,此時,受拉區混凝土雖退出工作,但配置在受拉區的鋼筋將承擔幾乎全部的拉力,能繼續承擔荷載,直到受拉鋼筋的應力達到屈服強度,繼而截面受壓區的混凝土也被壓碎破壞。

1-2 試解釋一下名詞:混凝土立方體抗壓強度;混凝土軸心抗壓強度;混凝土抗拉強度;混凝土劈裂抗拉強度。

答:混凝土立方體抗壓強度:我國國家標準《普通混凝土力學效能試驗方法標準》(gb/t 50081-2002)規定以每邊邊長為150mm的立方體為標準試件,在20℃±2℃的溫度和相對濕度在95%以上的潮濕空氣中養護28d,依照標準製作方法和試驗方法測得的抗壓強度值(以mpa為單位)作為混凝土的立方體抗壓強度,用符號表示。

混凝土軸心抗壓強度:我國國家標準《普通混凝土力學效能試驗方法標準》(gb/t 50081-2002)規定以150mm×150mm×300mm的稜柱體為標準試件,在20℃±2℃的溫度和相對濕度在95%以上的潮濕空氣中養護28d,依照標準製作方法和試驗方法測得的抗壓強度值(以mpa為單位)稱為混凝土軸心抗壓強度,用符號表示。

混凝土劈裂抗拉強度:我國交通部部頒標準《公路工程水泥混凝土試驗規程》(jtj 053-94)規定,採用150mm立方體作為標準試件進行混凝土劈裂抗拉強度測定,按照規定的試驗方法操作,則混凝土劈裂抗拉強度按下式計算:。

混凝土抗拉強度:採用100×100×500mm混凝土稜柱體軸心受拉試驗,破壞時試件在沒有鋼筋的中部截面被拉斷,其平均拉應力即為混凝土的軸心抗拉強度,目前國內外常採用立方體或圓柱體的劈裂試驗測得的混凝土劈裂抗拉強度值換算成軸心抗拉強度,換算時應乘以換算係數0.9,即。

1-3 混凝土軸心受壓的應力—應變曲線有何特點?影響混凝土軸心受壓應力—應變曲線有哪幾個因素?

答:完整的混凝土軸心受拉曲線由上公升段oc、下降段cd和收斂段de三個階段組成。

上公升段:當壓應力左右時,應力——應變關係接近直線變化(oa段),混凝土處於彈性階段工作。在壓應力後,隨著壓應力的增大,應力——應變關係愈來愈偏離直線,任一點的應變可分為彈性應變和塑性應變兩部分,原有的混凝土內部微裂縫發展,並在孔隙等薄弱處產生新的個別裂縫。

當應力達到0.8(b點)左右後,混凝土塑性變形顯著增大,內部裂縫不斷延伸拓展,並有幾條貫通,應力——應變曲線斜率急劇減小,如果不繼續載入,裂縫也會發展,即內部裂縫處於非穩定發展階段。當應力達到最大應力時(c點),應力應變曲線的斜率已接近於水平,試件表面出現不連續的可見裂縫。

下降段:到達峰值應力點c後,混凝土的強度並不完全消失,隨著應力的減小(解除安裝),應變仍然增加,曲線下降坡度較陡,混凝土表面裂縫逐漸貫通。

收斂段:在反彎點d點之後,應力下降的速率減慢,趨於殘餘應力。表面縱縫把混凝土稜柱體分為若干個小柱,外載力由裂縫處的摩擦咬合力及小柱體的殘餘強度所承受。

影響混凝土軸心受壓應力應變曲線的主要因素:混凝土強度、應變速率、測試技術和試驗條件。

1-4 什麼叫混凝土的徐變?影響徐變有哪些主要原因?

答:在荷載的長期作用下,混凝土的變形將隨時間而增加,亦即在應力不變的情況下,混凝土的應變隨時間繼續增長,這種現象稱為混凝土的徐變。

主要影響因素:

(1)混凝土在長期荷載作用下產生的應力大小;

(2)加荷時混凝土的齡期;

(3)混凝土的組成成分和配合比;

(4)養護及使用條件下的溫度與濕度。

1-5 混凝土的徐變和收縮變形都是隨時間而增長的變形,兩者有和不同之處?

答:徐變變形是在持久作用下混凝土結構隨時間推移而增加的應變;收縮變形是混凝土在凝結和硬化的物理化學過程中體積隨時間推移而減小的現象,是一種不受力情況下的自由變形。

1-7 什麼是鋼筋和混凝土之間粘結應力和粘結強度?為保證鋼筋和混凝土之間有足夠的粘結力要採取哪些措施?

答:(1)粘結應力:變形差(相對滑移)沿鋼筋與混凝土接觸面上產生的剪應力;

(2)粘結強度:實際工程中,通常以拔出試驗中粘結失效(鋼筋被拔出,或者混凝土被劈裂)時的最大平均粘結應力作為鋼筋和混凝土的粘結強度;

(3)主要措施:①光圓鋼筋及變形鋼筋的粘結強度均隨混凝土等級的提高而提高,所以可以通過提高混凝土強度等級來增加粘結力;②水平位置鋼筋比豎位鋼筋的粘結強度低,所以可通過調整鋼筋布置來增強粘結力;③多根鋼筋併排時,可調整鋼筋之間的淨距來增強粘結力;④增大混凝土保護層厚度⑤採用帶肋鋼筋。

第二章2-1 橋梁結構的功能包括哪幾方面的內容?何謂結構的可靠性?

答:①橋梁結構的功能由其使用要求決定的,具體有如下四個方面:

(1)橋梁結構應能承受在正常施工和正常使用期間可能出現的各種荷載、外加變形、約束變形等的作用;

(2)橋梁結構在正常使用條件下具有良好的工作效能,例如,不發生影響正常使用的過大變形和區域性損壞;

(3)橋梁結構在正常使用和正常維護條件下,在規定的時間內,具有足夠的耐久性,例如,不出現過大的裂縫寬度,不發生由於混凝土保護層碳化導致鋼筋的修飾;

(4)在偶然荷載(如**、強風)作用下或偶然事件(如**)發生時和發生後,橋梁結構仍能保持整體穩定性,不發生倒塌。

②結構的可靠性:指結構的安全性、適用性和耐久性。

2-2 結構的設計基準期和使用壽命有何區別?

答:設計基準期是指對結構進行可靠度分析時,結合結構使用期,考慮各種基本變數與時間的關係所取用的基準時間引數,設計基準期可參考結構使用壽命的要求適當選定,但二者不完全等同。當結構的使用年限超過設計基準期,表面它的失效概率可能會增大,不能保證其目標可靠指標,但不等於結構喪失了所要求的基本功能甚至報廢。

一般來說,使用壽命長,設計基準期也可以長一些,使用壽命短,設計基準期應短一些。通常設計基準期應該小於壽命期。

2-3 什麼叫極限狀態?我國《公路橋規》規定了哪兩類結構的極限狀態?

答:①極限狀態

當整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態而不能滿足設計規定的某一功能要求時,此特定狀態成為該功能的極限狀態。

②承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。

2-4 試解釋一下名詞:作用、直接作用、間接作用、抗力。

作用:是指使結構產生內力、變形、應力和應變的所有原因;

直接作用:是指施加在結構上的集中力和分布力;

間接作用:是指引起結構外加變形和約束變形的原因;

抗力:是指結構構件承受內力和變形的能力。

2-5我國《公路橋規》規定了結構設計哪三種狀況?

答:持久狀況、短暫狀況和偶然狀況。

2-6結構承載能力極限狀態和正常使用極限狀態設計計算原則是什麼?

我國《公路橋規》採用的是近似概率極限狀態設計法。

①承載能力極限狀態的計算以塑性理論為基礎,設計的原則是作用效應最不利組合(基本組合)的設計值必須小於或等於結構抗力設計值,即。

②正常使用狀態是以結構彈性理論或彈塑性理論為基礎,採用作用(或荷載)的短期效應組合、長期效應組合或短期效應組合並考慮長期效應組合的影響,對構建的抗裂、裂縫寬度和撓度進行驗算,並使各項計算值不超過《公路橋規》規定的各相應限值。設計表示式為.

2-7什麼叫材料強度的標準值和設計值?

①材料強度標準值:是由標準試件按標準試驗方法經數理統計以概率分布的0.05分位值確定強度值,即取值原則是在符合規定質量的材料強度實測值的總體中,材料的強度的標準值應具有不小於95%的保證率。

②材料強度設計值:是材料強度標準值除以材料效能分項係數後的值。

2-8作用分為幾類?什麼叫作用的標準值,可變作用的準永久值可變作用的頻遇值?

答:作用分為永久作用(恆載)、可變作用和偶然作用三類;

作用的標準值:是結構和結構構件設計時,採用的各種作用的基本代表值。

可變作用的準永久值:指在設計基準期間,可變作用超越的總時間約為設計基準期一半的作用值。

可變作用頻遇值:在設計基準期間,可變作用超越的總時間為規定的較小比率或超越次數為規定次數的作用。它是指結構上較頻繁出現的且量值較大的荷載作用取值。

2-9鋼筋混凝土梁的支點截面處,結構重力產生的剪力標準值;汽車荷載產生的剪力標準值;衝擊係數;人群荷載產生的剪力標準值;溫度梯度作用產生的剪力標準值,參照例題2-3,試進行正常使用極限狀態設計時的作用效應組合計算。

解:①作用短期效應組合

汽車荷載不計衝擊係數的汽車荷載剪力標準值為:

=431.39kn

①作用長期效應組合

=331.08kn

第三章3.1、試比較圖3-4和3-5,說明鋼筋混凝土板和鋼筋混凝土梁鋼筋布置的特點。

答:板:單向板內主鋼筋沿板的跨度方向布置在板的受拉區,鋼筋數量由計算決定。

受力主鋼筋的直徑不宜小於10mm(行車道板)或8mm(行人路板)。近梁肋處的板內主鋼筋,可沿板高中心縱軸線的(1/4~1/6)計算跨徑處按(30°~45°)彎起,但通過支承而不彎起的主鋼筋,每公尺板寬內不應少於3根,並不少於主鋼筋截面積的1/4。

在簡支板的跨中和連續梁的支點處,板內主鋼筋間距不大於200mm。

行車道板受力鋼筋的最小混凝土保護層厚度c應不小於鋼筋的公稱直徑且同時滿足附表1-8的要求。

在板內應設定垂直於板受力鋼筋的分布鋼筋,分布鋼筋是在主筋上按一定間距設定的橫向鋼筋,屬於構造配置鋼筋,即其數量不通過計算,而是按照設計規範規定選擇的。

梁:樑內的鋼筋常常採用骨架形式,一般分為綁紮鋼筋骨架和焊接鋼筋骨架兩種形式。

樑內縱向受拉鋼筋的數量由數量決定。可選擇的鋼筋數量直徑一般為(12~32)mm,通常不得超過40mm。在同一根樑內主鋼筋宜用相同直徑的鋼筋,當採用兩種以上直徑的鋼筋時,為了便於施工識別,直徑間應相差2mm以上。

3-2什麼叫受彎構件縱向受拉鋼筋的配筋率?配筋率的表示式中,含義是什麼?

答: 配筋率是指所配置的鋼筋截面面積與規定的混凝土截面面積的比值(化為百分數表達)。是指截面的有效高度。

3-3為什麼鋼筋要有足夠的混凝土保護層厚度?鋼筋的最小混凝土保護層厚度的選擇應考慮哪些因素?

答:設定保護層是為了保護鋼筋不直接受到大氣的侵蝕和其他環境因素的作用,也是為了保證鋼筋和混凝土有良好的粘結。

影響因素:環境類別、構件形式、鋼筋布置。

3-4、參照圖3-7,試說明規定各主鋼筋橫向淨距和層與層之間的豎向淨距的原因。

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