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《結構設計原理》習題.doc

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?.三、名詞解釋1.抵抗彎矩圖答:抵抗彎矩圖是指按實際縱向受力鋼筋布置情況畫出的各截面抵抗彎矩,即受彎承載力Mu沿構件軸線方向的分布圖形。2.混凝土收縮答:混凝土的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稱為收縮。3.混凝土徐變答: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被稱為混凝土的徐變。4.可靠性答:結構在規定的時間內,在規定的條件下,完成預定功能。5.可靠度答:結構在規定的時間內,在規定的條件下,完成預定功能的概率。6.承載能力極限狀態答:結構構件達到最大承載能力或不適于繼續承載的變形或變位的狀態。7.正常使用極限狀態答:結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項限值的狀態。8.剪跨比答:剪跨比是反映梁內正應力和剪應力的相對比值。9.作用效應最不利組合答:所有可能的作用效應組合中對結構或結構構件產生總效應最不利的一組作用效應組合。10.深受彎構件答:鋼筋混凝土深受彎構件是指跨度與其截面高度之比較小的梁。1. 先張法答案:先張拉鋼筋,后澆筑構件混凝土的方法。先在張拉臺座上,按設計規定的拉力張拉預應力鋼筋,并進行臨時錨固,再澆筑構件混凝土,待混凝土達到要求強度后,放張,讓預應力鋼筋回縮,通過預應力鋼筋與混凝土之間的粘結作用,傳遞給混凝土,使混凝土獲得預壓應力。2. 預應力損失答案:由于施工因素、材料性能和環境條件等的影響,鋼筋中的預應力會逐漸減少,這種預應力鋼筋的預應力隨著張拉、錨固過程和時間推移而降低的現象稱為預應力損失。3. 部分預應力混凝土結構答案:部分預應力混凝土結構是指構件在作用(或荷載)短期效應組合下控制的正截面的受拉邊緣可出現拉應力的預應力混凝土結構,其預應力度大于0,小于1。4. 無粘結預應力混凝土梁答案:無粘結預應力混凝土梁是指配置的主筋為無粘結預應力鋼筋的后張法預應力混凝土梁。無粘結預應力鋼筋,是指由單根或多根高強鋼絲、鋼絞線或粗鋼筋,沿其全長涂有專用防腐油脂涂料層,使之與周圍混凝土不建立粘結力,張拉時可沿縱向發生相對滑動的預應力鋼筋。5. 砂漿答案:砂漿是由一定比例的膠結料(水泥、石灰等)、細集料(砂)及水配置而成的砌筑材料。砂漿在砌體結構中的作用是將塊材粘結成整體,并在鋪砌時抹平塊材不平的表面而使塊材在砌體受壓時能比較均勻地受力。此外,砂漿填滿了塊材間隙,減少了砌體的透氣性,從而提高了砌體的密實性、保溫性與抗凍性。1. 鋼材的屈強比——鋼材屈服強度與極限抗拉強度之比,稱為屈強比。2. 鋼材的可焊性——指一定的工藝和結構條件下,鋼材經過焊接后能夠獲得良好的焊接接頭性能。即焊縫金屬盒近縫區的鋼材均不產生裂紋,焊接構件在施焊后的力學性能應不低于母材的力學性能。3. 鋼板梁的整體失穩——鋼板梁在最大剛度平面內承受彎矩,當彎矩增大到某一數值時,梁會在偶然的側向干擾力作用下,突然發生較大的側向彎曲和扭轉,這種現象稱為梁的整體失穩。4. 鋼材拉伸的伸長率——試件拉斷后標距長度的伸長量與原來標距的比值。5. 應力集中——在荷載作用下,鋼結構構件截面突變的某些部位將產生局部峰值應力,其余部位的應力較低且分布不均勻,這種現象成為應力集中。6. 角焊縫——兩焊件形成一定角度相交面上的焊縫。7. 摩擦型高強度螺栓——螺栓連接依靠高強度螺栓的緊固,在被連接件間產生摩擦阻力傳遞剪力,在受剪設計時以剪力達到摩擦力為承載能力的極限狀態。8. 承壓型高強度螺栓——連接依靠螺栓桿抗剪和螺桿與孔壁承壓來傳遞剪力,受剪時,允許板件間發生相對滑移,外力可以繼續增加,以螺栓受剪或孔壁承壓破壞為極限狀態。9. 鋼板梁——由三塊鋼板焊接或通過角鋼和高強度螺栓連接而成的工字型截面梁。10. 鋼-混凝土組合梁——指鋼梁和所支承的鋼筋混凝土板組合成一個整體而共同抗彎的構件。四、簡答題1.在什么情況下受彎構件正截面承載力計算應設計成雙筋?答:(1)當截面的彎矩設計值超過單筋適筋構件能夠承受的最大彎矩設計值,而截面尺寸、混凝土的強度等級和鋼筋的種類不能改變。(2)構件在不同的荷載組合下,截面的彎矩可能變號。(3)由于構造上的原因,在截面的受壓區已經配置一定數量的受力鋼筋。 2.受彎構件斜截面受剪承載力的計算截面位置如何???答:(1)支座邊緣處截面; (2)受拉區彎起鋼筋彎起點處截面; (3)箍筋截面面積或間距改變處截面; (4)腹板寬度改變處截面。3.鋼筋混凝土受彎構件的抗裂度﹑裂縫寬度﹑變形計算﹑強度計算,它們各自根據哪個應力階段計算的?答:截面抗裂驗算是建立在第Ⅰa階段的基礎之上;構件使用階段的變形和裂縫寬度驗算是建立在第Ⅱ階段的基礎之上;而截面的承載力計算則是建立在第Ⅲa階段的基礎之上的。4.減小裂縫寬度和變形的有效措施有哪些?答:減小裂縫寬度的措施有:宜選擇較細直徑的鋼筋、采用變形鋼筋、增大鋼筋截面面積、采用預應力混凝土構件等。減小變形的措施有:最有效的措施是增加截面高度;當設計上構件截面尺寸不能加大時,可考慮增加縱向受拉鋼筋截面面積或提高混凝土強度等級;也可配置一定數量的受壓鋼筋;采用預應力混凝土構件。5.鋼筋混凝土梁正截面的破壞形式有哪幾種?哪些因素決定破壞形式?每一種破壞形式對應于哪一種破壞性質?答:適筋梁破壞、超筋梁破壞、少筋梁破壞。配筋量以及鋼筋和混凝土的強度等級決定梁正截面的破壞形式。適筋梁破壞屬于延性破壞,超筋梁破壞和少筋梁破壞屬于脆性破壞。6.偏心受壓構件的破壞特征如何?主要影響因素是什么?答:破壞特征:大偏心受壓構件的破壞從受拉鋼筋開始,受拉鋼筋先達到屈服強度,然后受壓區混凝土被壓壞;小偏心受壓構件的破壞從受壓區開始,受壓區邊緣混凝土先達到極限壓應變而破壞,受拉鋼筋一般達不到屈服強度。主要影響因素:相對偏心距大小和配筋率。7.采取什么措施來防止斜拉破壞和斜壓破壞?答:斜壓破壞取決于混凝土的抗壓強度和截面尺寸,只要保證構件截面尺寸不太小,就可防止斜壓破壞的發生。為了防止發生斜拉破壞,規定配箍率rsv應滿足最小配箍率rsv,min的要求,同時還規定了最大箍筋間距smax和箍筋的最小直徑dsv,min。8.彎剪扭構件截面設計時縱向受力鋼筋及箍筋的用量是怎樣確定的?答:縱向受力鋼筋:根據受彎構件基本公式求出受彎所需的縱向受拉鋼筋,將鋼筋布置在截面的受拉區;根據剪扭構件的相關性求出剪扭所需的受扭縱筋;對抗扭所需的縱筋一般應均勻對稱的布置在截面周邊上。9.無腹筋梁斜截面受剪破壞形態有哪些?主要影響因素是什么?答:破壞形態:斜壓破壞、剪壓破壞、斜拉破壞。影響因素:剪跨比、混凝土強度、截面尺寸、縱筋配筋率。10.鋼筋與混凝土之間的粘結力有哪幾部分組成?各是什么? 答:一是因為混凝土顆粒的化學作用產生的混凝土與鋼筋之間的膠合力;二是因為混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產生的摩檫力;三是因為鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產生的機械咬合力。1. 試述預應力混凝土結構的優缺點。答案:。省略部分。mm,混凝土強度等級為C30,鋼筋為HRB335,若梁承受的彎矩設計值M=380kN.m,Ⅰ類環境,安全等級為二級,試進行截面配筋計算。解:已知:=13.8MPa,=1.39 MPa,=280 MPa,=0.56, =1.0,設=40mm,梁的有效高度=650-40=610 mm,(1)求受壓區高度 由公式=bx(-)得 解的=1044mm(舍去) =175.8 mm =341.6 mm(2)求所需要的鋼筋數量 = =2599(3)選擇并布置鋼筋??4B32 (3217 ) 最小配筋率計算45()=45()=0.22即配筋率應不小于0.22%且不小于0.2%故取=0.22%實際配箍率 =>(0.22%)配筋滿足要求。3. 某鋼筋混凝土矩形截面簡支梁,凈跨度ln=3.66m。截面尺寸b×h=250mm×600mm。該梁承受均布荷載的 設計值為210kN/m(包括自重),混凝土強度等級為C20,箍筋為HPB235鋼筋。試根據斜截面受剪承載力要求確定抗剪鋼筋。()解:(1)計算縱筋重要性系數則彎矩計算值1)求受壓區高度 由公式=bx(-)得 mm >=313.6 mm采用雙筋截面。==4172)求所需要的鋼筋數量選擇受壓鋼筋為412() 受拉區鋼筋為4 32 () (2)計算箍筋 采用10mm ==166.5若箍筋間距計算值取及400mm,是滿足要求的。配筋率>0.18%,且小于=300mm和400mm在支座中心向跨徑長度方向的600范圍內,設計箍筋間距;爾后至跨中截面統一的箍筋間距取。4. 一鋼筋混凝土矩形截面簡支梁,截面尺寸為b×h=250mm×600mm,受拉區縱筋為3f25。該梁承受均布荷載設計值100kN/m(包括自重),梁的凈跨度ln=3.56m,混凝土強度等級為C30,箍筋為熱軋HPB235級鋼筋,縱筋為HRB335級鋼筋。求:箍筋的數量。(as=35mm)解:采用直徑為8mm的雙肢箍筋,箍筋截面積 ==481mm若箍筋間距計算值?。炯?00mm,取是滿足要求的。配筋率>0.18%,且小于=300mm和400mm在支座中心向跨徑長度方向的600 mm范圍內,設計箍筋間距;而后至跨中截面統一的箍筋間距取5. 某鋼筋混凝土偏心受壓構件,截面尺寸b×h=300mm×400mm。兩個方向的計算長度均為l0=4m。該構件承受的軸向壓力設計值為192kN,相應的彎矩為110kN.m,混凝土強度等級為C20,縱向鋼筋為HPB335鋼筋。Ⅰ類環境,安全等級為二級,試進行截面配筋設計。解:=9.2 MPa,=280 MPa,=0.56,=1.01)截面設計軸向力計算值N==192KN,彎矩設算值M==110KN m可得到偏心距為===573mm彎矩作用平面內的長細比為>5故應考慮偏心距設=40 mm則=-=400-40=360mm>1?。?取則=1.052)大小偏心受壓的判定 >0.3=108 mm故可先按大偏心受壓設計3)計算所需的縱向鋼筋面積取 ==23<取現選擇受壓鋼筋為3B12,則實際受壓鋼筋面積,,>0.2%。截面受壓區高度為==162<>2取 由=>(240)現選手拉鋼筋為422,,>0.2%。>0.5%。設計的縱向鋼筋截面短邊方向布置一排,因偏心壓桿采用水平澆筑混凝土預制構件,故縱筋最小凈距采用。設計截面中取,鋼筋的混凝土保護層的厚度為,滿足規范要求。所需截面最小寬度<1. 如圖所示雙槽鋼和鋼板的連接,槽鋼壁厚為5mm,軸向拉力設計值N=400kN作用,采用側焊縫連接,手工焊,焊條E43。試設計此焊縫,不采用引弧板。([τf ]=85N/mm2)解:角焊縫焊腳尺寸構造要求 取=6mm采用側面角焊縫得到=280mm按構造要求,焊縫的最小計算長度為max(8hf,40)=48mm最大計算長度8hf=360mm滿足要求不采用引弧板,每條實際長度為280+2 hf=292mm,取長度300mm.2. 圖示C級螺栓連接,鋼材Q235B,[σ]=140N/mm2,螺栓M20,栓孔直徑d0=21.5mm, []=170N/mm2,[] =80N/mm2,計算該連接所能承受的最大軸力。解:連接接頭一端該連接所能承受的最大軸力為265.58kN.V M50 4×100=400 502020承托板3. 如圖所示翼緣與節點板之間采用粗制螺栓M20連接,螺栓有效面積Ae=244.8mm2,容許拉應力[ftb]=110MPa,鋼材為Q235,彎矩M=30kN·m,剪力V全部由鋼梁下部承托板承擔,試驗算此連接是否可靠。解:剪力全部由下部承托板承擔,螺栓只受彎矩作用普通螺栓中和軸在最外一排螺栓形心處,最上一排螺栓受力最大<所以,此連接安全。4. 圖示兩端鉸接軸心壓桿采用Q235B級鋼,[σ]=140N/mm2,E=2.06×105N/mm2,要求壓桿最大穩定承載力?表 Q235鋼翼板平面內整體穩定性縱向彎曲系數λ0~30405060708090100110120130140150ψ10.9000.8770.8280.7220.7130.6510.5830.5210.4690.4220.3800.3410.305(繞y軸發生失穩,沿著x方向,即翼緣板平面內整體失穩)查表=0.349所以壓桿最大穩定承載力=0.349×2610×140=127.5kN5.計算跨度l=16m的簡支鋼板梁橋,其主梁的焊接工字形截面尺寸如下圖所示,鋼材采用Q235鋼,主梁跨中截面計算彎矩,計算剪力,支座處計算剪力。試驗算主梁彎曲正應力和剪應力,已知,。x軸18 1250 1840012解:截面幾何特性計算:截面中和軸距受壓翼緣距離 (1分)對截面中和軸毛截面慣性矩 (2分)截面中和軸以上部分對中和軸面積距 (2分)主梁截面彎曲正應力驗算:簡支梁跨中截面為驗算截面,則MPa<,滿足要求。(2分)主梁截面剪應力驗算:取簡支梁的支座截面為驗算截面,則MPa (2分)因 MPa,,故取C=1.0 (1分)所以<C[]=85MPa. 滿足要求.
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