结构设计原理课后习题答案
第一章
1-1 配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用就是什么？
答:当荷载超过了素混凝土的梁的破坏荷载时,受拉区混凝土开裂,此时,受拉区混凝土虽退出工作,但配置在受拉区的钢筋将承担几乎全部的拉力,能继续承担荷载,直到受拉钢筋的应力达到屈服强度,继而截面受压区的混凝土也被压碎破坏。
1-2 试解释一下名词:混凝土立方体抗压强度;混凝土轴心抗压强度;混凝土抗拉强度;混凝土劈裂抗拉强度。
答:混凝土立方体抗压强度:我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)规定以每边边长为150mm的立方体为标准试件,在20℃±2℃的温度与相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d,依照标准制作方法与试验方法测得的抗压强度值(以MPa为单位)作为混凝土的立方体抗压强度,用符号cu f表示。
混凝土轴心抗压强度:我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)规定以150mm×150mm×300mm的棱柱体为标准试件,在20℃±2℃的温度与相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28d,依照标准制作方法与试验方法测得的抗压强度值(以MPa为单位)称为混凝土轴心抗压强度,用符号c f表示。
混凝土劈裂抗拉强度:我国交通部部颁标准《公路工程水泥混凝土试验规程》(JTJ 053-94)规定,采用150mm立方体作为标准试件进行混凝土劈裂抗拉强度测定,按照规定的试验方法操作,则混凝土劈
裂抗拉强度ts f 按下式计算:
20.637ts F F f A ==πA 。 混凝土抗拉强度:采用100×100×500mm 混凝土棱柱体轴心受拉试验,破坏时试件在没有钢筋的中部截面被拉断,其平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度,目前国内外常采用立方体或圆柱体的劈裂试验测得的混凝土劈裂抗拉强度值换算成轴心抗拉强度,换算时应乘以换算系数0、9,即0.9t ts f f =。
1-3 混凝土轴心受压的应力—应变曲线有何特点？影响混凝土轴心受压应力—应变曲线有哪几个因素？
答:完整的混凝土轴心受拉曲线由上升段OC 、下降段CD 与收敛段DE 三个阶段组成。
上升段:当压应力0.3c f σ<左右时,应力——应变关系接近直线变化(OA 段),混凝土处于弹性阶段工作。在压应力0.3c f σ≥后,随着压应力的增大,应力——应变关系愈来愈偏离直线,任一点的应变ε可分为弹性应变与塑性应变两部分,原有的混凝土内部微裂缝发展,并在孔隙等薄弱处产生新的个别裂缝。当应力达到0、8c f (B 点)左右后,混凝土塑性变形显著增大,内部裂缝不断延伸拓展,并有几条贯通,应力——应变曲线斜率急剧减小,如果不继续加载,裂缝也会发展,即内部裂缝处于非稳定发展阶段。当应力达到最大应力c f σ=时(C 点),应力应变曲线的斜率已接近于水平,试件表面出现不连续的可见裂缝。
下降段:到达峰值应力点C 后,混凝土的强度并不完全消失,随着应力σ的减小(卸载),应变仍然增加,曲线下降坡度较陡,混凝土表面裂缝逐渐贯通。
收敛段:在反弯点D点之后,应力下降的速率减慢,趋于残余应力。表面纵缝把混凝土棱柱体分为若干个小柱,外载力由裂缝处的摩擦咬合力及小柱体的残余强度所承受。
影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素:混凝土强度、应变速率、测试技术与试验条件。
1-4 什么叫混凝土的徐变？影响徐变有哪些主要原因？
答: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,这种现象称为混凝土的徐变。
主要影响因素:
(1)混凝土在长期荷载作用下产生的应力大小;
(2)加荷时混凝土的龄期;
(3)混凝土的组成成分与配合比;
(4)养护及使用条件下的温度与湿度。
1-5 混凝土的徐变与收缩变形都就是随时间而增长的变形,两者有与不同之处？
答:徐变变形就是在持久作用下混凝土结构随时间推移而增加的应变;收缩变形就是混凝土在凝结与硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象,就是一种不受力情况下的自由变形。
1-7 什么就是钢筋与混凝土之间粘结应力与粘结强度？为保证钢筋与混凝土之间有足够的粘结力要采取哪些措施？
答:(1)粘结应力:变形差(相对滑移)沿钢筋与混凝土接触面上产
生的剪应力;
(2)粘结强度:实际工程中,通常以拔出试验中粘结失效(钢筋被拔出,或者混凝土被劈裂)时的最大平均粘结应力作为钢筋与混凝土的粘结强度;
(3)主要措施:①光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度均随混凝土等级的提高而提高,所以可以通过提高混凝土强度等级来增加粘结力;
②水平位置钢筋比竖位钢筋的粘结强度低,所以可通过调整钢筋布置来增强粘结力;③多根钢筋并排时,可调整钢筋之间的净距来增强粘结力;④增大混凝土保护层厚度⑤采用带肋钢筋。
第二章
2-1 桥梁结构的功能包括哪几方面的内容？何谓结构的可靠性？答:①桥梁结构的功能由其使用要求决定的,具体有如下四个方面:
(1)桥梁结构应能承受在正常施工与正常使用期间可能出现的各种荷载、外加变形、约束变形等的作用;
(2)桥梁结构在正常使用条件下具有良好的工作性能,例如,不发生影响正常使用的过大变形与局部损坏;
(3)桥梁结构在正常使用与正常维护条件下,在规定的时间内,具有足够的耐久性,例如,不出现过大的裂缝宽度,不发生由于混凝土保护层碳化导致钢筋的修饰;
(4)在偶然荷载(如地震、强风)作用下或偶然事件(如爆炸)发生时与发生后,桥梁结构仍能保持整体稳定性,不发生倒塌。
②结构的可靠性:指结构的安全性、适用性与耐久性。
2-2 结构的设计基准期与使用寿命有何区别？
答:设计基准期就是指对结构进行可靠度分析时,结合结构使用期,考虑各种基本变量与时间的关系所取用的基准时间参数,设计基准期可参考结构使用寿命的要求适当选定,但二者不完全等同。当结构的使用年限超过设计基准期,表面它的失效概率可能会增大,不能保证其目标可靠指标,但不等于结构丧失了所要求的基本功能甚至报废。一般来说,使用寿命长,设计基准期也可以长一些,使用寿命短,设计基准期应短一些。通常设计基准期应该小于寿命期。
2-3 什么叫极限状态？我国《公路桥规》规定了哪两类结构的极限状态？
答:①极限状态
当整个结构或结构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,此特定状态成为该功能的极限状态。
②承载能力极限状态与正常使用极限状态。
2-4 试解释一下名词:作用、直接作用、间接作用、抗力。
作用:就是指使结构产生内力、变形、应力与应变的所有原因;
直接作用:就是指施加在结构上的集中力与分布力;
间接作用:就是指引起结构外加变形与约束变形的原因;
抗力:就是指结构构件承受内力与变形的能力。
2-5我国《公路桥规》规定了结构设计哪三种状况？
答:持久状况、短暂状况与偶然状况。
2-6结构承载能力极限状态与正常使用极限状态设计计算原则就是
