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结构设计原理(第四版)叶见曙第1-9章课后习题答案

时间:2021-07-09 02:00

  结构设计原理(第四版)叶见曙第1-9章课后习题答案-已按新版更新结构设计原理课后答案第一章1-1配置在混凝土梁截面受拉区钢筋的作用是什么P8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钢筋的作用是代替混凝土受拉受拉区混凝土出现裂缝后或协助混凝土受压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P9我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》GBT50081-2002规定以

  结构设计原理课后答案第一章1-1配置在混凝土梁截面受拉区钢筋的作用是什么P8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钢筋的作用是代替混凝土受拉受拉区混凝土出现裂缝后或协助混凝土受压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P9我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》GBT50081-2002规定以每边边长为150mm的立方体为标准试件在20℃±2℃的温度和相对湿度在95以上的潮湿空气中养护28d依照标准制作方法和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表示混凝土轴心抗压强度P10我国国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》GBT50081-2002规定以150mm×150mm×300mm的棱柱体为标准试件在20℃±2℃的温度和相对湿度在95以上的潮湿空气中养护28d依照标准制作方法和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表示混凝土劈裂抗拉强度P10我国交通部部颁标准《公路工程水泥混凝土试验规程》JTGE30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按下式计算混凝土抗拉强度P10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09即1-3混凝土轴心受压的应力应变曲线影响混凝土轴心受压应力应变曲线答完整的混凝土轴心受压应力-应变曲线由上升段OC下降段CD和收敛段DE三个阶段组成上升段当压应力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可分为弹性应变和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08B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和试验条件1-4什么叫混凝土的徐变P16影响徐变有哪些主要原因P17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混凝土的组成成分和配合比4养护及使用条件下的温度与湿度1-5混凝土的徐变和收缩变形都是随时间而增长的变形两者有和不同之处P16P17答徐变变形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是混凝土在凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象是一种不受力情况下的自由变形1-6公路桥梁钢筋混凝土结构采用普通热轧钢筋普通热轧钢筋的拉伸应力-应变关系曲线《公路桥规》规定使用的普通热轧钢筋有哪些强度级别强度等级代号分别是什么答热轧钢筋从试验加载到拉断共经历了4个阶段从开始加载到钢筋应力达到比例极限a点之前钢筋拉伸的应力-应变曲线呈直线钢筋的应力与应变比例为常数钢筋处于弹性阶段钢筋受拉的应力超过比例极限之后应变的增长快于应力增长到达b点后钢筋的应力基本不增加而应变持续增加应力-应变曲线接近水平线钢筋处于屈服阶段一般以屈服下限为依据称为屈服强度钢筋的拉伸应力超过f点之后材料恢复了部分弹性性能应力-应变曲线表现为上升曲线到达曲线最高点dd点的钢筋应力称为钢筋的极限强度fd段称为钢筋的强化阶段过了d点后钢筋试件薄弱处的截面发生局部颈缩变形迅速增加应力随之下降达到e点时钢筋被拉断De段称为钢筋的破坏阶段1-7什么是钢筋和混凝土之间粘结应力和粘结强度P22P23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P25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和混凝土的粘结强度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P30何谓结构的可靠性P31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安全性1桥梁结构应能承受在正常施工和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在偶然荷载如地震强风作用下或偶然事件如爆炸发生时和发生后桥梁结构产生局部损坏但仍能保持整体稳定性不发生倒塌适用性3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或振动耐久性4桥梁结构在正常使用和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②结构的可靠性指结构的安全性适用性和耐久性2-2结构的设计基准期和设计使用年限有何区别P31答设计使用年限设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按预定目的使用的年限结构的设计基准期结构可靠度计算中另一时间域考虑它是为确定可变作用的出现频率和设计时的取值而规定的标准时段二者是不同的概念设计基准期的选择不考虑环境作用下与材料性能老化等相联系的结构耐久性而仅考虑可变作用随时间变化的设计变量取值大小而设计使用年限是与结构适用性失效的极限状态相联系2-3什么叫极限状态P32我国《公路桥规》规定了哪两类结构的极限状态P32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承载能力极限状态和正常使用极限状态2-4试解释一下名词作用直接作用间接作用抗力P34作用是指使结构产生内力变形应力和应变的所有原因直接作用是指施加在结构上的集中力和分布力间接作用是指引起结构外加变形和约束变形的

  原因抗力是指结构构件承受内力和变形的能力2-5我国《公路桥规》规定了结构设计哪三种状况P41答持久状况短暂状况和偶然状况2-6结构承载能力极限状态和正常使用极限状态设计计算原则是什么P39我国《公路桥规》采用的是近似概率极限状态设计法①承载能力极限状态的计算以塑性理论为基础设计的原则是作用效应最不利组合基本组合的设计值必须小于或等于结构抗力设计值即②正常使用状态是以结构弹性理论或弹塑性理论为基础采用作用或荷载的短期效应组合长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合的影响对构建的抗裂裂缝宽度和挠度进行验算并使各项计算值不超过《公路桥规》规定的各相应限值设计表达式为2-7作用分为几类P43什么叫作用的标准值可变作用的准永久值可变作用的频遇值P44答作用分为永久作用恒载可变作用偶然作用和地震作用四类作用的标准值是结构和结构构件设计时采用的各种作用的基本代表值可变作用的准永久值指在设计基准期间可变作用超越的总时间占设计基准期的比率较大的作用值可变作用频遇值在设计基准期间可变作用超越的总时间占设计基准期的比率较小或被超越的频率限制在规定频率内的作用值它是对结构上较频繁出现的且量值较大的可变作用的取值2-8钢筋混凝土梁的支点截面处结构重力产生的剪力标准值汽车荷载产生的剪力标准值冲击系数人群荷载产生的剪力标准值温度梯度作用产生的剪力标准值作用效应按线试进行正常使用极限状态设计时的作用效应组合计算解①作用频遇效应组合汽车荷载不计冲击系数的汽车荷载剪力标准值为作用准永久效应组合2-9什么叫材料强度的标准值和设计值P48①材料强度标准值是由标准试件按标准试验方法经数理统计以概率分布的005分位值确定强度值即取值原则是在符合规定质量的材料强度实测值的总体中材料的强度的标准值应具有不小于95的保证率材料强度设计值是材料强度标准值除以材料性能分项系数后的值第三章31试比较图3-4和3-5说明钢筋混凝土板和钢筋混凝土梁钢筋布置的特点P52和P53答板单向板内主钢筋沿板的跨度方向短边方向布置在板的受拉区主钢筋数量由计算决定受力主钢筋的直径不宜小于10mm行车道板或8mm人行道板近梁肋处的板内主钢筋可沿板高中心纵轴线°弯起但通过支承而不弯起的主钢筋每米板宽内不应少于3根并不少于主钢筋截面积的14对于周边支承的双向板板的两个方向沿板长边方向和沿板短边方向同时承受弯矩所以两个方向均应设置主钢筋在简支板的跨中和连续梁的支点处板内主钢筋间距不大于200mm行车道板受力钢筋的最小混凝土保护层厚度c应不小于钢筋的公称直径且同时满足附表的要求在板内应设置垂直于板受力钢筋的分布钢筋分布钢筋是在主筋上按一定间距设置的横向钢筋属于构造配置钢筋即其数量不通过计算而是按照设计规范规定选择的梁梁内的钢筋常常采用骨架形式一般分为绑扎钢筋骨架和焊接钢筋骨架两种形式梁内纵向受拉钢筋的数量由数量决定可选择的钢筋数量直径一般为12~32mm通常不得超过40mm在同一根梁内主钢筋宜用相同直径的钢筋当采用两种以上直径的钢筋时为了便于施工识别直径间应相差2mm以上3-2什么叫受弯构件纵向受拉钢筋的配筋率配筋率的表达式中含义是什么P52答配筋率是指所配置的钢筋截面面积与规定的混凝土截面面积的比值化为百分数表达是指截面的有效高度3-3为什么钢筋要有足够的混凝土保护层厚度钢筋的最小混凝土保护层厚度的选择应考虑哪些因素P54答设置保护层是为了保护钢筋不直接受到大气的侵蚀和其他环境因素的作用也是为了保证钢筋和混凝土有良好的粘结影响因素环境类别构件形式钢筋布置3-4参照图3-7试说明规定各主钢筋横向净距和层与层之间的竖向净距的原因答1为了保证钢筋与混凝土之间的握裹力增强两者的粘结力2保证钢筋之间有一定间隙浇注混凝土3方便钢筋的布置3-5钢筋混凝土适筋梁正截面受力全过程可划分为几个阶段各阶段受力主要特点是什么P58答第Ⅰ阶段混凝土全截面工作混凝土的压应力和拉应力基本上都呈三角形分布纵向钢筋承受有拉应力混凝土受压区处于弹性工作阶段即应力与应变成正比第Ⅰ阶段末混凝土受压区的应力基本上仍是三角形分布但由于受拉区混凝土塑性变形的发展拉应变增长较快根据混凝土受拉时的应力应变图曲线拉区混凝土的应力图形为曲线形这时受拉边缘混凝土的拉应变临近极限拉应变拉应力达到混凝土抗拉强度表示裂缝即将出现梁截面上作用的弯矩用表示第Ⅱ阶段荷载作用弯矩到达后在梁混凝土抗拉强度最弱截面上出现了第一批裂缝这时在有裂缝的截面上拉区混凝土退出工作把它原承担的拉力传递给钢筋发生了明显的应力重分布钢筋的拉应力随荷载的增加而增加混凝土的压应力不再是三角形分布而是形成微曲的曲线形中和轴位置向上移动第Ⅱ阶段末钢筋拉应变达到屈服值时的应变值表示钢筋应力达到其屈服强度第Ⅱ阶段结束第Ⅲ阶段在这个阶段里钢筋的拉应变增加的很快但钢筋的拉应力一般仍维持在屈服强度不变这时裂缝急剧开展中和轴继续上升混凝土受压区不断缩小压应力也不断增大压应力图成为明显的丰满曲线形第Ⅲ阶段末这时截面受压上边缘的混凝土压应变达到其极限压应变值压应力图呈明显曲线形并且最大压应力已不在上边缘而是在距上边缘稍下处这都是混凝土受压时的应力应变图所决定的在第Ⅲ阶段末压区混凝土的抗压强度耗尽在临界裂缝两侧的一定区段内压区混凝土出现纵向水平裂缝随即混凝土被压碎梁破坏在这个阶段纵向钢筋的拉应力仍维持在屈服强度3-6什么叫钢筋混凝土少筋梁适筋梁和超筋梁各自有什么样的破坏形态为什么吧少筋梁和超筋梁都成为脆性破坏P60答实际配筋率小于最小配筋率的梁称为少筋梁大于最小配筋率且小于最大配筋率的梁称为适筋梁大于最大配筋率的梁称为超筋梁少筋梁的受拉区混凝土开裂后受拉钢筋达到屈服点并迅速经历整个流幅而进入强化阶段梁仅出现一条集中裂缝不仅宽度较大而且沿梁高延伸很高此时受压区混凝土还未压坏而裂缝宽度已经很宽挠度过大钢筋甚至被拉断适筋梁受拉区钢筋首先达到屈服其应力保持不变而应变显著增大直到受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变时受压区出现纵向水平裂缝随之因混凝土压碎而破坏适筋粱为塑性破坏超筋梁的破坏是受压区混凝土被压坏而受拉区钢筋应力尚未达到屈服强度破坏前的挠度及截面曲率曲线没有明显的转折点受拉区的裂缝开展不宽破坏突然没有明显预兆少筋梁和超筋梁的破坏都很突然没有明显预兆故称为脆性破坏3-7钢筋混凝土适筋梁当受拉钢筋屈服后能否再增加荷载为什么少筋梁当受拉钢筋屈服后能否再增加荷载答适筋梁可以再增加荷载因为当受拉区钢筋屈服后钢筋退出工作受压区混凝土开始受压直到受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变时受压区出现纵向水平裂缝随之因混凝土压碎而破坏这时不能再增加荷载少筋梁裂缝出现在钢筋屈服前此时构件已不再承受荷载若继续增加荷载迅速经历整个流幅而进入强化阶段梁仅出现一条集中裂缝不仅宽度较大而且沿梁高延伸很高此时受拉区混凝土还未压坏而裂缝宽度已

  经很宽挠度过大钢筋甚至被拉断3-8钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算有哪些基本假定其中的平截面假定与均质弹性材料例如钢受弯构件计算的平截面假定情况有何不同P61答基本假定有1平截面假定2不考虑混凝土的抗拉强度3材料应力与物理关系对于钢筋混凝土受弯构件从开始加荷到破坏的各个阶段截面的平均应变都能较好地符合平截面假定对于混凝土的受压区来讲平截面假定是正确的而对于混凝土受压区裂缝产生后裂缝截面处钢筋和相邻的混凝土之间发生了某些相对滑移因此在裂缝附近区段截面变形已不能完全符合平截面假定3-9什么叫做钢筋混凝土受弯构件的截面相对受压区高度和相对界限受压区高度在正截面承载力计算中起什么作用取值与哪些因素有关P65答①相对受压区高度相对受压区高度其中为受压区高度为截面有效高度相对界限受压区高度当钢筋混凝土梁受拉区钢筋达到屈服应变而开始屈服时受压区混凝土边缘也同时达到其极限压应变而破坏此时受压区高度为被称为相对界限混凝土受压区高度②作用在正截面承载能力计算中通常用来作为界限条件来判断截面的破坏类型是适筋破坏还是少筋破坏相关因素受拉区钢筋的抗拉强度值受拉区钢筋的弹性模量混凝土极限压应变以及无量纲参数有关3-10在什么情况下可采用钢筋混凝土双筋截面梁为什么双筋截面梁一定要采用封闭式箍筋截面受压区的钢筋设计强度是如何确定的P73-P74截面承受的弯矩组合设计值Md较大梁截面尺寸受到使用条件的限制或混凝土强度不宜提高的情况下2梁截面承受正负异号弯矩3单筋截面承载能力有一定限制2箍筋能够约束受压钢筋的纵向压屈变形若箍筋的刚度不足如采用开口箍筋或箍筋的间距过大受压钢筋会过早向外侧向凸出这时受压钢筋的应力可能达不到屈服强度反而会引起受压钢筋的混凝土保护层开裂使受压区混凝土过早破坏3双筋梁破坏时受压钢筋的应力取决于它的应变当x2as时普通钢筋均能达到屈服强度当x>2as时受压钢筋应变将更大钢筋也早已受压屈服3-11钢筋混凝土双筋截面梁正截面承载力计算公式的适用条件是什么试说明原因P75为了防止出现超筋梁情况截面计算受压区高度x应满足x≤h0为了保证受压钢筋AS达到抗压强度设计值fsd截面计算受压区高度x应满足x≥2as3-12钢筋混凝土双筋截面梁正截面受弯承载力计算中若受压区钢筋AS已知应当如何求解所需的受拉区钢筋AS的数量P76假设as求得h0求受压区高度x当x<h0且x<2as时求受拉区钢筋面积AS或当x<h0且x<2as时求受拉区钢筋面积AS选择受拉钢筋的直径和根数布置截面钢筋3-13什么是T形梁受压翼板的有效宽度《公路桥规》对T形梁的受压翼板有效宽度取值有何规定P79根据最大应力值不变及合力相等的等效受力原则把与梁肋共同工作的翼板宽度限制在一定的范围内称为受压翼板的有效宽度bf在bf宽度范围内的翼板可以认为全部参与工作并假定其压应力是均匀分部的《公路桥规》规定T形截面梁内梁的受压翼板有效宽度bf用下列三者中的最小值简支梁计算跨径的13对连续梁各中间跨正弯矩区段取该跨计算跨径的02倍边跨正弯矩区段取该跨计算跨径的027倍各中间支点负弯矩区段取该支点相邻两跨计算跨径之和的007倍相邻两梁的平均间距b2bh12hf当hhbh<13时取b6hh12hf3-14在截面设计时如何判别两类T形截面在截面复核时又如何判别P82截面设计时当中和轴恰好位于受压翼板与梁肋交界处即xhf时为两类T形截面的界限情况若满足M≤fcdbfhfh0-hf2时则x≤hf属于第一类T形截面否则属于第二类T形截面梁2截面复核时若fcdbfhf≥fsdAs时则为第一类T形截面否则属于第二类T形截面梁3-16截面尺寸bXh200mmX500mm的钢筋混凝土矩形截面梁采用C30混凝土和HPB300级钢筋箍筋直径8mmHPB300级钢筋I类环境条件安全等级为二级设计使用年限50年最大弯矩设计值Md145kN·m试进行截面设计解查附表可得则弯矩计算值采用绑扎钢筋骨架按一层钢筋布置假设则有效高度1求受压区高度有公式3-14得2求所需钢筋数钢筋布置可选322混凝土保护层厚度且满足附表要求取实际混凝土保护层厚度不满足要求按两层布置则有效高度2求所需钢筋数钢筋布置可选420按两层布置混凝土保护层厚度且满足附表要求取实际混凝土保护层厚度最小配筋率计算且配筋率不应小于02所以配筋率3-17截面尺寸bXh200mmX450mm的钢筋混凝土矩形截面梁工厂预制采用C30混凝土和HRB400级钢筋316箍筋直径8mmHPB300级钢筋截面受拉钢筋布置见3-41III类环境条件安全等级为二级设计使用年限100年弯矩计算值M66kN·m复核截面是否安全解查附表可得最小配筋率计算且配筋率不应小于02又316求受压区高度抗弯承载能力满足承载能力要求3-18试对例3-1的截面设计结果进行截面复核计算解查附表可得最小配筋率计算且配筋率不应小于02又320求受压区高度抗弯承载能力满足承载能力要求3-19图3-42为一钢筋混凝土悬臂板试画出受力主钢筋位置示意图悬臂板根部截面高度为140mmC30混凝土和HRB400级钢筋主钢筋拟一层布置公称直径不大于16mm分布钢筋采用直径8mm的HPB300级钢筋I类环境条件设计使用年限50年安全等级为二级悬臂板根部截面单位宽度的最大弯矩设计值Md-129kN·m试进行截面设计并复核解取1m宽带进行计算b1000mm板厚h140mm度1求受压区高度有公式3-14得2求所需钢筋数钢筋布置可选主钢筋为8间距130mm取混凝土保护层厚度且满足要求最小配筋率计算所以配筋率不应小于02实际配筋率分布钢筋φ8间距为195mm200mm且300mmd8mm截面复核由上知因此能承受计算弯矩-129kN·m的作用3-20截面尺寸bXh200mmX450mm的钢筋混凝土矩形截面梁采用C30混凝土和HRB400级钢筋箍筋直径8mmHPB300级钢筋I类环境条件安全等级为一级设计使用年限100年最大弯矩设计值Md190kN·m试按双筋截面求所需的钢筋截面积并进行钢筋布置解查附表可得则弯矩计算值设受拉钢筋按两层钢筋布置假设则有效高度取选择受压区钢筋314AS462mm2受拉钢筋622As2281mm2钢筋间横向净距3-21已知条件与题3-20相同由于构造要求截面受压区已配置了318的钢筋as42mm试求所需的受拉钢筋截面面积解查附表可得则弯矩计算值设受拉钢筋按两层钢筋布置假设则有效高度受压区318AS763mm2aS42mm受压区高度3-22图3-43所示为装配式T形截面简支梁桥横向布置图简支梁的计算跨径为242m试求边梁和中梁受压翼板的有效宽度bf解内梁1简支梁计算跨径的13即2取相邻两梁平均间距2200mm3满足取三个中的最小值即2200mm边梁又外侧悬臂板实际宽度为2200mm所以边梁有效宽度为2200mm3-23两类钢筋混凝土T形截面梁如何判别为什么第一类T形截

  面可按bfxh的矩形截面计算P80按受压区高度的不同分为两类受压区高度在翼板厚度内即x≤hf为第一类T形截面受压区已进入梁肋即x>hf为第二类T形截面第一类T形截面中和轴在受压翼板内受压区高度x≤hf此时截面虽为T形但受压区形状为宽bf的矩形而受拉区截面形状与截面抗弯承载力无关故以宽度bf的矩形截面进行抗弯承载力计算3-24计算跨径L126m的钢筋混凝土简支梁中梁间距为21m截面尺寸及钢筋截面布置如图3-44所示C30混凝土HRB400级钢筋箍筋与水平纵向钢筋均采用HPB300级钢筋直径分别为8mm和6mmI类环境条件设计使用年限100年安全等级为二级截面最大弯矩设计值Md1187kN·m试进行截面复核解查附表可得弯矩计算值保护层厚度钢筋净距且d205mm则T形截面有效宽度1计算跨径的132相邻两梁的平均间距为2100mm3所以T梁截面有效宽度厚度1判断T形截面类型又1218As3054mm2为第一类T形截面2求受压区高度x3正截面抗弯能力满足承载能力要求3-25钢筋混凝土空心板的截面尺寸如图3-45所示试做出其等效的工字形截面先将空心板的圆孔换算成的矩形孔面积相等惯性矩相等解得故上翼板厚度下翼板厚度腹板厚度第四章4-1钢筋混凝土受弯构件沿斜截面破坏的形态有几种各在什么情况下发生P93答斜拉破坏发生在剪跨比比较大时剪压破坏发生在剪跨比在时斜压破坏发生在剪跨比时4-2影响钢筋混凝土受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素有哪些P95答主要因素有剪跨比混凝土强度纵向受拉钢筋配筋率和箍筋数量及强度等4-3钢筋混凝土受弯构件斜截面抗剪承载力基本公式的适用范围是什么公式的上下限物理意义是什么P99答适用范围1截面尺寸需满足2按构造要求配置箍筋物理意义1上限值截面最小尺寸2下限值按构造要求配置钢筋4-4为什么把图4-12称为腹筋初步设计计算图4-5解释以下术语答剪跨比P92剪跨比是一个无量纲常数用来表示此处M和V分别为剪弯区段中某个竖直截面的弯矩和剪力为截面有效高度配箍率P97剪压破坏P93随着荷载的增大梁的剪弯区段内陆续出现几条斜裂缝其中一条发展成临界斜裂缝临界斜裂缝出现后梁承受的荷载还能继续增加而斜裂缝伸展至荷载垫板下直到斜裂缝顶端的混凝土在正应力剪应力及荷载引起的竖向局部压应力的共同作用下被压酥而破坏这种破坏为剪压破坏斜截面投影长度P107纵向钢筋与斜裂缝底端相交点至斜裂缝顶端距离的水平投影长度其大小与有效高度和剪跨比有关充分利用点P105所有钢筋的强度被充分利用的点不需要点P105不需要设置钢筋的点弯矩包络图P104沿梁长度各截面上弯矩组合设计值的分布图抵抗弯矩图P104又称材料图是沿梁长度各个正截面按实际配置的总受拉钢筋面积能产生的抵抗弯矩图即表示各正截面所具有的抗弯承载力4-6钢筋混凝土梁抗剪承载力复核时如何选择复核截面P106答《公路桥规》规定在进行钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪承载力复核时其复核位置应按照下列规定选取1距支座中心h2处的截面2受拉区弯起钢筋弯起处的截面以及锚于受拉区的纵向受拉钢筋开始不受力处的截面3箍筋数量或间距有改变处的截面4梁的肋板宽度改变处的截面4-7试述纵向钢筋在支座处锚固有哪些规定P107答《公路桥规》有以下规定1在钢筋混凝土梁的支点处应至少有两根且不少于总数15的下层受拉主钢筋通过2底层两外侧之间不向上弯曲的受拉主钢筋伸出支点截面以外的长度应不小于10d对环氧树脂涂层钢筋应不小于125dd为受拉钢筋直径4-9计算跨径L48m的钢筋混凝土矩形截面简支梁bXh200mmX500mmC30混凝土I类环境条件设计使用年限50年安全等级为二级已知简支梁跨中截面弯矩设计值MdL2147kN·m支点处剪力设计值Vd01248kN跨中处剪力设计值VdL2252kN试求所需的纵向受拉钢筋AsHRB400级钢筋和仅配置箍筋HPB300级时的箍筋直径与布置间距Sv并画出配筋图解纵向受拉钢筋查附表可得则弯矩计算值采用绑扎钢筋骨架按两层钢筋布置假设则有效高度单筋截面最大承载能力为所以采用单筋矩形截面配筋取受拉钢筋选择318d205mm受拉区钢筋间横向布置净距且满足要求则钢筋间净距配筋率箍筋取混凝土和箍筋共同的抗剪能力不考虑弯起钢筋作用则解得由此可得跨中段截面支座截面在梁跨中的某长度范围内按构造配置箍筋其余区段按计算配置腹筋由的截面距跨中截面的距离在跨中向两支座处的867mm长度内可按构造要求布置箍筋距支座中心线为处的计算剪力值为其中混凝土和箍筋承担的采用直径为8mm的双肢箍筋跨中截面支点截面由构造要求得且取箍筋配筋率满足要求根据要求在支座中心向跨径长度方向的500mm范围内设计箍筋间距至跨中截面统一采用4-10参照453节装配式钢筋混凝土简支梁设计例题中4斜截面抗剪承载力的复核的方法试对距支座中心为1300mm处斜截面抗剪承载力进行复核第六章6-1配有纵向钢筋和普通钢筋的轴心受压短柱与长注的破坏形态有何不同什么叫作柱的稳定系数影响稳定系数的主要因素有哪些P147和P149解1短柱当轴向力P逐渐增加时试件也随之缩短试验结果证明混凝土全截面和纵向钢筋均发生压缩变形当轴向力P达到破坏荷载的90左右时柱中部四周混凝土表面出现纵向裂缝部分混凝土保护层剥落最后是箍筋间的纵向钢筋发生屈服向外鼓出混凝土被压碎而整个试验柱破坏钢筋混凝土短柱的破坏是材料破坏即混凝土压碎破坏2长柱在压力P不大时也是全截面受压但随着压力增大长柱不紧发生压缩变形同时长柱中部发生较大的横向挠度凹侧压应力较大凸侧较小在长柱破坏前横向挠度增加得很快使长柱的破坏来得比较突然导致失稳破坏破坏时凹侧的混凝土首先被压碎混凝土表面有纵向裂缝纵向钢筋被压弯而向外鼓出混凝土保护层脱落凸侧则由受压突然转变为受拉出现横向裂缝3稳定系数钢筋混凝土轴心受压构件计算中考虑构件长细比增大的附加效应使构件承载力降低的计算系数4主要影响因素构件的长细比6-2对于轴心受压普通箍筋柱《公路桥规》为什么规定纵向受压钢筋的最大配筋率和最小配筋率对于纵向钢筋在截面上的布置以及复合箍筋设置《公路桥规》有什么规定P151P1531最小配筋率随着作用持续时间的增加混凝土的压应力逐渐减少以及钢筋的压应力逐渐增大一开始变化较快经过一定的时间后逐步稳定截面配筋率较小时钢筋压应力值较大混凝土压应力值减少较小当截面配筋率很小时就不能按钢筋混凝土受压构件来设计同时为了承受可能存在的较小弯矩以及混凝土收缩温度变化引起的拉应力规定了最小配筋率2纵向钢筋1直径不小于12mm在构件截面上纵向受力钢筋至少应有4根并且在截面每一角隅处必须布置一根2净距不应小于50mm也不应大于350mm复合箍筋1和2s内设3根纵向受力钢筋3s内设2根纵向受力钢筋6-3配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件与配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件的正截面承载力计算有何不同6-5配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件墩柱

  的截面尺寸为bXh250mmX250mm构件计算长度l05mC30混凝土HRB400级钢筋纵向钢筋面积As804mm2416as40mm箍筋HPB300直径8mmI类环境条件设计使用年限50年安全等级为二级轴向压力设计值Nd560kN试进行构件承载力校核解短边计算长细比查表得则满足承载能力要求6-6配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件墩柱的截面尺寸为bXh200mmX250mm构件计算长度l043mC30混凝土HRB400级钢筋纵向钢筋面积As678mm2612as40mm箍筋HPB300直径8mmI类环境条件设计使用年限50年安全等级为二级试求该构件可承受的最大轴向力设计值Nd解短边计算长细比查表得则满足承载能力要求6-7配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件墩柱的截面为圆形直径d450mm构件计算长度l03mC30混凝土纵向钢筋采用HRB400级钢筋箍筋采用HPB300级钢筋II类环境条件设计使用年限50年安全等级为一级试进行构件的截面设计和承载力复核解查表得混凝土抗压强度设计值HRB400级钢筋强度设计值HPB300级钢筋抗拉强度设计值轴心压力计算值1截面设计长细比可按螺旋箍筋柱设计1计算所需纵向钢筋截面积取纵向钢筋的混凝土保护层厚度为则核心面积直径柱截面面积核心面积假定纵向钢筋配筋率则可得到选用616的2确定箍筋直径和间距S取可得螺旋箍筋换算截面面积为选Φ10单肢箍筋的截面积这时箍筋所需的间距为由构造要求间距S应满足和故取截面复核实际设计截面取间接钢筋影响系数第七章7-1钢筋混凝土偏心受压构件截面形式与纵向钢筋布置有什么特点P1601钢筋混凝土偏心受压构件的截面形式有矩形截面工字型截面箱型截面和圆形截面矩形截面为最常用的截面形式截面高度h大于600mm的偏心受压构件多采用工字型或箱形截面圆形截面主要用于柱式墩台桩基础中21在截面上布置有纵向受力钢筋和箍筋纵向受力钢筋在截面中最常见的配置方式是将纵向钢筋集中放置在截面偏心方向的最外两侧其数量通过正截面承载力计算确定2对于圆形截面则采用沿截面周边均匀配筋的方式箍筋的作用与轴心受压构件中普通箍筋的作用基本相同构件存在着一定的剪力由箍筋负担箍筋数量和间距按普通箍筋柱的构造要求确定7-2试简述钢筋混凝土偏心受压构件的破坏形态和破坏类型P160答破坏形态1受拉破坏大偏心受压破坏当偏心距较大时且受拉钢筋配筋率不高时偏心受压构件的破坏是受拉钢筋先达到屈服强度然后受压混凝土压坏临近破坏时有明显的预兆裂缝显著开展构件的承载能力取决于受拉钢筋的强度和数量2受压破坏小偏心受压破坏小偏心受压构件的破坏一般是受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变受压区混凝土被压碎同一侧的钢筋压应力达到屈服强度破坏前钢筋的横向变形无明显急剧增长正截面承载力取决于受压区混凝土的抗压强度和受拉钢筋强度破坏类型1短柱破坏2长柱破坏3细长柱破坏7-3由式7-2偏心距增大系数与哪些因素有关P166由公式可知偏心距增大系数与构件的计算长度偏心距截面的有效高度截面高度荷载偏心率对截面曲率的影响系数构件长细比对截面曲率的影响系数7-4钢筋混凝土矩形截面非对称配筋偏心受压构件的截面设计和截面复核中如何判断是大偏心受压还是小偏心受压P170答截面设计时当时按小偏心受压构件设计时按大偏心受压构件设计截面复核时当时为大偏心受压时为小偏心受压7-6矩形截面偏心受压构件的截面尺寸为bXh300mmX600mm弯矩作用平面内的构件计算长度l06mC30混凝土纵向钢筋HRB400级钢筋箍筋HPB300直径8mmI类环境条件安全等级为二级设计使用年限50年轴向力设计值Nd5428kN相应弯矩设计值Md3266kN·m试按截面非对称布筋进行截面设计解查表得偏心距弯矩作用平面内的长细比故应考虑偏心距增大系数设则所以偏心距增大系数1大小偏心受压的初步判断故可先按照大偏心受压来进行配筋计算计算所需的纵向钢筋面积选择受压钢筋为314截面受压区高度x值取现选受拉钢筋为328取满足规范要求又由规范知在长边h方向设置2根直径为10mm的纵向构造钢筋7-7矩形截面偏心受压构件的截面尺寸为bXh300mmX400mm弯矩作用平面内的构件计算长度l04mC30混凝土纵向钢筋HRB400级钢筋箍筋HPB300直径8mmI类环境条件安全等级为二级设计使用年限50年轴向力设计值Nd188kN相应弯矩设计值Md120kN·m现截面受压区已配置了320钢筋单排as40mm试计算所需的受拉钢筋面积As并选择与布置受拉钢筋解查表得偏心距弯矩作用平面内的长细比故应考虑偏心距增大系数设则所以偏心距增大系数1大小偏心受压的初步判断故可先按照大偏心受压来进行配筋计算2计算所需的纵向钢筋面积又当取320的钢筋满足规范要求7-8矩形截面偏心受压构件的截面尺寸为bXh300mmX450mm弯矩作用平面内的构件计算长度l0x35m垂直于弯矩作用平面方向的计算长度l0y6mC30混凝土HRB400级钢筋I类环境条件安全等级为二级设计使用年限50年截面钢筋布置As339mm2312As308mm2214箍筋HPB300直径8mm轴向力设计值Nd174kN相应弯矩设计值Md548kN·m试进行截面复核解查表得偏心距弯矩作用平面内的长细比故应考虑偏心距增大系数则所以偏心距增大系数假定为大偏压取又为大偏心受压又所以截面承载能力为满足承载能力要求垂直于弯矩作用平面的截面承载力复核垂直弯矩作用平面的长细比查附表得则得满足承载力要求7-9矩形截面偏心受压构件的截面尺寸为bxh300mmx600mm弯矩作用平面内和垂直于弯矩作用平面的计算长度l06mC30混凝土和HRR400级钢筋I类环境条件设计使用年限50年安全等级为一级轴向力设计值Nd2645kN相应弯矩设计值Md119kNm试按非对称布筋进行截面设计和截面复核解查表得偏心距弯矩作用平面内的长细比故应考虑偏心距增大系数设则所以偏心距增大系数截面设计1大小偏心受压的初步判断故可先按照小偏心受压来进行配筋计算2计算所需的纵向钢筋面积现选As为412As452mm2又求得按小偏压计算将取428的钢筋取截面复核1垂直弯矩作用平面垂直弯矩作用平面的长细比查附表得则得不满足承载力要求2弯矩作用平面内的复核大小偏心受压的初步判断所以偏心距增大系数假定为大偏压取由故截面为小偏压截面受压区高度x求得截面为部分受压的小偏心受压构件因满足故偏心轴力作用于钢筋As合力点和As合理点之间满足承载力要求7-10与非对称布筋的矩形截面偏心受压构件相比对称布筋设计时的大小偏心受压的判别方法有何不同之处P182答对称布筋时由于由此可得可直接求出然会根据判断为大偏心受压判断为小偏心受压非对称布筋时无法直接求出判断依据为可先按小偏心受压构件计算可先按大偏心受压构件计算7-11矩形截面偏心受压构件的截面尺寸为bxh250mmx300mm弯矩作用平面内和

  垂直于弯矩作用平面的计算长度l022mC30混凝土和HRR400级钢筋I类环境条件设计使用年限50年安全等级为二级轴向力设计值Nd122kN相应弯矩设计值Md585kNm试按对称布筋进行截面设计和截面复核解查表得偏心距在弯矩作用平面内长细比设所以偏心距增大系数可按大偏心受压构件设计现选As为318所以as和as取为45mm取箍筋直径为8mm截面复核在垂直于弯矩作用平面内的复核长细比2在弯矩作用平面内假定为大偏压所以确为大偏心受压构件7-13圆形截面偏心受压构件的纵向受力钢筋布置有何特点和要求箍筋布置有何构造要求P192能不能设计为类似于62节介绍的螺旋箍筋受压构件为什么答1对于配有普通箍筋的钢筋混凝土圆形截面偏心受压构件[钻挖孔桩除外]其纵向受力钢筋沿截面圆周均匀分布总根数不应少于6根钢筋公称直径不应少于12mm箍筋采用连续的螺旋形布置的普通箍筋也可配有普通箍筋的钢筋混凝土圆形截面偏心受压构件2对于圆形截面的钻挖孔灌注混凝土桩其截面尺寸较大桩直径D800-1500mm其纵向受力钢筋也是沿截面圆周均匀布置但总根数不应少于8根钢筋公称直径不应小于14mm相邻纵向受力钢筋之间净距不宜小于50mm纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不小于60-80mm箍筋采用连续的螺旋形布置的普通箍筋箍筋间距一般为200-400mm7-14圆形截面偏心受压构件墩柱的截面半径r400mm计算长度l088mC30混凝土和HRR400级钢筋I类环境条件设计使用年限100年安全等级为二级轴向力设计值Nd1454kN相应弯矩设计值Md465kNm试按查表法进行截面设计解查表得长细比应考虑纵向弯曲对偏心距的影响取有效高度所以偏心距增大系数得到现1416令第九章9-1对于钢筋混凝土构件为什么《公路桥规》规定必须进行持久状况正常使用极限状态计算和短暂状况应力计算P208与持久状况承载能力极限状态计算有何不同之处P209答1钢筋混凝土构件除了可能由于材料强度破坏或失稳等原因达到承载能力极限状态以外还可能由于构件变形或裂缝过大影响了构件的适用性及耐久性而达不到结构正常使用要求因此钢筋混凝土构件除要求进行持久状况承载能力极限状态计算外还要进行持久状况正常使用极限状态的计算以及短暂状况的构件应力计算2不同之处1钢筋混凝土受弯构件的承载能力极限状态是取构件破坏阶段而使用阶段一般取梁带裂缝工作阶段2在钢筋混凝土受弯构件的设计中其承载能力计算决定了构件设计尺寸材料配筋数量及钢筋布置以保证截面承载能力要大于最不利荷载效应计算内容分为截面设计和截面复核两部分使用阶段计算是按照构件使用条件对已设计的构件进行计算以保证在正常使用状态下得裂缝宽度和变形小于规范规定的各项限值这种计算称为验算3承载能力极限状态计算时汽车荷载应计入冲击系数作用或荷载效应及结构构件抗力均应采用考虑了分项系数的设计值在多种作用或荷载效应情况下应将各效应设计值进行最不利组合并根据参与组合的作用或荷载效应情况取用不同的效应组合系数正常使用极限状态计算时作用或荷载效应应取用短期效应和长期效应的一种或两种组合并且《公路桥规》明确规定这是汽车荷载可不计冲击系数9-2什么是钢筋混凝土构件的换算截面P210将钢筋混凝土开裂截面化为等效的换算截面基本前提是什么P209答换算截面将受压区的混凝土面积和受拉区的钢筋换算面积所组成的截面称为钢筋混凝土构件开裂截面的换算截面基本前提1平截面假定即认为梁的正截面在梁受力并发生弯曲变形以后仍保持为明面2弹性体假定混凝土受压区的应力分布图可近似看作直线受拉区混凝土完全不能承受拉应力拉应力完全由钢筋承受9-3引起钢筋混凝土构件出现裂缝的主要因素有哪些P216答1作用效应如弯矩剪力扭矩及拉力等2外加变形或约束变形3钢筋锈蚀9-4影响混凝土结构耐久性的主要因素有哪些混凝土结构耐久性设计应考虑哪些问题P229答主要因素1混凝土碳化环境条件施工质量及养护2氯离子侵蚀由混凝土桥梁结构所处的环境及环境条件渗入在一般大气条件下混入渗入混凝土的氯离子混凝土冻融破坏3硫酸盐侵蚀4混凝土碱-集料反应5气蚀6磨损设计应考虑的问题1耐久混凝土的选用2与结构耐久性有关的结构构造措施与裂缝控制措施3为使用过程中的必要检测维修和部件更换设置通道和空间并作出修复时施工荷载作用下的结构承载力核算4与结构耐久性有关的施工质量要求特别是混凝土的养护包括温度和湿度控制方法与期限以及保护层厚度的质量要求与质量保证措施在设计施工图上应标明不同钢筋如主筋或箍筋的混凝土保护层厚度及施工允差5结构使用阶段的定期维修与检测要求6对于可能遭受氯盐引起钢筋锈蚀的重要混凝土工程宜根据具体环境条件和材料劣化模型按《混凝土结构耐久性设计与施工指南》的要求进行结构使用年限验算9-5已知矩形截面钢筋混凝土简支梁的截面尺寸为bXh200mmX500mmas40mmC30混凝土HRB400级钢筋在截面受拉区配有纵向抗弯受拉钢筋316As603mm2永久作用恒载产生的弯矩标准值MG40kN·m汽车荷载产生的弯矩标准值MQ115kN·m未计入汽车冲击系数I类环境条件安全等级为一级试求钢筋混凝土梁的最大弯曲裂缝宽度当配筋改为220As628mm2时求梁的最大弯曲裂缝宽度解1构件的最大裂缝宽度1带肋钢筋系数作用频遇效应组合弯矩计算值为作用准永久效应组合弯矩计算值为系数系数非板式受弯构件2钢筋应力的计算345最大裂缝宽度的计算满足要求2配筋改后1带肋钢筋系数荷载短期效应组合弯矩计算值为荷载长期效应组合弯矩计算值为系数系数非板式受弯构件2钢筋应力的计算345最大裂缝宽度的计算满足要求9-6已知一钢筋混凝土T形截面梁计算跨径L195m截面尺寸为bf1580mmhf110mmb180mmh130mmh01180mmC30混凝土HRB400级钢筋在截面受拉区配有纵向抗弯受拉钢筋为632616As6031mm2永久作用恒载产生的弯矩标准值MG750k·m汽车荷载产生的弯矩标准值MQ1710kN·m未计入汽车冲击系数I类环境条件安全等级为二级试验算此梁跨中挠度并确定是否应设计预拱度解1T梁换算截面的惯性矩和计算梁跨中为第二类T形截面这时受压区高度由下面的方法计算求得则开裂截面的换算截面惯性矩为T梁的全截面换算截面面积为受压区高度x全截面换算惯性矩为2计算开裂构件的抗弯刚度全截面抗弯刚度开裂截面抗弯刚度全截面换算截面受拉区边缘的弹性地抗拒为全截面换算截面的面积矩为塑性影响系数为开裂弯矩开裂构件的抗弯刚度为3受弯构件跨中截面处的长期挠度值对C25混凝土挠度长期增长系数受弯构件在使用阶段的跨中截面的长期挠度值为在结构自重作用下跨中截面的长期挠度值为则按可变荷载频遇值计算的长期挠度值为符合《公路桥规》的要求4预拱度设置在荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应影响下梁跨中处产生的长期挠度值为故跨中截面需设置预拱度梁跨中截面处的预拱度为28