叶见曙结构设计原理第四版第17章
混凝土结构设计原理 叶见曙 答案
============================================================================================第一章1-1 配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用是什么?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 =。
结构力学(二)第4版龙驭球第17章结构的极限荷载
第17章 极限荷载【17-1】 验证:(a )工字形截面的极限弯矩为)41(212δδδσb hbh M s u +=。
(b )圆形截面的极限弯矩为63D M s u σ=。
(c )环形截面的极限弯矩为⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=33)21(16D D M su δσ。
【解】(a )工字形截面的等面积轴位于中间。
静距计算公式:2021d xy y xy S y ==⎰考虑上半部分面积对等面积轴的静距(大矩形静距减两个小矩形静距):)41(21)4(21)2)((21)2(21211212222121122222212bhb b h h bh h h b bh hb h b S δδδδδδδδδδδδδδδδ+-+-=+-+-=---= 去除高阶小量后)41(21212δδδb h bh S +=因此极限弯矩为)41()(212δδδσσb h bh S S M s s u +=+= (b )静距计算公式:2021d xy y xy S y==⎰ 6322d 2))2(d(21)2(4d )2(43)2(023)2(0202222202222D uu u y D y D y y y D S D DDD =⋅=⋅=-⋅-=⋅-=⎰⎰⎰关/注;公,众。
号:倾听细雨因此极限弯矩为63D S M s s u σσ==(c )圆的静距为63D S =则圆环的静距为⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-=3333)21(166)2(-6D D D D S δδ 因此极限弯矩为⎥⎦⎤⎢⎣⎡--==33)21(16D D S M ss u δσσ 【17-2】 试求图示两角钢截面的极限弯矩u M 。
设材料的屈服应力为s σ。
【解】设等面积轴距上顶面距离为xmm 。
由面积轴两侧面积相等,也即面积轴以上面积等于总面积的一半,得405550))50(21(22⨯+⨯=-+x x x ,解得mm x 723.4=。
单个角钢上下截面面积矩:32323232233214879mm ])723.440(20)723.440(31)723.445(20)723.445(31[)723.445(521723.431723.4)723.445(21540mm 723.431723.4)723.450(21=+⨯++⨯-+⨯-+⨯-+⨯⨯+⨯-⨯-⨯==⨯+⨯-⨯=S S由此得截面极限弯矩s s s u S S M σσσ10838)4879540(2)(221=+⨯=+=【17-3】 试求图示各梁的极限荷载。
关于课后习题答案(叶见曙主编结构设计原理1-9章)
结构设计原理课后答案第一章1-1 配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用是什么?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 =。
结构设计原理第四版课后答案叶见曙
结构设计原理第四版课后答案叶见曙目录第一章 (1)第二章 (3)第三章 (5)第四、五章 (13)第六章...........16 第七、八章.......18 第九章.. (26)第一章1-1 配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用是什么?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 =。
创新思维和能力在结构设计中应用研究——评《结构设计原理》(第4版)
创新思维和能力在结构设计中应用研究——评《结构设计原理》(第4版)结构设计原理课程是交通土建、土木工程的专业技术基础课,是道路桥梁工程专业方向的核心主干课程,课程的学习将为后续专业课程学习、课外研学、毕业设计以及今后工作提供专业基础知识和解决工程问题的能力。
课程具有知识技能点繁多、概念抽象且实践性强的特点,所以长期以来对课程内容的掌握和应用是学生学习中的难题。
然而随着新时代交通强国、“一带一路”等国家战略的部署实施,以及新工科教育改革的开展,注重创新驱动的专业精良人才培养是交通基础设施行业的时代需求,因此,如何培养工程创新思维和能力是工程教育教学改革的重要课题。
作为基础理论和实际工程应用纽带的专业基础课教材,由东南大学叶见曙主编、人民交通出版社股份有限公司于2018年出版的《结构设计原理》第4版一书在这方面做了有益的探索。
内容先进,反映新研究成果。
知识是创新能力培养的基础,尤其是前沿知识。
新时代随着《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG3362于2018年颁布实施,标志着我国公路桥梁结构设计已全部采用概率极限状态设计方法,也标志着工程结构设计贯彻可持续发展的主题和全寿命设计理念。
《结构设计原理》第4版依托规范JTG3362和设计新理念对知识内容进行更新,及时反映了近30年来我国公路桥梁结构工程实践和工程研究的新成果,为结构设计创新思维和创新能力培育提供了前沿知识,适应交通强国、教育强国等国家战略对创新人才培养的要求。
阐述有道,创新思维培养润物无声。
教材内容的阐述角度是充分考虑学生先修课程的知识储备,同时也考虑学生后修课程的过渡衔接,对衔接知识的介绍起到学习指引作用,对于一些难于理解的意会知识,教材通过设计一些原创图表来表达知识点之间的相互联系与规律,因此,教材对构件受力特性、设计计算和构造等知识点内容的阐述和表达始终让读者对工程问题有恍然有悟的理解和对未知的探索欲望。
为了将工程创新思维渗透于工程设计实践中,教材特别注重计算例题的精心编写,使学生通过例题的直观学习,掌握设计计算逻辑、明白计算数据来源和懂得计算结果的价值判断,直至构件截面配筋的合理布置。
精编结构设计原理课后习题答叶见曙资料
混凝土结构设计原理课后习题答案第一章绪论问答题参考答案1.什么是混凝土结构?答:混凝土结构是以混凝土材料为主,并根据需要配置和添加钢筋、钢骨、钢管、预应力钢筋和各种纤维,形成的结构,有素混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构、预应力混凝土结构及纤维混凝土结构。
混凝土结构充分利用了混凝土抗压强度高和钢筋抗拉强度高的优点。
2.以简支梁为例,说明素混凝土与钢筋混凝土受力性能的差异。
答:素混凝土简支梁,跨中有集中荷载作用。
梁跨中截面受拉,拉应力在荷载较小的情况下就达到混凝土的抗拉强度,梁被拉断而破坏,是无明显预兆的脆性破坏。
钢筋混凝土梁,受拉区配置受拉钢筋梁的受拉区还会开裂,但开裂后,出现裂缝,拉力由钢筋承担,直至钢筋屈服以后,受压区混凝土受压破坏而达到极限荷载,构件破坏。
素混凝土简支梁的受力特点是承受荷载较小,并且是脆性破坏。
钢筋混凝土简支梁的极限荷载明显提高,变形能力明显改善,并且是延性破坏。
3.钢筋与混凝土共同工作的基础条件是什么?答:混凝土和钢筋协同工作的条件是:(1)钢筋与混凝土之间产生良好的粘结力,使两者结合为整体;(2)钢筋与混凝土两者之间线膨胀系数几乎相同,两者之间不会发生相对的温度变形使粘结力遭到破坏;(3)设置一定厚度混凝土保护层;(4)钢筋在混凝土中有可靠的锚固。
4.混凝土结构有什么优缺点?答:优点:(1)可模性好;(2)强价比合理;(3)耐火性能好;(4)耐久性能好;(5)适应灾害环境能力强,整体浇筑的钢筋混凝土结构整体性好,对抵抗地震、风载和爆炸冲击作用有良好性能;(6)可以就地取材。
钢筋混凝土结构的缺点:如自重大,不利于建造大跨结构;抗裂性差,过早开裂虽不影响承载力,但对要求防渗漏的结构,如容器、管道等,使用受到一定限制;现场浇筑施工工序多,需养护,工期长,并受施工环境和气候条件限制等。
5.房屋混凝土结构中各个构件的受力特点是什么?答:在房屋建筑中,永久荷载和楼面活荷载直接作用在楼板上,楼板荷载传递到梁,梁将荷载传递到柱或墙,并最终传递到基础上,各个构件受力特点如下:楼板:是将活荷载和恒荷载通过梁或直接传递到竖向支承结构(柱、墙)的主要水平构件,楼板的主要内力是弯矩和剪力,是受弯构件。
课后习题答案(叶见曙主编结构设计原理1-9章)精编版
结构设计原理课后答案第一章1-1 配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用是什么?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 =。
结构设计原理叶见曙版课后习题4-6章答案
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?答:斜拉破坏,发生在剪跨比比较大(m3)时;剪压破坏,发生在剪跨比在1m3时;斜压破坏,发生在剪跨比m1时。
4-2影响钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯能力的主要因素有哪些?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弯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?答:适用范围:1)截面尺寸需满足30V0.5110f cuk bhd,03 0V0.5110f td bh2)按构造要求配置箍筋20d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4-5解释以下术语MmVh答:剪跨比:剪跨比是一个无量纲常数,用0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,h0为截面有效高度。
AsvsvbS配筋率:v剪压破坏: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:是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:所有钢筋的强度被充分利用的点不需要点:不需要设置钢筋的点弯矩包络图:沿梁长度各截面上弯矩组合设计值的分布图抵抗弯矩图: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钢筋混凝土抗剪承载力复核时,如何选择复核截面?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h/2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?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1/5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12.5d,d为受拉钢筋直径。
《结构设计原理》叶见曙预应力混凝土结构的基本概念及其材料详解共49页
23、一切节省,归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰,决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
《结构设计原理》叶见曙预应力混凝 土结构的基本概念及其材料详解
16、人民应该为法律而战斗,就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ,并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ,而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令,就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律,其真实含 义是财 富。— —爱献 生
25、学习是劳动,是充满思想的劳动。——乌申斯基
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东南大学-叶见曙-结构设计原理-完整
受压区
受压区
受拉钢筋
受拉钢筋
受拉钢筋
受压区
受压区
受压区
受拉钢筋
受拉钢筋
受拉钢筋
图3-1 受弯构件的截面形式
板:a)整体式板 b)装配式实心板c) 装配式空心板
梁:d)矩形梁
e)T形梁
f)箱形梁
3.1.2 受弯构件的钢筋构造
1、概念 配筋率
As
bh0
图3-2 配筋率ρ的计算图 混凝土保护层C-主钢筋至构件表面的最短距离,
x
fsd As fcd b
195 1256 13.8 240
74
mm
b h0
(
0.62
460
285
mm)
不会发生超筋梁情况。
(2)求抗弯承载力Mu
由式(3-14)可得到
Mu
fcd bx(h0
x) 2
13.8 240 74(460
74
)
2
103.7 106 N mm 103.7kN m M( 95kN m)
纵向受拉钢筋实际配筋率:
As bh0
1018 250 455
0.89%
min ( 0.22%)
38
例3-2
矩形截面梁尺寸b×h=240mm×500mm。C30混凝土, HPB235(R235) 级钢筋,As=1256mm2(4 20)。钢筋布置如 图3-21。I类环境条件,安全等级为二级。复核该截面是 否能承受计算弯矩M=95kN·m的作用。
解:根据已给的材料,分别由 附表1-1和附表1-3查得, fcd=13.8MPa,ftd=1.39MPa,fsd=280MPa。由表3-2查得ξb=0.56。桥梁
结构的重要性系数=1,则弯矩计算值M= M d=115kN·m。
结构设计原理-叶见曙版-课后习题4-6章(附答案)
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?答:斜拉破坏,发生在剪跨比比较大(3>m )时;剪压破坏,发生在剪跨比在31≤≤m 时; 斜压破坏,发生在剪跨比1<m 时。
4-2 影响钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯能力的主要因素有哪些?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弯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?答:适用范围:1)截面尺寸需满足()0,3d 01051.0bh f V k cu -⨯≤γ 2)按构造要求配置箍筋()023d 01051.0bh f V td αγ-⨯≤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 4-5 解释以下术语答:剪跨比:剪跨比是一个无量纲常数,用0m Vh M =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,h 为截面有效高度。
配筋率:v sv sv bS A =ρ剪压破坏: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:是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:所有钢筋的强度被充分利用的点 不需要点:不需要设置钢筋的点弯矩包络图:沿梁长度各截面上弯矩组合设计值的分布图抵抗弯矩图: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 钢筋混凝土抗剪承载力复核时,如何选择复核截面?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h/2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?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1/5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12.5d ,d 为受拉钢筋直径。
叶见曙结构设计原理第四版第17章
叶见曙结构设计原理第四版第17章《叶见曙结构设计原理》是一部较为经典和权威的结构设计教材,被广泛应用于土木工程领域。
第四版的第17章主要讨论了预应力混凝土结构的基本原理和设计方法。
本文将从混凝土的预应力特性、预应力的作用和种类、预应力混凝土梁和板的设计等方面来介绍该章节的主要内容。
首先,本章介绍了混凝土的预应力特性。
混凝土具有较高的强度、较低的破坏应变和较好的耐久性等优点,但其韧性相对较差。
通过预应力可以利用钢材的高强度来抵抗混凝土的收缩和荷载引起的变形,提高混凝土结构的荷载承载能力和变形性能。
接下来,本章重点介绍了预应力混凝土梁和板的设计。
梁和板是预应力混凝土结构中常见的承载构件。
在设计过程中,需要根据预设的荷载和边界条件,确定预应力的大小和作用方式。
设计过程中还需要考虑梁和板的截面形状和尺寸、受力性能、锚固系统的选择、预应力的调整和平衡等问题。
本章通过实例详细介绍了这些设计步骤和方法,并给出了设计的相关公式和计算方法。
最后,本章还对预应力混凝土梁和板的施工和验收进行了介绍。
在施工过程中,需要控制混凝土的浇筑质量、预应力钢材的锚固和张拉质量等方面。
验收时需要检查预应力工程的支座、锚固系统和混凝土的质量等,以确保结构的安全和质量。
总结起来,第四版的《叶见曙结构设计原理》第17章主要介绍了预应力混凝土结构的原理和设计方法。
通过深入理解混凝土的预应力特性和预应力的作用,可以合理地选择预应力的大小和作用方式,并通过相应的
设计和施工措施来保证结构的安全和耐久性。
该章节的内容对于从事结构设计和施工的相关工程师和技术人员具有重要的参考价值。
结构设计原理第四版课后答案叶见曙
结构设计原理第四版课后答案目录第一章 (1)第二章 (3)第三章 (5)第四、五章 (13)第六章...........16 第七、八章.......18 第九章.. (26)第一章1-1 配置在混凝土截面受拉区钢筋的作用是什么?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 =。
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检验钢材能否适应构件制作中的冷 加工工艺过程,暴露钢材的内部冶金和 轧制缺陷,是钢材在复杂应力状态下塑 性变形能力和质量的一项综合指标。
图17-2 钢材冷弯试验
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17.2.3 钢材的冲击韧性 钢材的冲击韧性是钢材在冲击荷载作用下吸收机械能的
能力,是衡量钢材抵抗可能因低温、应力集中、冲击作用而 导致脆性断裂的一项力学性能指标。
钢结构的疲劳破坏是反复变化的应力使钢材存在的内部微 小缺陷和应力集中,或结构的构造细节引起的应力集中造成 的。
反复应力(荷载)
疲劳强度
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1)应力比与应力幅
对于反复荷载的作用,一般采用反复荷载引起钢结构和 构件构造细节某点上应力的重复变化,即循环应力[图17-5] 来描述。
①应力比 ρ
ρ = σmin/σmax , 其中 σmax 和 σmin 分别为循环应力中绝对值最 大的峰值应力和绝对值最小的峰值应力,拉应力时取正号、 压应力时取负号,带入求解得到应力比 ρ。
①钢结构及构件的构造细节疲劳强度与使用的钢材牌号 关系不大;
②钢结构及构件的构造细节疲劳强度有两种主要表达方 式:
④当温度超过400℃时,钢材的强度和弹性模量都开始 急剧降低,当温度达到600℃时其强度几乎完全丧失。
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17.3.5 应力集中的影响
在钢结构构件中不可避免地存在孔洞、槽口、裂缝、厚 度变化以及内部缺陷等,致使构件截面突然改变。
在外力作用下,这些截面突变的某些部位将产生局部峰 值应力,同一截面其余部位的应力却较低且分布极不均匀, 这种现象称为应力集中。
(1)采用应力比 ρ 时
图17-7 a)的BCD直线 为N=2×106次的疲劳强度 曲线示意图。
以循环应力的最大应力σmax为纵坐标,疲劳强度曲线BCD 上任一点 E 的纵坐标σmax值即为相应的疲劳强度,B点纵坐标 σ-1和C点纵坐标σ0分别代表ρ= -1 和 ρ = 0时的疲劳强度,而D 点纵坐标值为屈服强度 fy,疲劳强度曲线BCD方程为
(1)浇铸过程 钢罐内投入脱氧剂。
沸腾钢采用锰作为脱氧剂; 镇静钢采用硅作为脱氧剂。
半镇静钢是在钢液中加入少量强脱氧剂,其脱氧程度和 性能均介于沸腾钢和镇静钢之间;
特殊镇静钢是在采用锰和硅脱氧之后,再用铝或钛进行 补充脱氧。
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(2) 轧制 轧制是在高温(1200~1300℃)和压力作用下将钢 锭热轧成钢板和型钢的生产工艺。 轧制工艺不仅改变钢的形状及尺寸,而且能消除钢锭 中的小气泡、裂纹、疏松等缺陷,使金属组织更加致密, 改善了钢材的内部组织,从而改善钢材的力学性能。 ①钢材的力学性能与轧制方向有关,沿轧制方向比垂 直轧制方向的强度高。 ②经轧制的钢材,钢材内部的非金属夹杂物被压成薄 片,在较厚的钢板中会出现夹层现象,夹层使钢材沿厚度 方向的受拉性能大大降低。
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17.2 钢材的主要力学性能
17.2.1钢材在单向均匀受拉时的工作性能 钢材的拉伸试验是采用规定形状和尺寸的标准试件,在
常温20℃左右下以规定的应力或应变速度施加荷载进行的。
a)
b)
图17-1 碳素结构钢(Q235钢)单向拉伸曲线
a)试件拉伸的应力—应变曲线;b)局部放大
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伸长率越大,表示钢材破断前产生的永久塑性变形和吸 收能量的能力越强。
③ 钒的化合物具有高温稳定性,可使钢材高温硬度提含量过大不利于钢材的焊接和热加工,使钢材塑性、 冲击韧性、疲劳强度和抗锈蚀性能大大降低。 应严格控制钢材中硫的含量,一般不应超过0.05%,在焊 接结构中不超过0.045%。 ⑤磷也是钢材中的一种有害元素。 磷的含量过高将严重地降低钢材的塑性、冲击韧性、冷弯 性能和可焊性能等。 对磷含量要严格控制,一般不应超过0.05%,在焊接结构 中不超过0.045%。但磷能提高钢材的强度和抗锈蚀性能。
②应力幅∆σ,∆σ=σmax— σmin,其中σmax为最大拉应力, 取正值;σmin为最小拉应力或压应力(为拉应力时取正值, 压应力时取负值)。
2)疲劳应力与应力循环次数的关系
疲劳应力范围 Sr 是指常幅循环应力的应力幅∆σ或最大应 力水平σmax,而把钢结构构造细节在循环应力下产生疲劳裂 纹,直到疲劳破坏所承受的循环次数称为应力循环次数N, N 又称为钢结构构造细节的疲劳寿命。
在双向或三向同号应力状态下,钢材不易进入塑性状态 而导致脆性增加,截面变化越急剧,应力集中就愈严重,钢 材变脆的程度也就愈厉害。
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应力集中现象在实际结构中是不可能完全避免的。 应力集中一般不影响截面的静力极限承载力,只要在构 造上尽可能使截面的变化比较平缓,设计时可不予考虑。 但在动力荷载和反复荷载作用下,应力集中是钢结构发 生脆性破坏的重要原因之一。
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17.3.3 冷作硬化和时效硬化的影响
钢结构制造时,在冷(常温)加工过程中引起的钢材硬 化现象,称为冷作硬化。
主要表现在钢材的屈服强度和抗拉强度提高、塑性和伸 长率降低、冲击韧性下降。
钢材在冷弯、冲孔、剪切等冷加工时,都存在较大的塑 性变形,因此产生冷作硬化。
钢材随时间的进展而产生的屈服强度和抗拉强度提高、 伸长率和冲击韧性降低的效应,称为时效硬化。
直线BCD的斜率,k=(σ0- σ-1)/ σ-1
max
0 1 k
ρ=0时的疲劳强度,由试验取得。
(17-4)
(2)采用应力幅∆σ时
图17-7 b)所示斜直线及水 平直线为不同构造细节(又称 疲劳构造细节类别)的疲劳强 度曲线(两段线)示意图。
图17-7 b)在双对数坐标系下的构造细节疲劳强度曲线可 看作前述的疲劳S-N 曲线。在给定的构造细节和要求满足 的应力循环次数(疲劳寿命)Ni下,可得到相应构造细节疲 劳强度曲线上一点,其纵坐标即为相应的疲劳强度∆σi;也 可以在给定的构造细节和已知的应力幅∆σi下,可得到相应 构造细节疲劳强度曲线上一点,其横坐标为相应的应力循环 次数(疲劳寿命)Ni。
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①当温度升高时,钢材的屈服强度、抗拉强度和弹性模 量等均随着降低,但在150℃以下时变化不大。
②当温度在250℃左右时,钢材的抗拉强度反而有较大 的提高,但伸长率和冲击韧性变差,呈脆性破坏特征,称 为“蓝脆”。
③当温度超过300℃时,钢材的屈服强度、抗拉强度和 弹性模量开始显著下降,而伸长率明显增大。
0
0
1
1
1
1
沿1-1纵向应力 沿1-1横向应力
图17-4 孔洞及槽孔处的应力集中现象
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应力集中的严重程度取决于构件截面形状变化的急剧程
度,以应力集中系数 ξ 来表示, ξ 的表达式为:
max
轴向拉力 除以构件的净
0
截面面积 的平均应力
孔洞边缘的最大应力
(17-3)
由于应力集中处应力线曲折,应力的方向与构件受力的 方向不一致,故除产生纵向应力 sx 外,还产生横向应力 sy ; 若构件较厚,还将产生垂直于xy平面的横向应力 sz 。
钢材的抗拉强度 fu 是钢材抗破断能力的极限。 钢材的屈服强度 fy、抗拉强度 fu 以及伸长率δ是桥梁结构 用钢材的三项主要力学性能指标。
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17.2.2 钢材的冷弯性能 钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变
形时对出现裂纹的抵抗能力的一项指标。
用具有弯心直径 d 的冲头对标准试件中部施加荷载使之弯 曲180°,要求弯曲部位不出现裂纹或分层现象。钢材的冷弯性 能取决于钢材的质量和弯心直径 d 对钢材厚度 a 的比值。
时效硬化会造成钢材变脆。
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17.3.4 温度的影响
当温度下降时,钢材的强度略有提高而塑性和冲击韧性 有所降低,即钢材的脆性倾向逐渐增大。
当温度降低到某一数值时(冷脆临界温度),钢材的冲 击韧性急剧下降,钢材的破坏特征明显地由塑性破坏变为脆 性破坏,这种现象称为钢材的低温冷脆现象。
冷脆临界温度与钢材的韧性有关,韧性越好的钢材冷脆 临界温度越低。
③疲劳S-N 曲线的水平直线段是钢结构构造细节S-N 曲线的一个重要特征,它意味着常幅应力循环的最大应力低 于该应力水平,钢结构构造细节就可以承受无限多次的应力 循环而不发生疲劳破坏,因此,将此水平段相应的最大应力 值称为疲劳强度极限,简称疲劳极限。
3)疲劳强度曲线 在工程上,根据疲劳S-N 曲线可以得到更方便使用的 疲劳强度曲线。
结构使用优点: (1)材质均匀,可靠性高; (2)材料强度高; (3)钢材塑性和韧性性能较好; (4)工厂制造与现场安装方便; (5)可焊性较好。
结构使用的缺点: (1)耐火性差; (2)耐腐蚀性差; (3)维修养护费用高。
钢结构是土木工程的主要结构类型之一,在房屋建筑、 地下建筑、桥梁、塔桅、海洋平台等都得到广泛采用。
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17.3 影响钢材性能的因素
17.3.1 化学成分的影响 碳含量对钢材的强度、塑性、韧性和焊接性能有着决定性
的影响。 ① 适量的硅可提高钢材的强度,且对其塑性、冷弯性能、
冲击韧性和可焊性能无明显的不良影响。 ②适量的锰能显著改善钢材的冷脆性能,并可提高其屈服
强度和抗拉强度,且对钢材的塑性和冲击韧性无明显影响。 可减少钢材热加工时因为硫而产生裂纹的“热脆”现象。
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17.3.6 反复荷载的影响
钢材在连续反复荷载作用下,应力没有达到抗拉强度,甚 至还低于屈服强度,也可能发生突然破坏,称为疲劳破坏。
钢材在疲劳破坏之前,没有明显的变形,是一种突然发生 的断裂,所以疲劳破坏属于反复荷载作用下的脆性破坏。
破坏过程分为三个阶段:疲劳裂纹的形成、疲劳裂纹缓慢 扩展、最后钢材迅速断裂而破坏。
给定为常幅循环应力时的疲劳应力范围与应力循环次数
的关系曲线称为“S-N 曲线”,它表示常幅循环应力与钢
结构构造细节的疲劳寿命之间的关系。
图17-6是由钢结构构造细 节相关疲劳试验资料绘制的疲 劳S-N 曲线示意图
图17-6 疲劳强度与应力循环次数的关系