結構設計原理第四版課后答案葉見曙19章(《結構設計原理》第四版課后答案)

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《結構設計原理(第4版)》第19章課后習題答案
?葉見曙 主編?
第19章 普通箍筋柱的軸壓構件的強度計算(一)
1. 軸心受壓構件破壞形態(tài)有哪些?各有什么特點?
- ?縱向彎曲破壞(長柱破壞)?:
- 特點:構件在軸向壓力作用下,不僅發(fā)生壓縮變形,還因長細比較大(超過臨界值)發(fā)生較大的橫向彎曲變形(即縱向彎曲)。隨著荷載增加,變形急劇增大,最終因彎矩過大導致構件在彎矩最大截面處發(fā)生彎剪破壞。破壞時,混凝土壓碎,縱向鋼筋屈服,構件喪失承載力。
- 影響因素:長細比(構件計算長度與截面回轉半徑之比)是決定是否發(fā)生縱向彎曲破壞的關鍵因素。長細比越大,越容易發(fā)生縱向彎曲破壞。
- ?短柱破壞(材料破壞)?:
- 特點:構件在軸向壓力作用下,僅發(fā)生壓縮變形,不發(fā)生顯著縱向彎曲,最終因混凝土達到抗壓強度而被壓碎,同時縱向鋼筋達到屈服強度而屈服。破壞時,構件截面縮短,混凝土崩裂剝落,鋼筋壓屈。
- 影響因素:長細比較?。ǘ讨┑臉嫾谳S向壓力作用下,變形以軸向壓縮為主,不發(fā)生顯著縱向彎曲,最終發(fā)生材料破壞。
2. 軸心受壓構件的承載力計算中,混凝土和鋼筋的強度如何取值?
- ?混凝土抗壓強度設計值(fc)?:
- 根據(jù)混凝土強度等級,查《混凝土結構設計規(guī)范》(GB 50010)或《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62)附表確定。
- ?鋼筋抗壓強度設計值(fy)?:
- 根據(jù)鋼筋種類(如HRB400、HPB300等)和直徑,查上述規(guī)范附表確定。
3. 軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)φ如何確定?影響穩(wěn)定系數(shù)的主要因素有哪些?
- ?穩(wěn)定系數(shù)φ的確定?:
- 穩(wěn)定系數(shù)φ是考慮構件縱向彎曲對承載力的影響而引入的折減系數(shù),其值小于1。
- 穩(wěn)定系數(shù)φ通常通過查表或查規(guī)范提供的曲線圖確定,查表或查圖時需要知道構件的長細比(λ)。
- 計算公式(示例):某些規(guī)范中會給出穩(wěn)定系數(shù)φ的計算公式,例如:φ = 1 / (1 + aλ2),其中a為與構件材料、截面形式等有關的系數(shù),λ為長細比。
- ?影響穩(wěn)定系數(shù)φ的主要因素?:
- ?長細比(λ)?:這是影響穩(wěn)定系數(shù)的最主要因素。長細比越大,構件的縱向彎曲變形越顯著,穩(wěn)定系數(shù)越小,承載力越低。
- ?材料強度?:混凝土和鋼筋的強度等級也會影響穩(wěn)定系數(shù),但影響程度相對較小。
- ?截面形式和尺寸?:不同截面形狀和尺寸的構件,其穩(wěn)定系數(shù)可能會有所不同。
- ?約束條件?:構件的端部約束條件(如固定端、鉸接端等)會影響構件的計算長度,從而影響長細比和穩(wěn)定系數(shù)。
4. 軸心受壓構件承載力計算公式中各符號的含義是什么?
- ?基本公式?:N ≤ φ(fcA + f'yA's') 或 N ≤ φ(fcA + fyAs')
- ?符號含義?:
- N:軸向壓力設計值(N)
- φ:穩(wěn)定系數(shù)
- fc:混凝土抗壓強度設計值(MPa)
- A:構件毛截面面積(mm2)
- f'y:鋼筋抗壓強度設計值(MPa)
- A's': 受壓區(qū)一側縱向鋼筋的截面面積(mm2)
- fy:鋼筋抗拉強度設計值(MPa)
- As': 受壓區(qū)一側縱向鋼筋的截面面積(mm2)
- 注:具體使用哪個公式取決于受壓鋼筋是否達到屈服強度。當受壓鋼筋能達到屈服強度時,使用f'y;當受壓鋼筋不能達到屈服強度時,使用fy。
5. 軸心受壓構件設計時,縱向鋼筋和箍筋的構造要求有哪些?
- ?縱向鋼筋?:
- 最小配筋率:縱向鋼筋的最小配筋率應符合規(guī)范要求,通常不小于0.6%(用于受壓構件)。
- 最大配筋率:縱向鋼筋的最大配筋率也應符合規(guī)范要求,以避免構件延性不足。
- 間距:縱向鋼筋的凈間距不應小于40mm,且不應大于300mm。
- 直徑:縱向鋼筋的直徑不應小于12mm。
- ?箍筋?:
- 直徑:箍筋直徑不應小于縱向鋼筋最大直徑的1/4,且不應小于6mm。
- 間距:箍筋間距不應大于400mm,且不應大于構件截面的短邊尺寸(矩形截面)或直徑(圓形截面)。在柱端和柱截面變化處的箍筋應加密,加密區(qū)箍筋間距不應大于100mm,且不應大于縱向鋼筋最小直徑的15倍。
- 形式:箍筋應采用封閉式,末端應做成135°彎鉤,彎鉤平直段長度不應小于10倍箍筋直徑。
6. 螺旋箍筋柱與普通箍筋柱的主要區(qū)別是什么?螺旋箍筋柱的承載力計算有何特點?
- ?主要區(qū)別?:
- ?箍筋形式?:普通箍筋柱采用矩形或圓形箍筋,螺旋箍筋柱采用螺旋形箍筋。
- ?約束效果?:螺旋箍筋對核心混凝土的約束效果顯著優(yōu)于普通箍筋,能顯著提高核心混凝土的抗壓強度和變形能力。
- ?破壞形態(tài)?:普通箍筋柱可能發(fā)生縱向彎曲破壞或短柱破壞;螺旋箍筋柱由于核心混凝土被有效約束,一般不發(fā)生縱向彎曲破壞,其破壞形態(tài)更接近短柱破壞,但承載力更高,延性更好。
- ?螺旋箍筋柱承載力計算特點?:
- 螺旋箍筋柱的承載力計算需要考慮螺旋箍筋對核心混凝土的約束作用,其核心混凝土的強度得到提高。
- 計算公式中會引入一個反映螺旋箍筋約束效果的系數(shù)(如核心混凝土強度提高系數(shù)),該系數(shù)與螺旋箍筋的間距、直徑、混凝土強度等因素有關。
- 計算公式示例:N ≤ φ(fcAcor + f'yA's'),其中Acor為核心混凝土面積,fcc為核心混凝土抗壓強度設計值(考慮螺旋箍筋約束后提高的值)。
?注?:以上答案基于《結構設計原理(第4版)》葉見曙主編教材內容及相關規(guī)范要求整理。實際應用中,請以最新版教材和規(guī)范為準。
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