結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第四版課后答案葉見曙19章

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《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理（第4版）》第19章課后習(xí)題答案

?葉見曙 主編?

第19章 普通箍筋柱的軸壓構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算（一）

1. 軸心受壓構(gòu)件破壞形態(tài)有哪些？各有什么特點(diǎn)？

• ?縱向彎曲破壞（長(zhǎng)柱破壞）?：
  • 特點(diǎn)：構(gòu)件在軸向壓力作用下，不僅發(fā)生壓縮變形，還因長(zhǎng)細(xì)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(dǎo)致構(gòu)件在彎矩最大截面處發(fā)生彎剪破壞。破壞時(shí)，混凝土壓碎，縱向鋼筋屈服，構(gòu)件喪失承載力。
  • 影響因素：長(zhǎng)細(xì)比（構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度與截面回轉(zhuǎn)半徑之比）是決定是否發(fā)生縱向彎曲破壞的關(guān)鍵因素。長(zhǎng)細(xì)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(diǎn)：構(gòu)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(dá)到抗壓強(qiáng)度而被壓碎，同時(shí)縱向鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度而屈服。破壞時(shí)，構(gòu)件截面縮短，混凝土崩裂剝落，鋼筋壓屈。
  • 影響因素：長(zhǎng)細(xì)比較?。ǘ讨┑臉?gòu)件，在軸向壓力作用下，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(gòu)件的承載力計(jì)算中，混凝土和鋼筋的強(qiáng)度如何取值？

• ?混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（fc）?：
  • 根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)，查《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010）或《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62）附表確定。
• ?鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(gòu)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(gòu)件縱向彎曲對(duì)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(shí)需要知道構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比（λ）。
  • 計(jì)算公式（示例）：某些規(guī)范中會(huì)給出穩(wěn)定系數(shù)φ的計(jì)算公式，例如：φ = 1 / (1 + aλ2)，其中a為與構(gòu)件材料、截面形式等有關(guān)的系數(shù)，λ為長(zhǎng)細(xì)比。
• ?影響穩(wěn)定系數(shù)φ的主要因素?：
  • ?長(zhǎng)細(xì)比（λ）?：這是影響穩(wěn)定系數(shù)的最主要因素。長(zhǎng)細(xì)比越大，構(gòu)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(qiáng)度?：混凝土和鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)也會(huì)影響穩(wěn)定系數(shù)，但影響程度相對(duì)較小。
  • ?截面形式和尺寸?：不同截面形狀和尺寸的構(gòu)件，其穩(wěn)定系數(shù)可能會(huì)有所不同。
  • ?約束條件?：構(gòu)件的端部約束條件（如固定端、鉸接端等）會(huì)影響構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度，從而影響長(zhǎng)細(xì)比和穩(wěn)定系數(shù)。

4. 軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算公式中各符號(hào)的含義是什么？

• ?基本公式?：N ≤ φ(fcA + f'yA's') 或 N ≤ φ(fcA + fyAs')
• ?符號(hào)含義?：
  • N：軸向壓力設(shè)計(jì)值（N）
  • φ：穩(wěn)定系數(shù)
  • fc：混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa）
  • A：構(gòu)件毛截面面積（mm2）
  • f'y：鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa）
  • A's': 受壓區(qū)一側(cè)縱向鋼筋的截面面積（mm2）
  • fy：鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa）
  • As': 受壓區(qū)一側(cè)縱向鋼筋的截面面積（mm2）
  • 注：具體使用哪個(gè)公式取決于受壓鋼筋是否達(dá)到屈服強(qiáng)度。當(dāng)受壓鋼筋能達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，使用f'y；當(dāng)受壓鋼筋不能達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，使用fy。

5. 軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，縱向鋼筋和箍筋的構(gòu)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(yīng)符合規(guī)范要求，通常不小于0.6%（用于受壓構(gòu)件）。
  • 最大配筋率：縱向鋼筋的最大配筋率也應(yīng)符合規(guī)范要求，以避免構(gòu)件延性不足。
  • 間距：縱向鋼筋的凈間距不應(yīng)小于40mm，且不應(yīng)大于300mm。
  • 直徑：縱向鋼筋的直徑不應(yīng)小于12mm。
• ?箍筋?：
  • 直徑：箍筋直徑不應(yīng)小于縱向鋼筋最大直徑的1/4，且不應(yīng)小于6mm。
  • 間距：箍筋間距不應(yīng)大于400mm，且不應(yīng)大于構(gòu)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(yīng)加密，加密區(qū)箍筋間距不應(yīng)大于100mm，且不應(yīng)大于縱向鋼筋最小直徑的15倍。
  • 形式：箍筋應(yīng)采用封閉式，末端應(yīng)做成135°彎鉤，彎鉤平直段長(zhǎng)度不應(yīng)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(jì)算有何特點(diǎn)？

• ?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(duì)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(qiáng)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(jì)算特點(diǎn)?：
  • 螺旋箍筋柱的承載力計(jì)算需要考慮螺旋箍筋對(duì)核心混凝土的約束作用，其核心混凝土的強(qiáng)度得到提高。
  • 計(jì)算公式中會(huì)引入一個(gè)反映螺旋箍筋約束效果的系數(shù)（如核心混凝土強(qiáng)度提高系數(shù)），該系數(shù)與螺旋箍筋的間距、直徑、混凝土強(qiáng)度等因素有關(guān)。
  • 計(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值（考慮螺旋箍筋約束后提高的值）。

?注?：以上答案基于《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理（第4版）》葉見曙主編教材內(nèi)容及相關(guān)規(guī)范要求整理。實(shí)際應(yīng)用中，請(qǐng)以最新版教材和規(guī)范為準(zhǔn)。

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