2022年《荷载与结构设计方法》课后思考题答案.docx
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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载荷载与结构设计方法习题解答1 荷载与作用1.1 什么是施加于工程结构上的作用?荷载与作用有什么区分?结构上的作用是指能使结构产生效应的各种缘由的总称,包括直接作用和间接作用;引起结构产生 作用效应的缘由有两种,一种是施加于结构上的集中力和分布力,例如结构自重,楼面的人群、家具、设备,作用于桥面的车辆、人群,施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等,它们都是直接施加于 结构,称为直接作用;另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形,例如基础沉降导致结构外加变形 引起的内力效应,温度变化引起结
2、构约束变形产生的内力效应,由于地震造成地面运动致使结构产生惯 性力引起的作用效应等;它们都是间接作用于结构,称为间接作用;“ 作用 ”泛指使结构产生内力、变形的全部缘由;“荷载 ” 仅指施加于结构上的直接作用;而1.2 结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类?结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用;按空间位置变异可分为固定作用 和自由作用;按结构反应性质可分为静态作用和动态作用;1.3 什么是荷载的代表值?它们是如何确定的?荷载代表值是考虑荷载变异特点所赐予的规定量值,工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表 值:标准值,组合值,频遇值和准永久值;荷载可依
3、据不同设计要求规定不同的代表值,其中荷载标准 值是荷载的基本代表值,其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到;2 重 力 作 用2.1 成层土的自重应力如何确定?地面以下深度 z 处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力,对于 匀称土自重应力与深度成正比,对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到;2.2 土压力有哪几种类别?土压力的大小及分布与哪些因素有关?依据挡土墙的移动情形和墙后土体所处应力状态,土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类别;土的侧向压力的大小及分布与墙身位移、填土性质、墙体刚度、地基土质等因素有关;2.3 试述静止土压力、主动土
4、压力和被动土压力产生的条件?比较三者数值的大小?当挡土墙在土压力作用下,不产生任何位移或转动,墙后土体处于弹性平稳状态,此时墙背所受的 土压力称为静止土压力,可用 E0 表示;当挡土墙在土压力的作用下,向离开土体方向移动或转动时,作用在墙背上的土压力从静止土压力 值逐步削减,直至墙后土体显现滑动面;滑动面以上的土体将沿这一滑动面对下向前滑动,在滑动楔体 开头滑动的瞬时,墙背上的土压力削减到最小值,土体内应力处于主动极限平稳状态,此时作用在墙背 Ea 表示;上的土压力称为主动土压力,可用 当挡土墙在外力作用下向土体方向移动或转动时,墙体挤压墙后土体,作用在墙背上的土压力从静 止土压力值逐步增大,
5、墙后土体也会显现滑动面,滑动面以上土体将沿滑动方向向上向后推出,在滑动 楔体开头隆起的瞬时,墙背上的土压力增加到最大值,土体内应力处于被动极限平稳状态;此时作用在 墙背上的土压力称为被动土压力,可用 Ep 表示;在相同的墙高和填土条件下,主动土压力小于静止土压力,而静止土压力又小于被动土压力,即:细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共 30 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -Ea优秀学习资料欢迎下载E0Ep2.4 如何由朗金土压力理论导出土
6、的侧压力运算方法?郎金土压力理论假定土体为半空间弹性体,挡土墙墙背竖直光滑,填土面水平且无附加荷载,依据半空间内土体的应力状态和极限平稳条件导出了土压力运算方法;当填土表面受有连续均布荷载或局部均布荷载,挡土墙后有成层填土或填土处有地下水时,仍应对侧向土压力进行修正;2.5 试述填土表面有连续均布荷载或局部均布荷载时土压力的运算?当挡土墙后填土表面有连续均布荷载q 作用时,可将均布荷载换算成当量土重,其土压力强度比无均布荷载时增加一项qK a 即可;墙底的土压力强度为:qH K ,实际的土压力分布图为梯形abcd部分;土压力作用点在梯形的重心;当填土表面承担有局部均布荷载时,通常可采纳近似方法
7、处理,从局部均布荷载的两端 o 点及 m点作两条帮助线 oa 和 mc,且与水平面成(45 / 2)角;认为 a 点以上和 c 点以下的土压力都不受地面荷载影响, ac 间的土压力按均布荷载对待,对墙背产生的附加土压力强度为 qKa ,ac 墙面上的土压力分布如下列图;mc 填土表面有连续均布荷载 填土表面有局部均布荷载2.6 试述民用建筑楼面活荷载的取值方法?民用建筑楼面活荷载在楼面上的位置是任意布置的,为便利起见, 工程设计时一般可将楼面活荷载处理为等效均布荷载,均布活荷载的量值与房屋使用功能有关,依据楼面上人员活动状态和设施分布情况,在调查和统计的基础上,划分档次,确定取值;(1)活动的
8、人较少,如住宅、旅社、医院、教室等,活荷载的标准值可取2.0kN/m2;(2)活动的人较多且有设备,如食堂、餐厅在某一时段有较多人员集合,办公楼内的档案室、资料室可能积累较多文件资料,活荷载标准值可取2.5kN/m2;(3)活动的人很多且有较重的设备,如礼堂、剧场、影院、体育馆看台人员可能特别拥挤,无固定座位时可取3.5kN/m2;有固定座位时可取3.0kN/m2;(4)活动的人很集中,有时很拥挤或有较重的设备,如商店、展览厅既有拥挤的人群,又有较重的物品,活荷载标准值可取3.5kN/m2;(5)人员活动的性质比较猛烈,如健身房、舞厅由于人的跳动、翻动会引起楼面瞬时振动,通常把楼面静力荷载适当
9、放大来考虑这种动力效应,活荷载标准值可取4.0kN/m2; (6)储存物品的仓库,如藏书库、档案库、贮藏室等,柜架上往往堆满图书、档案和物品,活荷载标准值可取5.0kN/m2;采纳无过道的密集书柜时,活荷载标准值取为12.0kN/m2;27.5kN/m2;(7)有大型的机械设备, 如建筑物内的通风机房、电梯机房,活荷载标准值可取6.0kN/m(8)在礼堂、影剧院、教室、办公楼等场所,散场、散会或下课之后,楼梯、走廊、和门厅等处人流集中,拥挤堵塞,停留时间较长,其楼面活荷载取值应大于相邻房间的荷载值0.5kN/m2; 第 2 页,共 30 页 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - -
10、- - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载基于上述方法, 荷载规范给出了民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久 值系数,设计时可直接取用所给数值;2.7 当楼面面积较大时,楼面均布活荷载为什么要折减?民用建筑的楼面均布活荷载标准值是建筑物正常使用期间可能显现的最大值,当楼面面积较大时,作用在楼面上的活荷载不行能同时布满全部楼面,在运算楼面梁等水平构件楼面活荷载效应时,如荷载 承载面积超过肯定的数值,应对楼面均布活荷载予以折减;同样,楼面荷载最
11、大值满布各层楼面的机会 更小,在结构设计时,对于墙、柱等竖向传力构件和基础应按结构层数予以折减;2.8 工业建筑楼面均布活荷载是如何确定的?工业建筑楼面上荷载的分布形式不同,生产设备的动力性质也不尽相同,安装在楼面上的生产设备是以局部荷载形式作用于楼面,而操作人员、加工原料、成品部件多为匀称分布;另外,不同用途的厂 房,工艺设备动力性能各异,对楼面产生的动力效应也存在差别;为便利起见,常将局部荷载折算成等 效均布荷载,并乘以动力系数将静力荷载适当放大,来考虑机器上楼引起的动力作用;2.9 如何将楼面局部荷载换算为楼面等效均布活荷载?板面等效均布荷载按板内分布弯矩等效的原就确定,即简支板在实际的
12、局部荷载作用下引起的肯定 最大弯矩,应等于该简支板在等效均布荷载作用下引起的肯定最大弯矩;单向板上局部荷载的等效均布活荷载q ,可按下式运算:qe8Mmax;式中: l 为板的跨度; B 为板上荷载的有效分布宽度;M maxbl2为简支单向板的肯定最大弯矩,按设备的最不利布置确定,设备荷载应乘以动力系数;2.10 屋面活荷载有哪些种类?如何取值?房屋建筑的屋面分为上人屋面和不上人屋面,上人屋面应考虑可能显现的人群集合,活荷载取值较大;不上人屋面仅考虑施工或修理荷载,活荷载取值较小;屋面设有屋顶花园时,尚应考虑花池砌筑、苗圃土壤等重量;屋面设有直升机停机坪时,就应考虑 直升机总重引起的局部荷载和
13、飞机起降时的动力效应;机械、冶金、水泥等行业在生产过程中有大量排灰产生,易在厂房及邻近建筑屋面形成积灰荷载,设计时也应加以考虑;2.11 什么情形下会产生屋面积灰荷载?影响屋面积灰荷载取值有哪些因素?冶金、铸造、水泥等行业在生产过程中有大量排灰产生,易于在厂房及其邻近建筑屋面积累,形成 积灰荷载;当房屋离灰源较近,且位于不利风向下的屋面天沟、凹角和高低跨处,常形成严峻的灰堆现 象;设计时应考虑屋面积灰情形,合理确定积灰荷载,以保证结构的安全性;影响积灰厚度的主要因素有除尘装置的使用、清灰制度的执行、风向和风速、烟囱高度、屋面坡度 和屋面挡风板等;2.12 运算挑檐、雨蓬承载力时,如何考虑施工、
14、检修荷载?设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨蓬和预制小梁时,除了考虑屋面均布活荷载外,仍应验算 在施工、检修时可能显现在最不利位置上,由人和工具自重形成的集中荷载;屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐和预制小梁,施工或检修集中荷载应取 1.0kN,并应作用在最不利 位置处进行验算;运算挑檐、雨蓬承载力时,应沿板宽每隔1.0m 取一个集中荷载;在验算挑檐、雨蓬倾覆时,应沿板宽每隔 2.53.0m 的取一个集中荷载,集中荷载的位置作用于挑檐、雨蓬端部;细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 30 页 - - - - - - - - - 名师
15、归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载2.13 试述大路桥梁汽车荷载的等级和组成?车道荷载的运算图式和标准值?大路桥梁汽车荷载分为大路级和大路级两个级别,分别由车道荷载和车辆荷载组成;桥梁 结构的整体运算采纳车道荷载,车道荷载由均布荷载和集中荷载组成;桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的运算采纳车辆荷载;车辆荷载和车道荷载的作用不得叠加;车道荷载是个虚拟荷载,它的荷载标准值 q 和 p 是在不同车流密度、车型、车重的大路上,对实 际汽车车队车重和车间距的测定和效应分析得到;车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最
16、不 利效应的同号影响线上;集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处;车道荷载的运算图式见图 2.28;大路级车道荷载的均布荷载的标准值为 q k 10.5kN/m;集中荷 载标准值按以下的规定选取:桥梁运算跨径小于或等于 5m,p k 180kN;桥梁运算跨径等于或大于 50m 时,p k 360kN;桥梁的运算跨径在 5m50m 之间时,p 值采纳直线内插求得;运算剪力的效应 时,上述集中荷载的标准值 p 应乘以 1.2 的系数;大路级车道荷载的均布荷载标准值 q 和集 0.75 倍采 中荷载标准值 kp 按大路 级车道荷载的 用;车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不
17、利效应的同号影响线上;集中荷载标准值只作用 于相应影响线中一个最大影响线峰值处;2.14 车道荷载为什么要沿横向和纵向折减?桥梁设计时各个车道上的汽车荷载都是按最不利位置布置的,图 2.28 车道荷载的运算图式多车道桥梁上的汽车荷载同时处于最不利位置可能性随着桥梁车道数的增加而减小;在运算桥梁构件截面产生的最大效应(内力、 位移) 时,应考虑多车道折减;当桥涵设计车道数等于或大于2 时,由汽车荷载产生的效应应进行折减;大跨径桥梁随着桥梁跨度的增加桥梁上实际通行的车辆达到较高密度和满载的概率减小,应考虑运算跨径进行折减;2.15 城市桥梁在设计中如何考虑作用于桥面的车辆荷载取值?我国城市桥梁的荷
18、载设计,依据城市桥梁设计荷载标准( CJJ77-98),该标准适用于城市内新建、改建的永久性桥梁与涵洞、高架道路及承担机动车的结构物的荷载设计;标准中采纳两级荷载标准,即城-A 级、城 -B 级;城 -A 级汽车荷载适用于快速路及主干路;城2.16 桥梁设计时,人行道上的人群荷载如何考虑?-B 级汽车荷载适用于次干路及支路;大路桥规 人群荷载标准值按以下规定采纳:当桥梁运算跨径小于或等于 50m 时,人群荷载标准值为 3.0kN/m 2;当桥梁运算跨径等于或大于 150m 时,人群荷载标准值为 2.5 kN/m 2;当桥梁运算跨径在50m150m 之间时, 可由线性内插得到人群荷载标准值;对跨
19、径不等的连续结构,以最大运算跨径为准;人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内,在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内;大路桥梁人行道板(局部构件) 可以一块板为单元,按标准值 4.0kN/m2的均布荷载作用在一块板上进行内力运算; 运算人行道栏杆时,作用在栏杆立柱顶上的水平推力标准值取 0.75kN/m ;作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取 1.0kN/m ;我国城市人口密集,人行交通繁忙,城市桥梁人群荷载的取值较大路桥梁规定的要大;对于人行道板的人群荷载应按 5kN/m 2 的均布荷载或 1.5kN 的竖向集中荷载分别运算,并作用在一块构件上,取其细心整理归纳 精选学习资料 第 4 页,
20、共 30 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载受力不利者;对于梁、桁架、拱及其他大跨结构的人群荷载,需依据加载长度及人行道宽来确定,可按以下公式运算,且人群荷载在任何情形下不得小于2.4kN/m2;2.17 厂房吊车纵向和横向水平荷载如何产生?其取值如何确定?吊车纵向水平荷载是由吊车的大车运行机构在启动或制动时引起的水平惯性力,惯性力为运行重量与运行加速度的乘积,此惯性力通过制动轮与钢轨间的摩擦传给厂房结构;吊车水平荷载取决
21、于制动轮的轮压和它与钢轨间的滑动摩擦系数,该摩擦系数一般取0.10;因此,吊车纵向水平荷载标准值,应按作用在一边轨道上全部刹车轮的最大轮压之和的 10%采纳;吊车横向水平荷载是当小车吊有额定最大起重量时,小车运行机构启动或刹车所引起的水平惯性力,它通过小车制动轮与桥架轨道之间的摩擦力传给大车,等分于桥架两端,分别由大车两侧的车轮平均传至吊车梁上的轨道,再由吊车梁与柱的联接钢板传给排架;吊车横向水平荷载标准值可按下式取值:T=(Q+Q1);式中: Q 为吊车的额定起吊重量;Q1 为横行小车的重量;g 为重力加速度;为横向水平荷载系数;横向水平荷载系数 对于软钩吊车,当额定起重量不大于 100kN
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