第三章侧压力
热工基础课后答案第三章
第三章 习 题3-1 解：设定熵压缩过程的终态参数为222S T p 和、，而定温压缩过程的终态参数为222S T p '''和、,根据给定的条件可知： 1222T T p p ='='； 又因为两个终态的熵差为S ∆，固有：21222222lnlnlnT T Mcp p mRT T mc S S S pgp='-'=-'=∆所以有：)exp(12pmCS T T ∆-=对于定熵压缩过程有：kkkkT p T p 212111--=所以：)exp()exp(])1(exp[()(11112112gpk kmR S p mRS M p mck S k p T T p p ∆-=∆-=-∆==-3-2解：设气体的初态参数为1111m T V p 和、、，阀门开启时气体的参数为2222m T V p 和、、，阀门重新关闭时气体的参数为3333m T V p 和、、，考虑到刚性容器有：321V V V ==，且21m m =。
⑴当阀门开启时，贮气筒内压力达到51075.8⨯Pa ，所以此时筒内温度和气体质量分别为：K 25366.78.752931212=⨯==p p T Tkg T R V p m m 0.2252932870.02710751g 1121=⨯⨯⨯===⑵阀门重新关闭时，筒内气体压力降为 5104.8⨯Pa ，且筒内空气温度在排气过程中保持不变，所以此时筒内气体质量为： kg T R V p T R V p m g g 216.025.366287027.0104.852333333=⨯⨯⨯==所以，因加热失掉的空气质量为：kg m 0.0090.2160.225m m Δ32=-=-=3-3 解：⑴气体可以看作是理想气体，理想气体的内能是温度的单值函数，选取绝热气缸内的两部分气体共同作为热力学系统，在过程中，由于气缸绝热，系统和外界没有热量交换，同时气缸是刚性的，系统对外作功为零，故过程中系统的内能不变，而系统的初温为30℃，所以平衡时系统的温度仍为30℃。
2012荷载作业
第一章荷载类型1、荷载与作用的概念？2、说明直接作用与间接作用的区别？3、作用（或荷载）的分类？ 5、结构设计的目标是什么？4、按随时间的变异分类，作用可分为永久作用、可变作用和偶然作用，说明每一种作用具体包括哪些作用？（p2）第二章重力1、土的重度与有效重度有何区别？2、影响基本雪压的主要因素有哪些？3、说明影响屋面雪压的主要因素？4、概念：基本雪压土的自重应力雪压楼面活荷载5、我国是按年一遇确定的基本雪压分布图。
6、计算楼面活荷载效应时，为什么当活荷载影响面积超过一定数值需对均布活荷载取值加以折减？7、车辆荷载的标准形式有哪两种？ 8、影响雪重度的因素？注：要求会计算双坡屋面的雪荷载标准值，会计算传递到梁墙柱上的楼面活荷载标准值的大小。
第三章侧压力1、土的侧压力的定义。
2．根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为哪几类？并说明他们各自的定义。
3、侧压力包括哪些力？第四章风荷载1、说明风速与风压的关系？2、概念：风压基本风压风剖面（p44）3、基本风压通常应符合哪五项规定？4、说明影响基本风压的主要因素？5、顺风向平均风与脉动风的联系与区别？（p21）6、顺风向总风压的表达式并说明表达式中各字母的含义。
7、说明风载体型系数、风压高度变化系数、风振系数的意义。
8、在什么条件下需考虑结构横风向风效应？9、解释结构风致驰震现象。
10、计算题：教材例4－1和例4－3、4-4。
注：要求会计算风荷载标准值（p180）第五章地震作用1、地震有哪些类型？2、构造地震是怎样产生的？3、震级与烈度的概念？4、震级与烈度的关系？（P75）5、表征地面运动特征的主要物理量有哪些？（p78）6、影响地面运动频谱的主要因素有哪些？（p79）7、地震反应谱的实质是什么？（p82）8、影响地震反应谱的主要因素有哪些？9、我国设防烈度、基本烈度的定义9、说明振型分解反应谱法的主要理论基础。
10、说明底部剪力法的计算基本假定。
第三章 土体中的应力计算(1-3节)
3.均质、等向问题 理想弹性体是均质且各向同性的。天然
地基是各向异性的。但当土层性质变化 不大时，这样假定对竖直应力分布引起 的误差通常在容许范围之内。
5
二、地基中的几种应力状态
1．三维应力状态（空间应力状态）
局部荷载作用下，地基中的应力状态属 三维应力状态。每一点的应力可写成矩 阵形式
24
25
在空间将z相同的点连 接成曲面即形成应力泡。
当地基表面作用有几个集中力时，根据弹 性体应力叠加原理求出附加应力的总和
26
（二）水平集中力作用-西罗提解
z
3Ph
2
xz 2 R5
(3- 9)
27
28
二、矩形面积上各种分布荷载作用下的附 加应力计算
（一）矩形面积竖直均布荷载 1．角点下的应力
x
K
s x
p
τ
xz
K
s xz
p
(3- 25) (3- 26)
剪Kx应s和力K分xzs布分系别数为（水表平3向-5应）力，m分布x ,系n 数z和。
BB
55
P
56
57
（三）条形面积竖直三角形分布荷载 条形面积上竖直三角形分布荷载在地基
内引起的应力也可利用应力叠加原理， 通过积分求得。
zM ' (KsI KsII KsIII KsIV ) p
(3 -13a)
37
第二种情况：计算矩形面积外任一点M’ 下深度为z的附加应力(图3-17b)。设法使 M’点为几个小矩形的公共角点，然后将 其应力进行代数迭加。
zM ' (KsI KsII KsIII KsIV ) p
29
《工程结构荷载与可靠度分析》李国强(第四版)课后习题答案
第一章荷载类型1、荷载与作用在概念上有何不同？荷载：是由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。
作用：能使结构产生效应的各种因素总称。
2、说明直接作用和间接作用的区别。
将作用在结构上的力的因素称为直接作用，将不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用，如温度改变，地震，不均匀沉降等。
只有直接作用才可称为荷载。
3、作用有哪些类型？请举例说明哪些是直接作用？哪些是间接作用？①随时间的变异分类：永久作用、可变作用、偶然作用②随空间位置变异分类：固定作用、可动作用③按结构的反应分类：静态作用、动态作用。
4、什么是效应？是不是只有直接作用才能产生效应？效应：作用在结构上的荷载会使结构产生内力、变形等。
不是。
第二章重力1、结构自重如何计算？将结构人为地划分为许多容易计算的基本构件，先计算基本构件的重量，然后叠加即得到结构总自重。
2、土的重度与有效重度有何区别？成层土的自重应力如何计算？土的天然重度即单位体积中土颗粒所受的重力。
如果土层位于地下水位以下，由于受到水的浮力作用，单位体积中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称为土的有效重度。
3、何谓基本雪压？影响基本雪压的主要因素有哪些？基本雪压是指当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。
主要因素：雪深、雪重度、海拔高度、基本雪压的统计。
4、说明影响屋面雪压的主要因素及原因。
主要因素：风的漂积作用、屋面坡度对积雪的影响（一般随坡度的增加而减小，原因是风的作用和雪滑移）、屋面温度（屋面散发的热量使部分积雪融化，同时也使雪滑移更易发生）。
5、说明车列荷载与车道荷载的区别。
车列荷载考虑车的尺寸及车的排列方式，以集中荷载的形式作用于车轴位置；车道荷载则不考虑车的尺寸及车的排列，将车道荷载等效为均布荷载和一个可作用于任意位置的集中荷载形式。
第三章侧压力1.什么是土的侧压力？其大小与分布规律与哪些因素有关？土的侧向压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的土压力。
荷载与与结构设计原则复习
荷载与与结构设计原则复习第一章荷载类型1．荷载类型：1．荷载与作用：荷载、直接作用、间接作用、效应2．作用的分类：按随时间的变异、随空间位置的变异和结构的反应分类例如：1、由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力称为荷载。
(√)2、由各种环境因素产生的间接作用在结构上的各种力称为荷载。
(×)3、什么是荷载? (荷载的定义是什么?)?)答：由各种环境因素产生的直接作用在结构的各种力称为荷载。
4、土压力、风压力和水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力不是荷载。
(×)5、什么是效应?答：作用在结构上的荷载使结构产生的内力、变形、裂缝等就叫做效应。
6、什么是作用?直接作用和间接作用?答：使结构产生效应(结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等)的各种因素总称为作用。
可归结为作用在结构上的力的因素称为直接作用；不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用。
7、只有直接作用才能引起结构效应，间接作用并不能引起结构效应。
(×)8、严格意义上讲，只有直接作用才能称为荷载。
(√)9、以下几项中属于间接作用的是C C10、预应力属于 A 。
温度变化属于 B 。
A、永久作用B、静态作用C、直接作用D、动态作用第二章重力1．重力(静载)1）结构自重2）土的自重应力3）雪荷载（基本雪压、雪重度、屋面的雪压）例如：1、基本雪压是指当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。
(√)2、我国基本雪压分布图是按照 C 一遇的重现期确定的。
A、10年B、30年C、50年D、100年3、虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的关系，但是两者不一定是同时出现。
(√)4、造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因有：风、屋面形式和屋面散热等。
2．重力(活载)1）车辆荷载：公路车辆荷载（车道荷载、车列荷载）、列车荷载2）楼面活荷载例如：1、车列荷载与车道荷载有什么区别?答：车列荷载是把大量经常出现的汽车荷载排列成车列的形式作为设计荷载。
荷载与与结构设计原则复习
荷载与与结构设计原则复习第一章荷载类型1．荷载类型：1．荷载与作用：荷载、直接作用、间接作用、效应2．作用的分类：按随时间的变异、随空间位置的变异和结构的反应分类例如：1、由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力称为荷载。
(√)2、由各种环境因素产生的间接作用在结构上的各种力称为荷载。
(×)3、什么是荷载? (荷载的定义是什么?)?)答：由各种环境因素产生的直接作用在结构的各种力称为荷载。
4、土压力、风压力和水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力不是荷载。
(×)5、什么是效应?答：作用在结构上的荷载使结构产生的内力、变形、裂缝等就叫做效应。
6、什么是作用?直接作用和间接作用?答：使结构产生效应(结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等)的各种因素总称为作用。
可归结为作用在结构上的力的因素称为直接作用；不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用。
7、只有直接作用才能引起结构效应，间接作用并不能引起结构效应。
(×)8、严格意义上讲，只有直接作用才能称为荷载。
(√)9、以下几项中属于间接作用的是C C10、预应力属于 A 。
温度变化属于 B 。
A、永久作用B、静态作用C、直接作用D、动态作用第二章重力1．重力(静载)1）结构自重2）土的自重应力3）雪荷载（基本雪压、雪重度、屋面的雪压）例如：1、基本雪压是指当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。
(√)2、我国基本雪压分布图是按照 C 一遇的重现期确定的。
A、10年B、30年C、50年D、100年3、虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的关系，但是两者不一定是同时出现。
(√)4、造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因有：风、屋面形式和屋面散热等。
2．重力(活载)1）车辆荷载：公路车辆荷载（车道荷载、车列荷载）、列车荷载2）楼面活荷载例如：1、车列荷载与车道荷载有什么区别?答：车列荷载是把大量经常出现的汽车荷载排列成车列的形式作为设计荷载。
粉末冶金 第三章压力计算
2）润滑模壁
3）双向压制
P159、图3-29
P159、图3-28
4）特殊成形，例 等静压或三轴压制
• 。
3）改善压坯强度。
4）改善劳动条件、减少或控制粉尘飞扬。
5）延长压模的使用寿命 P16 表3—10
二、成形剂的种类及选择原则 1、种类：
◆ 铁基：硬脂酸、硬脂酸盐（硬脂酸锌、硬脂酸钡、
硬脂酸锂、硬脂酸钙、硬脂酸铝）、硫磺、
二硫化钼、石墨、机油等。
◆ 硬质合金：合成橡胶、石蜡、聚乙烯醇、乙二脂、
松香等
4、压坯尺寸与单位压制压力的关系
• 实验指出，对于不同尺寸的压坯，虽然其组成元素相 同，而所用的压制压力也不可用同一数值，否则，压
坯会出现分层、裂纹等缺陷。如P153、表3-7所示。
• 随着压坯横向尺寸↑，所用单位压制压力应相应减少。
• 解释 —P153、图3-20
• 压坯横向尺寸↑，不与模壁接触的粉末颗粒数↑→用 于克服外摩擦力所损失的压力↓→所需的总的压制压 力和单位压制压力相应↓。
§3-8 影响压制过程和压坯质量的因素
• 略。但很重要!提供解决实际问题的各种途径
1、降低了粉末的流动性。
2、降低了压坯密度、不利于制取高密度制品 3、降低了压坯强度等。
• 润滑粉末与仅润滑模具效果比较，P165、图3-40
• 润滑模具用润滑剂：硬脂酸、硬脂酸盐、丙酮、
甲苯、甘油、油酸、三氯乙烷等。
§3-7 压制废品(p164)
• 压制废品：压坯分层、裂纹掉边角、未压好、
3.曲柄连杆机构
活塞裙部
位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座 孔。
作用：活塞在气缸内的起良好的导向作用，气缸与活塞之 间在任何工况下都应该保持适宜的间隙，并承受侧压力， 防止破坏油膜。
主
次
推
推
销座孔 力
力
裙
面
面
部
2016.9
活塞的变形
形变原因：热膨胀、侧压力和气体压力。 变形规律：
凸起呈球状、顶部强 度高，起导向作用、 有利于改善换气过程, 在不改变气缸盖结构 的情况下增大压缩比。
2016.9
凹坑的形状、位置必 须有利于可燃混合气 的燃烧；调整压缩比， 防止碰气门。
活塞头部
位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。 作用：
1、承受活塞顶的压力，并传给活塞销。 2、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气漏到曲
2016.9
1)浴盆形燃烧室，结构简单，气门与气缸轴线平行， 进气道弯度较大。压缩行程终了能产生挤气涡流。
2)楔形燃烧室，结构比较紧凑，气门相对气缸轴线 倾斜，进气道比较平直，进气阻力小。压缩行程终 了时能产生挤气涡流。
3)半球形燃烧室，结构最紧凑，燃烧室表面积与其 容积之比(面容比)最小。进排气门呈两列倾斜布置， 不能产生挤气涡流。
工作条件：由于接触高温 高压燃气，要求气缸盖应 具有足够的强度和刚度， 良好的冷却。
导热性好、利于提高压缩比，但 刚度低，易变形，适用与高速高
强化汽油机
2016.9
燃烧室
燃烧室基本要求
1、结构紧凑（表面积/容积）要小，减小 热损失，缩短火焰行程，提高热效率 2、能增大进气门直径或进气道通道面积： 增加进气量，提高发动机转矩和功率 3、能在压缩行程终点产生挤气涡流：以提 高混合气燃烧速度，保证混合气充分燃烧 ·汽油机燃烧室： 在气缸盖底面通常铸有形状各异的凹坑， 保证火焰传播距离最短，以防止发生不正 常燃烧 ·柴油机燃烧室： 有直喷式和分隔式两种燃烧室。应与燃油 喷射、空气涡流运动进行良好配合。
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2、主动土压力 (active earth pressure)
当挡土墙在填土产生的土压力作用下向墙前移动和转动时，随着位移量 的增大，作用于墙后的土压力逐渐减少，当位移量达某一（微量）值 时，墙后土体处于主动极限平衡状态，此时作用于墙背上的土压力称
为主动土压力 — 以符号Ea表示
3、被动土压力(passive earth pressure) 当挡土墙在外荷载作用下推向土体时，随着墙向后位移量的增加，土体 对墙背的反力也逐渐增加，当位移量足够大，直到土体在墙的推压下 达到被动极限平衡状态时，作用于墙背上的土压力称为被动土压力—
无超载 墙背与填土之间无摩擦力，因而无剪力，即墙背为主应力面
塑性主动状态
当挡土墙离开土体向远离墙背方向移动时，墙后土体M有伸张的趋
势，此时单元在水平截面上的法向应力z不变而竖向截面上的法 向应x却逐渐减少（↓），直至满足极限平衡条件为止（称为主动 朗金状态），此时x 达最低限值a，因此，a是小主应力，而z 是大主应力，并且莫尔圆与抗剪强度包线相切。
大 小：
作用于单位墙长上的静止土压力： Ea
1 2
H
2
K
0
方 向:
静止土压力沿墙高为三角形分布
作用点： 静止土压力的作用点在距墙底处1 H 3
竖向的土自重应力 z = z
静止土压力强度
0=k0 z= k0 z
z
H dz
z
M
0
E0 1/3H
k0 H
静止土压力0的分布
2、主动土压力Ea、被动土压力Ep
刚度；地基的变形等 土压力分类（墙的位移情况及墙后填土所处的状态）
静止土压力 1、静止土压力(earth pressure at rest)
如果挡土墙在土压力作用下不发生移动或转动而保持原来位置，则墙后 土体处于弹性平衡状态，此时墙背所受的土压力称为静止土压力 — 以
挡土墙土压力演示 此时滑动面的方向与大主压力z的作用面（即水平面）成
=450+/2
塑性被动状态 当挡土墙在外力作用下挤压土体，水平截面上的法向应力z 不变， x不断增加（↑），直至满足极限平衡条件（称为被动朗金状态）时 x达最大限值p ，这时， x=p是大主应力，而z是小主应力，并 且莫尔圆与抗剪强度包线相切。 挡土墙土压力演示 此时滑动面的方向与小主压力z的作用面（即水平面）成 =450- /2
墙体位移与土压力的关系
二、土压力的计算
1、静止土压力（E0） 在填土表面下任意深度z处取出一微元体M，作用的应力（如图）：
竖向的土自重应力
z = z
静止土压力强度
0=k0 z= k0 z
式中， k0 —静止土压力系数，可近似按 k0= 1-sin /（ /为土的有效 内摩擦角）计算； —墙后填土容重，kN/m3。
第三章 侧压力
第一节 土的侧压力 第二节 水压力和流水压力 第三节 波浪荷载 第四节 冻胀力 第五节 冰压力 第六节 撞击力
内容提要
第一节、土的侧压力
一、土侧压力的分类 土的侧压力 挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向
压力 土侧压力的大小及其分布规律 挡土墙可能的运动方向；墙后填土的种类；填土面的形式；墙的截面
由土力学的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态时，大主
应力1和小主应力3之间应满足以下关系式：
粘 性 土 1=3tg2(450+/2)+2Ctg(450+/2)
或
3=1tg2(450-/2)-2Ctg(450-/2)
无粘性土 1=3tg2(450+/2)
或
3=1tg2(450-/2)
土体达主动极限平衡状态时，z= z不变，也即大主应力不变，而水
朗金土压力理论（Rankine’s earth pressure theory） 朗金土压力理论是根据半空间内的应力状态和土的极限平衡理论而
得出的土压力计算方法。 基本假定 对象为弹性半空间土体 填土面无限长 ❖ 不考虑挡土墙及回填土的施工因素 挡土墙的墙背竖直（=0）、光滑（=0）、填土面水平（=0）、
平应力x是小主应力a ，即
1= z= z 、 3= a
无粘性土 a= z tg2(450- /2)
或
a= z ka
粘 性 土 a= z tg2(450-/2)-2C tg(450-/2)
或
a ZKa 2C Ka
ka—主动土压力系数， ka = tg2(450- /2) ； —墙后填土的容重，kN/m3，地下水位以下用浮容重； C —填土的内聚力， kN/m2； z —所计算的点离填土面的深度。
无粘性土的主动土压力强度与高度成正比，沿高度的压力分布为三角
形（如图），单位墙长的主动土压力为：
Ea
1 H 2tg2 45
2
2
1 H
2
2Ka
Ea通过三角形的形心，即作用在离墙底H/3处。 粘性土的主动土压力强度包括两部分（如图）：
一 部 分: ZK a ~由土自重引起的土压力
另一部分: 2C Ka ~由内聚力 C 引起的负侧压力
k2a C
z
z0
H
a
Ea
a
z
dz
H/3
Ea
b
(H-z0)/3
Hka
H ka
(a)主动土压力的计算 (b)无粘性土 （c)粘性土
粘性土的侧压力分布仅是abc部分
实际上墙与土在很小的拉应力作用下就会分离，故在计算土压力时可略去 不计。
a点离填土面的深度常称为临界深度，在填土面无荷载的条件下，可令式 为零求得z0值，即：
以符号Ep表示
4、挡土墙土压力演示
5、E0、Ea、Ep三者的关系（如图）
试验研究表明：
在相同条件下，主动土压力Ea小于静止土压力E0 ，而静止土压力E0又 小于被动土压力Ep ，即 Ea<E0 <Ep ，而且产生被动土压力所需的位 移量p大大超过产生主动土压力所需的位移量a 。
E
Ea
E0
Ep
a
p
得:
Z0
2C Ka
a ZK a 2C Ka 0
如取单位墙长计算，则主动土压力Ea为：
Ea
1 H
2
Z0 HK a
2C
Ka
或
Ea
1 H
2
2Ka
2CH
Ka
2C 2
主动土压力Ea通过在三角形abc压力分布图的形心，即作用在离墙底
(H-z0)/3处
当墙受到外力作用而推向土体时，填土中任意一点的竖向应力z = z仍不变，而水平应力x却逐渐增大（↑），直至出现被动朗金状态， 此时， x是最大限值p ，因此p是大主应力，也就是被动土压力 强度，而z则是小主应力，即 3 = z = z 、 1 = p 挡土墙土压力演示