我国目前将城市道路分为四类:快速路、主干路、次干路及支路。
四级
2(汽车在道路上行驶时,1)可能遇到的阻力有哪些,2)试说明汽车正常行驶的必要条件和充分条件。
1.空气阻力,2.道路阻力 (包括滚动阻力 坡道阻力 惯性阻力)
2.有足够的牵引力来克服各种形式阻力是必要条件。
驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力是充分条件
3(汽车的牵引力与行驶速度有什么关系,
T=3600Nηt/V
如要获得较大的牵引力T,必须有较大的总变速比。但变速比越大,则车速就降低,因此对同一发动机不可能同时获得大的牵引力和高的车速。
4(汽车行驶的稳定性对道路的线形设计提出什么要求,
1.轨迹线是连续的,即在任何一点上不出现错头,折点或间断
2.轨迹线的曲率是连续的,即轨迹上任何一点上不出现两个曲率值。
3.轨迹线的曲率在里程或时间上的变化率是连续的,即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率值。
5(道路圆曲线半径的确定应考虑那些因素,
通常,道路等级一定,V 便确定下来,当横向力系数、超高横坡度值取允许的最大值时,R 就为最小值,即最小半径值与横向摩阻系数f f 、驾驶、乘客舒适性、燃油及轮胎耗损有关
6(道路设计中缓和曲线的功能有哪些,如何控制缓和曲线的性能,
1. 曲率连续变化,便于车辆遵循
2. 离心力逐渐变化,旅客感觉舒适
3. 超高横坡度逐渐变化,行车更加平稳
4. 与圆曲线配合得当,增加线形美观
1. 按离心加速度的变化率来确定回旋线的最小参数
2. 根据线形顺适与美观的要求,按圆曲线半径R的大小来确定缓和
曲线最小参数A
8(道路纵坡和坡长设计中有哪些技术指标方面的规定,
1.最大纵坡
2.高原纵坡折减
3.最小纵坡
4.平均纵坡
1.最大坡长限制
2.最小坡长限制
3.缓和坡段
9(城市道路纵断面设计时的标高控制点有那些,如何考虑道路平面和纵断面线形的结合问题,
12(道路横断面常见的路幅形式有哪些,分别适用于何种情况,
1. 单幅双车道
适用交通量范围大,通行要求不太高的情况,如二,三,四级公路。
2. 双幅多车道
适用设计车速高,通行能力大的公路,如高速公路。
3. 单车道
适用于交通量小,地形复杂,工程间距的山区公路或地方性道路。
13(在什么情况下,高速公路或城市快速路可采用“分离式断面”,“分离式断面”的道路设计有何特点,
为了利用地形或处于风景区等原因需要做成两条独立的单向行车公路。可以避免路基高边坡,还可以减少对山体的开挖破坏。
14(选线工作分哪几个步骤进行,
1.路线走向选择
2.路线走廊带选择
3.具体定线
15(为什么越岭线通常需要展线,展线常用哪3种形式,
在山岭地带,由于地面自然纵坡常大于道路设计容许最大纵坡,加上工程地质条件限制,就需要顺应地形,适当延伸线路长度沿山坡逐渐盘绕而上,以致达路线终点。这种减缓纵坡,延长起、终点间路线长度的设计定线,称为展线。
1.自然展线 2.回头展线 3.螺旋展线
16(平原区的地形特点和选线特点各有哪些,
1.地面高度变化微小
2.多为耕地
3.居民点较密
1.基本线形应该是短捷顺直
2.应按照公路的使用任务和性质,区别对待
3.总方向不宜过多偏离大的控制点
4.根据公路等级选择“进城”还是“近城”
17(山岭区的地形特点和选线特点各有哪些,
1.山高谷深,坡陡流急,路线平纵横三方面都收到约束
2.地质,气候条件多端
3.山脉水系清晰
1.沿河线(处理好河岸选择,线位高低和跨河地点三者的关系)
2.越岭线(垭口选择,过岭标高选择和垭口两侧路线展线的拟定)
3.山脊线(选定控制垭口,决定路线走分水岭的哪一侧,具体布设)
21(何谓交叉口竖向设计,竖向设计应满足的基本要求是什么,
立面设计就是交叉公共面的标高设计,协调好排水通畅和行车稳定的矛盾。
1.主路优先
2.右转弯车道上应满足相交公路共有部分及相邻的局部段落的岔路立面,转弯曲线所需要的超高,整个交叉范围内的路面排水和路容的需要
3.平面交叉范围内的路面排水应流畅。
24(完全互通式立交与不完全互通式立交的主要区别是什么,
不完全互通式立交不是每个方向的车辆都采用立体交叉的形式。由于受地形条件的限制或是考虑到主次干道上的交通量悬殊,在某些路口修建了部分互通式立交桥。它仅能保证主干道上直行车辆与其他方向的车辆立体交叉,而个别方向的车辆仍是平面交叉。因此,这种类型的立交桥次干道上的直行与左转弯车辆及主干道上的左转弯车辆是受交叉冲突点干扰的。
基础工程问答题
第二章 思考题
1 1 浅基础与深基础有哪些区别?
2 2 何谓刚性基础,刚性基础有什么特点?
3 3 确定基础埋置深度应考虑哪些因素?基础埋置深度对地基承载力、沉降有什么影响?
何谓刚性角,它与什么因素有关? 4 4
5 5 刚性扩大基础为什么要验算基底合力偏心距?
6 6 地基(基础)沉降计算包括哪些步骤?在什么情况下应验算桥梁基础的沉降? 7 7 水中基坑开挖的围堰形式有哪几种?它们各自的适用条件和特点是什么?
第三章 思考题
1 1 桩基础有何特点,它适用于什么情况?
2 2 柱桩和摩擦桩受力情况有什么不同?你认为各种条件具备时,哪种桩应优先考虑采
用?
3 3 桩基础内的基桩,在平面布设上有什么基本要求?
4 4 高桩承台和低桩承台各有哪些优缺点,它们各自适用于什么情况? 5 5 试述单桩轴向荷载的传递机理?
6 6 桩侧摩阻力是如何形成的,它的分布规律是怎样的?
7 7 单桩轴向容许承载力如何确定?哪几种方法较符合实际? ’ 8 8 什么是桩的负摩阻力?它产生的条件是什么?对基桩有什么影响? 9 9 打入桩与钻孔灌注桩的单桩轴向容许承载力计算的经验公式有什么不同?为什么不
同?
10 10 考虑基桩的纵向挠曲时,桩的计算长度应如何确定?为什么? 11 11 为什么在粘土中打桩,桩打入土中后静置一段时间,一般承载力会增加? 12 12 如何保证钻孔灌注桩的施工质量?
13 13 钻孔灌注桩成孔时,泥浆起什么作用?制备泥浆应控制哪些指标? 14 14 钻孔灌注桩有哪些成孔方法,各适用什么条件?
15 15 打入桩的施工应注意哪些问题?
16 16 从哪些方面来检测桩基础的质量?各有何要求?
第四章 思考题
1 1 什么是“m”法,它的理论根据是什么?此方法有什么优缺点? 2 2 地基土的水平向土抗力大小与哪些因素有关?
3 3 “m”法为什么要分多排桩和单排桩,弹性桩和刚性桩? 4 4 在“m”法中高桩承台与低桩承台的计算有什么异同?
5 5 用“m”法对举排桩基础的设计和计算包括哪些内容?计算步骤是怎样的? 6 6 承台应进行哪些内容的验算?
7 7 什么情况下需要进行桩基础的沉降计算,如何计算?
8 8 桩基础的设计包括哪些内容?通常应验算哪些内容?怎样进行这些验算? 9 9 什么是地基系数?确定地基系数的方法有哪几种?目前我国公路桥梁桩基础设计计
算时采用的是哪一种?
10 10 多排桩各桩受力分配计算时,采用的主要计算参数有哪些?说明各参数代表的含义?
第五章 思考题
1 1 沉井基础与桩基础的荷载传递有何区别?
2 2 沉井基础有什么特点?
3 3 简述沉井按立面的分类以及各自的特点。
4 4 沉井在施工中会出现哪些问题,应如何处理?
5 5 泥浆润滑套的特点和作用是什么?
6 6 沉井基础的设计计算包含哪些内容?
7 7 沉井基础基底应力验算的基本原理是什么?
8 8 沉井结构计算有哪些内容?
9 9 浮运沉井的计算有何特殊性?
10 10 简述沉井刃脚内力分析的主要内容。
11 11 地下连续墙有何优缺点?
12 12 地下连续墙施工中对泥浆有何要求?
13 13 地下连续墙计算分析时,如何计算土压力?
第六章 思考题
1 1 工程中常采用的地基处理方法可分几类?概述各类地基处理方法的特点,适用条件
和优缺点。
2 2 试用图阐明砂垫层的设计原理,它是如何达到处理软弱地基土要求的,如何选用理
想的垫层材料,如何确定砂垫层的厚度与宽度?
3 3 试说明砂桩、振冲桩对不同土质的加固机理和设计方法,它们的适用条件和范围? 4 4 强夯法和重锤夯实法的加固机理有何不同?使用强夯法加固地基应注意什么问题? 5 5 选用砂井、袋装砂井和塑料排水板时的区别是什么?
6 6 挤密砂桩和排水砂井的作用有何不同?
7 7 土工合成材料的作用是什么?
8 8 简述各种搅拌(桩)法各自的适用条件、加固机理及其优缺点。
9 9 什么是复合地基?现行的复合地基设计理论适用于什么情况,用它来计算地基承载
力有什么优缺点?
第七章 思考题
1 1 黄土为什么会有湿陷性?如何评价黄土的湿陷性?
2 2 什么叫起始湿陷压力,它与黄土地基设计有什么关系?
3 3 在湿陷性黄土地基上进行工程建设,应采取哪些措施防止地基湿陷对建筑物的危
害?
4 4 影响膨胀土胀缩特性的主要因素是什么?如何判别膨胀土?
5 5 膨胀土地区桥涵基础设计与施工的要点是什么?
6 6 基础工程的抗震设计应包括哪些内容?
7 7 反应谱理论有什么优缺点?
8 8 为什么在抗震设计和施工中应采取有效的抗震措施?在基础工程中有哪些有针对性
的抗震措施?
工程材料问答题
习题1 材料的力学性能
问答题
请解释材料的工艺性能、使用性能和力学性能含义
答:材料的工艺性能是指将材料加工成零件的难易性,包括可切削性、铸造性、锻压性、焊接性等。材料的工艺性好坏与所采用的加工方法有关。使用性能是指材料加工成零件后,是否好用、耐用,使用性能包括力学性能、物理性能、化学性能。力学性能是指材料受载荷作用时表现出的与变形、断裂相关的一系列性能,主要有强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等。
什么叫强度?常用的强度指标是哪两个?分别代表什么?
答:强度——材料受静载荷作用时,抵抗塑性变形和断裂的能力。常用的强度指标是:
屈服强度σs ——材料受静载荷作用时,抵抗塑性变形的能力。
抗拉强度(强度极限)σb ——材料受静载荷作用时,抵抗断裂的能力。
什么叫塑性?常用的塑性指标是哪两个?材料的塑性在工程上有何实用意义?
答:塑性——材料在受载荷作用时,发生永久性变形的能力。常用的塑性指标是:延伸率δ、断面收缩率ψ。塑性在工程上的实用意义:
塑性是变形加工(锻压)的条件。塑性较好的材料才可以进行变形加工。
塑性好的材料,不易脆断,应用时安全性比较好。
比较布氏硬度、洛氏硬度的测量方法、压头形状和硬度值有效范围。并指出各自的应用范围。
洛氏硬度在测试时可以直接在读数表上读出硬度值。
布氏硬度需根据测试条件和压痕直径查表才能得到硬度值。
金属材料的硬度与抗拉强度之间存在什么关系?这种关系有什么实用意义?
答:金属材料的硬度与强度有一定正比关系。在实际工作中,在不方便测试零件的强度时,常常通过测试其硬度来换算出强度,既简便,成本又低。但需要注意这样换算的数据是比较粗略的
材料的力学性能指标有很多(如强度、塑性、硬度、冲击韧度等),但是在零件图上,常常只标注硬度值要求,这是为什么?
答:测试强度、塑性需采用拉伸试验、测试韧性要用冲击试验,这些试验都是破坏性的,显然不适合于成品零件。
硬度试验很简便,对试验对象的损伤非常小,故适合于测试零件。硬度与其它性能指标之间有一定的对应关系,只要测得零件的硬度值,就可以估算其他性能的数值。
用洛氏硬度HRC 标尺测得某钢件的硬度为15HRC ,这个硬度值说明了什么?遇到这种情况应当怎样处理?
答:这个测试值低于HRC 标尺的有效范围,说明被测材料的硬度很低,用HRC 来测量不合适。可以改用洛氏HRB 标尺或布氏标尺HBS 来测试
下列材料需要测试硬度,各选用什么硬度试验方法?
(1)退火的钢 (2)淬火的钢 (3)铝合金、铜合金 (4)硬质合金
答:(1)退火的钢:用HBS 或HRB (2)淬火的钢:用HRC
(3)铝合金、铜合金:用HBS 或HRB (4)硬质合金:用HRA
什么叫冲击韧性?材料冲击韧性的好坏有什么意义?
答:冲击韧性 ak——材料受冲击载荷时,抵抗断裂的能力。冲击韧性高的材料,使用安全性好。
什么叫材料的疲劳现象?疲劳的危害是怎样体现的?
答:疲劳现象是零件(材料)在交变载荷长时间作用下,产生裂纹并逐渐扩展,最终导致突然断裂的现象。在裂纹萌生和扩展的较长一段时间中,是不易被发现的,而最终的断裂却是在瞬间发生的。因此,疲劳现象对于运行中的机器,尤其对飞行中的飞机,是危害性极大的事故隐患。飞机要进行定期检修,其中一个目的就是要检查一些关键零件是否产生了疲劳裂纹。
提高零件疲劳寿命的方法有哪些?
答:疲劳裂纹通常在零件薄弱部位的表面萌生。下列方法能提高零件抗疲劳性:
提高零件表面光洁度(降低表面粗糙度)。
零件截面和形状变化之处,设计为圆弧过渡,以减轻应力集中现象。
采用表面热处理、喷丸等方法对零件表面进行强化。
防止零件表面被划伤、腐蚀。
此外,采用无损检测技术定期对重要零件进行检测,争取在早期发现零件上的疲劳裂纹,也是预防疲劳断裂恶性事故的有效手段。
习题2 金属材料的基础知识
问答题:
什么需要了解金属的内部组织结构?
答:因为金属内部组织结构决定金属的性能,所以,要了解金属的性能及其变化规律,就有必要认识了解金属的内部组织结构。
金属的常见晶体结构有哪几种类型?下面几种金属的晶体结构各属于哪种类型?
α铁、γ铁、铜、铝、铬、镁、锌
答:体心立方晶格:α铁、铬; 面心立方晶格:γ铁、铜、铝;
密排六方晶格:镁、锌
在常温下,比较铁、铜、镁的塑性,哪一个的最好?哪一个最差?(提示:金属的塑性好坏与其晶体结构类型有关。)
答:铜是面心立方晶格,塑性最好;镁是密排六方晶格,塑性最差;铁在常温时体心立方晶格,塑性介于二者之间。
为什么单晶体是各向异性的,而多晶体却是各向同性的?
“各向异性” 为什么多晶体的金属在塑性变形以后也会出现各向异性?
答:多晶体的金属在塑性变形以后,晶粒沿变形方向被拉长或压扁,形成纤维组织,致使多晶体金属出现各向异性——在平行于纤维的方向上性能较好,在垂直于纤维的方向上性能较差
什么叫金属的加工硬化?加工硬化在生产中会带来哪些利弊?试举例说明。
答:当金属在发生塑性变形的时候,随着塑性变形程度的增大,金属的强度和硬度逐渐升高,塑性和韧性则逐渐降低,这种现象称为加工硬化。
除了加工硬化以外,塑性变形对金属还带来哪些影响?
答:塑性变形除了影响金属的力学性能外,还会使物理性能和化学性能发生变化,例如使金属的电阻率增大,抗腐蚀性降低等。
经过塑性变形的金属在加热时,随着温度的升高,会发生哪些变化过程?
答:经过塑性变形的金属处于一种不稳定的状态,如果其加热,就会使其组织和性能发生一系列变化,最终达到稳定的状态。这个变化过程可分为三个阶段,即:回复、再结晶和晶粒长大。
什么叫回复?回复原理在生产中有何应用?
答:将经过塑性变形的金属在低于再结晶温度的条件加热,其组织没有变化,仍然保持先前塑性变形时形成的纤维组织.加工硬化效应也保持下来,但内应力显著降低了,这种现象称为恢复。
生产中,一些在常温下经塑性变形制造的成品零件,为了使其保持加工硬化带来的高强度,而又基本消除有害的内应力,可将零件在回复的温度范围内加热保温,达到上述目的。这种热处理工艺叫做去应力退火。例如用冷拉钢丝制造的弹簧,绕成后在250~300℃去应力退火,使得弹簧既有较高的强度和弹性,外形和尺寸又很稳定。
什么叫再结晶?再结晶原理在生产中有何应用?
答:经过塑性变形的金属,被加热到高于再结晶温度时,将逐渐生成颗粒状的晶粒,取代变形的品粒,这个过程称为再结晶。当再结晶过程完成时,先前塑性变形造成的加工硬化也就消失,同时内应力也彻底消除了。
根据再结晶的原理,在生产中常常把经过冷变形加工的金属半成品加热到再结晶温度之上保温,使之发生再结晶,消除加工硬化,以利于继续变形加工。这种热处理工艺称为再结晶退火
冷变形与热变形有哪些区别?
答:在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热变形,在再结晶温度以下进行的称为冷变形。在冷变形的时候,金属要发生加工硬化,使变形越来越困难;在热变形的时候,金属既要发生加工硬化,同时又要发生再结晶软化。如果再结晶过程足够快,能够抵消加工硬化,则金属在热变形时就能保持低强度、高塑性的状态,使塑性变形加
工得以持续顺利进行。在锻压生产中,要预先把金属加热到一定温度再锻压,就是利用了热变形的原理。
将铜管弯曲成一定形状,随着弯曲程度增加,感觉越弯越费劲,而且铜管还容易破裂,这是什么原因?如何消除这种现象?
答:是因为铜管逐渐发生了加工硬化,使强度升高,继续变形需要更大的变形力;使塑性降低,继续变形就容易开裂。采用再结晶退火,能够消除加工硬化,使铜管的可变形性得到恢复。
用冷变形的方法将冷轧黄铜片做成弹簧,此弹簧有较高弹性和强度,但尺寸不稳定,而且耐腐蚀性不好。用什么方法可以保持其高弹性、高强度,同时又改善其尺寸稳定性和耐腐蚀性?
答:用低温去应力的方法,在再结晶温度之下加热保温,可达上述目的。
习题3 铁碳合金
问答:
铁碳合金的平衡组织有哪些?哪一种强度硬度低而塑性好?哪些硬而脆?哪一种具有较好的综合力学性能? 答:有铁素体(F)、珠光体(P )、渗碳体(Fe3C )、奥氏体(A )、莱氏体(Ld )。其中铁素体、奥氏体的强度硬度低而塑性好;渗碳体、莱氏体硬而脆;珠光体具有较好的综合力学性能。
铁碳合金状态图表达的内容是什么?
答:铁碳状态图反映了铁碳合金在平衡条件下,合金的组织与成分(含碳量) 、温度之间的关系;以及组织变化的规律。
根据铁碳状态图填写下表:
根据所具有的平衡组织,铁碳合金可以分为哪三大类?各类的组织有何特点?含碳量在什么范围?
根据所具有的平衡组织,钢可以分为哪三类?各类的组织有何特点?含碳量在什么范围?
一般所说的低碳钢、中碳钢、高碳钢的含碳量各在什么范围?要制造下列产品,各选用哪一类钢?为什么?
冲压成型的电器外壳;
轴、齿轮等机器零件;
刀具、冷冲压模。
答:低碳钢——wc 0.6%。
在冲压生产中,要求被冲压的板材的强度低、塑性好,所以应选用低碳钢板。
机械零件一般要求具有良好的综合力学性能,通常选用中等含碳量的钢。
刀具、冷冲压模要求具有高的硬度和耐磨性,通常选用含碳量高的钢。
根据铁碳状态图的知识解释下列现象:
在进行锻造和热轧之前,先要将钢加热到1000~1200℃。
钢可以锻造加工,而白口铁却不可以。
绑扎物件一般用铁丝(W C ≤0.2%的镀锌低碳钢丝),而起重机钢缆却是用W C ≥0.4%的钢丝制成的。
在常温,W C =1.2%的钢的强度反而比W C =0.8%的钢低。
用手锯锯W C =1.0%的钢,比据W C =0.2%的钢要费力些,而且锯条容易磨钝。
答:
在钢的热变形加工(如锻造、热轧) 中,首先要把钢加热到1000~1200℃,得到单一的奥氏组
织,因为奥氏体的强度低,塑性好,适宜锻造。而且此时钢的温度已远高于它的再结晶温度,
一旦变形就可以迅速地发生再结晶,这样就能保持“柔软的”状态,这对于塑性变形加工是十
分有利的。
钢被加热到足够高的温度,都可以得到单一的奥氏体,强度低而塑性好,适合锻造。白口铸铁
加热时不能得到单一的奥氏体组织,塑性始终很低,因此不能锻造。
低碳钢丝的强度低、塑性好,易于弯曲变形,适合用于捆绑物件。而含碳量较高的钢丝强度较
高,适于承受较大的拉力,可用于起重。
W C =0.8%的钢的组织是珠光体,W C =1.2%的钢的组织中除了珠光体以外还有网状渗碳体,网状渗
碳体会使钢的强度下降。
答:含碳量越高的钢硬度越高,故而锯起来费力,而且容易使锯条磨钝。
习题4 钢的热处理
什么叫热处理? 钢的热处理工艺是如何分类的?
答:热处理是采用适当的方式对固体材料进行加热、保温和冷却,以获得所需要的组织结构和性能的工艺。热处
理可作如下分类:
火、淬火、回火?普通热处理:退火、正? ?表面淬火热处理?表面热处理??氮 ??????2. 在机械制造过程中,热处理可以起哪些作用??化学热处理:渗碳、渗?
答:(1)在制造过程的前期,通过热处理改善材料或毛坯的工艺性能,使之易于加工成型。(例如降低硬度,改善可切削性;提高塑性,改善变形加工性) ,起这种作用的热处理工艺称为预备热处理。(2)在制造过程后期,这时零件已经或接近于成型,通过热处理赋予零件良好的使用性能(例如使刀具获得高硬度和耐磨性;使受力结构零件获得高强度) .起这样作用的热处理工艺称为最终热处理。(3)有些热处理工艺可起到消除零件的内应力,稳定零件的组织和性能,稳定零件的形状和尺寸的作用。例如用冷拉钢丝冷绕成型的弹簧的去应力退火,铸件退火等,就是起上述用途的
11. 什么叫退火?退火可以起哪些作用?
答:退火是将钢件加热到适当温度,保温一定时间,然后缓慢冷却的热处理工艺。退火工艺有多种,不同的退火工艺所起的作用和能达到的目的也不尽相同,概括起来大体如下:
降低钢件的硬度,以利于切削加工;改善钢件的塑性,以利于变形加工。
消除钢件中的残余内应力,防止变形和开裂。
细化晶粒,改善组织,并为最终热处理做好组织准备。
12. 什么叫完全退火? 完全退火的适用范围如何? 起什么作用?
答:完全退火是将钢完全奥氏体化以后,缓慢地冷却,获得接近于平衡状态组织的退火工艺。完全退火主要适用于中等含碳量的碳钢和合金钢的铸件、锻件和焊件。完全退火的作用是:消除在铸、锻、焊、热轧等热加工过程中产生的不良组织和内应力,降低钢的强度、硬度,以便切削加工;提高塑性,以便进行冷变形加工。
13. 什么叫球化退火? 球化退火的适用范围如何?起什么作用?
答:球化退火主要用于高碳的过析钢和过共析钢,得到的组织是球化体。球化退火的作用是使硬度降低、塑性提高,改善切削加工和冷变形的工艺性能,并且为淬火热处理作好组织准备。
14. 什么叫去应力退火,去应力退火的适用范围如何?起什么作用?
答:去应力退火是将钢和铸铁工件加热到500~650℃,经一定时间保温后,随炉缓慢冷却的工艺。在铸件、锻件、焊件中存在着内应力,内应力会使上述钢件在切削加工过程中或使用过程中出现变形.甚至产生裂纹。去应力退火的作用就是消除上述产品中的内应力。
15. 什么叫正火? 正火的适用范围如何? 起什么作用? 答:正火——将钢加热至完全奥氏体状态,然后在空气中冷却的热处理工艺。正火的应用:
用于中碳钢,代替完全退火,消除不良组织,改善可加工性。与完全退火相比,能够缩短工艺周期。
改善低碳钢(Wc <0.3%)的可切削性——克服粘刀现象。
代替调质热处理,降低处理成本——对于那些性能要求不高的一般机械零件,用正火代替调质,可简化热处理工艺,降低热处理成本。
16. 针对下列情况,选择合适的退火或正火工艺。
Wc=0.20%的钢件,切削时有粘刀现象。
Wc <0.20%的钢,在冷变形加工中,当变形量达到一定程度后,继续变形出现困难。
Wc=O.45%的锻造钢件,硬度偏高,切削时刀具磨损快。
Wc ≥0.77%的锻造钢件,硬度偏高,切削时刀具磨损快。
钢或铸铁材料的铸件,发现其形状和尺寸不稳定
Wc=0.45%钢制造的轴,对使用性能的要求不很高。
用冷拉钢丝冷绕的弹簧,需要稳定形状和尺寸。
答:①选用正火。 ②选用再结晶退火。 ③选用完全退火(或正火)。
④选用球化退火。 ⑤选用去应力退火。 ⑥选用正火。
⑦选用低温去应力退火。
17. 什么叫淬火? 钢淬火的目的是什么? 答:淬火——将钢加热至奥氏体状态,随后快速冷却的热处理工艺。 淬火的目的:是使钢件得到马氏体组织,从而使钢件的强度和硬度显著提高。淬火是强化钢件的重要手段。
21. 什么叫回火? 钢件在淬火后为什么必须回火?
回火——将经过淬火的钢件加热至727℃以下的某一温度,保温一段时间,然后冷却的热处理工艺。淬火虽然能大幅度地提高钢件的强度和硬度,但同时又使塑性和韧性明显降低;并且由于急速冷却,会在钢件中产生很大的内应力,可能造成钢件变形、开裂。由于上述原因,淬火的钢件必须经过回火才能投入使用。而且回火应当紧接着淬火及时进行。
22. 回火的作用是什么?
答:回火的作用是:
改善淬火钢件的塑性和韧性,调整力学性能,以满足使用性能的要求。
降低因淬火产生的内应力,防止变形和开裂。
稳定钢件的性能、尺寸和形状。
26. 什么叫钢的淬透性? 淬违睦受哪些因素影响?
答:淬透性—— 钢在一定的淬火条件下,获得 M 组织的可能性。影响淬透性的因素:1)钢的淬透性主要取决于钢中的合金元素,合金元素能显著提高钢的淬透性。2)含碳量对钢的淬透性有一定影响,但不及合金元素显著。
27. 对于形状复杂的零件或高精度的零件,如果需要淬火时,为什么通常选用合金钢来制造?
答:因为合金钢的淬透性比较好,淬火时可以采用冷却速度较为缓和的油冷,淬火内应力较小,零件变形和开裂的可能性相应地也比较小。
28. 什么叫钢的淬硬性? 淬硬性受什么因素影响?
答:淬硬性——钢经过淬火获得马氏体组织后,所能达到的硬度。钢的淬硬性取决于含碳量。含碳量高的钢,淬硬性比较高。
29. 在什么条件下工作的零件需要进行表面热处理? 表面热处理可以起什么作用?
答:有些零件在工作时,既要承受很大的静载荷与冲击载荷,表面又要受摩擦磨损。要求这些零件表面具有高的硬度和耐磨性,心部具有良好的综合力学性能。普通热处理不能使钢件达到上述要求,需要进行表面热处理。
30. 请叙述表面淬火的原理。常用的表面淬火方法有哪两种?
答:表面淬火是对钢件进行快速加热,使其表层迅速奥氏体化,然后快冷,使表层获得马氏体组织而得以强化。由于整个过程是在很短的时间内完成的,温度的变化尚未波及钢件心部,故心部的组织和性能不会发生变化。
31. 表面淬火适用于什么钢制造的零件? 配套的热处理是什么? 零件最终获得怎样的组织和性能?
答:表面淬火的适用对象:要求表面硬而耐磨、心部强韧的中碳钢零件。在表面淬火之前应先进行调质处理。最终将得到上面所要求的性能。
32. 什么叫化学热处理?
答:化学热处理——在高温下向零件表层渗入某些元素的原子,改变表层化学成分,从而改变表层的组织和性能的热处理工艺。
33. 对钢件渗碳的作用是什么? 为什么渗碳后还必须淬火、低温回火?
答:渗碳的作用是提高钢件表层的含碳量。渗碳后的钢件,虽然表面硬度有所提高,但也很有限(≤20HRC ),必须经过淬火,才能使表层得到有效强化。表层硬度可达约60HRC 。
34. 适合于渗碳的钢的含碳量在什么范围? 经过渗碳、淬火和低温回火后,组织和性能是怎样的?
答:适合于渗碳的钢的含碳量一般≤0.2%。经过渗碳、淬火和低温回火后,可获得表面硬而耐磨、心部强韧的性能。
39. 请为下列钢件选择合适的热处理工艺:
45钢(Wc=0.45%) 零件,要求具有一般的综合力学性能。
40Cr 销(Wc=0.40%) 零件,要求具有良好的综合力学性能。
60Si2Mn 钢(Wc=O.65%) 弹簧,要求高弹性。
冷拉70钢丝冷绕成的小弹簧,要求高弹性。
答:⑤ T10钢(Wc=1.O%) 刀具,要求高硬度和耐磨性。
选用正火代替调质,可简化工艺,降低热处理成本。
选用调质。
淬火+中高温回火。
选用低温去应力退火(亦称稳定化处理或时效),既保持高弹性,由消除内应力。
淬火+低温回火。
40.下列零件要求表面具有高硬度和耐磨性以反抗疲劳性.心部有良好的综合力学性能,请选择合适的热处理工艺。
20Cr 齿轮。
40Ct 齿轮。
40CrNiMo 精密主轴。
答:
20Cr 齿轮:选用渗碳并淬火+低温回火。
40Cr 齿轮:选用调质并表面淬火。
40CrNiMo 精密主轴:选用调质并渗氮。
41. 下列说法正确与否? 为什么?
1一种钢在奥氏体化以后,冷却越快,得到的硬度越高。 ○
2钢在淬火时,冷却越快越好。 、 ○
3钢经过淬火获得马氏体组织后,处于硬脆的状态。 ○
4钢中合金元素含量越多,则淬火后硬度就越高。 ○
⑤钢的含碳量越高,淬透性越高。 ‘
⑥钢经过渗碳后,表面就有很高的硬度。
⑦某钢件经过淬火、回火后达到使用性能要求,则可称回火为最终热处理。
1不完全对。当冷却速度小于临界冷速时,上述说法成立;但冷却速度大于临界冷速时,奥氏体转变为答:○
马氏体,钢的硬度取决于其含碳量。
2错。淬火时冷速只要大于临界冷速即可,过快冷却会增大内应力,容易导致钢件变形与开裂。 ○
3不完全对。中高碳钢是如此,而低碳钢淬火后仍有较好的韧性。 ○
4错。钢的淬硬性取决于其含碳量,与合金元素基本无关。 ○
5错。钢的淬透性取决于其所含合金元素,与含碳量无关。 ○
6错。渗碳后必须经过淬火,表面硬度才能显著提高。 ○
⑦错。因为是淬火与回火共同决定钢件的最终性能,故最终热处理应是指淬火+回火。 ○
习题5 常用的钢
怎样从不同的角度对钢进行分类?
答:(1)按平衡组织分类:亚共析钢、共析钢、过共析钢;
(2)按含碳量分类:低碳钢、中碳钢、高碳钢;
(3)按含合金元素与否分类:非合金钢(碳素钢)、合金钢;
(4)按冶金质量分类:普通钢、优质钢、高级优质钢;
(5)按用途分类:结构钢、工具钢、特殊钢。
普通结构钢分哪两大类?
答:普通结构钢冶金质量不很高(对有害杂质硫、磷的含量控制不很严格),含碳量一般较低,强度不
很高,但能满足一般钢结构的要求;塑性较好,易于变形加工;可焊性良好;应用时一般不进行热处理;
价格较便宜。
普通结构钢有哪些特点?有哪些用途?
答:普通结构钢分为碳素结构钢和低合金高强度结构钢两大类。
习题6 有色金属、硬质合金
问答题:
铝合金怎样分类?
答:按照成形方法,铝合金分为变形铝合金和和铸造铝合金两大类。其中变形铝合金又可以根据性能特点分为防锈铝合金、硬铝合金、锻造铝合金、超硬铝合金。
试述各种变形铝合金的性能特点和用途。
答:
(1)防锈铝 有较好的耐腐蚀性,但不能时效强化,强度较低(σb ≤280MPa ),塑性和焊接性较好。可制造飞机上要求耐腐蚀、但受力不大、轻质的非结构件:油箱、油管、防锈蒙皮、铆钉等,也可制造日用器皿。
(2)硬铝 可以固溶+时效强化,强度较高( σb =300~460MPa ),但耐腐蚀性不及防锈铝。可制造受力较大的结构件:如机翼桁条、蒙皮等。
(3)锻铝 具有良好的可锻性,可以固溶+时效强化,强度与硬铝相当耐腐蚀性较好。制造高强度的轻质锻件,如飞机螺旋桨、压气机叶片、框架。也用于生产建筑铝合金型材。
(4)超硬铝 可以固溶+时效强化,在铝合金中属强度最高的一类( σb =600MPa)。但耐腐性性差。制造轻质高强结构件,如飞机的承力梁、螺旋桨、轻型飞机的起落架等
要强化铝合金,应当采用什么热处理方法?
答:采用固溶+时效的方法。其中时效处理又分人工时效、自然时效。
对铝合金进行淬火(亦称固溶处理)能立即使铝合金显著强化吗?对铝合金淬火的作用是什么?
答:对铝合金进行淬火的作用是为时效强化作准备,固溶处理不能直接使铝合金得以强化。
铝合金的退火方法有哪两种?各自的作用是什么?
答:铝合金的退火方法有两种:(1)完全退火(再结晶退火)——加热温度约400℃。用于冷变形加工的半成品,作用是消除加工硬化,以便继续冷变形加工。(2)不完全退火(去应力退火)——加热温度约150~200℃。用于冷变形加工的成品零件,作用是消除冷变形产生的内应力,同时又部分消除加工硬化,以便再次进行少量的变形加工。
什么叫“冰箱铆钉”?在用冰箱铆钉进行铆接时应当注意什么事项?
答:“冰箱铆钉”是一种用可以自然时效的铝合金(如2A12等)制成的铆钉。使用前先将其固溶处理(淬火),然后立即放入冰盒中保存。在低温环境中铆钉不会发生时效强化,处于低强度、高塑性状态(适合于铆接)。使用时,从冰箱中取出铆钉,在一定时间内进行铆接。铆接后,铆钉在常温会发生自然时效而强化。应当注意:铆接工作应当在孕育期内完成,否则因自然时效强化而不好铆接。
铝合金、镁合金的强度与钢相比怎么样?为什么铝合金、镁合金都是重要的航空材料?
铝合金和镁合金的强度都比钢低。但是,由于它们的密度小,比强度高,适合于制造轻质高强的结构件,所以都是重要的航空材料。
试述钛合金的特性。在航空燃气涡轮发动机上,钛合金主要用来制造哪些零件?为什么?
答:钛合金具有如下特点:强度高(σb=400~1400Mpa ),密度小(4.5),比强度很高。塑性韧性较好。耐热性好,在400~500℃仍然保持较高强度,而且无明显氧化。低温韧性好。耐腐蚀。在航空燃气涡轮发动机上,钛合金主要用于制造压气机零件,如压气机机匣、压气机盘、压气机叶片等。
铜合金是怎样分类的?
答:(1)按成分和色泽分类:紫铜(纯铜)、黄铜(Cu-Zn )、白铜( Cu-Ni)、青铜(Cu-其它元素);(2)按成形方法分类:变形加工铜合金、铸造铜合金。
什么是黄铜?为什么黄铜中锌的含量一般不超过45%?
答:以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。如果黄铜中锌的含量超过45%,不仅塑性很低,而且强度将急剧下降,所以实用的黄铜含锌量不超过45%。
什么是青铜?举例说明青铜的用途。
答:青铜泛指除黄铜(Cu-Zn )、白铜(Cu-Ni )以外的其它铜合金,常用的有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。青铜用于制造与钢件配合的耐磨零件,如滑动轴承、蜗轮、传动螺母等;还可制造仪表齿轮、导电弹性元件等。
高温合金和耐热钢应具有哪两种基本性能?在航空燃气涡轮发动机上,高温合金主要用来制造哪些零件?
答:高温合金和耐热钢应具有高的热强度、高的热稳定性这两种基本性能。在航空燃气涡轮发动机上,高温合金主要用来制造燃烧室、涡轮叶片、涡轮盘、尾喷管等零件。
粉末冶金工艺由哪几个环节组成?
答:粉末冶金工艺主要由:制取粉末、混料、压制成形、烧结、后处理等几个环节组成。
试述硬质合金的特性与用途。
答:硬度非常高,能够切削硬度为55HRC 左右的淬火钢。热硬性非常好,在800~1000℃的高温仍能保持高硬度。耐磨性好,刀具寿命可比高速钢高若干倍。抗拉强度和冲击韧性比较低。硬质合金的用途:制造刀具、量具和冷变形模具。
下列牌号代表什么材料?
3A21(LF21)、 2A12(LY12)、 7A04(LC4)、 2A50(LD5)、 ZL104、 H68、 HMn58-2、 ZCuZn31Al2、 ZCuSn10Zn2、 QSn6、 TC4 、 TA8、YG8、YT15、YW2
答:3A21(LF21):防锈铝 2A12(LY12):硬铝 7A04(LC4)超硬铝
2A50(LD5):锻铝 ZL104:铸铝 H68:普通黄铜
HMn58-2:特殊黄铜(锰黄铜) ZCuZn31Al2:铸造黄铜 ZCuSn10Zn2:铸造青铜
QSn6:锡青铜 TC4:钛合金(α+β型) TA8:钛合金(α型)
YG8:钨钴类硬质合金 YT15:钨钴钛类硬质合金 YW2:钨钴钛钽类(通用型)硬质合金
请选择合适的材料来制造下列产品:
蜗轮、传动螺母、轴套
仪表中的弹簧、齿轮
飞机的油箱油管
轿车轮毂、内燃机汽缸体
飞机蒙皮、骨架
航空燃气涡轮发动机的压气机叶片、压气机盘(工作温度约400℃)
航空燃气涡轮发动机的涡轮叶片、涡轮盘(工作温度约1000℃)
答:(1)蜗轮、传动螺母、轴套——选铸造青铜,例如ZCuSn10Zn2。
(2)仪表中的弹簧、齿轮——选锡青铜,例如QSn6。
(3)飞机的油箱油管——选防锈铝,例如3A21(LF21)。
(4)轿车轮毂、内燃机汽缸体——选铸铝,例如ZL104。
(5)飞机蒙皮、骨架——选硬铝,例如2A12(LY12)。
(6)航空燃气涡轮发动机的压气机叶片、压气机盘(工作温度约400℃)——选钛合金,例如TC4和TA8。
(7)航空燃气涡轮发动机的涡轮叶片、涡轮盘(工作温度约1000℃)——选高温合金,如GHI69等。
习题7 非金属材料
什么叫高分子材料?人工合成高分子材料可分为哪三大类?
答:高分子材料——以高分子化合物为主要成分的材料。常用的人工合成高分子材料可分为塑料、橡胶、合成纤维三大类。
热塑性塑料、热固性塑料在性能上有何差异?
答:热塑性塑料加热会逐渐软化、融化,冷却时变硬、固化,上述过程可以反复进行。可以溶解于某些有机溶剂。废料可以回收利用。
热固性塑料在成型时加入固化剂,一旦成型就成为坚硬的塑料制品,既不能融化、也不会溶解。废料不可回收利用。一般来说,热固性塑料的耐热性优于热塑性塑料。
请写出三种透明塑料的名称。
答:聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃,PMMA )、聚碳酸酯(PC )、聚苯乙烯(PS )。
什么叫陶瓷材料?普通陶瓷和特种陶瓷在成分上有何差别?
答:陶瓷材料是无机非金属材料的统称。普通陶瓷是以天然硅酸盐矿物(长石、粘土、石英等)为原料,经原料加工(制粉)—成型—烧结制成的固体材料,又称为硅酸盐陶瓷。主要用于日用、建筑、化工等领域。特种陶瓷又称为精细陶瓷,是人工合成的高纯度无机化合物(如SiO2、SiC 、BN 、SiN 等)制成的固体材料。主要用于机械、电子、能源、冶金、化工和一些高新技术领域。
下表列出若干条对材料性能的描述。请选择正确答案的代号填在相应材料下方的表格中。
答:
橡胶有哪些优良性能?下列制品分别是利用橡胶的哪些性能?
(1)氢气球 (2)轮胎 (3)麦克风电缆包皮 (4)化工用胶手套
答:橡胶的优良性能有:1)高弹性、2)气密性好、3)耐磨性好、4)电绝缘性高、5)耐腐蚀、6)减震、消振、吸音、7)柔韧性好。下列产品分别利用橡胶的性能是:
氢气球 :利用高弹性、气密性
轮胎 :利用气密性、耐磨性、减震性
麦克风电缆包皮:电绝缘性、柔韧性
化工用胶手套:利用气密性、耐腐蚀性、柔韧性
习题8 复合材料
什么叫复合材料?复合材料可以怎样分类?
答:复合材料是将两种或两种以上理化性质不同的材料,经人工组合而得到的性能更加优良的材料。复合材料按基体相可分为树脂基复合材料和金属基复合材料;按增强相可分为颗粒增强、纤维增强、叠层增强复合材料;按用途可分为结构复合材料和功能复合材料。
复合材料有哪些性能特点?
答:复合材料具有比强度高、. 抗疲劳性好、. 缺口敏感性低、破断安全性高、. 消振性好等特点。
什么叫玻璃钢?举例说明玻璃钢的用途。
答:玻璃钢是以玻璃纤维或玻璃纤维布为增强相,以合成树脂为基体相组成的复合材料,也可以称为玻璃纤维增强塑料。
什么是碳素复合材料?为什么碳素复合材料在飞机上得到很多应用?试举出几个用碳素复合材料制造的飞机构件的例子。
答:制造飞机螺旋桨、副油箱、雷达罩、头部锥体、滑翔机等。
基础工程问答题
桩的工程作用:
预制桩:在地面上预先制作好钢筋混凝土桩身,然后通过锤击、静压或振动等方法将预制桩沉入地基内到达的深度,形成桩基础。
桩径较小0.6m以下;地基土为砂性土、粉土、细砂及松散的不含大卵石的土。
灌注桩:在施工现场的桩位上,通过机械钻凿或人工挖掘等方法形成桩孔,然后孔内放入钢筋笼,灌注混凝土,形成钢筋混凝土灌注桩。
桩长桩径变化大,应用广。
适用性:? 天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物;
? 天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大,需利用桩基减少沉降的建筑物。
? 重型工业厂房和荷载很大的建筑物,如仓库、料仓等;
? 软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物;
? 作用有较大水平力和力矩的高耸结构物(如烟囱、水塔等)的基础,或需以桩承受水平力或上拔力的其它情况;
? 需要减弱其振动影响的动力机器基础,或以桩基作为地震区建筑物的抗震措施;
? 地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础;
? 需穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物基础。
桩基设计应满足下列基本条件:
单桩承受的竖向荷载不应超过单桩竖向承载力特征值;
桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值;
对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。
桩基设计内容
? 桩的类型和几何尺寸的选择;
? 单桩竖向(和水平向)承载力的确定;
? 确定桩的数量、间距和平面布置;
? 桩基承载力和沉降验算;
? 桩身结构设计;
? 承台设计;
? 绘制桩基施工图。
端承型桩是指桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受的桩。端承型桩包括端承桩和摩擦端承桩两类。当桩侧阻力很小可以忽略不计时,称为端承桩。
摩擦型桩是指桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受的桩。摩擦型桩包括摩擦桩和端承摩擦桩。当桩端阻力很小可以忽略不计时,称为摩擦桩。
端承型桩:其桩端一般进入中密以上的砂类、碎石类土层,或位于中风化、微风化及新鲜基岩顶面。这类桩的侧摩阻力虽属次要,但不可忽略。
端承桩:桩的长径比较小(一般l,d?10),桩身穿越软弱土层,桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中风化、微风化及未风化硬质岩石顶面(即入岩深度hr?0.5d)。
嵌岩桩:当桩端嵌入完整和较完整的中风化、微风化及未风化硬质岩石一定深度以上(hr> 0.5d)时, 称为嵌岩桩。工程实践中,嵌岩桩一般按端承桩设计。但这并不意味着嵌岩桩不存在侧阻和嵌岩阻力。
摩擦型桩:桩端持力层多为较坚实的粘性土、粉土和砂类土,且桩的长径比不很大。
摩擦桩:具备下列条件之一时:
? 桩的长径比很大,桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土,因而桩端下土层无论坚实与否,其分担的荷载都很小;
? 桩端下无较坚实的持力层;
? 桩底残留虚土或残渣较厚的灌注桩;
? 打入邻桩使先设置的桩上抬、甚至桩端脱空等情况。
桩停止锤击的控制原则:?桩端位于一般土层时,以控制桩端设计标高为主,贯入度可作参考;?桩端过到坚硬、硬塑的粘性土、粉土、中密以上砂土、碎石类土以及风化岩时,以贯入度控制为主,桩端标高作参考。
混凝土预制桩:普通混凝土预制桩、预应力混凝土管桩(PC)、预应力高强混凝土管桩(PHC)、预应力混凝土空心方桩。预应力混凝土管桩采用先张法预应力工艺和离心成型法制作。经高压蒸气养护生产的为预应力高强混凝土管桩(代号为PHC桩),其桩身离心混凝土强度等级不低于C80;未经高压蒸气养护生产的为预应力混凝土管桩(代号为PC桩),其桩身离心混凝土强度等级C60, C80。
预应力混凝土空心方桩:相比管桩,承载力更高,成本低,抗震性好,更易成桩。
钢桩的穿透能力强,自重轻、锤击沉桩的效果好,承载能力高,无论起吊、运输或是沉桩、接桩都很方便。但钢桩的耗钢量大,成本高,抗腐蚀性能较差,须做表面防腐蚀处理,目前我国只在少数重要工程中使用。
混凝土预制桩 主要优缺点:桩身质量好,施工工期短。桩径较小,穿透能力有限,配筋量较大。
灌注桩:灌注桩是直接在所设计桩位处成孔,然后在孔内加放钢筋笼(也有省去钢筋的)再浇灌混凝土而成。
特点:
适用于各种地基土,桩端可进入中、微风化岩层;
桩径可较大,配筋量小;
桩长可按要求确定;
桩身质量相对较差。
1)沉管灌注桩:沉桩方式:锤击、振动、振动冲击。
特点:施工设备简单,沉桩进度快,成本最低,但很易产生缩颈(桩身截面局部缩小)、断桩、局部夹土、混凝土离析和强度不足等质量问题。
2)钻(冲、磨)孔灌注桩:特点:桩径大; 能克服流砂、消除孤石等障碍物;桩端能进入微风化硬质岩石。成本高;现场不够环保(泥浆护壁时)。
3)挖孔桩
挖孔桩的优点:
可直接观察地层情况,孔底易清除干净,设备简单,噪声小,场区各桩可同时施工,桩径大,适应性强,桩端可以入岩,又较经济;
缺点:
桩孔内空间狭小、劳动条件差,可能遇到流砂、塌孔、有害气体、缺氧、触电和上面掉下重物等危险而造成伤亡事故,在松砂层(尤其是地下水位下的松砂层)、极软弱土层、地下水涌水量多且难以抽水的地层中难以施工或无法施工。
4)爆扩灌注桩
按挤土效应分类:
(1)挤土桩,,实心的预制桩,下端封闭的管桩,木桩,沉管灌注桩
挤土桩在锤击、振动贯入或压入过程中,都将桩位处的土大量排挤开因而使桩周土层受到严重扰动,土的原状结构遭到破坏,土的工程性质有很大变化。粘性土由于重塑作用而降低了抗剪强度,孔隙水压力升高(土体固结后强度会更高);而非密实的无粘性土则由于振动挤密而使抗剪强度提高。
在饱和粘性土中挤土桩若设置过密,会使土体产生横向位移和竖向隆起,致使先打入的
桩被推移或被抬起,或对邻近的结构物造成重大影响。
(2)非挤土桩,,钻、冲、挖孔桩
设桩时桩周土不但没有受到排挤,相反可能因桩周土向桩孔内移动而产生应力松弛现象。因此,非挤土桩的桩侧摩阻力常有所减小。
(3)部分挤土桩,,开口的管桩、钢管桩、H型钢桩
影响荷载传递的因素:
1)桩端土与桩周土的刚度比;
2)桩土刚度比;
3)桩端扩底直径与桩身直径之比;
4)桩的长径比。
单桩竖向承载力特征值 R=Q/2 au
竖向荷载作用下,由于承台、桩、土相互作用,群桩基础中的一根桩单独受荷时的承载力和沉降性状,往往与相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有显著差别,这种现象称为群桩效应。
端承型群桩基础中各根单桩的工作性状接近于独立单桩,故η,1。
对打入较疏松的砂类土和粉土中的挤土群桩,其桩间土和桩端土被明显挤密,所以群桩效应系数η常大于1。
设计群桩基础时,一般可不考虑群桩效应对单桩竖向承载力的影响,即取群桩效应系数η,1,但对摩擦型桩基、设计等级为甲级以及部分乙级的建筑物桩基,必须进行沉降验算,以确保桩基沉降不超过允许值。
桩的质量检验: 1)开挖检查。2)抽芯法。3)声波检测法。4)动测法。
群桩承载力不符合设计要求时的补救措施:
1.对中小直径桩(非端承桩)
当承载力相差较多时,必须补桩,并重新设计承台;
当承载力相差不多时,可通过加大承台面积、加大承台间联系梁的刚度等措施来弥补。
2.对大直径灌注桩
通常须对地基或桩身砼作补强处理。
减沉桩特点:1)是摩擦型桩;
2)桩顶荷载接近或达到其极限承载力(桩身材料强度要有一定的安全储备);
3)桩距大。
桩顶沉降,桩身压缩量,桩端沉降
桩端沉降:(1)桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力扩散角向下传递,致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降;
(2)桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。
在桩顶竖向荷载作用下,当桩相对于桩侧土体向下位移时,土对桩产生的向上作用的摩阻力,称为正摩阻力。但是,当桩侧土体因某种原因而下沉,且其下沉量大于桩的沉降(即桩侧土体相对于桩向下位移)时,土对桩产生的向下作用的摩阻力,称为负摩阻力。
对可能出现负摩阻力的桩基,宜按下列原则设计:?对于填土建筑场地,先填土并保证填土的密实度,待填土地面沉降基本稳定后再成桩;?对于地面大面积堆载的建筑物,采取预压等处理措施,减少堆载引起的地面沉降;?对位于中性点以上的桩身进行处理,以减少负摩阻力;?对于自重湿陷性黄土地基,采取强夯、挤密土桩等先行处理,消除上部或全部土层的自重湿陷性;?采用其他有效而合理的措施。
基础工程问答题
?1.浅基础和深基础的区别 浅基础埋入地层深度较浅施工一般采用敞开挖基坑修筑基础的方法浅基础在设计计算时可以忽略基础侧面土体对基础的影响基础结构设计和施工方法也较简单深基础埋入地层较深结构设计和施工方法较浅基础复杂在设计计算时需考虑基础侧面土体的影响。 ?2.何谓刚性基础刚性基础有什么特点 当基础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大于由基础反力产生的弯曲拉应力和剪应力时断面不会出现裂缝基础内部不需配置受力钢筋这种基础称为刚性基础。 刚性基础的特点是稳定性好施工简便能承受较大的荷载所以只要地基强度能满足要求他是桥梁和涵洞等结构物首先考虑的基础形式。 2.1.护筒的作用固定桩位并作钻孔导向保护孔口防止孔口土层坍塌隔离孔内孔外外表层氺并保持钻孔内水位高出施工水位以稳固孔壁。 ?3.确定基础埋深应考虑哪些因素基础埋深对地基承载力沉降有什么影响 1.地基的地质条件2河流的冲刷深度3当地的冻结深度4上部结构形式5当地的地形条件6保证持力层稳定所需的最小埋置深度。? 基础如果埋置在强度比较差的持力层上使得地基承载力不够直接导致地基土层下沉沉降量增加从而影响整个地基的强度和稳定性。 ?4.何谓刚性角它与什么因素有关 悬出部分在基底反力作用下在a-a截面所产生的弯曲拉力和剪力不超过基底圬工的强度极值。满足上述要求时就可以得到自墩台身边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大夹角称为刚性角。它与基础圬工的材料强度有关。 ?5.桩基础的特点适用于什么情况 答具有承载力高稳定性好沉降小而均匀在深基础中具有耗用材料少施工简便的特点。1荷载较大适宜的地基持力层位置较浅或人工基础在技术上经济上不合理时。2河床冲刷较大河道不稳定或冲刷深度不易计算正确位于基础或结构下面的土层有可能被侵蚀.冲刷.如采用深基础不能保证安全时3当基础计算沉降过大或建筑物对不均匀沉降敏感时采用桩基础穿过松软高压缩层将荷载传到较结实低压缩性土层以减少建筑物沉降并使沉降较均匀。4当建筑物承受较大的水平荷载需要减少建筑物的水平位移和倾斜时5当施工水位或地下水位较高采用其他深基础施工不便或经济上不合理时。6地震区在可液化地基中采用桩基础可增加建筑物的抗震能力桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层可消除或减轻地震对建筑物的危害。 ?6.柱桩与摩擦桩受力情况有什么不同在各种情况具备时优先考虑哪种 答摩擦桩基桩所发挥的承载力以侧摩擦力为主。柱桩基桩所发挥的承载力以桩底土层的抵抗力为主。在各种条件具备时应优先考虑柱桩因为柱桩承载力较大较安全可靠基础沉降也小。 ?7.高桩承台和低桩承台各有哪些优缺点它们各自适用于什么情况 答高桩承台是承台底面位于地面以上由于承台位置较高在施工水位以上可减少墩台的圬工数量避免或减少水下作业施工较为方便但稳定性低 低桩承台是承台的承台底面位于地面以下在水下施工工作量大但结构稳定 ?8.试述单桩轴向荷载的传递机理 答单桩轴向荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力组成随着荷载增加摩阻力随之增加桩身摩阻力达到极限后荷载再增加桩端阻力增加当桩端阻力达到了极限即达到了桩的极限承载力 ?9.桩侧摩阻力是如何形成的它的分布规律是怎么样的 答桩侧摩阻力除与桩土间的相对位移有关还与土的性质桩的刚度时间因素和土中应力状态 以及桩的施工方法有关。桩侧摩擦阻力实质上是桩侧土的剪切问题。桩侧土极限摩阻力值与桩侧土 的剪切强度有关随着土的抗剪强度的增大而增大从位移角度分析桩的刚度对桩侧摩阻力也有影响 在粘性土中的打入桩的桩侧摩阻力沿深度分布的形状近乎抛物线在桩顶处的摩阻力等于零。 ?10.单桩轴向容许承载力如何确定哪几种方法比较符合实际 答1静载试验法2经验公式法3静力
触探法4动测试桩法5静力分析法 最符合实际的是静载实验法与经验公式法。 ?11.什么是桩的负摩阻力它产生的条件是什么对基桩有什么影响 答当桩周土体因某种原因发生下沉其沉降变形大于桩身的沉降变形时在桩侧表面将出现向下的摩阻力称其为负摩阻力。桩的负摩阻力的发生将使桩侧土的部分重力传递给桩阴齿负摩阻力不但不能为桩承载力的一部分反而变成施加在桩上的外荷载。 ?12.为什么在粘土中打桩桩打入土中后静置一段时间一般承载力会增加 答静置一段时间加速土排水固结土层更加密集桩与土之间的粘结力增加摩擦角增加导致剪切强度增加桩侧极限摩阻力增加承载力增加同时桩底土层抗力也相应增加。 ?13.如何保证钻孔灌注桩的施工质量 根据土质、桩径大小、入土深度和机具设备等条件选用适当的钻具和钻孔方法。采用包括制备有一定要求的泥浆护壁提高孔内泥浆水位灌注水下混凝土等相应的施工工艺和方法并且在施工前应做试桩以取得经验。 ?14.钻孔灌注桩成孔时泥浆起什么作用制备泥浆应控制哪些指标 1、在孔内产生较大的静水压力可防止坍孔。 2、泥浆向孔外土层渗漏在钻进过程中由于钻头的活动孔壁表面形成一层胶泥具有护壁作用同时将孔内外水流切断能稳定孔内水位。 3、泥浆相对密度大具有挟带钻渣的作用利于钻渣的排出此外还有冷却机具和切土润滑的作用降低钻具磨损和发热活动。 孔内保持一定稠度的泥浆一般相对密度以1.1-1.3为宜在冲击钻进大卵石层时可用1.4以上粘度为20s含砂率小于6。在较好的粘性土层中钻孔也可灌入清水使钻孔内自造泥浆达到固壁效果。调制泥浆的粘土塑性指数不宜小于15. ?15.钻孔灌注桩有哪些成孔方法各使用什么条件 1、旋转钻进成孔适用于较细、软的土层在软岩中也可以使用成孔深度可达100米 2、冲击钻进成孔适用于含有漂卵石、大块石的土层及岩层也能用于其他土层成孔深度不大于50米。 3、冲抓钻进成孔适用于粘性土、砂性土及夹有碎卵石的沙砾土层成孔深度应小于30米。 ?16.从哪些方面来检测桩基础的质量各有何要求 1、桩的几何受力条件检验桩的几何受力条件主要是指有关桩位的平面布置、桩身倾斜度、桩顶和桩底标高等要求这些指标在容许误差的范围之内。 2、桩身质量检验对桩的尺寸构造及其完整性进行检测验证桩的制作或成桩的质量。 3、桩身强度与单桩承载力检验保证桩的完整性检测桩身混凝土的抗压强度预留试块的抗压强度不低于设计采用混凝土相应抗压强度对于水下混凝土应高于20。 ?17.什么是“m”法它的理论根据是什么此方法有什么优缺点 假定低级系数C随深度成正比例地增长m称为地基土比例系数。 m法的基本假定是认为桩侧土为温克尔离散线性弹簧不考虑桩土之间的粘着力和摩擦力桩作为弹性构件考虑当桩受到水平外力作用后桩土协调变形任一深度Z处所产生的桩侧土水平抗力与改点水平位移成正比且地基系数C随深度成正比增长。 1根据“m”法假定土的弹性抗力与位移成正比而此换算忽视了桩身位移这一重要影响因素2换算土层厚Hm仅与桩径有关而与地基土类、桩身材料等因素无关显然过于简单。 ?18.地基土的水平向土抗力大小与哪些因素有关 取决于土体性质、桩身刚度、桩的入土深度、桩的截面形状、桩距及荷载等因素。 ?19.“m”法为什么要分多排桩和单排桩弹性桩和刚性桩 单排桩是指在于水平外力H作用面向垂直的平面上由多根桩组成的单排桩的基础。多排桩指在水平外力作用平面内有一根以上的桩的桩基础不能直接应用单桩形式计算桩内力的公式计算各桩顶作用力需应用结构力学方法另行计算。当入土深度h2.5α时桩的相对刚度小必须考虑桩的实际刚度按弹性桩来计算。当桩的入土深度h不大于2.5α时则装的相对刚度较大可按刚性桩计算。 ?20.承台应进行哪些内容的验算 答承台设计包括承台材料形状
高度底面标高和平面尺寸的确定以及强度验算。 ?21.什么情况下需要进行桩基础的沉降计算如何计算 答情况:超静定结构桥梁或建于软土湿陷性黄土地基或沉降较大的其他土层的静定结构桥梁墩台的群桩基础。 计算根据分层总和法计算沉降量再由公路基规规定满足下式s