材料结构分析教案

2024-08-26

材料结构分析教案（精选12篇）

1.材料结构分析教案篇一

教案分析《1.2结构与稳定性》

一、教学目标

1．知识与技能：理解结构稳定的概念以及通过实验分析总结出影响结构稳定的主要因素。

2．过程与方法：通过探究、实验、讨论、分析、对比等教学方法，使学生懂得应用相关的理论知识。

3．情感态度与价值观：增强学生对结构稳定性的认识。培养创新品质，提高审美意识。渗透安全教育，德育教育。

二、教学重点与难点

教学重点：影响结构稳定性的主要因素：重心位置，支撑面的大小和结构的形状。

教学难点：利用所学的知识解决生活中的有关现象。

三、教学资源

不倒翁、积木、熟鸡蛋、军棋橡皮泥等

四、教学过程

1．复习导入

师：在上节课我们学习了结构的基本知识，对结构有了大致的了解。而结构是无处不在的，（观看幻灯片：德国森林螺旋城、加拿大栖息地、美国篮子大厦等）仔细观察这些结构，请同学们回忆下什么是结构？生：结构是指事物各个组成部分之间的有序搭配和排列。

生：从力学角度来说，结构是指可以承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形态和大小改变的力。

（播放2008年暴雪的图片资料）

2．新课授予 ①结构的稳定性

师：这是一种我们生活中的现象，在暴雪没有来临时它是稳定的，后来它为什么会翻倒呢？

（给些时间让学生想，说）指出：这是因应当这些物体受到外力作用时，原有的平衡状态被打破导致的。

师：那么，什么是结构的稳定性呢？

幻灯片：结构的稳定性是指结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。师：同样暴雪的破坏下，为什么有一些树、房子或广告牌等被刮倒，而其它的却稳如泰山一点都不受暴雪影响呢？生：结构不同，稳定性不同

[分析]学生看到这个现象后都感到有些“蠢蠢欲动”，想去提高这个结构的稳定性！指出结构稳定性的概念。引导并指出提高稳定性可以减少损失，同时让学生增加人文关怀意识和自身保护意识。

②影响结构稳定性的因素

实验归纳阶段

A．因素一：重心位置的高低

（过渡）师：既然结构的稳定性被打破后往往会造成严重的后果，那么我们就很有必要知道影响结构稳定性的因素有哪些。案例分析1（实物展示）不倒翁为什么不倒？（幻灯片）

生：重心位置很低，落在与地面接触点上，所以不倒。（演示实验）P15小试验“探究结构的重心与稳定性的关系”

过程：

1、用手扳动不倒翁的头部，试一试不倒翁不倾倒的最大倾角。（90度）

2、在不倒翁的脖子上挂一只用细绳穿起的铁环，逐渐增加铁环的个数，直到它翻倒。

问1：为什么不倒翁会倾倒？

答：原来不倒翁的重心很低，重心落在支撑面积内，稳定性很强，所以即使倾倒的角度很大仍然会恢复，加了铁环后，重心偏离了支撑面积，稳定性变弱了，只要稍微倾斜一些就倒了。

问2：不倒翁的倾倒与在它脖子上挂铁环的方法有没有关系？

答：有关系，只有把铁环增加在某一側，使重心不落在支撑面内，才可能倾倒。所以我们得到这样一个结论。

[板书] 重心位置的高低影响结构的稳定性

那我们再来看看生活中还有那些利用重心增加稳定性的事例。（观看幻灯片）独脚桌的独脚和台面是如何设计的？为何这样设计？引导学生分析：独脚桌的独脚是用密度较大石头做成的，台面也是密度较大的材料做成的，目的是为了降低茶几的重心。落地灯和落地扇的重心很低，加强结构的稳定性。

B．因素二：支撑面的大小

我们知道了重心位置的高低能影响结构的稳定性，那还有什么因素呢？我们再看看这个实验。案例分析2

（进行演示实验）教师手拿一熟鸡蛋，让学生不借助其它任何物体，将它在桌面上。开始立不起来，教师提示可以对鸡蛋可以进行一点处理。让学生动脑筋把鸡蛋立起来

（学生很快找到方法）

师：为了鸡蛋竖立起来，我们将鸡蛋轻轻打破，支撑面积增大，鸡蛋的稳定性也随之增加。那接触面的大小是影响结构稳定性的因素吗？

师：不准确，因为影响结构稳定性的因素是支撑面的大小？那支撑面与接触面有什么区别呢？

师：（观看幻灯片）支撑面和接触面的区别：接触面是物体与地面接触形成的面。支撑面是物体与地面接触形成支撑点的连线与地面的构成的面。师：那我们再来看看，请你说说图1~3中那个椅子最稳定？对支撑面而言，说说在图1~3中那个最大那个最小？师：我们得到结论，[板书]支撑面的大小影响结构的稳定性案例分析3 师：分析自行车的支撑面的哪一区域？

生：双脚支撑的自行车是：支撑脚与地面形成的接触点和前轮与地面的接触点连线构成的区域。单脚支撑自行车的支撑面是：前、后轮与地面接触点和支撑脚与地面形成的接触点连线构成的区域。

师：单脚自行车的稳定程度取决于单脚支撑架的倾斜度，在一定范围内，支撑架与地面的夹角越小（自行车越斜），三角形的支撑面积越大，自行车的重心越容易落在三角形内，稳定性相对更好。课堂练习：分析摩托车停放时的稳定性。

师：我们分析了静态自行车是如何保持稳定的，那我们再来探究下“自行车在运动中为什么不会倒？”

师：生活中我们有这样的经验，一个物体要有三个支撑点才能稳定，如果只有两个就会倒下。但是，自行车在骑起来时，却只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？

答：一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。轮子转得越快，越不容易倒。因为车轴有一股保持水平的力量。另外，人在反复练习后，掌握了随时平衡车体的能力也是一个比较重要的原因。课外小知识：陀螺效应

【找一找】生活中有哪些结构通过扩大支撑面积来增强结构的稳定性案例分析4（学生动手，自主探究）

（进行演示实验）拿出纸片，让学生不借助其它任何物体，将纸片立起来？提示：在可改变形状的情况下，纸片可以怎样立起来

教师根据学生所展现的方法中的一种立起纸片（如折成状），并画出它们的几何形状，引导学生分析明白结构的形状影响结构的稳定性

师：我们通过改变物体的形状，增大支撑面积，使得它的稳定性得到改变。

C．因素三：结构的形状

我们知道了重心位置的高低、支撑面积的大小都能影响结构的稳定性，那还有什么因素呢？我们再看看这个实验。案例分析5 马上行动：人们利用梯子可以登高。请分析A字形梯载人时能稳定的原因，如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？

答：如果没有梯子中间的拉杆，梯子的支撑脚与地面的位置不能固定。梯子增加了拉杆，拉杆与梯子的两边形成了一个稳定的三角形，从而增强了结构的稳定性。

[板书]形状也会影响结构的稳定性

师：结构的形状不同，其稳定性也不同。由于三角形是框架结构最基本的形状之一，结实、稳定、材料最少。故工程结构中的桁架都是有三角形组成的。（播放幻灯片，展示一些建筑和桥梁的桁架结构，让学生观察。）问：照相机的支撑架为什么用三角架支撑？

答：照相机的支撑架常使用三角架而不用其他形状，是因为三角支架与地面有三个接触点，形成的三角结构使照相机的支撑架更容易稳定。

D．结构的稳定的基本条件

师：我们详细介绍了三种影响影响结构稳定性的因素，大家仔细想想，还有其它影响结构稳定性的因素吗？

师：为什么有些结构看上去倾斜不稳，可实际是稳定的呢？如:比萨斜塔答：它重心所在的点的垂线落在结构的地面范围，所以不会倒塌。[板书]结构稳定的条件是“重心所在的点垂线落在结构底面的范围内” 师：结构的稳定性除了上述所说的因素有关之外，还和材料等因素有关。总结：影响结构稳定性的因素是相互关联的，需要综合考虑各种因素来讨论结构的稳定性。

E.结构稳定性的应用

师：结构的稳定性在日常生活中有着广泛的应用，一方面人们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面又利用不稳定的结构实现某些功能。如跷跷板、生活中利用不稳定的结构实现一定功能的事例。

师：在地震多发地区，人们将啤酒瓶之类的物体倒置在地上，利用这一不稳定的结构实现预报地震的功能。（介绍欹器）

师：请列举生活中利用不稳定的结构实现一定功能的事例。答：振动器、地震仪、多米诺骨牌等

3．教师总结

（1）、结构的稳定性：是指结构在负载的作用下，维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性质之一。

（2）、影响结构稳定性的主要因素：支撑面的大小、重心位置的高低、结构的形状等

（3）、静态结构稳定的基本条件——重心所在点的垂线落在支撑面内。（4）、结构稳定性的应用 4．课后练习

（观看幻灯片）观察学校的篮球架，并思考篮球架要有较高的稳定性，可以怎样做？

生：在底座上加些比较重的重物。

生：增大底座与地面的接触面，可以使重心所在的点垂线落在结构底面的范围内。

教师点评：在日常生活中我们并没有这么去做。那是因为假如这样，运动员很容易撞到支架上去。这样忽略了人机关系。

五、教学反思

本节课通过学生观看2008年雪灾资料和教师演示不倒翁导入新课，引起了学生极大的兴趣，提高了学生上好课的热情。教学过程通过大量的案例采取情景导入——知识构建——合作探究——能力拓展——总结提高这一模式，充分体现了新课程的理念，积极倡导学生“主动参与、乐于探究、勤于思考”，以培养学生“获取新知识”“分析和解决问题”等的能力。比较好地实现了知识与技能，过程与方法，情感态度与价值观这一三维目标。但由于时间所限，学生的分组试验——探究结构的形状与稳定性的关系时间不够充裕，一定程度的影响了结论的得出。

2.材料结构分析教案篇二

与第三代发动机相比, 第四代发动机的推重比增加20%, 零件数目减少40%~60%, 零件的寿命增加150%, 寿命循环成本至少降低25%, 耐久性增加两倍[1]。预测在未来航空发动机性能的提高中, 新材料的贡献率将为50%~70%, 而材料和制造技术对发动机减重的贡献将为70%~80%。

1 新材料的种类及特点

1.1 有机、无机复合材料

复合材料是指结合两种或两种以上有机、无机相的物质以物理方式结合而成, 撷取各组成成分的优点, 以构成特定的结构组成。往往以一种材料为基体, 另一种材料为增强体组合而成的材料, 各种材料在综合性能上取长补短, 产生协同效应, 使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大, 其特点是比重小、比强度和比模量大。其中高聚物复合材料PMCS的发展已有半个多世纪的历史, 在工业、民用、航天航空、生态、智能等领域取得了广泛的应用[1]。补充列举在航空发动机上运用过的有机、无机复合材料。

1.2 金属及金属间化合物基复合材料

以金属或金属间化合物为基体, 并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。其特点是在力学方面为横向及剪切强度较高, 韧性及疲劳等综力学性能较好, 同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数小、阻尼性好、不吸湿、不老化和无污染等优点[2]。钢材主要用于发动机的齿轮、涡轮轴、涡轮盘等一些主要承力部件的制造, 而铝基材料主要应用于压气片叶轮、叶片等部件。国内研究的重点是铝、钛基复合材料, 从前景上看铝基复合材料可以替换铝合金, 在质量没有改变的同时提高了性能, 钛基复合材料可以替代传统钛合金制造压气机整级叶片, 可以使质量减轻40%[3]。

1.3 陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料 (CMC) 是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅, 碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进的陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能, 但它的致命弱点在于脆性, 因而大大限制了其广泛应用。Chouwb等[4]利用Ni Al金属间化合物增韧Al2O3陶瓷获得了较好的效果。F119发动机矢量喷管使用了具有隔热和防热的CMC壁板;M88-3发动机使用了C/Si C尾喷管调节片;F414发动机使用了CMC加力燃烧室喷管;V2500发动机使用了CMC燃烧室浮壁[5]。

1.4 应用

这三种新型复合材料不仅仅应用于发动机, 在飞机的其它部位同样有广泛的应用。表2列举了几种不同机型的复合材料应用量及部位。

2 发动机主要部件新材料的应用及原因

2.1 轴承

航空发动机轴承经常要在相对较高的温度下工作。轴承工作时, 轴承外圈上有很大的周向拉应力, 这种接触表面过大的拉伸力不仅易于导致表面疲劳。而且由于这种原因造成的疲劳剥落还引起拉伸应力升高, 从而使整体淬透钢轴承套圈出现疲劳断裂。由于航空发动机轴承转速的增加, 原有的轴承钢如M50, 18-4-1和14Cr-4Mo已经不能满足需求。SKF的MRC轴承公司在美国空军支持下, 最终选择了高温渗碳钢 (M50Ni L) , 它不仅具有M50轴承钢的所有性能, 并且断裂韧性更好。同时与其它高温淬透轴承材料相比, 显微组织和疲劳强度也都很好。其原因之一是M50Ni L中没有大颗粒碳化物, 这种钢对碳化物引起的疲劳裂纹不敏感, 实质是消除了套圈疲劳裂纹的潜在出现;另外其本身的残余压应力也能延长轴承的滚动接触疲劳寿命。因此M50Ni L钢在飞机上的使用, 能满足更高水平转速下发动机轴承的工作需要。

轴承保持架虽然不直接承受轴承载荷, 但它伴随着高速滑动而旋转, 在高速轴承中常常由于保持架的磨损、疲劳等原因造成轴承的损坏。过去国外所使用的发动机轴承保持架材料多采用硅铁青铜 (AMS4616) 镀银再镀铅。这种材料最高回火温度可达315℃, 当温度超过315℃时, 则机械强度显著降低, 不能使用。经过广泛的实验验证, 发现镀银的AMS6415制造的保持架在温度高于315℃时仍然可以继续保持它的机械强度, 这种高温强度与低摩擦保护架材料和镀层的配合大大地延长了发动机在贫铀和断油时的运转时间。

研究表明[6], 550℃以上的工作温度使用高温合金材料, 硬度和尺寸稳定性均会丧失, 几乎很难研制出耐高温的合金材料。由于陶瓷材料的工作温度明显高于550℃, 这给研制耐高温的轴承带来了希望。在经过科研工作者们多年不断地探索, 氮化硅是理想的耐高温轴承材料。它具有飞机发动机轴承的高级钢材所具有的许多特性, 而且还具有优于钢材的附加特性———良好的高温强度和硬度以及优异的强度重量比。实验证明, 用固体润滑剂润滑并用热等静压法制成的氮化硅轴承, 能在500℃以上长时间运转。然而, 氮化硅也有缺点, 如抗拉强度低, 止裂韧性差和热膨胀系数极低等。因此, 陶瓷轴承要想真正实现在航空领域的应用还需要做很多研究。

2.2 风扇和压气机

军用航空发动机推重比的不断提高, 质量的不断减轻, 越来越多地依赖于高强度、低密度、高刚度和耐温能力强的先进材料。经过多年的研究和发展, 树脂基复合材料、金属基复合材料和金属化合物已经成为航空涡扇发动机风扇和压气机部件的理想候选材料[7]。

因具有质量轻、费用低、阻燃能力优良等特点, 树脂基复合材料外涵机匣已经广泛地应用在涡扇发动机上。如F119发动机的碳纤维增强的聚酰亚胺基复合材料外涵机匣采用DowUT公司研发的先进树脂转移造型技术制造。该技术可以制造形状复杂的进气机匣, 不仅其所有外部气流通道的表面粗糙度、最终尺寸精度可与经机械加工的钛合金进气机匣相媲美, 而且可使进气机匣减少零件总数和取消许多劳动密集的装配工序, 因而可以大幅度减轻结构质量和降低成本。PW公司还采用AFR700B超高温树脂基复合材料研制F119发动机外涵机匣等静止部件, 研究F119发动机和综合高性能涡轮发动机验证机采用的Avimid K热塑性复合材料中介机匣, 希望使后者完全能承受347℃的高温和400 k Pa的大气压, 并具有极好的热稳定性。

树脂基复合材料风扇叶片是实现高性能宽弦风扇叶片推广应用的有一种途径, 它以GE90发动机复合材料风扇叶片为代表。20世纪90年代, GE公司吸取GE36 UDF发动机的研制经验, 成功地开发了GE90发动机树脂基复合材料风扇转子叶片。该叶片的叶身和叶根由IM7中长碳纤维与增强的8551-7环氧树脂组成的称为“大力神”的8551-7/IM7复合材料制成一体。叶片的压力面涂覆聚氨酯防腐层, 叶身的吸力面涂覆一般的聚氨酯涂层;为了提高叶片的抗大鸟撞击能力, 在叶片前缘胶粘钛合金薄片;为了避免工作中复合材料叶片脱层, 在叶尖与后缘处采用Kevlar细线缝合。采用该材料和工艺, 不但明显减轻了风扇叶片本身的质量, 还减轻了其包容系统、盘以及整个转子系统的质量, 收到了成本低、抗振、抗颤振性能好、抗损伤能力强等效果。

目前普遍作为压气机盘和叶片材料的钛合金耐高温能力最高是600℃。随着压气机压比及出口温度的增加, 在压气机的后几级也逐步采用了耐热钢和镍基合金。今后, 随着压气机总压比的进一步提高, 压气机的出口温度将继续提高, 预计, 推重比15~20的发动机压气机出口温度可达760℃, 而目前的钛合金和镍合金已经难以满足这一温度要求。最近, 国外粉末冶金镍合金全盘工艺取得了一定进展, 通过增加难溶金属和更好地控制晶粒尺寸, 已经发展了一种可使压气机排气温度升高40~70℃的新型盘合金。

今后, 压气机将采用由密度更低的钛金属基复合材料和γ-钛铝金属间化合物制成的整体叶环, 这种技术可使压气机的重量在钛合金整体叶盘的基础上进一步减轻40%, 同时, 还可提高疲劳强度。如果耐高温树脂研制成功, 可使高压压气机的重量大大减轻。国外正在发展用于压气机叶片的聚合物复合材料, 这种材料可使压气机叶片比钛合金轻30%~50%。并且还研制一种阻燃钛合金, 它将使压气机后面级的钛叶片取代铜叶片或镍叶片, 可进一步减轻压气机的重量。

2.3 燃烧室和涡轮

燃烧室是发动机中温度较高的部件, 其材料要求抗氧化, 抗腐蚀、抗冷热疲劳性能好、强度高。现在的发动机燃烧室和加力燃烧室的工作温度最高可达2 000℃, 冷却后可以降低到1 000℃左右, 目前常采用钴基和镍基合金材料。而现在为了提高发动机的推重比需要通过高温燃烧, 提高燃烧室的工作温度也可同时降低氮氧化合物的排放量, 从而降低先进战斗机发动机的目标特征, 改善民用发动机的环境特征, 因此, 需要采用高温性能更好的材料。陶瓷基复合材料可在1 200~1 400℃的极高温度下工作。可显著提高燃烧室的工作温度, 同时可减少冷却空气的需求, 甚至可取消冷却。将氮氧化合物的排放量降至最低程度, 是未来发动机燃烧室部件很有希望的材料[8]。

提高涡轮进口温度也可提高发动机性能, 推重比10一级的发动机涡轮进口温度已达到1 850~1 950 K, 推重比为12~15一级发动机的涡轮进口温度可达到2 000~2 100 K。目前使用的镍基和钴基超级合金的抗高温能力对于进一步提高涡轮温度是有限的。涡轮温度的进一步提高将更依赖于新材料的性能, 比如具有更低导热率和更低成本的热障涂层, 先进的掺杂重金属如镍和钌的单晶材料, 这两项技术都可使涡轮温度提高50℃。

发动机高压涡轮盘的工作温度可达816℃, 其轮缘部位要求有良好的抗蠕变性能, 而中心孔周围要有最佳的抗疲劳性能。为此, 涡轮盘将采用双合金材料, 即轮缘和中心腹板部位采用不同的合金, 两部位用冶金方法连接在一起, 使轮盘的轮缘和中心腹板两个部位都有最佳的物理性能。新的金属间化合物单晶材料如Ni Al用作涡轮转子叶片材料后可使叶片的重量减轻40%, 这种材料的热传导率比超级合金高200%, 可使涡轮转子叶片叶身温度降低38℃, 有望近期在涡轮部件上获得应用。

长远看, 陶瓷材料也可能用于涡轮部件, 这种材料可使温度能力提高, 并减少冷却需求, 预计陶瓷材料将首先用于高压涡轮导向叶片。

3 航空发动机材料发展的看法

应充分重视航空传统材料的研究与提高。由于高温合金及钛合金良好的综合性能及在研制与服役中较长期的经验积累, 在未来相当一段时间内它们仍然将在发动机材料中占有一席之地。因此对传统金属材料的研究开发, 我们仍应予足够的重视, 最大限度地挖掘传统材料的潜力[1]。

加强新材料体系的研制开发。随着发动机的快速发展, 传统材料已经不能满足发动机的需求, 要求我们加强对新材料的研制开发。目前, 作为在更高温度下服务的结构材料, 被人们注意的有金属间化合物或以金属间化合物为基的复合材料, 金属基复合材料及陶瓷及复合材料。

要科学的表征材料性能, 提高材料使用的针对性与可靠性。我国航空材料, 特别是高温材料与发动机通用规范和结构完整性大纲要求差距较大, 材料的力学性能数据表征内容和测试方法与发动机结构分析和可靠性设计很不适应。在规划航空发动机材料发展的战略时, 必须将结构与材料、材料设计与成形工艺、组织结构与缺陷行为、高性能指标与可靠性统一于材料的研究与开发之中, 建立在科学的理论与实践结合的基础上[9]。

4 结语

本文对航空发动机主要部件的材料变化进行了分析比较, 重点论述了新材料的特点和优势。分析得出:随着发动机的性能不断提高, 传统材料的部分性能已经不能满足发动机的需要, 为了更好地提升发动机的性能, 应加强新材料的开发与研究, 完善新材料体系, 这对提高航空发动机的性能有着重大的意义, 必须引起我们足够的重视, 才能立于不败之地。

摘要：提高发动机的性能, 进一步降低燃油率, 改善经济效益, 都须依靠材料技术的进步。航空发动机的服役环境特殊, 所以开发耐高温, 抗氧化性、导热性与加工性能好的新型材料意义重大。本文重点分析了几种新型材料的性能特点, 及新型材料在发动机主要部件的使用情况, 展望了未来新材料的发展动态, 对提高航空发动机的性能有很大的意义。

关键词：航空发动机,高温合金,金属间化合物

参考文献

[1]傅恒志.未来航空发动机材料面临的挑战与发展趋势[J].航空材料学报, 1998, 18 (4) :52-59.

[2]Ogasa T, Takahashi J, Kemmochi K.Polymer-based composite materials in general industries[J].Adv Composite Mater, 1995 (4) :221-235.

[3]陈振中等.铝、钛基复合材料在航空发动机上的应用分析[J].航空发动机, 2006, 32 (4) :40-41.

[4]孙康宁, 尹衍升, 李爱民.铁铝金属间化合物/陶瓷基复合[M].机械工业出版社, 2003.

[5]张立同.新型碳化硅陶瓷复合材料的研究进展[J].航空制造技术, 2003 (1) :24-32.

[6]TUANW.STB of Al2O3[J].Key Engineering Materials, 1997:127-131:447-454.

[7]梁殿胜.轴承新材料的研究进展[J].功能材料, 2008, 39 (增刊) :626-628.

[8]胡晓煜.21世纪初的航空发动机材料技术[J].国际航空杂志, 2006 (10) :94-96.

3.材料结构分析教案篇三

关键词：路面；结构；材料；应用

随着科技的不断发展，路面结构及路面材料技术也有了较大的提高。路面结构能够针对不同的道路来设计针对性的结构，并且在很大程度上对日后的应用产生积极作用，路面材料技术在应用的时候，可以降低工程成本，提高工程质量，从根本上保证在日后的发展中，我国的道路能够持续性的使用，减少检修次数。本文主要对路面结构及路面材料技术在工程上的应用进行一定的分析。

一、路面早期损坏现象机理分析

对于公路来说，在长久的应用当中，除了自然当中的日晒雨淋，还有过多的车流量以及超重的影响，这些因素都会对路面造成一定的损伤，从而导致公路不得不检修。另一方面，即便检修合理，并且恢复到了以往的质量，在本质没有改变的情况下，一定会让公路再次受损。应用路面结构及路面材料技术能够帮助工程更好的修建，在源头将问题彻底解决。在此，本文首先对路面早期损坏现象机理进行一定的分析。

（一）半刚性基层引起收缩裂缝的反射缝问题

在目前的公路应用当中，半刚性基层引起的收缩裂缝的反射缝问题是非常严重的，不仅影响了公路交通的日常工作，同时对出行的人们和车辆造成了客观上的威胁。从目前的情况来看，这个问题在我国的发生概率较高，各省市地区的交通道路具有一定的类似问题发生。在日后的工作当中，必须彻底解决这个严重的安全隐患，否则很有可能造成较大的事故。经过一定的研究，产生半刚性基层引起收缩裂缝的反射缝问题的主要原因是：在路面交通荷载重复作用下，半刚性基层的干缩裂缝和收缩裂缝会扩展到沥青路面面层形成反射裂缝而具有弱点。由于半刚性基层中细颗粒部分较多，比例一般超过20%。半刚性基层中的粗集料已经不能或很难形成嵌挤，完全成为一种悬浮密实状态。从以上的表述来看，只有从源头来解决问题，才能避免反复的情况发生。

（二）唧浆问题

公路经过多年的发展，在很多方面都表现出了一定的积极效果。但是在经济迅速发展的情况下，人们的出行率有所增加，社会对公路的需求也有所上升，再加上旅游旺季等一系列因素的作用，我国很多地区的公路都因为压力过大，因此产生了唧浆问题。目前国、省道多数采用沥青碎石路面，沥青碎石路面由于空隙率大、抗渗性差，公路建成后，来自沥青层及基层的水将积存在基层表面，无法通过基层排走，受地表水侵蚀以及各种外因条件的影响，路面早期容易出现唧浆病害，进一步发展导致路面大面积破坏。唧浆问题的发生不是偶然现象，过去也有发生唧浆问题，但是并没有现阶段如此严重。从客观的角度来说，要想彻底解决唧浆问题，就需要应用路面结构及路面材料技术，在改变公路内部架构和本质的同时，对公路质量实施巩固性的措施，只有这样才能将唧浆问题完全解决，防止再次发生较大的危害事件。

（三）半刚性基层与沥青层之间的连结问题

除了上述的两个问题以外，我国公路的早期损坏还有半刚性基层与沥青层之间的连结问题。公路的设计并不是将所有的材料铺到路面上就可以的。虽然部分材料的性能比较优越，但是在实际的施工当中，材料和材料之间也会产生一定的矛盾和冲突，从而严重影响公路的使用寿命。从现有的情况来看，我国在沥青层施工过程中往往不恰当地要求先将沥青层下面层修通，这中间开挖中央分隔带，埋管道、绿化、安装护栏等施工使路面污染严重，致使多条高速公路均不同程度出现了较严重的车辙，这不仅使路面平整度变差，影响行车安全，而且很快出现推移、网裂、坑洞、坑槽等早期病害。由此可见，半刚性基层与沥青层之间的连结问题已经到了非常严重的地步，如果得不到妥善的解决，势必影响我国的道路安全和地区之间的经济发展。在以后的工作当中，半刚性基层与沥青层之间的连结问题必须作为首要解决的问题，只有这样才能在客观上和主观上满足公路的修建要求。

二、路面结构及路面材料技术在工程上的应用

（一）路面结构

为了更好的解决路面损坏当中的问题，同时进一步巩固公路的质量，本文主要以A至B段的高速公路为例。在路面结构方面，运用旋转振动（GMT）技术，设计沥青混凝土、水泥稳定碎石的骨架密实型的配合比，控制沥青、水泥用量，使得沥青混凝土SMA的密度达到2.48kg/cm。水泥稳定碎石的水泥用量控制在3% 以下，其密度达到2.44 kg/cm 左右，强度控制在4--5MPa。通过应用上述的路面结构及路面材料技术，路面损害的部分问题得到了很好的解决。另一方面，由于我国的公路数量较多，因此A至B段的高速公路仅仅能够代表一部分的公路，要想让每个地区的公路问题都得到解决，还需要根据自身的实际情况，适当的改良技术，在数值方面也要追求符合實际，否则很难将问题彻底解决。

（二）路面材料

对于公路来说，材料的应用具有决定性的影响。首先，材料分为原材料和加工材料，两种材料拥有各自的优势，有些时候要配合使用，有些时候要分开使用。为了避免上述半刚性基层与沥青层之间的连结问题的再次发生，必须有效利用材料，将不同材料的实际功能充分发挥出来。在A至B段的高速修建当中，沥青下面层采用70号沥青，稀浆封层、中上面层采用SBS改性沥青，沥青软化点在65℃以上。粗集料碎石首先选开采有一定时间、基本没有风化岩的石质为优质石灰岩的石料厂。再要求厂家对碎石设备、筛分设备进行改造。生产现场派驻监理，从石头爆破、到各级碎石都要派人捡除风化石。细集料采用优质机制砂和矿粉。通过以上路面结构及路面材料技术的应用，相关问题得到了很好的解决，并且基本上没有复发过。另外，我们在应用路面结构及路面材料技术的时候，必须完全清楚每一种材料的优势和劣势，力求在综合运用中，达到一个理想的效果。

（三）施工控制

应用路面结构及路面材料技术的一个容易被忽略的环节就是施工控制，以我国的发展来看，施工控制并没有达到一个理想的效果，导致路面结构及路面材料技术在工程上应用的时候，产生了较大的阻碍。本文认为，在施工控制方面，必须要从以下几个方面出发：第一，有关路面结构及路面材料技术的设备必须控制其有效应用，避免长时间作业引起的故障；第二，有关路面结构及路面材料技术的施工人员要合理安排施工时间，同时对天气情况要有一个综合的了解，避免客观上的因素对公路质量产生影响。只有在施工控制方面，做到一个较高的水准，才能让路面结构及路面材料技术发挥出真正的功效。

三、结束语

本文对路面结构及路面材料技术在工程上的应用进行了一定的分析，同时在公路现存的问题进行了一定的阐述。以我国目前的发展情况来看，路面结构及路面材料技术还是需要不断的优化，只有从根本上强化技术，正确应用，才能保证公路的质量。相信在日后的工作当中，我国公路的质量和使用寿命会进一步的提高。

参考文献：

[1]哈国文.高速公路车辙病害综合防治体会[J].甘肃科技纵横，2011（03）.

[2]吕志刚，王鹏，盛安连.基于ARM7车载式高速公路平整度测试仪研制[J].自动化与仪表，2010（10）.

4.材料结构分析教案篇四

基于粘弹性材料的随机性对粘弹性结构的`振动特性进行了分析.研究了模量模型的随机性对结构固有频率和模态损耗因子的影响.在模型的随机性中分别考察了常复数模型、Kelvin_Voigt模型和三参数标准流变学模型.结果表明,粘弹性材料参数的随机性对粘弹性结构的模态损耗因子的影响还是比较大的.因此,对粘弹性结构采取随机分析是非常必要的.

作者：桂洪斌赵德有金咸定作者单位：桂洪斌,金咸定(上海交通大学船海学院结构力学研究所,上海,30)

赵德有(大连理工大学船舶工程系,大连,116024)

5.材料结构分析教案篇五

单从抗震角度考虑, 作为一种结构材料应轻质、高强、材质均匀; 构件间的连接应有良好的整体性、连续性及延性, 且能发挥材料的全强度，按照这一原则, 不同材料结构的抗震性能优劣排序是: 钢结构; 型钢混凝土结构; 混凝土- 钢混合结构; 现浇钢筋混凝土结构; 预应力混凝土结构; 装配式钢筋混凝土结构; 配筋砌体结构[4]。工程中常用结构抗震表现分述如下:

(1)钢结构钢结构最符合抗震材料的要求, 从已有的地震震害实例来看, 钢结构的表现均很好; 但它当前的造价及维护费用较高。

(2)现浇钢筋混凝土结构该结构整体性好, 造价低廉, 有较大的抗侧移刚度, 并且经良好的设计可保证结构具有良好的延性。但该材料也存在难以克服的弱点: 当地震持时较长时, 在周期性往复水平荷载作用下, 构件刚度因裂缝的开展而递减, 且塑性铰区会产生反向斜裂缝, 将混凝土挤碎, 产生永久性的“剪切滑移”[7]，

(3)预应力混凝土结构预应力混凝土结构在非开裂状态下能承受较大的变形, 因而在烈度不高时结构破坏较轻,相应地其所贮藏的弹性变形能要比钢筋混凝土高, 但预应力混凝土结构的滞回曲线比钢筋混凝土狭窄, 所能耗散的滞后能量要少一些, 且由于预应力构件受压区配筋一般相对较少, 一旦混凝土开始压碎, 承载能力就会急剧下降, 因此在高烈度地区, 必须采取措施提高延性, 方能使用预应力混凝土结构。实践证明, 通过合理控制预应力筋的含量(Q≤0. 5%) 可以实现这个目的[8]。

6.高结构材料与篇六

材料实录1在沙堆“可爱的幼儿园”的活动中第一组幼儿在堆幼儿园大门时用木制的拱形积木拼放在沙子上面作为大门的门料。四分钟后周仲逸和严海兵已经完成了他们就无所事事了。

实录2第二组活动时冯佳逸和徐子伊被分工堆幼儿园的大门。冯说大门上面是拱行的有点歪歪的用什么来做呢她们俩到沙池旁的材料盒里去找找到了几根粗粗的的树枝“就用这树枝吧”徐说。于是她俩把树枝二端插在沙子里有点像拱形门了可旁边堆“海盗船”的张赵霏说这大门也太小了吧。冯说那找根长树枝吧。可翻遍了材料盒也没找到只找到了几根与第一根差不多长短的树枝。冯建议在园内找长树枝徐说不行幼儿园里的树枝都是活的不能折下来的。她们俩来求助我。我建议她们再到材料盒去找找吧在这之前我已在材料盒里放了绳子与剪刀无意间冯发现了一根绳子说我们把连根短树枝绑起来。于是她俩在交接处绑住了在绑时冯说妈妈给我扎辫子时斜着绕线的。她学着绕了起来一会儿就接住了看上去很好看绕线很有规律。整个过程为18分钟。

分析在活动中第一组幼儿能力较差为他们提供了“高结构”的木枝拱形积木。第二组幼儿能力较强。我就把木制积木换成树枝、绳子、剪刀等满足了他们探索欲望在运用零碎的低结构材料时我根据幼儿探索进程补充必要的材料。

“高结构”材料与“低结构”材料有不同的特点因此导致了它们在探索型主题活动中所起的作用也各自不同。

“高结构”材料有自己固有的形状、结构操作时有一定的规律可循。幼儿一旦掌握了材料的使用规则就能较快地按自己的构思完成作品容易获得成功感。但是由于“高结构”材料的定性结构使幼儿的随意想象和创造力受到一定的限制所以往往无法满足幼儿探索想象的需求。

“低结构”材料是一些无规定玩法、无具体形象特征的材料。幼儿可以根据自己的兴趣和当时想法随意组合并可以一物多用从而为幼儿的想象提供了广阔的空间。如类似于枯枝绳子等这些原始的废旧的材料其可塑性大可让幼儿在活动的过程中通过一次次的摆弄不断探索、不断发现新问题调整操作。如树枝太短把两根绑起来绑绳时很有规律幼儿通过对低结构材料的运用有一段较长时间的探索过程并在此过程中满足了自己的探索欲望。

7.材料结构分析教案篇七

[1]吴金星, 韩东方, 等.高效换热器及其节能应用[M].化学工业出版社2009.

[2]王福军.计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用[M]清华大学出版社, 2004.

[3]杨世铭, 陶文铨.传热学[M].第4版.高等教育出版社2006.

[4]王岳衡.氟塑料换热器工艺设计若干问题探讨[J].广东化工, 2006, 33 (8) :90-92.

[5]陈林.李震, 夏洪恩.防腐蚀抗结垢的肋片管式塑料换热器性能分析[J], 腐蚀与防护, 2009, 30 (4) :237-240.

[6]刘凯, 张素香.管壳式换热器结构型式及经济性比较[J].石油化工设备, 2003, 32 (2) :51-52.

[7]王建国.管壳式换热器结构型式及传热性能[J].天津建设科技, 2007, 增刊:59-61.

[8]马义伟.风冷器设计与应用[M].哈尔滨工业大学出版社, 1998.

[9]钱颂文.换热器设计手册[M].化学工业出版社, 2002.

8.材料作文写?思路与结构篇八

【议论文写作构思】

材料作文的议论文思路关键在于要围绕材料有明确地角度进行论述，要层次清晰地展开论证，要脉络分明、井井有条地组织文段，最好能够以并列加递进的模式来呈现出层层推进的议论思路，使文章思想观点凸显出一定的深度。此外，目前新材料作文命题的议论文写作在行文中概括材料，从材料出发来展开论述，也可以在选取角度提炼观点后，不必顾及所提供材料的内容，由此写作思路不再拘于一格而变得更为开阔。以2012年全国大纲卷作文题（文题见第29页）举例谈一谈具体的构思示范：

【示例一】

从作文题所给材料出发，选取角度概括材料，引出中心论点。如“妈妈的话提醒了‘我’，解除了‘我’的窘态，脱掉外衣和鞋袜，甩掉了多余的顾虑，故而‘我’得以把秧苗挑到了妈妈跟前。人生一世，不要有太多的顾虑，也不要慨叹生活中有太多的不完美，只有放下顾虑，解除心锁，才能成就美好的未来”。这样，在文章开篇之时就做到了紧扣材料，切合题意。

在提出论点之后，就可以依据中心展开论证，如针对“人生路上的顾虑”可以做多角度、全方位的解读，可以理解为“困难前的徘徊”“挫折后的举棋不定”等，然后以理性的思考“克服困难，走向成功”，揭示“放下顾虑的重要性和必要性”。在行文中为使文章论证形象，可以尝试采用比喻论证的方式，对“顾虑”作形象化的举例。其后，可以反面论证“不放下顾虑可能会导致的后果”。层层深入的论证将能更好地凸显议论中心，行文中可以继续从生活出发，进一步揭示“放弃顾虑”这一中心，可以从“提升人的思想认识”的角度深入议论，让读者感到亲切自然。

最后以诸如“要想成功，需要放下顾虑；要想克服困难，需要放下顾虑；要想超越自我，需要放下顾虑……”这样的排比句式作结，强化中心。

这样整个文章结构层次严谨，思路流畅，中心凸显，论述充分深入而富有感染力。

【示例二】

从作文题中提炼出观点，不必概括叙述原材料，这也是符合命题要求的。如可以再准确审题基础上提炼出“学会舍弃”的观点，然后直接围绕这一中心论点展开议论。具体论述中可以通过正反对比论证方式，通过采用正面事例和反面事例的正反结合，鲜明对照中凸显观点，增强说服力，达到说理目的。当然，在收束文章的时候，少不了对前面的内容进行归类概括，总结观点。

【示例三】

议论文在于说理，所以写作中结构清晰是很关键的。在对材料解读之上，可以不必急于给出中心论点，可以引出论题，带着阅卷者一起思考。如“孩子下田劳动效果不佳，然而妈妈的话语却让孩子最后获得了成功。你说，这是为什么呢？”在引出论题后，可以适时举例分析生活中面对这样的情况的应对，结合材料给出答案“材料中的母亲凭借经验一语道破孩子窘态的根源所在，唯有放下顾虑，方能书写完美人生”。接下来进一步以举事例、引名言等方式展开论述，如“放下顾虑，庄子在楚大夫盛情相邀中选择了‘持竿不顾’，漠然视之；放下顾虑之心，让他超然世外，独善其身，享受着一份心灵的逍遥，把持着心灵的净土，这不能不使我们对他肃然起敬，而且是那样的刻骨铭心”。接下去可以继续选择名人，如以“放下顾虑，使人明志；放下顾虑，使人豁达；放下顾虑，使人有所作为”等不同角度展开论证，这样并列论证的框架形成，思路一样清晰明了，最后以总结中心论点的简单一句话有力地收束全篇。

【记叙文写作构思】

以记叙文文体来写目前的新材料作文命题相比较以前的材料作文题来说，思路相对打开了，但往往受材料的观点性指向，同学们选择写记叙文的不是很多，即便选取了记叙文体，若不进行构思，在行文中还是会不自觉地倾向于议论，最后造成文体不清。所以在此想谈，新材料作文题的记叙文构思应该作为建立在审题立意之后的一个重要环节来处理，避免简单化选材搭构文章。应立足于立意选择记叙的对象，在构思中注重事件情节记叙的完整性，增强记叙文的可读性，不能忘记点题，最好能够在构思中把点题性的语句组织好，在体现文章结构脉络的同时也是对主题的凸显。

【示例】

可以围绕“遇见生活中的顾虑”——“困惑而徘徊”——“思考而明了”——“走出顾虑，实现超越”来组织事件，选取事件的横断面进行交代，或直接进行场景勾勒，或心理活动描写，或进行环境描写烘托渲染。此外，可以组织几件事来表现不同情境下的顾虑以及不同的解决方式，以小标题方式来解读命题，来表达自己的立意。

在2012年的高考作文中，有一考生采用《中国达人秀》刘伟的事迹作为高考素材，在结构组织中，首先在文章开头以第三人称“他”来设置悬念，最后在文末点明“他”就是“刘伟”，此外通过“做鞋套”“穿鞋套”“脱鞋套”的细节搭起了“一个在绝境中崛起，与命运和世俗偏见抗争的人物故事”，呈现了一个坚韧顽强的人物，震撼着读者的心灵。

【佳作示范】

全心

林清玄在他的《心的菩提》中说：“我们要以全心来绽放，以花的姿态证明自己的存在。”我想，是啊！在生活中，我们为人做事要以全心全意的态度，集中思想，心无旁骛，那么，结果也往往是遂心如意的。

我们其实有共同的感受，站在泥泞的田间，那双溜滑的鞋子让我们很难挺直站稳，当脱下鞋，卷起裤脚，重新回到那片土地上时，你顿时觉得有一种稳重之感。你的脚的每一个神经都处于泥土之中，扎在其中，像大树一样，有牢固的根基。也因此你的每一个脚印都是那样实，那样一步一步地走来，也因此，你没有了负担，不再害怕滑倒，走得很专心，很踏实。最终，你踏过了那片泥泞的土地，感到一种成功，而这种成功来源于你的专一，来源于心无旁骛的境界。

荀子有云：“蚯蚓上食埃土，下饮黄泉，用心一也，蟹六跪而二鳌，非蛇鳝之穴无可寄托者，用心躁也。”我们就要像蚯蚓那样用心一也。那么，首先就要静。只有在静中，我们才可秉气凝神，有一股浩然之气，全心地对待一件事，也因全心而忘我。就如一泓清泉，一片落叶于其上，顿时水面起伏，但泉的深处，却安谧静止，这也说明，不管外界如何变化，我们自己始终要有一颗沉静之心，才可能有所作为，才可坚持到最后。其次，就是要抛开一切杂念，不管外界多么美好或丑恶，我们不能因此丧失了自我的节奏。要把多余的顾虑全放下来，安心地做自己的事，不能躁动，更不能急功近利，否则，结果往往很不好。

只有在忘我之中，我们才能让一件事更加圆满，也只有在忘我中，一切的事物会变得自然。忘我，可让我们专心，专心则让我们更加用心，世间之繁杂，让我们每个人都有点不安，有点躁动，那何不学学陶渊明，拥有“采菊东篱下，悠然见南山”的淡定，何不学学王国维进入“内美以修能”的无我之境，有这样的心态我们才能有这样的思想与认知，也因为上升到整个人生当中去，把物与我相结合，达到一种忘我、无我之境，那么，我们的步伐才会更加稳重。

正严法师说：“凡心佛心，实乃一心，只要秉持一心，立足之地即为灵山。”要秉持一心，我们才可从中获取人生中的大智慧，也正如同是泥泞的路中挑担子，忘记你的衣服，忘记你会摔倒，那么，你得到的，是踏过这片土地，走到了对岸。同时，也悟到了人生的真谛。

全心，忘我，去除一切杂念，这是我们今后所要的，同样，也是人生的至高境界。只有高格的人生境界，才可能有高尚的品行与情操。也同样，在静、稳、沉中，才可能具有这样的品行。因为人静，就如一泓水，可以容纳一切，也可以被一切容纳，能屈能伸，柔能克刚。因人稳重，就如磐石般坚不可摧，不与世俗同流合污。

正因此，以全心之态，对待生活中的每件事，才可至善，至美！

【点评】本文构思方面结构完整，议论层次鲜明。首先文章从所给的材料引发出去，提出“成功来源于你的专一，来源于心无旁骛的境界”的观点，随后层层深入展开论述，归结到“以全心之态，对待生活中的每件事，才可至善至美”，充满哲理意蕴，启迪人深思生活。

9.材料作文结构五步法篇九

材料作文结构五步法

作者：秦振峰

来源：《语文教学与研究(教研天地)》2005年第08期

古人云：“文无定法。”但我认为，对于初学材料作文写作者来说，有比没有好。经过长期的教学实践，我总结出了行之有效的材料作文结构的基本框架，即“材料作文结构五步法”，我认为这不失为材料作文的最佳构建。

一步“摘”，就是摘引原材料。在根据原材料进行构思、立意之后，就要依据材料所提供的有效信息，进行梳理、筛选、归类、理出行文思路。摘引的过程，是去粗取精的过程。“摘”要详略得宜，以能引出话题或中心论点为目的。摘是摆出论点的前提和准备。

二步“摆”，即摆出中心论点。就是在对所摘材料进行定向分析的基础上摆出中心论点。对原材料的分析可以多方面、多层次、多角度进行。既可以抓住一点生发开去立意成文；也可以从总体上分析把握而确定论点或议论话题；还可以逆向思维、出奇制胜，不落俗套。我曾给学生布置过这样一道材料作文题：

路旁有一个哑人卖菜刀。他将铁丝放在钢板上，拿起菜刀象切韭菜一样，将铁丝嚓嚓切断。然后扬起刀让顾客看，刀却完好无损。在惊叹声中，围观者你买一把，我买一把，不一会儿，刀卖完了。

仔细阅读这则材料，联系实际，自拟题目，写一篇不少于600字的议论文。大多数同学从正面立论，可也有少数同学标新立异，确立的题目是“哑人·菜刀·骗局”。显然这些同学是从虚假广告招摇撞骗的角度立意，但与正面立论相比，亦显得新颖奇特。

三步“联”，即联系实际。实质上这是选取论据论证论点的过程。学生阅历深，见识广，“联”就越自由、越丰富。例如，古今中外名人言行可以联，社会人生的轶事趣闻可以联，作者自己的生活、学习、工作中的得失感悟、经验教训也可以联。不管从何角度选取实例论证论点，都要选得典型、充分、中肯，不能重复和泛泛罗列。

四步“析”，即分析议论。这是“联”的深化。这一步非常重要，中学生议论文写不好，原因就在于缺乏深刻的入情入理的分析议论。正确的做法是，在联的过程中要挖掘，挖掘越深，分析越透，文章才越能服人。特别是大部分事实论据，其思想内蕴非常丰富，往往是多层次的，立体感的。惟有深入挖掘论据所包含的深刻含义，才能真正起到证明中心论点的作用。

10.数据结构参考材料篇十

一、选择

1.如果在数据结构中每个数据元素只可能有一个直接前驱，但可以有多个直接后继，则该结构是（）

A.栈 B.队列 C.树 D.图 2.下面程序段的时间复杂度为（）for(i=0;inext =HL;B.P->next=HL;HL=p;C.P->next=HL;p=HL;D.P->next=HL->next;HL->next=p;4.两个字符串相等的条件是（）

A.串的长度相等 B.含有相同的字符集

C.都是非空串 D.串的长度相等且对应的字符相同 5．若以S和X分别表示进栈和退栈操作，则对初始状态为空的栈可以进行的栈操作系列是（）

A.SXSSXXXX B.SXXSXSSX C.SXSXXSSX D.SSSXXSXX 6.已知一棵含50个结点的二叉树中只有一个叶子结点，则该树中度为1的结点个数为（）A.0 B.1 C.48 D.49 7.已知用某种排序方法对关键字序列（51，35，93，24，13，68，56，42，77）进行排序时，前两趟排序的结果为

（35，51，24，13，68，56，42，77，93）

（35，24，13，51，56，42，68，77，93）所采用的排序方法是（）

A.插入排序 B.冒泡排序 C.快速排序 D.归并排序

8.已知散列表的存储空间为T[0..16]，散列函数H（key）=key%17,并用二次探测法处理冲突。散列表中已插入下列关键字：T[5]=39，T[6]=57和T[7]=7，则下一个关键字23插入的位置是（）

A.T[2] B.T[4] C.T[8] D.T[10] 9.如果将矩阵An×n的每一列看成一个子表，整个矩阵看成是一个广义表L，即L=((a11,a21,…,an1),(a12,a22,…,an2),…，（a1n,a2n,…,ann）),并且可以通过求表头head和求表尾tail的运算求取矩阵中的每一个元素，则求得a21的运算是（）A.head(tail(head(L)))B.head(head(head(L)))C.tail(head(tail(L)))D.head(head(tail(L)))10.在一个具有n个顶点的有向图中，所有顶点的出度之和为Dout，则所有顶点的入度之和为（）

A.Dout B.Dout-1 C.Dout+1 D.n 11．从逻辑关系来看，数据元素的直接前驱为0个或1个的数据结构只能是（）A线性结构 B.树形结构 C.线性结构和树型结构 D.线性结构和图状结构

12．栈的插入和删除操作在()进行。

A．栈顶 B.栈底 C.任意位置 D指定位置 13．由权值分别为11，8，6，2，5的叶子结点生成一棵哈夫曼树，它的带权路径长度为（）A.24 B.71 C.48 D.53 14．一个栈的输入序列为1 2 3，则下列序列中不可能是栈的输出序列的是()A.2 3 1 B.3 2 1 C.3 1 2 D.1 2 3 15．关于栈和队列的说法中正确的是（）

A．栈和队列都是线性结构 B.栈是线性结构，队列不是线性结构 C.栈不是线性结构，队列是线性结构 D.栈和队列都不是线性结构 16．关于存储相同数据元素的说法中正确的是（）A．顺序存储比链式存储少占空间 B.顺序存储比链式存储多占空间

C.顺序存储和链式存储都要求占用整块存储空间 D.链式存储比顺序存储难于扩充空间

17．已知一个单链表中，指针q指向指针p的前趋结点，若在指针q所指结点和指针p所指结点之间插入指针s所指结点，则需执行（）A.q→next=s；p→next=s； B.q→next=s；s→next=p； C.q→next=s；q→next=p； D.q→next=s；s→next=q；

18．设一组记录的关键字key值为{62，50，14，27，19，35，47，56，83}，散列函数为H(key)=key mod 13，则它的开散列表中散列地址为1的链中的结点个数是（）A.1 B.2 C.3 D.4 19．执行下面程序段时，S语句被执行的次数为：（）for(int i=1;i<=n;i++)for(int j=1;j<=i;j++)S;A.n*n B.n*n/2 C.n(n+1)D.n(n+1)/2 20．在长度为n的线性表中删除一个指针p所指结点的时间复杂度是（）A．O(n)B.O(1)C.O(log2n)D.O(n2)21．设一个栈的输入序列是a，b，c，d，则所得到的输出序列（输入过程中允许出栈）不可能出现的是（）

A.a，b，c，d B.a，b，d，c C.d，c，b，a D.c，d，a，b 22．关于串的叙述中，正确的是（）A．空串是只含有零个字符的串 B.空串是只含有空格字符的串

C.空串是含有零个字符或含有空格字符的串

D.串是含有一个或多个字符的有穷序列

23．在具有m个单元的循环队列中，队头指针为front，队尾指针为rear，则队满的条件是（）

A．front==rear

B.(front+1)%m==rear

C.rear+1==front

D.(rear+1)%m==front 24．设有二维数组

1A［n］［n］表示如下：23456，则A［i］［i］（0≤i≤n-1）的D.i2/2 值为（）

A．i*(i-1)/2 B.i*(i+1)/2 C.(i+2)*(i+1)/2 25．高度为h的完全二叉树中，结点数最多为（）

hA．2h-1 B.2h+1 C.2-1 D.2h 26．由m棵结点数为n的树组成的森林，将其转化为一棵二叉树，则该二叉树中根结点的右子树上具有的结点个数是（）

A.mn B.mn-1 C.n(m-1)D.m(n-1)27．在一个具有n个顶点的无向图中，每个顶点度的最大值为（）A.n B.n-1 C.n+1 D.2(n-1)28．关于无向图的邻接矩阵的说法中正确的是（）A.矩阵中非全零元素的行数等于图中的顶点数

B.第i行上与第i列上非零元素总和等于顶点Vi的度数 C.矩阵中的非零元素个数等于图的边数

D.第i行上非零元素个数和第i列上非零元素个数一定相等

29．设一组记录的关键字key值为{62，50，14，28，19，35，47，56，83}，散列函数为H(key)=key mod 13，则它的开散列表中散列地址为1的链中的结点个数是（）A.1 B.2 C.3 D.4 30．设有一组初始关键字值序列为（49，81，55，36，44，88），则利用快速排序的方法，以第一个关键字值为基准得到的一次划分为（）

A.36，44，49，55，81，88 B.44，36，49，55，81，88 C.44，36，49，81，55，88 D.44，36，49，55，88，81

二、填空题

1.数据是计算机加工处理的对象（）。2.数据结构的概念包括数据的逻辑结构、数据在计算机中的存储方式和数据的运算三个方面()。

3.线性表是由n≥0个相同类型组成的有限序列（）。4.栈是一种后进先出的线性表（）。

5.从循环链表的某一结点出发，只能找到它的后继结点，不能找到它的前驱结点（）。6.单链表设置头结点的目的是为了简化运算（）。7.树的最大特点是一对多的层次结构（）。8.组成数据的基本单位称为数据元素（）。

9.从非循环链表的某一结点出发，既能找到它的后继结点，又能找到它的前驱结点（）。

10.单链表结点的指针域是用来存放其直接后继结点的首地址的（）

11.数据的存储结构是数据的逻辑结构的存储映象（）。

12.用顺序表来存储线性表时，不需要另外开辟空间来保存数据元素之间的相互关系（）。

13.在非线性结构中，至少存在一个元素不止一个直接前驱或不止一个直接后驱（）。14.树的最大特点是一对多的层次结构（）。15.队列的特点是先进先出（）。

16.由后序遍历序列和中序遍历序列能唯一确定一颗二叉树（）。17.数据的存储结构独立于计算机（）。18.线性表简称为”顺序表”。（）

19.对数据的任何运算都不能改变数据原有的结构特性（）。20.从循环单链表的任一结点出发，可以找到表中的所有结点（）。21.栈是一种先进先出的线性表（）。22.链表的主要缺点是不能随机访问（）。23.二叉树是树的特殊形式（）。24.冒泡排序法是稳定的排序（）。25.算法是对解题方法和步骤的描述（）。26.算法可以用任意的符号来描述（）。

27.数据的逻辑结构可以看作是从具体问题抽象出来的数学模型（）。

28.线性表的顺序存储方式是按逻辑次序将元素存放在一片地址连续的空间中（）。29.栈是一种先进后出的线性表（）。

30.将插入和删除限定在表的同一端进行的线性表是队列（）。

三、画图题

1.请根据下列二元组画出相应的数据结构

K={15,11,20,8,14,13 } R={<15,11>,<15,20>,<11,8>,<11,14>,<14,13>} 2.请根据下列二元组画出相应的数据结构

K={A,B,C,D,E,F,G,H,I,J} R={,,,,,,,,} 3．请根据下列二元组画出相应的数据结构 K={1,2,3,4,5,6,7} R={<1,2>,<1,3>,<1,4>,<2,1>,<2,4>,<3,5>,<3,6>,<3,7>,<4,1>,<4,5>,<5,1>,<5,3>,<5,4>,<6,5>,<6,7>,<7,3>} 4.请根据下列二元组画出相应的数据结构

K={1,2,3,4,5} R={<1,2>,<1,3>,<2,3>,<2,4>,<2,5>,<3,4>,<4,5>,<5,1>} 5．请根据下列二元组画出相应的数据结构 K={0,1,2,3,4,5,6,7} R={(0,1),(0,2),(1,3),(1,4),(2,5),(2,6),(3,7),(4,7),(5,6)} 6．请根据下列二元组画出相应的数据结构

K={1,2,3,4,5,6,7} R={(1,2),(1,3),（2,3），(2,4),(2,5),(3,7),(4,6),(5,6)，（6,7）}

四、运算题

1．已知一个图的顶点集V和边集H分别为：

V＝{0，1，2，3，4，5，6，7}

E＝{（0，1）8，（0，2）5，（0，3）2，（1，5）6，（2，3）25，（2，4）13，（3，5）9，（3，6）10，（4，6）4，（5，7）20}；

按照克鲁斯卡尔算法得到最小生成树，拭写出在最小生成树中依次得到的各条边。______，______，______，______，______，______，______。

2.一个线性表为B=（12，23，45，57，20，03，78，31，15，36），设散列表为HT[0..12]，散列函数为H（key）= key % 13并用线性探查法解决冲突，请画出散列表，并计算等概率情况下查找成功的平均查找长度。

平均查找长度：（写出计算过程）

3．已知一个图的顶点集V和边集H分别为：

V＝{0，1，2，3，4，5，6，7}

E＝{（0，1）8，（0，2）5，（0，3）2，（1，5）6，（2，3）25，（2，4）13，（3，5）9，（3，6）10，（4，6）4，（5，7）20}；

按照普里姆算法得到最小生成树，试写出在最小生成树中依次得到的各条边。（从顶点2出发）

____

__，___

_，___

___，__

____，___ ___，__ ____，___ ___。4.写出下图所示的二叉树的前中后序遍历结果：

前序：中序：后序：

5.设有一个输入数据的序列是 { 46, 25, 78, 62, 12, 80 }, 试画出从空树起，逐个输入各个数据而生成的二叉排序树。

五、编程题

1.请编写一个算法，实现十进制整数与二进制数的转换。Void shi_to_er(unsigned x){ 2.写出二分法查找的算法：

11.材料结构分析教案篇十一

科学探究涉及提出问题、猜想结果、制订计划、观察、实验、制作、搜集证据、进行解释、表达与交流等活动。这些活动全部是围绕着教师提供的材料来进行的。材料的选择、合理组合和适时呈现，建立层次性和针对性较强的实验材料结构系统，可以最大限度地体现科学学习的探究性，进行有意义、有价值的而非“伪探究”的活动，无结构的材料致使课堂教学效益较低，影响儿童科学素养和谐有效的发展，使科学课变得“不科学”。

一、优化材料结构，“玩”得有意义

认识生活中的科学是孩子学习科学的必经之路。玩是孩子的天性，孩子的玩蕴藏着知识、创造和对科学的认识过程。自发的无目的的“玩”，是学生天生的、纯粹的玩，但是有意义的“玩”的基础。老师要细心呵护学生与生俱来的无目的的“玩”，使之逐步进入有意义的玩。

提供给孩子们“玩”的材料必须是有意义、有结构的。无结构或结构松散的实验材料可能使学生在一大堆实验材料面前陷入茫然或产生杂乱无章的问题，不能有效引导学生进行教师所期望的高价值的探究活动；经过优化的有结构的材料组合或合理呈现的材料有助于帮助学生在能力范围内完成层次不同的探究，满足学生的探究欲望。

二、创设情境，玩出问题——声音是碰撞、摩擦产生的吗？

激发学生的学习兴趣的目的是让学生主动参与到探究活动中去，经历假设、设计方案、实验验证、获得数据、分析数据、得出结论的科学探究过程。根据儿童的心理特点，结合所要探究的具体内容，从孩子身边寻找教学的切入点，创设情境让学生参与探究活动。

声音是怎样产生的？首先让学生用身体“制造”声音，学生发现了平时很多没有关注的能够发出声音的现象，比如打嗝、放屁、打呼噜，肚子饿得“咕咕”叫，等等，再通过模拟各种声音，引发学生对声音现象的关注，并适时引出问题：声音是怎样产生的？

三、材料合理选择，适时呈现，分批呈现，“玩”出水平

要引导学生进行有步骤，高效率的探究，并不是简单地把一堆材料呈现就可以了，即使是经过精心挑选，具有典型性的有结构材料，如果没有把握好呈现的时机，依然只是一堆没有价值的材料。为了使材料的结构更清楚，让孩子们更容易看出其结构，学具的发放有时需要分阶段，分层次进行，较后发放的材料称为“后续材料”。

1.适时呈现。孩子们的好奇心强，本课的材料都是可以发出声音的，不适当的材料出现时机会严重分散他们的注意力，从而使课堂教学和探究的效果大打折扣。

2.分批呈现。为了使材料的结构更清楚，让孩子们更容易看出其结构，材料的发放和呈现有时需要分阶段。

（1）揭示前概念，引发概念冲突

提供给学生一组能够发出声音的材料：锣、鼓、气球等。

学生发现：摩擦、碰撞、撞击、敲打等可以让物体发出声音，根据已有的前概念，得出“声音是由碰撞、敲打产生的”。

橡皮筋也能用这样的方法发出声音吗？似乎上面的方法都不行，只有弹拔能让橡皮筋发出声音，弹拔也是声音产生的一种方法。

（2）观察声音产生时现象

提供的材料：橡皮筋、尺子。

通过“玩”皮筋、尺子探索让它们发出声音的方法，分别听到了怎样的声音？能模仿这种声音吗？皮筋和尺子发出声音时，能观察到什么现象？

学生观察发现：尺子、橡皮筋在发声时都在振动，做出假设：声音是振动产生的吗？

（3）感受“振动”，验证假设——声音产生的奥秘

提供的材料：音叉和水槽；绿豆和小鼓。

让学生经历敲击音叉后听“振动”—摸“振动”-看“振动”的实验过程，让学生真切地感受到：声音发生时，音叉在振动！通过观察绿豆在鼓面上的舞蹈，更加直观地看到物体发声时的振动现象。

（4）实证意识：如果声音振动是产生的，振动停止，声音也应该停止

提供的材料：前面用过的所有能发声的器材。

怎样证明自己的想法是正确的？反过来想一想：如果声音是由振动产生的，停止振动，声音也应该停止。通过设计实验加以证实，学生探究的兴趣盎然。

（5）生活中的发声现象能证明我们的观点吗？

提供的材料：响尾蛇和青蛙发声时的动画。

响尾蛇和青蛙在发声时是否在振动？生活中还有哪些现象能证明我们的观点——声音是由振动产生的。

（6）水和空气发出声音是否也在振动？

提供的实验材料：空瓶子，烧杯。

通过吹瓶子发出声音，以及用烧杯倒水产生声音，引导学生观察思考：在振动吗？

四、深入探究，“玩”出创新——得出结论，其实我们还需要更多的证据

学生惊喜地发现，物体发声时都在振动；当振动停止时，声音也就停止了。学生很容易激动地得出结论——声音是由振动产生的。

科学探究中，培养学生的证据意识是非常重要的，千万不能以偏概全。很多执教者此时就武断地告诉学生：声音是振动产生的。而科学课的意义就在于引导学生深入探究：这样证据足够了吗？能不能找到证据推翻我们的结论呢？

因而，本课的教学并不能到此为止，需要引导学生进一步观察更多的声音的现象，思考这些发声现象是不是都是振动产生的，只要有一个不是，我们的结论就是武断的。

五、拓展活动——留给学生更多的问题和思考

万能的发声工具——音箱为什么能发出那么多丰富美妙的声音？了解我们发声器官和听觉器官的工作原理——其实它们都在振动。

“玩”是本课教学的主线，让学生经历无意义的“玩”（让身体发出声音）-玩出问题（声音是怎么产生的）-有目的地玩（观察与实验）-总结（分析与交流）的科学认知过程，在“玩”的过程中，逐步学会认真仔细全面地观察，能像科学家那样真刀真枪地实验，对科学现象进行合理的解释，把自己的观点和想法完整地表达和交流，让学生在宽松愉悦的情境中开展探究声音奥秘的活动，并能有所感、有所悟，并将科学探究活动由课内向课外有效延伸，让科学课不随着铃声的结束而结束。

12.材料结构分析教案篇十二

关键词：框架结构,传力路径,材料用量,柱距

1 前言

框架结构由于其具有空间分割灵活, 自重轻, 梁、柱构件易于标准化的特点而被广泛应用于民用建筑。同时, 由于框架结构传力途径明确, 荷载由板及梁, 由梁及柱, 最后由柱传至基础, 其传力路径的优化较为容易实现, 并且往往效果显著。因而本文以某一高层框架教学楼为模型蓝本, 以柱距与材料用量关系为研究对象, 在不影响建筑使用的前提下, 通过调整柱距来调整荷载水平向的传力路径长度, 从而定量分析柱距与建材用量间的关系, 供工程师借鉴使用。

2 方案优化的基本原则

一般而言, 结构荷载的传力路径越简捷, 结构的工作效能也就越高, 所耗费的建材也可相应减少, 因而缩减荷载的传力路径长度是节材省材最为有效的方法。

传力路径的优化应与结构力学概念相结合, 方能取得较好效果。如充分利用连续梁的受力特点, 尽量设置等开间、等进深的柱网, 减少不同跨的弯矩差异, 使各跨梁截面趋于一致, 以此充分利用材料性能。即传力路径简捷、各跨间无过大的内力差异的结构方案才是最合理的节材方案, 这也是框架结构优化时应遵循的基本原则。

此外, 方案优化也应遵循规范设计的原则, 满足规范的设计要求, 如截面要求、轴压比要求、配筋要求[1~3]等。

在框架结构设计中, 柱距的优化对减少荷载传力路径的效果最为明显, 故本研究以柱距为调整对象, 比较不同柱距下材料用量的差异。

3 荷载传递的力学表现

一般而言, 内力流的精确传递路径是无法获取的, 但可以使用结构力学的方法将其量化。

内力的量纲为牛, 长度的量纲为米, 内力传递长度效应的量纲则应为N·m。可见, 内力传递路径效应反映为“弯矩”, 内力传递长度的增加, 导致弯矩的增大。在连续梁荷载不变的情况下, 各柱承担的总轴力不变, 而弯矩则随着柱距的增长而增大。其中, 荷载的传递遵循“就近原则”, 梁荷载将分区域就近传递至相邻柱, 其分区点为剪力为零的点。

本文举一个简单的例子来量化说明传力路径长短对内力的影响。如图1所示, 三种方案连续梁的总跨度均为12m, 仅改变其柱距, 分别为3m柱距、6m柱距及12m柱距。梁上为1N/m的均布荷载, 将其荷载以梁剪力零点为分界, 分为若干个子区域。根据荷载就近传递的原则, 各子区域荷载将传至临近的柱子。子区域荷载传递所产生的弯矩为子区域两端点弯矩的差值, 即梁端部负弯矩的绝对值与梁中部最大正弯矩之和。本文将图1中三种方案的弯矩图进行了绘制, 如图2所示。

从图2可以看出, 大柱距的梁端和跨中弯矩均远大于小柱距的弯矩。为了更清晰地对比弯矩的差异, 本文将图2的弯矩数值进行了整理汇总, 见表1。

注:“区域弯矩”为子区域两端的端部弯矩绝对值之和;“弯矩对比”为以各方案与3m柱距方案弯矩数值之比;表中弯矩单位为N·mm。

从表1可发现, 梁段部分的总弯矩与柱距基本上成正比例形式增长, 而柱段总弯矩则与柱距呈指数形式增长, 可见荷载的二次传递 (构件与构件之间的传递) 会导致弯矩的急剧放大, 从而导致建筑用材的大量增加。故从结构力学角度进行分析可得出如下结论:

⑴减少结构体系总内力的最有效方法为缩减内力流在构件与构件之间传递的次数, 即简化传递形式, 减少次梁, 明晰荷载的传递。

⑵梁段的总弯矩与梁跨成正比, 缩减梁的跨度, 可成比例地减少梁段的内力值, 从而可有效节省框架梁部分的材料用量。

4 不同长度的传力路径方案的对比分析

上节结论只是从结构力学角度出发所得, 而实际工程受到结构规范、建筑需求等多方面的约束, 因而不适宜以上节结论来直接衡量柱距 (传力路径长度) 与建筑材料间的关系。

为了进一步探讨荷载路径缩减对实际工程的节材效果, 本文以某一实际工程为背景, 做进一步的深化研究。

4.1 方案介绍

采用某高层框架教学楼作为研究蓝本。项目处于七度区, 地震分组为第一组, 场地类别为Ⅱ类, 框架抗震等级为二级, 基本风压为0.5k N/m2, 地面粗糙度类别为B类。建筑层高为3.6m, 建筑层数为8层, 总建筑高度为28.8m, 建筑宽 (X向) 59.6m, 厚 (Y向) 23.5m, 为典型的教学楼建筑尺寸。

在不影响建筑使用功能的前提下, 保持Y向柱网尺寸和梁布置形式不变, 只将X向的主要柱网分为3m、6m、9m和12m四种形式, 如图3至图6。

为减少方案对比的影响因素, 以上四种方案均采用统一的材料等级, 见表2。

采用盈建科计算软件进行抗震计算, 控制调整各指标, 使其满足规范要求, 同时控制柱轴压比、梁挠度及配筋等尽量接近规范临界限值, 以提高方案间的对比性。方案A~D的整体指标见表3所示。

由表3可见, 各方案的轴压比均控制在0.71~0.74之间, 均临近限值0.75。各方案的位移角在1/1000左右, 均满足规范1/550的限值要求。本试验控制各方案的整体指标, 使其既满足规范要求, 同时又处于较小的变动范围, 从而提高材料用量的可比性。

注:Tt/T1为第一扭转周期与第一平动周期的比值。

而各方案柱、梁构件的主要截面尺寸见表4, 总体上柱距越大, 构件截面越大。

4.2 上部结构材料用量对比分析

以上四种方案的上部结构材料用量变化趋势如图7和图8所示。

总体上, 从图7可以看出X向柱网越密, 混凝土用量与钢筋用量均越小。这符合传力路径越短、材料利用效率越高、建材用量越节省的规律。此外, 从图8可发现楼板的混凝土用量和钢筋用量变化均不大, 且各自的变化趋势均不变, 方案D与方案A相比, 板混凝土用量减少了2.5%, 板钢筋用量增加了1.5%。即柱网变化引起的传力路径减少, 基本上对楼板无影响。原因为各方案的楼板分割均没有改变, 而柱网变化并不影响楼板的传力, 故柱网变化对楼板无影响。

因而以下分析均不考虑楼板材料用量变化的贡献。

4.2.1 方案A与方案B的对比

从图8可发现方案A的柱混凝土用量为四种方案中的最大值, 而梁混凝土用量则为最小值。原因为方案A的柱截面受到《抗规》[2]中最小截面的限制:当框架结构为一、二、三级且超过2层时, 截面宽度不宜小于400mm。故方案A的跨度虽小, 柱数量虽多, 但截面无法再缩小, 从而导致消耗大量的混凝土。而截面的限制, 避免了柱截面尺寸的进一步缩减, 从而使得方案A的柱具有较大的承载力富余, 抗震性能优良。

此外, 梁跨的减小, 使得方案A的X向梁截面可进一步缩小, 且尚未低于规范最小限值, 故方案A的梁钢筋用量及混凝土用量均为四方案中的最小值。

结合图7和图8分析可发现, 从3m柱跨至6m柱跨, 梁混凝土用量的增加基本上可与柱混凝土用量的减少相抵消。方案A、B的混凝土用量基本保持不变, 而方案B梁钢筋用量增长较多, 从而导致方案B的用钢总量增长了3.5%。若将其材料用量换算为材料成本, 从表6中数据可看出, 上部结构成本仅增长了2%。可见, 6m及以下柱距的结构方案, 柱距的进一步缩减, 并不能起到有效的省材效果。

此外, 应注意到, 柱距的减少, 必然导致梁柱节点的增加。若从施工难度角度考虑, 方案A的大量梁柱节点将会大幅提高施工控制及管理难度。因而6m柱距以下的方案, 不建议再对其柱距进行缩减。

4.2.2 方案B与方案C的对比

方案C与方案B相比柱数量虽有所减少, 但截面尺寸却有较大的增长, 从而导致总混凝土用量增长4%, 其增幅不大。但柱钢筋用量则有较大增长, 增长幅度达到10%。

相比柱构件, 梁构件耗材的增长更为明显, 混凝土用量增长了8%, 钢筋用量增长16%。因而柱跨从6m增长到9m时, 耗材的增加主要来自梁构件部分。

从第2节中可知, 柱端弯矩的增长与柱距的增长呈指数形式增长, 而梁段部分的弯矩仅与柱距成正比例形式增长。但本模型计算发现, 对柱距的增长最为敏感的却是框架梁部分的材料用量。这说明随柱弯矩的增长所导致的柱偏拉效应所需的耗材增长量远不及梁段弯矩增长所需的用量。

此外, 从图8可发现框架梁钢筋及混凝土用量的增长均在9m跨度时存在一个斜率的突变。9m以下时, 梁钢筋的增长速率为每米0.75kg/m2, 混凝土增长速率为每米19.3m3;9m以上时, 梁钢筋的增长速率则降为每米0.16 kg/m2, 混凝土增长速率则增长为每米96.3m3。

经研究发现, 导致出现该现象的原因为9m跨度以下的梁主要为承载力控制, 而9m跨度以上的梁, 主要为挠度和裂缝控制。而承载力的提高最有效的方法为提高钢筋用量, 故9m以下的框架梁钢筋用量增长斜率较大, 而混凝土用量增长斜率较小。

可见, 实际工程中, 6~9m柱距应着重承载力部分的优化, 此时对用钢量进行优化, 效果将较为显著。

4.2.3 方案C与方案D的对比

从图7可发现方案D相比方案C, 总混凝土用量有较大增长, 增长幅度达14%, 而总钢筋用量增长不大, 增长幅度不到3%。

结合图8进行分析, 可发现方案D、C中柱构件的钢筋及混凝土用量基本持平, 其主要变化在梁构件。方案D与C相比, 梁钢筋用量增长4%, 梁混凝土用量增长达37%。导致梁混凝土增长较大, 而钢筋用量增长较少的原因主要为12m跨度的梁主要为挠度和裂缝控制, 此时需要提高构件刚度而非承载力。而截面刚度主要由截面尺寸决定, 故相比承载力控制的9m柱距方案, 12m柱距方案的梁截面尺寸有较大的增长, 从而表现为混凝土用量的增长斜率变大, 而钢筋增长的斜率变小。

可见9m柱距以上方案的优化, 应着重于控制梁截面, 寻找有效的梁刚度提高或减轻自重方法应为此时的重点。

4.3 基础部分材料用量对比分析

各方案基础形式均采用柱下扩展基础。其耗材及成本统计见表5所示。混凝土用量单位“m3”;钢筋用量单位为“吨”;价格单位为“万元”;钢材价格3230元/吨, 混凝土价格381元/m3。

由于方案A、B柱跨较小, 为满足承台截面要求, 多采用多柱独立基础。

从统计结果可以看出, 基础部分材料用量变化规律基本上与上部结构变化规律相一致:柱跨越小, 传力路径越短, 所需要的材料用量越少。由于基础部分受到的规范[4]约束更为明显, 故不对其进行更为深入的分析。

4.4 总材料用量及成本对比分析

对各方案上部结构及基础部分的材料用量进行汇总, 其统计出材料成本如表6所示。

从表6可发现材料成本的增长趋势与柱距的增长基本一致, 柱距越大, 传力路径越长, 结构总内力值越大, 材料成本越高。

但同时也可看出, 材料成本价格的增长并不与柱距成正比, 而是呈现二次项增长趋势, 该现象的出现有如下原因。

其一, 传力路径增长所产生内力增量, 对不同受力形式的构件, 其材料用量的增长需求并不一致。如, 梁受弯承载力增长所需的材料用量要高于柱偏压承载力增长所需的用量。

其二, 结构构件的设计既要满足承载力需求, 也要满足正常使用的要求, 故不能仅从内力大小角度出发去衡量结构体系的材料成本。

其三, 由于建筑规范的设计限制, 满足规范要求的设计方案均会受到规范条文的制约, 故并不能完全反映传力路径 (内力改变) 对材料利用效率的影响。