结构设计原理2014年.10.30
252页1、结构设计原理,土木工程学院桥梁教研室 曹国辉,课程的地位和任务,地 位: 结构设计原理课程是土木工程、道路桥梁与渡河工程专业一门主要的专业基础课程,也是学习和掌握桥梁工程及道路人工构造物设计的基础。 主要任务:讨论钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、圬工结构、钢结构基本构件的受力性能、计算方法和构造要求等 ,为学习后续课程(桥梁工程)打下坚实的基础。 * 本课程在性质上相当于 各工程结构“材料力学”,但它既与材料力学有不少相似之处,又有很多不同的地方。在学习本课程时要着重从它与材料力学的不同方面来掌握结构的材料特点。,课程的要求,掌握混凝土结构、预应力混凝土结构、圬工结构的基本理论、设计计算方法和构造原则,达到具有进行工程结构设计和解决工程问题的初步能力。,绪论,主要内容: 介绍工程结构基本概念; 各工程结构的特点及使用范围; 学习本课程需注意的问题。,要求,掌握各工程结构的一般概念及特点 了解本课程的主要内容、要求和学习方法,0.1 工程结构基本概念,结构:构造物的承重骨架组成部分的统称 (例如,桥梁的桥跨、墩台及基础组成的承重体系) 按其使用建筑材料的种类,可分为:,结构,混凝土结构
2、(包括素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土结构),钢结构,木结构,圬工结构(砖结构、石结构和混凝土砌体结构的总称),0.2 各工程结构的特点及使用范围,钢筋混凝土结构,特点: 优点:适用性强、 就地取材、耐久性好、耐火性好、整体性好、可模性好 缺点:自重大、抗裂性差、耗模板、施工受季节性影响、 隔热隔声性能差 应用: 房屋建筑、地下结构、桥梁、隧道、水利、港口等,根据构件的受力特征在混凝土构件的适当部位配置受力的普通钢筋的结构,如何克服?,0.2 各工程结构的特点及使用范围,特点: 优点:抗裂性好、结构刚度大、挠度小、自重轻、疲劳性能好 缺点:单价高、施工机械设备要求高、工序多、设计计算复杂 应用: 房屋、铁道、公路、桥梁、水利、通讯、海洋工程等,为解决钢筋混凝土结构在使用阶段容易开裂问题而发展起来的结构,预应力混凝土结构,0.2 各工程结构的特点及使用范围,圬工结构,用胶结材料将砖、天然石料等块材按一定规则砌筑而成整体的结构,特点: 优点:就地取材、耐久性好 缺点:自重大、施工机械化程度低 应用:中小跨径的拱桥、桥墩(台)、挡土墙、涵洞、道路护坡等,0.2 各工程结构的特点及使用范围,
3、钢结构,由钢厂轧制的型钢或钢板通过焊接或螺栓等连接组成的结构,特点: 自重轻、弹性模量高、可靠性高、机械化程度高、施工效率高 应用: 大跨径的钢桥、城市人行天桥、高层建筑、钢闸门、海洋钻井采油平台钢屋架、除此以外还常用于钢模板等临时施工结构。,0.3 学习本课程应注意的问题,先修课程有材料力学结构力学及建筑材料,注意本课程与相关课程尤其是材料力学结构力学课程的异同点,正确运用已有的力学知识解决实际问题。 一些材料的强度和变形规律建立在试验研究的基础之上,目前还缺乏完善的理论体系。某些计算公式不能有严密的逻辑推导得出,只能由试验结果回归而成。学习和应用时要注意思维方式的转变,要正确理解公式的本质,特别注意公式的使用条件及适用范围。 结构设计单靠理论分析还不够,还要辅以一定的构造措施,才能保证安全可靠。 在学习本课程中要学会应用设计规范。,结构设计原理,第一章 钢筋混凝土的基本概念及材料的物理力学性能,1.1 混凝土结构的基本概念,1、混凝土结构,素混凝土结构,钢筋混凝土结构,预应力混凝土结构,以砼为主要材料制作的工程结构,无钢筋或不配置受力钢筋的砼制成的结构。只用于承重压应力结构,如道路
4、表层和刚性基础等,根据构件的受力特征在混凝土构件的适当部位配置受力的普通钢筋的结构,配置预应力钢筋,再经过张拉或其他方法建立预加应力的砼制成的结构,1.1 钢筋混凝土结构的基本概念,2、素混凝土梁和配置钢筋的梁对比荷载试验,素混凝土梁承载力小, 破坏突然,钢筋混凝土梁承载力大, 变形性能好,破坏有预兆,2、素混凝土梁和配置钢筋的梁对比荷载试验,钢筋混凝土结构(构件),拉压性能均好,抗压性能好,利用混凝土抗压,钢筋受拉(亦可受压),2、素混凝土梁和配置钢筋的梁对比荷载试验:,由此得出钢筋和混凝土结合的有效性:,大大提高结构的承载力,结构的受力性能得到改善,混凝土和钢筋之间有良好的工作性能,两者可靠地结合在一起,可共同受力,共同变形 。,两者的温度线膨胀系数很接近,避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力,混凝土:1.010-51.5 10-5,钢筋: 1.2 10-5 。,混凝土包裹在钢筋的外部,可使钢筋免于腐蚀或高温软化 。,3、混凝土和钢筋共同工作的原因,1.2 混凝土,混凝土的强度,1.2.1 混凝土的强度,重复荷载下的疲劳强度,均由试验方法得到,三向受压,强度指标的确定,强度,随机
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