结构设计原理

聂云靖

目录

  • 1 钢筋混凝土结构的概念及材料的物理力学性能
    • 1.1 概述
    • 1.2 钢筋混凝土结构的基本概念
    • 1.3 混凝土
    • 1.4 钢筋
    • 1.5 钢筋与混凝土之间的粘结
    • 1.6 本章学习指导与练习
    • 1.7 本章测验
  • 2 结构按极限状态法设计计算的方法
    • 2.1 概率极限状态设计法的概念
    • 2.2 我国《公路桥规》的计算方法
    • 2.3 作用、作用的代表值和作用组合
    • 2.4 材料强度的取值
    • 2.5 阅读材料:《公路工程结构可靠性设计统一标准》
    • 2.6 本章学习指导与练习
  • 3 受弯构件正截面承载能力计算
    • 3.1 受弯构件截面形式与构造
    • 3.2 阅读材料:《公路桥涵通用设计规范》
    • 3.3 受弯构件正截面受力全过程与破坏形态
    • 3.4 阅读材料:《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵通用设计规范》
    • 3.5 受弯构件正截面承载力计算原理
    • 3.6 单筋矩形截面受弯构件
    • 3.7 双筋矩形截面受弯构件
    • 3.8 T形截面受弯构件
    • 3.9 本章学习指导与练习
  • 4 受弯构件斜截面承载能力计算
    • 4.1 受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态
    • 4.2 影响受弯构件斜截面抗剪承载力的主要因素
    • 4.3 受弯构件的斜截面抗剪承载力
    • 4.4 受弯构件的斜截面抗弯承载力
    • 4.5 全梁承载能力校核与构造要求
    • 4.6 本章学习指导与练习
    • 4.7 大作业
    • 4.8 大作业设计进度安排
  • 5 受扭构件承载能力计算
    • 5.1 纯扭构件的破坏特征和强度计算
    • 5.2 在弯、剪、扭共同作用下矩形截面构件的强度计算
    • 5.3 T形、箱形截面受扭构件及构造要求
    • 5.4 本章小结与测验
  • 6 轴心受压构件正截面承载能力计算
    • 6.1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件
    • 6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件
    • 6.3 本章小结与测验
  • 7 偏心受压构件正截面承载能力计算
    • 7.1 内容与要求
    • 7.2 偏心受压构件正截面受力特点和破坏形态
    • 7.3 偏心受压构件的纵向弯曲
    • 7.4 矩形截面偏心受压构件
    • 7.5 圆形截面偏心受压构件
    • 7.6 本章小结与测验
  • 8 受拉构件承载能力计算
    • 8.1 概述
    • 8.2 轴心受拉构件
    • 8.3 偏心受拉构件
    • 8.4 本章小结与测验
  • 9 钢筋混凝土受弯构件应力、裂缝和变形计算
    • 9.1 概述
    • 9.2 换算截面
    • 9.3 应力计算
    • 9.4 受弯构件的裂缝及最大裂缝宽度验算
    • 9.5 受弯构件的变形(挠度)验算
    • 9.6 混凝土结构的耐久性
    • 9.7 本章小结与测验
  • 10 局部承压计算
    • 10.1 局部承压的破坏形态和破坏机理
    • 10.2 混凝土局部承压强度提高系数
    • 10.3 局部承压区的计算
    • 10.4 本章小结与测验
  • 11 深受弯构件
    • 11.1 深受弯构件破坏形态
    • 11.2 深受弯构件设计计算方法
    • 11.3 桥梁墩台盖梁按深受弯构件的计算
    • 11.4 本章学习指导与练习
  • 12 预应力混凝土结构的概念及材料
    • 12.1 概述
    • 12.2 预加力的方法与设备
    • 12.3 预应力混凝土结构的材料
    • 12.4 预应力混凝土结构的三种概念
    • 12.5 本章小结与测验
  • 13 预应力混凝土受弯构件设计与计算
    • 13.1 受力阶段与设计计算方法
    • 13.2 预应力混凝土受弯构件承载能力计算
    • 13.3 预加力的计算与预应力损失的估算
    • 13.4 预应力混凝土受弯构件的应力计算
    • 13.5 预应力混凝土构件的抗裂验算
    • 13.6 变形计算
    • 13.7 端部锚固区计算
    • 13.8 预应力混凝土简支梁设计
    • 13.9 预应力混凝土简支梁计算示例
    • 13.10 阅读材料:30m预应力混凝土简支T梁桥标准图
    • 13.11 本章小结与测验
  • 14 部分预应力混凝土受弯构件
    • 14.1 部分预应力混凝土受弯结构受力特性
    • 14.2 允许开裂的部分预应力混凝土受弯构件的计算
    • 14.3 允许开裂的部分预应力混凝土受弯构件的设计
    • 14.4 构造要求
    • 14.5 本章学习指导与练习
  • 15 圬工结构的概念与材料
    • 15.1 圬工结构的概念
    • 15.2 圬工材料
    • 15.3 砌体强度与变形
  • 16 圬工结构构件承载力计算
    • 16.1 计算方法
    • 16.2 受压构件承载力计算
    • 16.3 局部承压以及受弯、受剪构件承载力计算
  • 17 课程实验
    • 17.1 课程实验大纲
    • 17.2 实验指导书
    • 17.3 实验视频
    • 17.4 实验阅读材料
    • 17.5 实验报告
    • 17.6 材料实测数据
    • 17.7 实验前准备工作
  • 18 基于桥梁博士的预制装配式钢筋混凝土简支梁的计算分析
    • 18.1 桥梁博士简介
    • 18.2 桥梁博士单梁建模流程
    • 18.3 桥梁博士基础操作
本章学习指导与练习

一、本章主要内容及学习要求

1)受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态

斜截面的主要要破坏形态有斜压破坏、剪压破坏和斜拉破坏,应搞清楚这三种破坏形态的受力及破坏特点。腹筋包括箍筋和弯起钢筋,箍筋对极高梁的抗剪能力具有显著的、综合性的作用,因此要求在梁中必须配置箍筋。

2)影响斜截面抗剪承载力的主要因素

影响斜截面抗剪承载力的主要因素有剪跨比、混凝土抗压强度、纵向受拉钢筋配筋率、配箍率和箍筋强度。除剪跨比外,其他几种影响因素与抗剪承载力均成线性、上升关系。

剪跨比实质上反映了梁截面上正应力σ与剪应力τ的相对大小,其值对斜截面破坏形态和抗剪承载力有明显影响。随着剪跨比m的加大,破坏形态按斜压、剪压和斜拉的顺序演变,而抗剪承载力逐步降低,当m>3后,抗剪承载力趋于稳定。对剪跨比的概念、含义及其影响应深刻理解。

3)斜截面抗剪承载力计算

斜截面抗剪承载力计算公式只适用于剪压破坏,公式的适用条件是为了防止斜压和斜拉破坏的发生。即为了防止斜压破坏,截面尺寸应满足剪力上限的要求,如不满足则应增大截面尺寸或提高混凝土强度等级;为了防止斜拉破坏当按计算无需配置腹筋时,仍要求箍筋的配箍率和最大间距、最小直径应满足最小配箍筋率和相应构造要求。

计算公式中抗剪承载力由两部分构成:混凝土和箍筋承担的剪力弯起钢筋承担的剪力!其中混凝土和箍筋可分担设计剪力的60%-100%弯起钢筋可分担设计剪力的040%。设计时是否配置起弯钢筋,要看梁正截面配筋情况,如梁截面尺寸较大、正截面配筋较多,有多余的纵筋可供弯起时,可以考虑配置一部分弯起钢筋。从受力角度来讲,箍筋在梁中分布均匀、可以和各斜裂缝相交,抗剪效果较好;而弯起钢筋面积过于集中、不能承受反向剪力,因此梁中必须且优先配置箍筋。

4)全梁承载力校核与构造要求

理解弯矩包络图和抵抗弯矩图的定义。在抵抗弯矩图上可以直观地示出梁的正截面、斜截面抗弯承载力是否得到满足,用于设计纵筋和弯起钢筋时比较方便,因此要求熟练掌握抵抗弯矩图的绘制方法,理解图中充分利用点、理论截断点(不需要点)的含义,并能通过抵抗弯矩图确定纵筋弯起或切断时的合理位置。

另外还要注意在设计中不能忽视有关的构造要求。

5)连续梁的斜截面抗剪承载力

理解连续梁斜截面破坏的特点,连续梁的斜截面抗剪承载力低于相同广义剪跨比的简支梁。掌握连续梁斜截面抗剪承载力计算方法。

二、本章的难点及学司时应注意的问题     

1)斜截面抗剪承载力计算公式不是通过理论推导得出,而是以主要影响因素为变量,以试验研究为基础,在满足可靠度的条件下取试验值偏下线的统计回归公式,因此公式本身无需死记硬背,应把学习的重点放在理解哪些因素会影响斜截面的抗剪承载力及公式的适用条件,并熟练掌握计算公式在设计中的应用。

2)受弯构件的斜截面抗弯承载力:进行斜截面抗弯承载力计算时,需先确最不利斜截面的位置,然后根据力矩平衡方程来计算抗弯承载力。在实际的设计中,是采用构造现定来避免斜截面受弯破坏的,不需直接计算斜截面抗弯承载力

   当纵筋沿梁长无弯起和切断(即为通长布置时)斜截面抗剪承载力与正截面抗弯承载力相同,在正截面抗弯承载力得到保证的前提下,斜截面抗秀承载力也能得到满足。当纵筋弯起或切断后,斜截面抗弯承载力发生变化,此时应按比例绘制抵抗弯矩图,将弯起钢筋的弯起点位置,设在按正截面抗弯承载力计算该钢筋的强度全部被利用的截面(充分利用点)以外,其距离不小于0.5截面有效高度处。

 3)弯起钢筋的设计(难点):因为弯起钢筋的设计布置既要满足正截面抗弯承载力、斜截面抗剪承载力、斜截面抗弯承载力的要求,还要满足一系列构造要求,要考虑的因素很多,因此问题较为复杂。当出现某一方面要求不能满足的情况时,应采取适当的处理措施。例如当抗剪承载力不能满足时,可以加配斜筋,或者减小弯起钢筋分担的剪力比例;如果弯起一部分钢筋后出现正截面、斜截面抗弯承载力不满足,则可以考虑推迟纵筋的弯起(相对于跨中)。调整弯起位置以后,各项设计要求是否满足,还需要重新进行复核。总之,要调整至所有要求均得到满足为止。



茅以升

茅以升(1896—1989)原名茅以昇,字唐臣。江苏镇江人。茅以升祖父茅谦为举人,曾创办《南洋官报》,是镇江市的名士。茅以升出生不久,全家迁居南京。茅以升从小好学上进,善于独立思考。

茅以升10岁那年,过端午节,家乡举行龙舟比赛,看比赛的人都站在文德桥上,而他因为肚子疼所以没有去。桥上由于人太多把桥压塌了,砸死、淹死不少人。这一不幸事件沉重地压在茅以升心里。他暗下决心:长大了一定要造出最结实的桥。

1916年毕业于交通部唐山工业专门学校(即唐山交通大学,现为西南交通大学)。参加清华留美官费研究生考试,以第一名录取留洋。

1917年获美国康乃尔大学硕士学位(桥梁专业)。1919年获美国卡耐基理工学院(现为卡耐基梅隆大学)博士学位,是该校的第一位工科博士。

1920年回国后至1930年,历任交通大学唐山学校(今西南交通大学)教授、副主任,国立东南大学教授、工科主任,南京河海工科大学校长,交通部唐山大学(今西南交通大学)校长。

1930年至1931年任江苏水利局局长,1934年至1937年任浙江省钱塘江桥工程处处长(挂此职到1949年),在自然条件比较复杂的钱塘江上主持设计、组织修建了一座全长1453米,基础深达47.8米的双层公路铁路两用钱塘江大桥。大桥于1937年9月26日建成通车,这是中国人自己设计和施工的第一座现代钢铁大桥,是中国桥梁工程史上一座不朽的丰碑。

1937年12月23日,为了阻止日军攻打杭州,茅以升亲自参与了炸桥。抗日战争胜利以后,茅以升又受命组织修复大桥,1948年3月,大桥修复通车。

1955年选聘为中国科学院院士(学部委员)。1959年在北京十大建筑的建设中,担任人民大会堂结构审查组组长,并为周恩来总理指定为设计方案最终审定签字负责人。

1955年至1957年主持设计了武汉长江大桥,1955年至1957年,茅以升任武汉长江大桥技术顾问委员会主任委员,他又接受修建我国第一座跨越长江的大桥———武汉长江大桥的任务。

1977年主持设计了重庆石板坡长江大桥。1989年11月12日病逝于北京,享年93岁。

著名科学家周培源在《桥梁专家茅以升》一书中指出的:“茅以升对我国科技事业的贡献是多方面的”。他为中国科学普及事业乃至科技馆、科技报建设等方面作出的重大贡献,并不为更多人所熟知。茅以升在《桥梁远景图》中,描绘了各种各样的桥,毛泽东曾称赞他:“不仅是科学家,还是个文学家 。

【科学思维:茅以升:人生之桥