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1、结构设计原理 华中科技大学土木工程与力学学院 道路与桥梁工程系 主讲：高荣雄 电话：87540017 邮件：,课本： 叶见曙主编结构设计原理（公路与城市道路、桥梁工程专业用），人民交通出版社，2005年版 参考书目： 1、结构设计原理计算示例集 2、钢筋混凝土结构基本构件 3、预应力混凝土结构设计 4、桥梁标准图 5、公路桥梁规范,指 定 教 材,2019年4月20日星期六,3/32,华中科技大学,结构的概念与今后的发展前景; 本课程的特点和学习方法; 本课程的教学内容与学习要求; 工程实例。,本章主要内容,总 论 General Introduction,土木工程的三大飞跃： 人类早期：利用
2、土、石、木等天然材料从事营造活动。 第一次飞跃：公元前13世纪，发明了砖、瓦以承压为主的人工材料，即木、砖（石）结构兴起的年代，例如：万里长城、金字塔、阿房宫； 第二次飞跃：17世纪的生铁、19世纪的熟铁、19世纪中叶优质钢材（人工制造的耐拉、压材料）的出现，即钢结构兴起的年代，例如，高300m的埃菲尔铁塔、主跨512m的福斯海峡桥等钢结构； 第三次飞跃：1920世纪，钢筋混凝土结构的出现。钢铁和水泥产生后，直至20世纪初，解决了钢筋混凝土结构计算理论以及预应力混凝土结构的应力损失、锚固，配筋混凝土结构有了蓬勃发展，并在土木工程中占据了统治地位。,2019年4月20日星期六,4/32,华中科技
3、大学,2019年4月20日星期六,5/32,华中科技大学,结构设计原理是一门重要的专业技术基础课，它是在学习材料力学、建筑材料、结构力学等先修课程的基础上，结合结构工程中实际构件的工作特点来研究结构构件设计的一门学科。因此，它是一门实践性很强的学科。,2019年4月20日星期六,6/32,华中科技大学,一、构件：承受荷载而起骨架作用的部分 按其受力特点分：受弯构件（梁和板）、受压构件、受拉构件、和受扭构件等典型的基本构件,0.1 基本概念,2019年4月20日星期六,7/32,华中科技大学,二、结构：在工程中，由建筑材料制作的若干构件连接而成的承受作用的空间或平面体系。（构造物的承重骨架部分）
4、 一般把构造物的承重骨架组成部分统称为结构。 例如：桥梁的桥跨、墩（台）及基础组成了桥的承重体系，它们就被称为桥梁结构。,2019年4月20日星期六,8/32,华中科技大学,对于桥梁结构，根据主要承重结构受力的不同，可将桥梁结构分为： 梁式桥（受弯为主） 拱式桥（受压为主） 刚架桥（梁柱组合） 悬索桥（受拉为主） 斜拉桥（组合受力）,2019年4月20日星期六,9/32,华中科技大学,长沙月亮岛公铁两用桥 （主桥：连续梁桥；引桥：简支梁桥）,梁式桥,2019年4月20日星期六,10/32,华中科技大学,湖南凤凰县的乌巢河桥 （ L=120m） （世界上跨径最大的石拱桥）,拱式桥,2019年4月
5、20日星期六,11/32,华中科技大学,虎门大桥辅航道270m连续刚构,刚架桥,2019年4月20日星期六,12/32,华中科技大学,悬索桥,2019年4月20日星期六,13/32,华中科技大学,南 浦 大 桥 (双塔双索面组合梁423米91年建成),斜拉桥,2019年4月20日星期六,14/32,华中科技大学,四渡河大桥,2019年4月20日星期六,15/32,华中科技大学,四渡河大桥地处湖北宜昌与恩施交界处，位于湖北巴东县野三关镇四渡河，坐落于鄂西武陵崇山峻岭中，是目前中国在深山峡谷里修建的最大跨度悬索桥。 大桥全长1365米，由长1105米的大桥和长228.9米的路基组成。其中，大桥主跨
6、为900米，桥面宽24.5米；大桥恩施。岸索塔高118.2米，宜昌岸索塔高113.6米，塔顶至峡谷谷底高差达650米，桥面距谷底560米，相当于200层楼高，是目前国内在深山峡谷里修建的最大跨度悬索桥，同时也是世界首座跨度达900米以上的山区特大悬索桥。比世界最高桥法国米约大桥分别高307米和290米。被誉为世界第一高悬索桥。,2019年4月20日星期六,16/32,华中科技大学,2019年4月20日星期六,17/32,华中科技大学,2019年4月20日星期六,18/32,华中科技大学,矮寨特大悬索桥,2019年4月20日星期六,19/32,华中科技大学,矮寨特大悬索桥位于湖南湘西，为吉茶高速
7、公路的控制性工程，桥位距吉首市区约20公里，于K14+576.30处跨越矮寨镇（G209 2303公里处）附近的山谷，德夯河流经谷底（德夯河在桥位下游800m汇入峒河），谷底标高约240m，桥面设计标高与地面高差达335m。,2019年4月20日星期六,20/32,华中科技大学,法国米约大桥,2019年4月20日星期六,21/32,华中科技大学,法国南部的第A75号公路，是连接巴黎和西班牙马德里的要道，但是，位于法国南部崇山峻岭之间的这条公路，是盘山路。在夏季出行的高峰季节，途经塔恩河河谷一带的盘山公路上，经常发生严重塞车现象，50公里的路程，往往要走上4个多小时。上世纪80年代，法国人呼吁改
8、造A75号公路。 2004年建成，1993年开工建设。,2019年4月20日星期六,22/32,华中科技大学,对于建筑结构按照承重结构类型来分 砖混结构 框架结构 框架剪力墙结构 剪力墙结构 筒体结构 大跨结构 排架结构,2019年4月20日星期六,23/32,华中科技大学,上海金贸大厦,2019年4月20日星期六,24/32,华中科技大学,中国2008年奥运会主会场,2019年4月20日星期六,25/32,华中科技大学,吉隆坡国油双峰塔（高452m）,2019年4月20日星期六,26/32,华中科技大学,按结构的建筑材料（特点及使用范围）,按结构的用途,混凝土结构,钢结构,砌体结构,木结构,
9、素混凝土结构,钢筋混凝土结构,预应力混凝土结构,桥梁结构,建筑结构,地下结构,水工结构,3、结构分类：,特种结构,2019年4月20日星期六,27/32,华中科技大学,4、钢筋混凝土结构：,定义:由钢筋、混凝土两种性能不同的材料组成，能发挥各自优越性的一种建筑材料。 适用范围： 中小跨径梁、板，墩台，拱，塔;工业或民业建筑、烟囱、水塔等特种结构。 优缺点,优点,就地取材，节约钢筋； 耐久性、耐火性好； 可模性强。,缺点,自重大； 抗裂性能差； 施工受季节影响大。,2019年4月20日星期六,28/32,华中科技大学,5、预应力混凝土结构：,定义：预先人为地给混凝土引入一个应力，以改善混凝土在使
10、用期间的应力状态； 适用范围：跨径50m的桥梁； 优缺点:,优点,缺点,使用高强材料； 重量轻； 跨越能力大； 抗裂性能好。,工艺复杂、 需要设备多（设计、计算、施工难度大）。,2019年4月20日星期六,29/32,华中科技大学,6、砌体结构,定义：将砖石等块材按照一定砌筑规则建筑而成的结构。 适用范围：以受压为主的构件（墩台、护坡）；房屋结构中的竖向承重结构（墙、柱等） 优缺点:,优点,缺点,材料来源广； 抗压能力大； 耐久； 施工简便。,自重大； 费工费时。,2019年4月20日星期六,30/32,华中科技大学,7、钢结构：,自重轻； 易建特大跨径桥梁； 轻钢住宅等材质均匀； 弹性模量大
11、，是理想的弹性材料； 施工方便，速度快。,优点,缺点,造价高； 需经常维修； 耐火性差（钢材在500600软化）。,2019年4月20日星期六,31/32,华中科技大学,一、本课程的主要任务 学习钢筋混凝土、预应力混凝土结构的基本概念、基本理论 学习各种工程材料设计计算原则； 学习钢筋混凝土结构的受力特点、破坏形态、计算方法和连接部位的设计； 学习预应力混凝土结构受力特点、破坏形态、计算方法和连接部位的设计；,0.2 本课程的特点与学习本课程的指导意见,2019年4月20日星期六,32/32,华中科技大学,5. 通过学习，掌握钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、砖石结构和钢结构在各种受力状态下的
12、工作性能、破坏形态、计算原理、设计和构造要求等问题 ，最后通过一周的课程设计，掌握梁的整个设计，为毕业设计和以后的工程设计打下基础。,2019年4月20日星期六,33/32,华中科技大学,1、本课程为专业过渡课程，由基础课过渡到专业课，研究方法既有继承，又要注意其中本质的区别。 材料力学：研究单一、匀质、连续的弹性材料，侧重于构件的应力分析和变形计算，它们中问题的解答是唯一的。 配筋混凝土结构：研究两种材料组成、非匀质、非连续的弹塑性材料，它不同于材料力学研究的范畴，不仅研究强度和变形的计算问题，更主要是结构构件的设计，包括方案、截面形式及材料的选择，配筋构造等。,二、 本课程的特点：,201
13、9年4月20日星期六,34/32,华中科技大学,钢筋混凝土构件的设计方法是建立在试验基础上的 钢筋混凝土构件的设计方法对试验的依赖性很强， 应注意各理论分析的适用范围和应用条件。 设计具有多方案性 结构设计是一个综合性的问题，需要遵循“安全、适用、经济、合理”的原则。当给定荷载时，同一构件的设计答案往往不是唯一的，需进行综合分析比较，才能做出合理的选择。,2019年4月20日星期六,35/32,华中科技大学,了解分析过程和步骤,学会运用规范 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62004) 公路砖石及混凝土桥涵设计规范(JTJ
14、 022 85) 公路桥涵钢结构与木结构设计规范（JTJ025-86） 公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）,工作性能 破坏形态 计算原理 设计构造 受力、变形 应用公式 适用范围、限制条件,2019年4月20日星期六,36/32,华中科技大学,建筑结构荷载规范（GB50009-2001) 砌体结构设计规范（GB50003-2001) 混凝土结构设计规范(GB0-2002) 钢结构设计规范（GB50017-2003） 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）,2019年4月20日星期六,37/32,华中科技大学,三、本课程要解决的问题,选择结构的材料类型； 选择截面形式；
15、拟定截面尺寸； 配筋设计计算； 进行各项验算（强度条件、刚度、稳定性、抗裂性）,2019年4月20日星期六,38/32,华中科技大学,认真学好课堂内容，把握内容体系的内在联系和细微差别； 注意理论联系实际，重视试验、经验和规范的规定； 深入掌握材料性能。因为结构的许多特性都是由材料性能决定的。 结构设计方案的多样性特点，没有绝对的唯一的答案，只有合理的合适的结果； 注意结构设计公式和力学理论公式的区别和联系。 熟悉各规范，重视构造的要求。,四、本课程的学习方法,2019年4月20日星期六,39/32,华中科技大学,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）共分9章7个附录：,7 持久状况和短暂状况构件的应力计算,6 持久状况正常使用极限状态计算,1 总则,3 材料,4 桥梁计算的一般规定,5 持久状况承载能力极限状态计算,2 术语和符号,8 构件计算的规定,9 构造规定,补充内容,2019年4月20日星期六,40/32,华中科技大学,本章小结,掌握基本概念：结构，构件，钢筋混凝土结构，预应力混凝土结构，砖石结构； 了解本课程的学习方法和学习的要求。,
