结构设计原理总结

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1、结构：一般把构造物的承重骨架组成部分统称为结构常用的结构一般可分为：混凝土结构钢结构圬工结构木结构钢筋混凝土结构：是由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制成的结构混凝土：是用水泥，砂子，石子三种材料经水拌合凝固硬化后制成的人工材料钢筋混凝土的产生：将钢筋和混凝土结合在一起共同工作，混凝土承受压力，钢筋承受拉力，将可以充分发挥各自的优势。钢筋分类：按加工方式不同分为热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢筋、冷拔钢丝，冷加工方法有冷轧、冷拉、冷拔，预应力钢筋分为高强钢筋、钢绞线、高高强钢丝及钢丝束徐变：在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，亦即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种

2、现象被称为徐变。徐舒：钢筋在一定拉应力值下，将其长度固定不变，则钢筋中的应力将随时间延长而降低混凝土立方体抗压强度：以变长是150mm立方体标准试件中在20摄氏度正负2度，强度和温度95%以上潮湿空气中养护28d，依照标准制作方法和实验方法测得的抗压强度值。混凝土轴心抗压强度：按照立方体试件相同条件下制作和试验方法所得的棱柱体试件的抗压强度值混凝土抗拉强度：用两端预埋钢筋的混凝土棱柱体做试件，试验时用试验机夹具夹紧两外伸的钢筋施加拉力，破坏在没有钢筋中部截面被拉断，其平均应力。混凝土劈裂抗拉强度：由立方体或圆柱体的劈裂试验测定的抗拉强度设计：在预定的作用及材料性能条件下，确定构建按功能要求所需

3、要的截面尺寸、配筋和构造要求目标可靠指标：用作公路桥梁结构设计依据的可靠指标可靠性：结构在规定的时间（设计基准期）内，在规定的条件（结构设计时所确定的正常设计、正常施工和正常使用条件）下，完成预定功能的能力，安全性、适用性、耐久性称为结构的可靠性可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。设计基准期：进行结构可靠性分析时，考虑持久设计状况下各项变量与时间关系所采用的基准时间参数极限状态：当整个结构或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时，则此特定状态称为该结构的极限状态结构抗力：结构构件承受内力和变形的能力。它是结构材料性能扣几何参数等的函数作用：施

4、加在结构上的集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因，它分为直接作用和间接作用作用标准值：结构或结构构件设计时，采用的各种作用的基本代表值可变作用准永久值：在设计基准期间，可变作用超越的总时间约为设计基准期一半的作用值可变作用频遇值：在设计基准期间，可变作用超越的总时间为规定的较小比率或超越次数为规定次数的作用值梁内钢筋组成：纵向受拉钢筋（主钢筋）、弯起钢筋或斜钢筋、箍筋、架立钢筋和水平纵向钢筋绑扎钢筋骨架：将纵向钢筋与横向钢筋通过绑扎而成的空间钢筋骨架一般用于整体现浇焊接钢筋骨架：先将纵向受拉钢筋（主钢筋）弯起钢筋或斜筋和架立钢筋焊接成平面骨架，然后用箍筋将数片焊接的平面骨架组成空

5、间骨架。塑性破坏（延性破坏）：结构或构件在破坏前有明显变形或其他征兆脆性破坏：结构或构件在破坏前无明显变形或其他征兆配筋率：所有配置的钢筋截面面积与规定的混凝土截面面积的比值腹筋：把箍筋和弯起（斜）钢筋统称为梁的腹筋剪跨比：剪跨比是一个无量纲常数，用来表示，此处M和V分别为剪弯区段中某个竖直截面的弯矩和剪力，h0为截面有效高度。广义剪跨比：m=M/Vh0狭义剪跨比：m=a/h0配箍率：=Asv/bsv，Asv表示斜截面内配置在延梁长方向上一个箍筋间距sv范围内的箍筋各肢总截面积b表示截面宽度sv表示延梁长方向的箍筋的间距剪压破坏：随着荷载的增大梁的剪弯区段内陆续出现几条斜裂缝，其中一条发展成为

6、临界斜裂缝，它出现后梁承受的荷载还能继续增加，而斜裂缝伸展至荷载垫板下直到斜裂缝顶端的混凝土在正应力剪应力及荷载引起的竖向局部正应力的共同作用下被压酥而破坏斜截面投影长度：自纵向构件与斜裂缝低端而橡胶至斜裂缝顶端距离水平投影长度充分利用点：在结构中钢筋的长度被充分利用的点弯矩包络图：沿梁长度各截面上弯矩组合设计值Md的分布图，其纵坐标表示该截面上作用的最大设计弯矩抵抗弯矩图：以各截面实际的纵向受拉钢筋所能承受的弯矩为纵坐标，以相应的截面位置为横坐标，所作出的弯矩图形。即表示各正截面所具有的抗弯承载能力。钢筋混凝土构件抗扭性能的两个重要衡量指标：1构件的开裂扭矩2构件的破坏扭矩轴心受压构件：当构

7、件受到位于截面形心的轴向压力作用时的构件纵向稳定系数：考虑构件长细比增大的附加效应使构件承载力降低的计算系数。长细比：杆件的计算长度与杆件截面的回转半径之比偏心受压构件：当轴向压力N的作用线偏离受压构件的轴线时。压弯构件：截面上同时承受轴心压力和弯矩的构件。界限破坏：受拉钢筋达到屈服应变时，受压区混凝土也刚好达到极限压应变而压碎。对称配筋：截面的两侧所用钢筋的等级和数量均相同的配筋。受拉构件：当纵向拉力作用线与构件截面形心轴线重合时成为受拉构件换算截面：将钢筋和混土两种材料组成的实际截面换算成为一种拉压性能相同的假想材料组成的匀质截面裂缝宽度的影响因素：1混凝土强度等级2钢筋保护层厚度3受拉钢

8、筋应力4钢筋直径5受拉钢筋配筋率6钢筋外形7直接作用性质8构件受力性质预拱度：施工时预设的反向挠度挠度：结构构件的轴线或中面由于弯曲引起垂直于轴线或中面方向的线位移抗弯刚度：构件截面抵抗弯曲变形的能力混凝土结构耐久性：混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持安全、使用功能和外观要求的能力。影响混凝土结构耐久性的主要因素：1混凝土冻融破坏2混凝土的碱骨料反应3侵蚀性介质的腐蚀4机械磨损5混凝土的碳化6钢筋锈蚀预应力混凝土结构：事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的内力抵消到一个合适

9、程度的混凝土。预应力度：由预加应力大小确定的消压弯矩M0与外荷载产生的弯矩Ms的比值。预应力损失：混凝土的收缩和徐变，使预应力混凝土构件缩短，因而将引起预应力钢筋中的预拉应力下降，成为预应力损失消压弯矩：也就是构件抗裂边缘预压应力抵消到0时的弯矩先张法：先张法是先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。先张法所用的预应力钢筋，一般可用高强钢丝、直径较小的钢铰线和小直径的冷拉钢筋后张法：先浇筑混凝土后张拉钢筋的方法。张拉钢筋的同时，构件混凝土受到预压A类部分预应力混凝土：允许出现拉应力且加以限制不允许开裂，拉而有限B类部分预应力混凝土：允许出现裂缝，裂缝宽度不超过规定值，裂而有限部分预应力混凝土：介于

10、全预应力混凝土与普通钢筋混凝土之间的结构，根据要求施加适量的预应力，配置普通钢筋以保证承载力要求无粘结预应力混凝土梁：配置主筋为无粘结预应力钢筋的后张法预应力混凝土梁无粘结预应力钢筋：由单根或多跟刚强钢丝、钢绞线或钢筋，沿其全长涂有专用仿佛油脂涂料层和有外包层，使之与周围混凝土不建立粘结力，张拉时可沿纵向发生相对滑动部分预应力混凝土受弯构件的设计内容：以确定所需的预应力钢筋、非预应力钢筋的面积及其布置为主要计算目标的截面设计，对初步设计的梁进行承载能力极限状态计算（截面复核）和正常使用极限状态计算（截面验算）钢筋和混凝土两种有效结合原因：1混凝土和钢筋之间有着良好的粘结力，使两者能可靠地结合成

11、一个整体，在和在作用下能够很好的共同变形，完成其结构功能2他们的温度线膨胀系数比较接近，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结3包围在钢筋外面的混凝土起着保护钢筋避免锈蚀的作用，保证了钢筋与混凝土的共同作用钢筋混凝土的优缺点：优点1在钢筋混凝土结构中，混凝土强度是随时间而不断增长的，同时钢筋被混凝土所包裹而不致锈蚀，所以钢筋混凝土结构的耐久性较好，其刚度较大，在使用荷载用下的变形较小2可以整体现浇也可以预制装配，并且可以根据需要浇制成各种构件形状和截面尺寸3钢筋混凝土结构所用材料中砂石所占的比例较大，砂石易就地取材，可以降低建筑成本。缺点：1自重大2抗裂性能差，带裂缝工作3施

12、工受气候条件影响，建造期长4费较多的模具和木料5加固和改建较困难，隔热和隔声性能较差三个状况：1持久状况：桥涵建成后承受自重、车辆荷载等作用持续时间很长的状况。该状况是指桥梁的使用阶段。进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计2短暂状况：桥涵施工过程中承受临时性（或荷载）的状况，该状况对应的是桥梁的施工阶段，一般只进行承载能力极限状态设计3偶然状况：在桥涵使用过程中偶然出现的状况。（可能遇到地震等作用的状况。只进行承载能力极限状态设计作用分类：1永久作用：在结构使用期内，其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的作用（结构重力土的重力土侧压力水的浮力基础变位作用）2可变作用：在结

13、构使用期内，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比较不可忽略的作用（汽车荷载汽车冲击力汽车离心力汽车引起的土侧压力人群荷载汽车制动力风力流水压力冰压力温度作用支座摩阻力）3偶然作用：在结构使用期间出现的概率小，一旦出现其值很大且持续时间很短的作用（地震作用船舶或漂流物的撞击作用汽车撞击作用）受弯正截面破坏形态：1适筋梁破坏（塑性破坏）：a破坏特征：受拉区钢筋先达到屈服强度，后压区凝土被压碎而破坏b破坏性质：梁破坏前产生较大的挠度和塑性变形，有明显破坏预兆，属塑性破坏。c承载能力：取决于配筋率、钢筋的强度等级和混凝土的强度等级。2超筋梁破坏（脆性破坏）a破坏特征：破坏时压区混凝土被压碎，而拉区

14、钢筋应力未达到屈服强度b破坏性质：裂缝比较密宽度较细，破坏前没有明显征兆c承载能力：取决于混凝土的抗压强度3少筋梁破坏（脆性）：a破坏特征：拉区混凝土一开裂受拉钢筋到屈服强度梁很快破坏b破坏性质：梁破坏前出现一条集中裂缝，宽度较大但很突然，属脆性破坏。c承载能力：取决于混凝土的抗拉强度单筋矩形截面四个基本假定：1平截面假定2受压区混凝土应力图形采用等效矩形，其压力强度取fcd3不考虑截面受拉混凝土的抗拉强度4受拉区钢筋应力取fsd斜截面破坏形态：1斜拉破坏（脆性破坏）：a产生条件：一般发生在剪跨比较大（m3）的无腹筋梁b破坏特征：当斜裂缝一出现，很快形成一条主要斜裂缝（临界斜裂缝），并迅速延伸

15、至荷载作用点，使梁斜向被拉断成两部分。破坏面较整齐，无压碎痕迹，同时，沿纵向钢筋往往伴随产生水平撕裂裂缝。这种破坏即为斜拉破坏。c抗剪能力：斜拉破坏主要是由于主拉应力超过混凝土的抗拉强度，因此梁的受剪承载力很低，破坏荷载等于或略高于主要斜缝出现的荷载。2剪压破坏a产生条件：一般发生在剪跨比适中即13）的无腹筋梁b破坏特征：当斜裂缝一出现，很快形成一条主要斜裂缝（临界斜裂缝），并迅速延伸至荷载作用点，使梁斜向被拉断成两部分。破坏面较整齐，无压碎痕迹，同时，沿纵向钢筋往往伴随产生水平撕裂裂缝。这种破坏即为斜拉破坏。c抗剪能力：斜拉破坏主要是由于主拉应力超过混凝土的抗拉强度，因此梁的受剪承载力很低，

16、破坏荷载等于或略高于主要斜缝出现的荷载。2剪压破坏a产生条件：一般发生在剪跨比适中即1mw3的无腹筋梁b破坏特征：梁在剪弯区段内出现斜裂缝，随着荷载的增大，陆续出现几条斜裂缝，其中一条发展成为临界斜裂缝。临界斜裂缝出现后，梁还能继续增加荷载，斜裂缝延伸至荷载垫板下，直到斜裂缝顶端的混凝土在正应力和剪应力共同作用下被压碎而破坏，这种破坏称为剪压破坏。c抗剪能力：主要与混凝土强度有关，其受剪承载力比斜拉破坏高。3斜压破坏：a当剪跨比较小（mv1）b破坏特征：在加载点和支座之间出现一条斜裂缝，然后出现若干条大体相平行的斜裂缝梁腹被分割成若干个倾斜的小柱体。随着荷载增大，梁腹发生类似混凝土棱柱体被压坏

17、的情况，即破坏时斜裂缝多而密，但没有主裂缝，故称为斜压破坏。c抗剪能力：斜截面受剪承载力主要取决于构件截面尺寸和混凝土抗压强度，受剪承载力比剪压破坏高。矩形截面纯扭构件的破坏特征：1少筋破坏一开裂，钢筋马上屈服，结构立即破坏2适筋破坏纵筋、箍筋先屈服，混凝土受压面压碎3超筋破坏纵筋、箍筋未屈服，混凝土受压面先压碎4部分超筋破坏纵筋一部分钢筋先屈服，混凝土受压面被压碎变角度空间桁架模型基本假定：1混凝土只承受压力具有螺旋形裂缝2纵筋和箍筋只承受拉力3忽略核心混凝土和钢筋销栓作用斜弯曲破坏理论基本假定：1通过扭曲裂面的纵向钢筋、箍筋在构件破坏时均已达到其屈服强度2受压区高度近似地取为两倍的保护层厚

18、度，假定受压区的合力近似地作用于受压区的形心3混凝土的抗扭能力忽略不计，扭矩全部由抗扭纵筋和箍筋承担4抗扭纵筋沿构件核心周边对称、均匀布置，抗扭箍筋沿构件轴线方向等距离布置，且均锚固可靠。弯剪扭构件的破坏类型1弯型破坏:弯矩作用比扭矩显著,构件破坏时体现为先是与螺旋形裂缝相交的纵筋和箍筋受拉达到屈服强度，最终截面上边缘的混凝土受压破坏2扭型破坏:扭矩作用显著,顶部纵筋先于构件底部纵筋达到受拉屈服强度，破坏面始于构件顶面发展到两个侧面3剪扭型破坏：剪力和扭矩都较大,破坏时与螺旋形裂缝相交的钢筋受拉并达到屈服强度，受压区靠近另一侧面受拉破坏大偏心受压破坏（塑性破坏）产生条件：相对偏心距较大，且受拉

19、钢筋配置得不太多时。破坏特征：部分受拉、部分受压，受拉钢筋应力先达到屈服强度，随后混凝土被压碎，受压钢筋达屈服强度。构件的承载力取决于受拉钢筋的强度和数量受压破坏小偏心受压破坏（脆性破坏）产生条件：1偏心距很小2偏心距较小，或偏心距较大而受拉钢筋较多3偏心距很小，但离纵向压力较远一侧钢筋数量少，而靠近纵向力N一侧钢筋较多时。破坏特征：一般是靠近纵向力一侧的混凝土首先达到极限压应变而压碎，该侧的钢筋达到屈服强度，远离纵向力一侧的钢筋不论受拉还是受压，一般达不到屈服强度。构件的承载力取决于受压区混凝土强度和受压钢筋强度受弯构件产生裂缝的原因：1由作用效应引起的裂缝，（弯矩剪力扭矩以及拉力等）主要通

20、过设计计算进行验算和构造措施加以控制2由外加变形或约束变形引起的裂缝，如混凝土收缩、温度变化、基础不均匀沉降等外加变形或约束变形引起开裂，主要通过采用构造措施和施工工艺加以控制3筋锈蚀裂缝：由于保护层混凝土碳化，冬季施工时掺氯盐过多导致钢筋锈蚀所至。计算裂缝宽度的三种理论：1粘结滑移理论：裂缝控制主要取决于钢筋和混凝土之间的粘结性能2无滑移理论：表面裂缝宽度是由钢筋至构件表面的应变梯度控制的，即裂缝宽度随着离钢筋距离的增大而增大，钢筋的混凝土保护层厚度是影响裂缝宽度的主要因素3综合理论：考虑了混凝土保护层厚度对裂缝宽度的影响，也考虑了钢筋和砼之间可能出现的滑移。受弯构件变形（挠度）演算的原因：

21、挠度过大，损坏使用功能：如简支梁跨中挠度过大，将使梁端部转角大，引起行车对该处产生冲击，破坏伸缩缝和桥面；连续梁的挠度过大，将使桥面不平顺，行车时引起颠簸和冲击等问题。预应力混凝土结构优缺点：优点1提高了构件的抗裂度和刚度2节约材料，降低造价3结构质量安全可靠4增强结构耐久性5能促进桥梁新体系的发展缺点1工艺较复杂，对质量要求高2需要有一定的专门设备3预应力反拱不易控制4设计要求高预应力混凝土结构的三种概念：1预加应力的目的是将混凝变变脆性为弹性材料2施加预应力的目的是使高强度钢筋和混凝土能够共同工作3预加应力的目的是实现荷载平衡钢筋预应力损失的估算：1预应力筋与管道壁间摩擦引起的应力损失2锚

22、具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失3钢筋与台座间的温差引起的应力损失4混凝土弹性压缩引起的应力损失5钢筋松弛引起的应力损失6混凝土收缩和徐变引起的应力损失预拱度的设置：预应力混凝土受弯构件由预加应力产生的长期反拱值大于按荷载短期效应组合计算的长期挠度时，可不设预拱度；当预加应力的长期反拱小于按荷载短期组合计算的长期挠度时应设预拱度，预拱度值按该项荷载的挠度值与预加应力长期反拱值之差采用，即设置预拱度时，按最大的预拱值沿顺桥向做成平顺的曲线部分预应力钢筋的特点：1充分发挥预应力钢筋的作用，利用普通钢筋的作用，节省预应力钢筋与锚具2改善结构性能，允许在使用期间出现裂缝，扩大了应用范围;3设计人员可以根据结构使用要求来选择预应力度的高低