华中科技大学土力学总论.pptx

课本：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：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06 九月 20242/32华中科技大学 l结构的概念与今后的发展前景结构的概念与今后的发展前景;l本课程的特点和学习方法本课程的特点和学习方法;l本课程的教学内容与学习要求本课程的教学内容与学习要求;l工程实例。工程实例。本章主要内容总 论General Introduction 土木工程的三大飞跃：土木工程的三大飞跃：人类早期：利用土、石、木等天然材料从事营造活动。人类早期：利用土、石、木等天然材料从事营造活动。l第一次飞跃：第一次飞跃：公元前公元前1313世纪，发明了砖、瓦以承压为主的人工材世纪，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、金字料，即木、砖（石）结构兴起的年代，例如：万里长城、金字塔、阿房宫；塔、阿房宫；l第二次飞跃：第二次飞跃：1717世纪的生铁、世纪的生铁、1919世纪的熟铁、世纪的熟铁、1919世纪中叶优质钢世纪中叶优质钢材（人工制造的耐拉、压材料）的出现，即钢结构兴起的年代，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，高例如，高300m300m的埃菲尔铁塔、主跨的埃菲尔铁塔、主跨512m512m的福斯海峡桥等钢结构；的福斯海峡桥等钢结构；l第三次飞跃：第三次飞跃：19192020世纪，钢筋混凝土结构的出现。钢铁和水泥世纪，钢筋混凝土结构的出现。钢铁和水泥产生后，直至产生后，直至2020世纪初，解决了钢筋混凝土结构计算理论以及世纪初，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。勃发展，并在土木工程中占据了统治地位。06 九月 20243/32华中科技大学06 九月 20244/32华中科技大学 结结构构设设计计原原理理是是一一门门重重要要的的专专业业技技术术基基础础课课，它它是是在在学学习习材材料料力力学学、建建筑筑材材料料、结结构构力力学学等等先先修修课课程程的的基基础础上上，结结合合结结构构工工程程中中实实际际构构件件的的工工作作特特点点来来研研究究结结构构构构件件设设计计的的一一门门学学科科。因因此此，它它是是一一门门实实践践性性很强的学科。很强的学科。06 九月 20245/32华中科技大学一、构件：一、构件：承受荷载而起骨架作用的部分承受荷载而起骨架作用的部分 按其受力特点分按其受力特点分：受弯构件（梁和板）、受压构件、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受拉构件、和受扭构件等典型的基本构件 0.1 基本概念06 九月 20246/32华中科技大学二、结构：二、结构：在工程中，由建筑材料制作的若干构件连在工程中，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）重骨架部分）一般把构造物的一般把构造物的承重骨架承重骨架组成部分统称为组成部分统称为结构结构。例如：桥梁的桥跨、墩（台）及基础组成了桥的承重例如：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。体系，它们就被称为桥梁结构。06 九月 20247/32华中科技大学 对于桥梁结构，根据主要承重结构主要承重结构受力的不同，可将桥梁结构分为：l 梁式桥（受弯为主）梁式桥（受弯为主）l 拱式桥（受压为主）拱式桥（受压为主）l 刚架桥（梁柱组合）刚架桥（梁柱组合）l 悬索桥（受拉为主）悬索桥（受拉为主）l 斜拉桥（组合受力）斜拉桥（组合受力）06 九月 20248/32华中科技大学长沙月亮岛公铁两用桥长沙月亮岛公铁两用桥 （主桥：连续梁桥；引桥：简支梁桥）（主桥：连续梁桥；引桥：简支梁桥）梁式桥06 九月 20249/32华中科技大学 湖南凤凰县的乌巢河桥湖南凤凰县的乌巢河桥（L=120m）（世界上跨径最大的石拱桥）（世界上跨径最大的石拱桥）拱式桥06 九月 202410/32华中科技大学虎门大桥辅航道虎门大桥辅航道270m270m连续刚构连续刚构刚架桥06 九月 202411/32华中科技大学悬索桥06 九月 202412/32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06 九月 202413/32华中科技大学四渡河大桥06 九月 202414/32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。06 九月 202415/32华中科技大学06 九月 202416/32华中科技大学06 九月 202417/32华中科技大学矮寨特大悬索桥06 九月 202418/32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。06 九月 202419/32华中科技大学法国米约大桥06 九月 202420/32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，法国人呼吁改造A75号公路。2004年建成，1993年开工建设。06 九月 202421/32华中科技大学对于建筑结构按照承重结构类型来分对于建筑结构按照承重结构类型来分 l砖混结构砖混结构 l框架结构框架结构 l框架框架剪力墙结构剪力墙结构 l剪力墙结构剪力墙结构 l筒体结构筒体结构 l大跨结构大跨结构 l排架结构排架结构 06 九月 202422/32华中科技大学上上海海金金贸贸大大厦厦06 九月 202423/32华中科技大学中国中国20082008年奥运会主会场年奥运会主会场06 九月 202424/32华中科技大学吉隆坡国油双峰塔（高吉隆坡国油双峰塔（高452m）06 九月 202425/32华中科技大学 按按结结构构的的建建筑筑材材料料（特点及使用范围）（特点及使用范围）按结构的用途按结构的用途 混凝土结构混凝土结构 钢结构钢结构 砌体结构砌体结构 木结构木结构 素混凝土结构素混凝土结构 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构预应力混凝土结构 桥梁结构桥梁结构 建筑结构建筑结构 地下结构地下结构 水工结构水工结构 3 3、结构分类：、结构分类：特种结构特种结构 06 九月 202426/32华中科技大学4 4、钢筋混凝土结构：、钢筋混凝土结构：定义定义:由钢筋、混凝土两种性能不同的材料组成，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。能发挥各自优越性的一种建筑材料。适用范围：适用范围：中小跨径梁、板，墩台，拱，塔中小跨径梁、板，墩台，拱，塔;工业工业或民业建筑、烟囱、水塔等特种结构。或民业建筑、烟囱、水塔等特种结构。优缺点优缺点优点优点就地取材，节约钢筋；就地取材，节约钢筋；就地取材，节约钢筋；就地取材，节约钢筋；耐久性、耐火性好；耐久性、耐火性好；耐久性、耐火性好；耐久性、耐火性好；可模性强。可模性强。可模性强。可模性强。缺点缺点自重大；自重大；自重大；自重大；抗裂性能差；抗裂性能差；抗裂性能差；抗裂性能差；施工受季节影响大。施工受季节影响大。施工受季节影响大。施工受季节影响大。06 九月 202427/32华中科技大学5 5、预应力混凝土结构：、预应力混凝土结构：定义：定义：预先人为地给混凝土引入一个应力，以改善混预先人为地给混凝土引入一个应力，以改善混凝土在使用期间的应力状态；凝土在使用期间的应力状态；适用范围：适用范围：跨径跨径50m50m的桥梁；的桥梁；优缺点优缺点:优点优点缺点缺点使用高强材料；使用高强材料；使用高强材料；使用高强材料；重量轻；重量轻；重量轻；重量轻；跨越能力大；跨越能力大；跨越能力大；跨越能力大；抗裂性能好。抗裂性能好。抗裂性能好。抗裂性能好。工艺复杂、工艺复杂、工艺复杂、工艺复杂、需要设备多（设计、计算、需要设备多（设计、计算、需要设备多（设计、计算、需要设备多（设计、计算、施工难度大）。施工难度大）。施工难度大）。施工难度大）。06 九月 202428/32华中科技大学6 6、砌体结构、砌体结构定义：定义：将砖石等块材按照一定砌筑规则建筑而成的结将砖石等块材按照一定砌筑规则建筑而成的结构。构。适用范围：适用范围：以受压为主的构件（墩台、护坡）；房屋以受压为主的构件（墩台、护坡）；房屋结构中的竖向承重结构（墙、柱等）结构中的竖向承重结构（墙、柱等）优缺点优缺点:优点优点缺点缺点材料来源广；材料来源广；材料来源广；材料来源广；抗压能力大；抗压能力大；抗压能力大；抗压能力大；耐久；耐久；耐久；耐久；施工简便。施工简便。施工简便。施工简便。自重大；自重大；费工费时。费工费时。06 九月 202429/32华中科技大学7 7、钢结构：、钢结构：自重轻；自重轻；易建特大跨径桥梁；易建特大跨径桥梁；轻钢住宅等材质均匀；轻钢住宅等材质均匀；弹性模量大，是理想的弹性材料；弹性模量大，是理想的弹性材料；施工方便，速度快。施工方便，速度快。优点优点缺点缺点 造价高；造价高；需经常维修；需经常维修；耐耐火火性性差差（钢钢材材在在500500600600软化）。软化）。06 九月 202430/32华中科技大学一、本课程的主要任务一、本课程的主要任务 1.1.学习钢筋混凝土、预应力混凝土结构的基本概念、学习钢筋混凝土、预应力混凝土结构的基本概念、基本理论基本理论 2.2.学习各种工程材料设计计算原则；学习各种工程材料设计计算原则；3.3.学习钢筋混凝土结构的受力特点、破坏形态、计算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；方法和连接部位的设计；4.4.学习预应力混凝土结构受力特点、破坏形态、计算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；方法和连接部位的设计；0.2 0.2 本课程的特点与学习本课程的指导意见本课程的特点与学习本课程的指导意见06 九月 202431/32华中科技大学5 5.通过学习，掌握钢筋混凝土结构、预应力混凝土结通过学习，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工作性构、砖石结构和钢结构在各种受力状态下的工作性能、破坏形态、计算原理、设计和构造要求等问题能、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，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。为毕业设计和以后的工程设计打下基础。06 九月 202432/32华中科技大学 1 1、本课程为专业过渡课程，由基础课过渡到专业课，研、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，又要注意其中究方法既有继承，又要注意其中本质本质的区别。的区别。材料力学：材料力学：研究单一、匀质、连续的弹性材料，侧研究单一、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。是唯一的。配筋混凝土结构：配筋混凝土结构：研究两种材料组成、非匀质、非研究两种材料组成、非匀质、非连续的弹塑性材料，连续的弹塑性材料，它不同于它不同于材料力学材料力学研究的范研究的范畴，畴，不仅研究强度和变形的计算问题，更主要是结构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，配构件的设计，包括方案、截面形式及材料的选择，配筋构造等。筋构造等。二、二、本课程的特点：本课程的特点：06 九月 202433/32华中科技大学2.2.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，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。应注意各理论分析的适用范围和应用条件。3.3.设计具有多方案性设计具有多方案性 结构设计是一个综合性的问题，需要遵循结构设计是一个综合性的问题，需要遵循“安全、安全、适用、经济、合理适用、经济、合理”的原则。当给定荷载时，同一的原则。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。比较，才能做出合理的选择。06 九月 202434/32华中科技大学4.了解分析过程和步骤了解分析过程和步骤 5.学会运用规范学会运用规范 l公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004)l公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62004)l公路砖石及混凝土桥涵设计规范公路砖石及混凝土桥涵设计规范(JTJ 022 85)l公路桥涵钢结构与木结构设计规范公路桥涵钢结构与木结构设计规范（JTJ025-86）l公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）工作性能工作性能 破坏形态破坏形态 计算原理计算原理 设计构造设计构造 受力、变形受力、变形 应用公式应用公式 适用范围、限制条件适用范围、限制条件 06 九月 202435/32华中科技大学l建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB50009-2001)l砌体结构设计规范砌体结构设计规范（GB50003-2001)l混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范(GB0-2002)l钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003）l建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）06 九月 202436/32华中科技大学三、本课程要解决的问题三、本课程要解决的问题选择结构的材料类型；选择结构的材料类型；选择截面形式；选择截面形式；拟定截面尺寸；拟定截面尺寸；配筋设计计算；配筋设计计算；进行各项验算（强度条件、刚度、稳定性、进行各项验算（强度条件、刚度、稳定性、抗裂性）抗裂性）