第九章结构设计原理
第九章结构设计原理
[例9-1] 24m屋架预应力混凝土下弦拉杆，截面构造如图9-1。
采用后张法一端施加预应力。
孔道直径50mm，预埋波纹管成孔。
每个孔道配置3根普通松弛钢绞线（A p=839.88，f ptk=1570），非预应力钢筋采用HRB335级钢筋412（A s=452）。
采用XM型锚具，张拉控制应力采用σcon=0.65f ptk，混凝土为C40级，施加预应力时f cu'=40。
要求计算预应力损失。
图9-1[解]（1）截面几何特征预应力钢绞线E p=1.95×105，非预应力钢筋E s=2.0×105，C40级混凝土E c=3.25×104，扣除孔道的净换算截面面积A n（2）预应力损失计算张拉控制应力σcon=0.65f ptk=0.65×1570=1020.5①锚具变形及钢筋内缩损失σ11：XM型锚具采用钢绞线内缩值a =5mm，构件长l=24m②孔道摩擦损失σ12：预埋波纹管成孔，κ=0.0015，直线配筋μθ=0第一批损失σ1Ⅰ= σ11+ σ12 = 77.34N/mm2③预应力筋应力松弛损失σ14：非超张拉ψ = 1.0，按(9-20)式，④混凝土收缩徐变损失σ15：张拉中止后混凝土的预压应力σpc第二批损失σ1II= σ14+ σ15 = 172.6全部预应力损失为σ1= σ1I I+ σ1II = 249.9。
[本例题完][例9-2] 3.6m先张预应力混凝土圆孔板截面如图9-2。
预应力筋采用8φ 5的1570级低松弛螺旋肋钢丝（A p=157），在4m长的钢模上张拉。
混凝土为C40级，达到75％强度时放张，张拉控制应力σcon=0.75f ptk。
要求计算预应力损失。
图9-2[解]（1）截面几何特征将圆孔板截面按截面面积、形心位置和惯性矩相等的条件换算为工形截面。
即将圆孔换算成b k×h k的矩形孔。
,解得b k=526.9mm，h k=72mm，故换算的工形截面b f'=860mm，h f'=（24+83/2）-72/2=29.5mm，b f=890mm，hf'=（18+83/2）-72/2=23.5mm，mm。
《结构设计原理》叶见曙 第三版 课件第9章 钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形计算
• 裂缝开展宽度过大，大气中的水汽和侵蚀性气体进入裂缝，
引起主筋锈蚀，使主筋有效截面积减小，导致构件强度降 低； • 由于冰冻和水化作用，日久会影响构件的耐久性，缩短 构件使用寿命。
青海大学 结构设计原理
广州机场立交出现15厘米宽裂缝
青海大学 结构设计原理
9.4 裂缝宽度计算——裂缝控制目的
1、保证使用功能的要求 结构构件的变形较大时，会严重影响甚至丧失它的使用功 能。如桥梁上部结构过大的挠曲变形使桥面形成凹凸的波 浪形，影响车辆行驶，严重时将导致桥面结构的破坏。 2、满足观瞻和使用者的心理要求 构件的变形过大，还引起使用者明显的不安全感。 3、避免对其他结构构件的不利影响 构件的变形过大，会影响到与它连接的其他勾结也发生过 大变形，有时甚至会改变荷载的传递路线、大小和性质。
裂缝宽度计算
《公路桥规》采用的公式是大连工学院海洋工程研究所试验资料基 础上，分析了裂缝宽度的主要因素，舍去次要因素，用数理统计方 法给出的简单适用的公式。
表面形状系数，带肋：1.0 钢筋的直径，采用不同 直径的钢筋时 4 As 按短期效应组合计算的构件裂缝 受力特征系数，受弯 1.0 ， 光圆： 1.4 取换算直径： d (MPa) 处纵向受拉钢筋的应力 大偏压0.9 ss 30 d wmax c1c2c3 ( ) (mm) 受拉钢筋的总周长 Es 0.28 10
青海大学 结构设计原理
9.5 受弯构件的挠度验算
钢筋混凝土受弯构件在正常使用极限状态下的挠度，可 根据给定的构件刚度，用结构力学的方法计算。 由图乘法可得，简支梁的挠度计算公式： 承受均布荷载时： 跨中承受集中荷载时：
结构设计原理
结构设计原理
强度
强度是指结构在负载作用下的抗力能力。
结构设计原理中，强度原则是关键的一项，它要求设计者根据建筑物的功能、负载条件和材料特性等因素，合理确定结构的截面尺寸和材料强度等参数，以保证结构在正常使用和极限状态下具有足够的强度。
稳定性
稳定性是指结构在受力情况下不发生失稳的能力。
稳定性原理要求设计者通过合理的结构形式和布置，确保结构在受到外力作用时能够保持稳定，避免塌陷或倾覆的情况发生。
耐久性
耐久性是指结构在长期使用和环境影响下不受损害的能力。
结构设计原理中，耐久性原则要求设计者在选择材料、施工工艺和防
护措施等方面考虑到结构的长期使用条件，以确保结构具有足够的耐久性。
经济性
经济性是指在满足强度、稳定性和耐久性等要求的前提下，尽可能减少结构造价的能力。
结构设计原理中，经济性原则要求设计者在合理确定结构参数和施工工艺的基础上，通过优化设计和合理选用材料，以达到在满足功能要求的同时，尽量降低建设成本。
总结
结构设计原理的基本目标是通过合理的设计方案，保证结构的强度、稳定性和耐久性等要求，并在经济性的前提下尽量降低建设成本。
这些原理在结构设计过程中起着重要的指导作用，对于确保工程项目的安全性和可持续性具有重要意义。
结构设计原理
结构设计原理1. 概述结构设计是指在工程建设中，根据设计要求和功能需求，通过合理的结构组织和布局，以达到设计目标的过程。
在工程项目中，结构设计原理是指根据工程结构的基本理论和设计准则，对工程结构进行合理的布置和设计的基本原则。
结构设计涉及多个学科领域，如力学、材料学、建筑学等，它对于提高工程结构的强度和稳定性、确保工程安全和可靠运行具有重要作用。
在结构设计中，设计师需要借助结构设计原理，进行结构的全面考虑和分析，以制定合理的设计方案。
本文将介绍几个常见的结构设计原理。
2. 强度和稳定性原理在结构设计中，强度和稳定性是设计的基本要求。
强度是指结构在外部荷载作用下不发生破坏的能力，而稳定性是指结构在荷载作用下保持平衡和稳定的能力。
结构的强度和稳定性原理主要包括以下几个方面：•材料选择原则：根据结构的设计要求和使用环境，选择合适的材料，并根据其物理特性和力学性能进行合理的设计。
•截面设计原则：在设计过程中，根据结构的受力特点，合理选择截面形状和尺寸，以保证结构的强度和稳定性。
•连接设计原则：结构的连接部分是承载力传递和协调力分布的关键，设计时应合理选择连接方式和材料，以确保连接的强度和稳定性。
•增强措施原则：对于结构中存在的薄弱部位或容易受到外力破坏的部分，采取适当的增强措施，提高其强度和稳定性。
3. 经济性原理经济性是结构设计的重要指标之一，它要求在满足设计要求和功能需求的前提下，尽可能降低工程的投资和运营成本。
经济性原理可以从以下几个方面来考虑：•材料选择与用量控制：根据工程的特点和预算要求，选择性能良好且经济实用的材料，并合理控制使用量，以降低建设成本。
•结构构造优化：通过合理的结构布局和构造设计，最大限度地提高结构的强度和刚度，同时减少材料的使用量和浪费，实现结构的节能和环保。
•施工方法和工序优化：在施工过程中，合理选择施工方法和工序，提高施工效率，减少施工时间和成本，并确保结构的质量和稳定性。
结构设计原理_课件
结构设计原理_课件第一部分：引言在当今快速发展的社会中，结构设计作为工程领域的重要分支，扮演着至关重要的角色。
无论是高楼大厦、桥梁还是各种机械设备，它们都离不开结构设计的支持。
本课件将为您深入解析结构设计原理，帮助您更好地理解和应用这一领域的技术。
第二部分：结构设计的基本概念结构设计是指在满足功能和美观要求的前提下，通过合理的选择和组合材料、形状和尺寸，使结构具备足够的强度、稳定性和耐久性。
结构设计的目标是在保证安全可靠的基础上，实现经济效益的最大化。
第三部分：结构设计的基本原则1. 功能性原则：结构设计必须满足使用功能的要求，确保结构能够承受预期的荷载和作用。
2. 安全性原则：结构设计必须确保结构的安全性，防止结构发生破坏或失效。
3. 经济性原则：结构设计应考虑经济性，尽量降低成本，提高经济效益。
4. 可行性原则：结构设计应考虑施工的可行性，确保结构能够顺利建造。
第四部分：结构设计的基本方法2. 计算法：运用数学和力学原理，通过计算和分析进行结构设计。
3. 模型法：利用计算机辅助设计软件，建立结构模型，进行模拟和优化设计。
4. 实验法：通过实验和测试，验证结构设计的合理性和可行性。
第五部分：结构设计的关键要素1. 材料选择：根据结构的功能和性能要求，选择合适的材料，如钢材、混凝土、木材等。
2. 形状设计：合理设计结构的形状和尺寸，使其具备足够的承载能力和稳定性。
3. 连接设计：考虑结构的连接方式，确保连接部位的安全性和可靠性。
4. 荷载分析：对结构进行荷载分析，确定结构所需的承载能力和稳定性要求。
第六部分：结构设计的应用领域结构设计广泛应用于建筑、桥梁、机械、航空航天、船舶等领域。
无论是高层建筑、大型桥梁还是精密机械设备，都离不开结构设计的支持。
第七部分：结构设计的未来发展趋势通过本课件的学习，您将能够更好地理解和应用结构设计原理，为未来的工程实践提供有力的支持。
结构设计原理_课件第一部分：引言在当今快速发展的社会中，结构设计作为工程领域的重要分支，扮演着至关重要的角色。
混凝土结构设计原理(刘文锋)第9章-问答题-答案
第九章 钢筋混凝土构件的变形和裂缝问答题参考答案1．裂缝宽度的定义，为何与保护层厚度有关?答：裂缝开展宽度是指受拉钢筋重心水平处构件侧表面上的混凝土的裂缝宽度。
试验量测表明，沿裂缝深度，裂缝宽度是不相等的，由于受到钢筋的约束，近钢筋处回缩变形小，构件表面处回缩大。
而保护层厚度是从纵向钢筋外表面算至混凝土外表面的。
所以裂缝宽度的大小与保护层厚度是有关系的。
2．为什么说裂缝条数不会无限增加，最终将趋于稳定?答：直到距开裂截面为l 处，钢筋应力由σs1降低到σs2，混凝土的应力σc 由零增大到f t ，才有可能出现新的裂缝。
显然，在距第一条裂缝两侧l 的范围内，即在间距小于2l 的两条裂缝之间，将不可能再出现新裂缝。
3．T 形截面、倒T 形截面的A te 有何区别，为什么?答：T 形截面 ； 倒T 形截面bh A te 5.0=f f te h b b bh A )(5.0−+= 其受拉区是不同的。
4．裂缝宽度与哪些因素有关，如不满足裂缝宽度限值，应如何处理?答：与构件类型、保护层厚度、配筋率、钢筋直径和钢筋应力等因素有关。
如不满足，可以采取减小钢筋应力或减小钢筋直径等措施。
5．钢筋混凝土构件挠度计算与材料力学中挠度计算有何不同?答：主要是指刚度的取值不同，材料力学中挠度计算采用弹性弯曲刚度，钢筋混凝土构件挠度计算采用由短期刚度修正的长期刚度。
6．简述参数ψ的物理意义和影响因素?答：系数ψ的物理意义就是反映裂缝间受拉混凝土对纵向受拉钢筋应变的影响程度。
ψ的大小还与以有效受拉混凝土截面面积计算的有效纵向受拉钢筋配筋率ρte 有关。
7．何谓“最小刚度原则”，挠度计算时为何要引入这一原则?答：“最小刚度原则”就是在简支梁全跨长范围内，可都按弯矩最大处的截面抗弯刚度，亦即按最小的截面抗弯刚度，用材料力学方法中不考虑剪切变形影响的公式来计算挠度。
这样可以简化计算，而且误差不大，是允许的。
8． 受弯构件短期刚度B s 与哪些因素有关，如不满足构件变形限值，应如何处理?答：影响因素有：配筋率ρ、 截面形状、 混凝土强度等级、 截面有效高度h 0。
塑料模具选修课件：第9章 推出机构设计
第九章推出机构设计§9.1 推出结构的结构组成与分类§9.2 推出力的计算§9.3 简单推出机构§9.4 二次推出机构§9.5 定、动模双向顺序推出机构§9.6 浇注系统凝料的推出机构§9.7 带螺纹塑件的脱模–使塑件及其浇注系统凝料从模具（凸模或凹模）中脱出的机构，又称为脱模机构。
–动作方向与开启模的运动方向一致的，通常由安装在注射机上的顶杆或液压缸来完成。
–推出机构设计的合理性与可靠性直接影响到塑件的质量，因此也是注射模设计的一个重要环节。
1. 推出机构的组成（典型结构）§9.1 推出结构的结构组成与分类–推出部件：Ø推杆、拉料杆、推杆固定板、推出板–推出导向部件：Ø推杆导柱、推杆导套–复位部件：Ø复位杆–其他：Ø支承钉推杆固定板垫板支承钉推出板拉料杆推杆导柱推杆导套推杆复位杆a）合模b）塑件及系统凝料推出2. 推出机构的分类–按驱动方式分：Ø机动推出机构Ø液压推出机构Ø气动推出机构Ø手动推出机构–按推出元件的类别分：Ø推杆推出机构Ø推管推出机构Ø推板推出机构–按模具结构特征分：Ø简单推出机构Ø二级推出机构Ø定模推出机构Ø浇注系统自动切断推出机构Ø带螺纹塑件的推出机构3. 推出机构的设计要求①尽量使塑件留于动模一侧Ø塑件留于动模，推出机构简单，否则要设计定模推出机构。
②保证塑件在推出过程中不变形不损坏③推出位置尽量选在塑件内侧,保证塑件外观良好④合模时应使推出机构正确复位⑤工作可靠、运动灵活、制造和更换容易顶针压下时留下的痕迹（顶白/Visible ejector marks )由于顶出导致的强烈变形(Deformation during demolding)在下部凹陷区由于强行脱模而导致的变形§9.2 推出力（脱模力）的计算–脱模力:将塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力–包括：Ø成型收缩的包紧力及脱模时的摩擦力Ø不带通孔的壳体类塑件的大气压力Ø机构运动的摩擦力Ø塑件对模具的粘附力l开始脱模时瞬间所要克服的阻力，称为初始脱模力，以后脱模所需的力称为相继脱模力，后者比前者小l所以计算脱模力的时候，总是计算初始脱模力。
管理学第九章组织结构设计
2020/11/29
管理学第九章组织结构设计
1．重要原则。 2．明责原则。 3．适度原则。 4．不可越级授权。
管理学第九章组织结构设计
第五节 组织结构发展的趋势
进入八十年代以来，在全球化、市场 化和信息化三大时代大潮的背景下，组织 环境一方面呈现出复杂多变的发展趋势， 另一方面又对组织应付这种趋势提供了一 定的技术工具。组织结构总的发展趋势表 现出非层级制的趋势，具体表现为扁平化、 柔性化、分立化和网络化四个基本趋势。
管理学第九章组织结构设计
(三)影响分权程度的因素
影响分权程度的因素有： 1．决策的代价 2．政策的一致性。 3．组织的规模 4．组织的成长。 5．管理哲学 6．人才的数量和素质。 7．控制的可能性 8．职能领域。
管理学第九章组织结构设计
三、授权
分权一般是组织最高管理层的职责，授权则是各个层 次的管理者都应掌握的一门艺术；分权是授权的基础，授 权以分权为前提。
管理学第九章组织结构设计
一、组织结构的扁平化趋势
20世纪90年代初期，西方出现了一场声势 浩大的“企业再造”运动，核心思想是把原来 的金字塔型的组织结构扁平化。
组织结构的扁平化是为了适应组织环境日 益复杂多变所提出的挑战。它的顺畅运作需要 具备两个重要条件：一是现代信息处理和传输 技术的巨大进步，能够对大量复杂信息进行快 捷而及时的处理和传输，致使多数中间组织失 去存在的必要。二是组织成员的独立工作能力 大大提高，管理者向员工大量授权，组建各种 工作团队，员工承担较大的责任，普通员工与 管理者、下级管理者和上级管理者之间的关系 由传统的被动执行者和发号施令者的关系转变 为一种新型的团队成员之间的关系。
2．注意发挥参谋职权的作用
参谋人员多是某一方面的专家，应当让他们根据客 观情况提建议，而不应该左右他们的建议。
管理学第九章 组织设计
学习内容
组织结构设计 领导制度设计 委员会
1.组织结构设计
组织设计理论 影响组织设计的因素 组织设计的基本类型 组织设计的新形式
1.1组织设计理论
组织设计理论有两种，一种是普遍化理 论，另一种是随机制宜理论。
普遍化理论认为，组织设计存在一种最 佳的模式，这种最佳模式适合于任何组 织、任何情况。
3.3委员会的缺点
花费时间和金钱； 妥协； 优柔寡断； 自我解体的趋势； 责任分散； 少数人的专制。
3.4委员会的运用
必须明确规定委员会的职权和议题范围； 委员会的规模要适宜； 挑选委员； 选择议题； 委员会主席的重要性； 成本效益。
网络组织 簇群组织 水平化组织
2.领导制度设计
决策方式 指挥方式 领导制度的基本类型
2.1决策方式
决策方式：个人决策和集体决策。 集体决策的有利因素是：集思广益；使
人感负有责任；有助于对决策的理解和 执行。 集体决策的不利因素是：群体压力；个 人操纵；非建设性讨论。
集体决策与个人决策的差别
决策的质量； 决策的创造性； 决策的风险性； 决策的接受性； 决策的速度。
2.2指挥方式
指挥是管理者运用职权使下属人员履行 职务的过程。指挥是统一行动的要求。
特点：直线指挥关系；强制性；一致性。 指挥包括统一指挥和多头指挥两种方式。
统一指挥原则
指每个下级应对一个，而且仅对一个上 级负责。一个下级只从一个上级那里接 受分派的职责和授予的职权，并仅对这 个上级负责。
个人越是完全只受一个上级领导，则上 级在下达指示时互相冲突的问题就越少， 个人对成果的责任感就越强。
2.3领导制度的基本类型
个人决策统一指挥制：也称首长制，将 决策权和指挥权集中于一人，实行一元 化管理。
第九章：钢筋混凝土构件的裂缝和变形
MK 2 f =S l ––– 钢筋混凝土梁的挠度计算 B
的要求。 （3）满足公式: f<[f] 的要求。 满足公式:
混凝土结构设计原理
第9章
八.对受弯构件挠度验算的讨论
1.由计算公式可知：截面有效高度的影响最大； 1.由计算公式可知：截面有效高度的影响最大； 由计算公式可知 2.配筋率对承载力和挠度的影响：在适筋范围内， 2.配筋率对承载力和挠度的影响：在适筋范围内，提高配筋 配筋率对承载力和挠度的影响 率能提高承载力，但提高刚度不明显，有时甚至加大挠度； 率能提高承载力，但提高刚度不明显，有时甚至加大挠度； 3.跨高比：一般讲，跨度越大则挠度越大；梁高越大， 3.跨高比：一般讲，跨度越大则挠度越大；梁高越大，挠度 跨高比 越小；可选择适当的跨高比，可控制挠度； 越小；可选择适当的跨高比，可控制挠度； 减小挠度措施： 减小挠度措施： 提高刚度的有效措施 h0↑ 或As↑ 增加ρ'
gk+qk A Bmin Bmin(a) (b) Mlmax gk+qk B M Bmin (a) BBmin B1min
+
(b)
混凝土结构设计原理
第9章
七. 挠度计算步骤
（1）根据最小刚度原则确定所求刚度； 根据最小刚度原则确定所求刚度；
Mk B = M q ( θ − 1) + M
Bs
k
（2）代入材料力学公式计算挠度； 代入材料力学公式计算挠度；
混凝土结构设计原理
第9章
裂缝宽度和变形的验算表达式如下： 裂缝宽度和变形的验算表达式如下： 的验算表达式如下
主 页
SK≤RK 式中: 式中:
…9-1 目 录
SK —— 结构构件按荷载效应的标准组合、准永久 结构构件按荷载效应的标准组合、 组合或标准组合并考虑长期作用影响得到的裂缝宽 组合或标准组合并考虑长期作用影响得到的裂缝宽 上一章 度或变形值； 度或变形值；
结构设计原理
总论
《结构设计原理》主要讨论各种工 程结构的基本构件的受力性能、计算方 法和构造设计原理, 它是学习和掌握桥 梁工程和其它道路人工构造物设计的基 础。
.
主要内容
1) 选择结构的材料类型； 2) 选择截面形式； 3) 拟定截面尺寸； 4) 进行各项验算（强度条件、刚度、稳
定性、抗裂性）
主要任务
研究掌握基本构件的受力性能、 构造设计、 计算方法。
（一）基本构件分类:
1.按受力分 : 受弯构件（梁、板） 受压构件（墩、台、拱、压杆
等）无纯受扭构件）
2按构件材料类型分: 钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 砖石、素混凝土结构（自重大） 钢结构（跨径大的桥） 木结构
骨架的作用。
1990湖南凤凰县的乌巢河桥 （ L=120m）
世界上跨径最大的石拱桥。桥宽8m，双肋石拱桥，腹拱为9孔13m， 南岸引桥3孔13m，北岸引桥1孔15m。主拱圈由两条分离式矩形石肋和8 条钢筋混凝土横系梁组成。拱轴线为悬链线（m=1.543） ，拱矢度1/5， 拱肋为等高变宽度。
图 4 1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥
耐久性、耐火性好； 适应性好。
自重大；施工受季节
影响大；有裂缝存在； 不适合用高强材料。
（三）预应力混凝土结构:
1.使用范围: 梁
2.优缺点:
优点
跨径＞50m的桥
缺点
使用高强材料；重量
轻；跨径大；刚度大； 耐久性、耐火性好。
工艺复杂、需要 备
多（设计、计算、施 工）。
（四）砌体结构:
1.使用范围: 以受压为主的构件（墩台、护 坡）。
2.优缺点优点:
缺点
材料来源广泛； 施工简便。
自重大（自重）； 费工费时。
结构设计原理
1.结构：一般把构造物的承重骨架组成部分统称为结构2.常用的结构一般分为：（1）混凝土结构（2）钢结构（3）圬工结构（4）木结构3.混凝土的三个标准：（1）标准试件（2）标准养护条件（3）标准试验方法4.混凝土徐变：在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间持续增长，这种现象称为混凝土的徐变。
5.混凝土徐变的原因：是在荷载长期作用下，混凝土凝胶体中的水分逐渐压出，水泥石逐渐发生粘性流动，微细空隙逐渐闭合，结晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生各种因素的综合结果。
6.混凝土的收缩：在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象称为混凝土收缩。
7.混凝体收缩的原因：主要是硬化初期水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内自由水分蒸发而引起的干缩。
8.影响粘结强度的因素：（1）光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度均随混凝土强度等级的提高而提高，但并不与立方体轻度fcu成正比（2）粘结强度与浇筑混凝土时钢筋所处的位置有明显关系（3）钢筋混凝土构件截面上有多根钢筋并列一排时，钢筋之间净距对粘结强度有重要影响（4）混凝土保护层厚度对粘结强度有着重要影响（5）带肋钢筋与混凝土的粘结强度比用光圆钢筋时大9.结构的功能要求：（1）结构应能承受各种荷载作用—安全性（2）结构在正常使用条件下具有良好的工作性能—适用性（3）结构在正常使用和正常维护条件下，在规定时间内具有足够的耐性—耐久性（4）结构在偶然荷载作用下，能够保持整体稳定不到—稳定性10.结构的极限状态分为三类：（1）承载能力极限状态（2）正常使用极限状态（3）“破坏—安全”极限状态（填空题）11.混凝土强度标准值的分类：《公路桥规》根据混凝土立方体抗压强度标准值进行了强度等级的划分，称为混凝土强度等级，并冠以符号C来表示，规定公路桥梁受力构件的混凝土强度等级有13级，即C20~C80，中间5MP进级。
结构设计原理概述
结构设计原理概述结构设计原理是指在建筑和工程领域中，用于确保建筑物或结构物稳定和安全的设计原则和准则。
这些原理基于力学、材料科学、数学和其他工程学科的原理和理论，用于确定结构的形状、尺寸和材料以及建筑物的施工方法。
首先，结构设计原理包括了力学原理。
力学是研究物体在作用力下的运动和变形的学科。
在结构设计中，通过力学原理来分析和计算建筑物所受的各种力，如重力、风力、地震力等。
通过对力的分析和计算，可以确定建筑物所需的强度和刚度，从而确定合适的结构形式和材料。
其次，材料科学是结构设计原理的另一个重要组成部分。
材料科学涉及研究物质的性质、结构和行为，以及材料的强度、刚度、耐久性等特性。
在结构设计中，选择合适的材料对于确保结构的稳定和安全至关重要。
材料的选择应基于其性能和特性，以及与结构形式和设计要求的匹配程度。
此外，结构设计原理还包括数学原理的应用。
数学在结构设计中起着重要的作用，用于建立和解决结构的数学模型。
通过数学模型，可以对结构的行为进行预测和分析，例如求解结构的应力分布、变形和挠度等。
数学分析为结构设计提供了科学的依据和准确性。
在实际的结构设计中，需要根据具体的要求和条件来选择合适的结构形式和设计方案。
不同的结构形式有其各自的特点和适用范围，例如框架结构、拱形结构和索结构等。
通过对这些结构形式的研究和分析，可以选择最合适的结构形式，并进行相应的设计和计算。
此外，结构设计中还需要考虑建筑物的施工方法和技术。
施工方法和技术的选择对结构的建造、安装和施工过程有着重要的影响。
适当的施工方法和技术可以确保结构的质量和稳定性，同时减少施工成本和时间。
总之，结构设计原理是建筑和工程领域中必不可少的知识体系。
通过运用力学、材料科学和数学等原理，可以确保结构的稳定和安全性，从而为人类创造出更加优秀和可靠的建筑物和结构物。
第九章 肋形结构设计
板上荷载由互相垂直的两个
方向的板条传给支承梁，荷载p 分为p1及p2，p1由l1方向的板条
承担，p2由l2方向的板条承担：
p1+p2 = p
略去相邻板带间扭矩影响，
两个板带在跨中的挠度为：
5 p1 l1 f1 384 EI 1
4
5 p2 l 2 f2 384 EI 2
某一截面达到Mu，截面屈服，梁绕截面转动，出现塑性铰。 理想铰能自由转动但不能传递弯矩； 塑性铰能承担弯矩Mu，只在Mu下转动，不能反向转动；不
能无限制转动，压区砼被压碎时，转动幅度达到限值。 静定结构形成一个塑性铰，变成破坏机构。 超静定结构出现一个塑性铰减少—次超静定次数，荷载可 继续增加，直到塑性铰陆续出现变成破坏机构。
(一)支座的简化
周边搁置在砖墙上，简化为铰支。 板的中间支承为次梁，次梁的中间支承为主梁，
可简化为铰支，不考虑支承的刚性约束，引起的 误差采用折算荷载予以调整。
板是以边墙和次梁为铰支的多跨连续板。 次梁是以边墙和主梁为铰支的多跨连续梁。 主梁的中间支承是柱，主梁与柱的线刚度之比
大于4，主梁是以边墙和柱为铰支的连续梁。小 于4，柱和主梁成为刚架计算。
(a)与支座整体连接 (b)搁置在墩墙上
9.2 单向板肋形结构的结构布置和计算简图
9-3
单向板肋形结构按弹性理论的计算
内力计算有按弹性理论和考虑塑性变形内力重分布两种。 水工建筑按弹性理论计算。 一、利用图表计算连续板、梁的内力 等跨度、等刚度连续板、梁承受均载的弯矩和剪力：
M gl02 1ql02
支座极限弯矩指定得高，
跨中弯矩就可调整得低。
控制截面的弯矩可相互
结构设计原理
结构设计原理结构设计是指在建筑、工程、产品等领域中，根据特定的功能和要求，对整体结构进行合理的构思、设计和实施的过程。
结构设计原理是指在进行结构设计时所遵循的一些基本原则和规律，它们为结构设计提供了基本的指导和依据。
在进行结构设计时，遵循结构设计原理能够有效地提高结构的安全性、稳定性和经济性，使结构在使用过程中更加可靠和安全。
首先，结构设计原理要求结构设计应符合力学原理。
力学是研究物体在外力作用下的运动和变形规律的科学，结构设计必须符合力学原理，包括静力学、动力学和材料力学等方面的原理。
在进行结构设计时，需要对结构所受的外部荷载进行合理分析，确定结构的受力情况，以及结构内部的应力、应变分布情况，确保结构在外部荷载作用下不会发生破坏或失稳。
其次，结构设计原理要求结构设计应考虑结构的整体性和协调性。
结构是由各个构件组成的整体，各个构件之间必须协调一致，相互配合，形成一个稳定的整体结构。
在进行结构设计时，需要考虑结构各部分之间的协调性，确保结构在受力时能够形成一个有机的整体，而不是简单的堆砌。
此外，还需要考虑结构的美观性和实用性，使结构在满足功能要求的同时，具有良好的外观和空间效果。
另外，结构设计原理要求结构设计应考虑结构的材料和施工工艺。
结构的材料和施工工艺直接影响着结构的安全性和经济性，因此在进行结构设计时，需要充分考虑所选用的材料的性能和特点，以及施工工艺的可行性和效果。
在选择结构材料时，需要考虑材料的强度、刚度、耐久性等指标，以及材料的成本和可获得性，以便在满足结构要求的前提下，尽可能降低结构的造价。
在选择施工工艺时，需要考虑施工的难易程度、施工工期和施工质量等因素，确保结构能够按照设计要求得以实施。
最后，结构设计原理要求结构设计应考虑结构的可维护性和可修复性。
结构在使用过程中难免会出现一些损坏和老化，因此在进行结构设计时，需要考虑结构的可维护性和可修复性。
这包括结构构件的拆装方便性、维修材料的可获得性、维修工艺的可行性等方面，以便在结构出现问题时能够及时进行维护和修复，延长结构的使用寿命。
混凝土结构设计原理：第9章 正常使用极限状态验算及耐久性设计
为可变荷载组合系数。
ci
i=2
由于可变荷载达到其标准值Qk的作用时间较短，故Sk也称为短期效应， 其值约为作用效应设计值的50%~70%。
在荷载长期作用下，构件的变形和裂缝宽度随时间增长，需要考虑长期
荷载的影响，荷载效应的准永久组合为：
n
∑ Sq = SGk +
ψ qi SQik ,
ψ
为可变荷载准永久系数。
2
9.1 概述
第9章 正常使用极限状态验算及耐久性设计
结构设计的 功能要求
安全性
承载能力极限状态
适用性 耐久性
正常使用极限状态
n 正常使用极限状态的设计特点
p 可靠指标可适当降低 p 这种设计为验算而非计算 p 材料和荷载采用标准值或准永久值 p 考虑荷载的长期作用效应
变形 抗裂 裂缝宽度
3
9.1 概述
Mk
12
σ sm = ω 1σ s2
lm
εs
ψ
=
ω
1
σ σ
s2 sq
εctm εsm
εct
p 由2-2截面的平衡条件可得
Mq = Asσ s2η2h0 + Mct
σs2
=
Mq − Mct Asη2h0
ψ
=ω
1 (1 −
M ct Mq
)
ψ = 1.1(1− Mct ) Mq
22
9.3 裂缝宽度的计算
第9章 正常使用极限状态验算及耐久性设计
9.3.3 平均裂缝宽度
wm
= ε smlm
− ε cmlm
=
ε sm (1 −
ε ε
cm sm
)lm
令： αc
第九章--复合材料的结构设计 ppt课件
一、复合材料的结构设计基础 （教材P8-9）
复合材料本身是非均质、各向异性材料，因此，复合材料力学在经典 非均质各向异性弹性力学基础上得到迅速发展。
复合材料不仅是材料，更确切的说是结构。
一次结构
固体力学
二次结构
三次结构
动载荷：指能使构件产生较大的加速度，并且不能忽略 由此而产生的惯性力的载荷。
结构的可靠性与经济性
图2：结构成本与可靠性的关系 结构可靠性分析可分为结构静强度可靠性和结构疲劳寿命可靠性。
总成本最低时（即经济性最好）的可靠性为最合理。
环境条件
力学条件：加速度、冲击、振动、声音等
物理条件：压力、温度、湿度等
（2）刚度预测与核定 理论推测，实验核定。
（3）强度预测与核定 横向强度预测困难，以实验为准。 纵向拉伸强度(纤维延伸率小，首先断裂)
c f max Vf mVm 纤维量多，取决于纤维
c mmax Vm
纤维量少，取决于基体
纵向压缩强度
c 2V f
Vf E f Em 3 (1 V f )
气象条件：风雨、冰雪、日光等 大气条件：放射线、霉菌、盐雾、风沙 等
条件①和②主要影响结构的强度和刚度， 条件③和④主要影响结构的腐蚀、磨损、老化等。
材料设计，通常是指用几种原材料组合成具有所 要求性能的材料的过程。原材料包括基体材料和 增强材料。
材料设计包括原材料选择、单层性能的确定和复 合材料层合板设计。
①高强度，高刚度 高性能CF、BF
②高抗冲击
GF、KF
③低温性能
CF
④尺寸稳定
KF、CF
⑤透波，吸波
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[例9-1] 24m屋架预应力混凝土下弦拉杆，截面构造如图9-1。
采用后张法一端施加预应力。
孔道直径50mm，预埋波纹管成孔。
每个孔道配置3根普通松弛钢绞线（A p=839.88，f ptk=1570），非预应力钢筋采用HRB335级钢筋412（A s=452）。
采用XM型锚具，张拉控制应力采用σcon=0.65f ptk，混凝土为C40级，施加预应力时f cu'=40。
要求计算预应力损失。
图9-1[解]（1）截面几何特征预应力钢绞线E p=1.95×105，非预应力钢筋E s=2.0×105，C40级混凝土E c=3.25×104，扣除孔道的净换算截面面积A n（2）预应力损失计算张拉控制应力σcon=0.65f ptk=0.65×1570=1020.5①锚具变形及钢筋内缩损失σ11：XM型锚具采用钢绞线内缩值a =5mm，构件长l=24m②孔道摩擦损失σ12：预埋波纹管成孔，κ=0.0015，直线配筋μθ=0第一批损失σ1Ⅰ = σ11 + σ12 = 77.34N/mm2③预应力筋应力松弛损失σ14：非超张拉ψ= 1.0，按(9-20)式，④混凝土收缩徐变损失σ15：张拉中止后混凝土的预压应力σpc第二批损失σ1II = σ14 + σ15 = 172.6全部预应力损失为σ1 = σ1I I + σ1II = 249.9。
[本例题完][例9-2] 3.6m先张预应力混凝土圆孔板截面如图9-2。
预应力筋采用8φ 5的1570级低松弛螺旋肋钢丝（A p=157），在4m长的钢模上张拉。
混凝土为C40级，达到75％强度时放张，张拉控制应力σcon=0.75f ptk。
要求计算预应力损失。
图9-2[解]（1）截面几何特征将圆孔板截面按截面面积、形心位置和惯性矩相等的条件换算为工形截面。
即将圆孔换算成b k×h k的矩形孔。
,解得b k=526.9mm，h k=72mm，故换算的工形截面b f'=860mm，h f'=（24+83/2）-72/2=29.5mm，b f=890mm，hf'=（18+83/2）-72/2=23.5mm，mm。
螺旋肋预应力钢丝E s=2.05×105N/mm2，C40级混凝土E c=3.25×104。
低松弛预应力筋，且0.7f ptk＜σcon≤0.8f ptk，换算截面面积A0求换算截面形心至截面下边缘距离y0预应力筋偏心矩换算截面惯性矩（2）预应力损失计算张拉控制应力σcon：σcon = 0.75f ptk= 0.75×1570 = 1177.5①锚具变形及钢筋内缩损失σ11：螺杆锚具a＝1mm，构件长l = 4m，②钢模与构件一齐入窑蒸汽养护，温差损失σ13＝0③预应力筋应力松弛损失σ14：低松弛预应力筋，且0.7f ptk＜σcon≤0.8f ptk第一批损失σ1Ⅰ = σ11 + σ13 + σ14 =92.5。
④混凝土收缩徐变损失σ15：放张后第一批预应力损失发生，预应力钢筋应力为（σcon－σ1Ⅰ）。
放张后预应力筋与构件共同变形，故应按照换算截面面积A0及惯性矩I0计算混凝土截面上预压应力σpcI预应力筋合力点处混凝土预压应力，第二批损失σ1II = σ15 = 80。
综上，全部损失为σ1 = σ1I I + σ1II = 172.5。
[本例题完][例9-3] 根据[例9-1]预应力损失的计算结果，计算：（1）消压轴力N p0；（2）裂缝出现轴力N cr；（3）预应力钢筋应力到达f py时的轴力。
[解]（1）消压轴力（2）开裂轴力C40级混凝土：f tk=2.40（3）预应力钢筋应力σp=f py时的轴力1570级钢绞线：f py=1110[本例题完][例9-4]根据[例9-2]的预应力损失计算结果，计算：[1]消压弯矩；[2]开裂弯矩。
[解]（1）消压弯矩e p0 =45.5 mm=5.74kN.m（2）开裂弯矩C40级混凝土：f tk = 2.40 N/mm2；由表13-1查得，γm =1.35=18.13 kN.m[本例题完][例9-5]某12m后张预应力混凝土工形等截面简支梁如图所示。
荷载作用下跨内最大弯矩和支座受剪危险截面的弯矩与剪力见下表9-1。
采用C40级混凝土，预应力筋用（截面面积139.98）低松弛1860级钢绞线，张拉控制应力取σcon=0.7f ptk，非预应力筋采用HRB335级钢筋。
按一级裂缝控制要求设计，计算正截面承载力、斜截面承载力，以及进行端部局部承压验算。
表9-1例题9-5图1 [解]（1）预应力筋数量估计先按毛截面计算截面参数：截面面积中心轴到底边的距离截面惯性矩底边缘弹性抵抗矩设A'p=1/5 A p，则跨中截面预应力筋合力中心到底边缘的距离为故预应力筋合力点的偏心距e p=731-345=386mm。
根据一级裂缝控制要求，取名义允许拉应力[σt]=0，求得有效预压力的估计值N p为，设σl,total=0.15σcon，σcon=0.7f ptk=0.7×1860=1302，则总预应力筋面积的估算值为因此，A p=5/6(A p + A'p)=1868mm2，根数=1868/139.98=13.34，取3束5=2100；A'p=1/6(A p + A'p)=374，根数=374/139.98=2.7，取1束3=420。
采用QM锚具，5钢绞线束的预留孔道直径为55mm，3钢绞线束的预留孔道直径为45mm。
预应力筋布置方案见上图b，梁底部采用2束直线预应力筋，1束为抛物线曲线预应力筋，以抵消构件自重并作抗剪弯起筋，其矢高为e0=530mm；梁顶部采用1束直线预应力筋。
截面尺寸见上图c。
（2）正截面承载力计算根据正截面承载力计算确定非预应力筋数量。
材料参数：f c=19.1，f t=1.71，f py=1320，f py=390取a p=150mm，a'p=80mm，h0=1400-150=1250mm 等效矩形图形系数α=1.0，β=0.8 ，近似取σp0=σ'p0=σcon -0.2σcon=1042弯矩设计值为：故属于第二类T形截面。
受压翼缘和受压预应力筋承担的弯矩为：，因此仅预应力筋可满足正截面受弯要求。
非预应力筋按构造要求配置，取A s=0.002A，A s=0.002A=0.002×3.73×105=746配置712=791。
此外，受压区按构造要求配置非预应力筋812=904。
见右图。
（3）预应力损失由于截面尺寸较大，孔道面积、预应力筋和非预应力筋面积所占比例很小，故在不再精确计算净截面和换算截面的面积、惯性矩，而直接采用前述毛截面的面积和惯性矩计算，其误差在2%左右。
预留孔道采用预埋波纹管。
例题9-5图2[1] 锚具回缩损失设锚具内缩值a=6mm，直线预应力筋（一端张拉）的锚具回缩损失，曲线预应力筋（一端张拉），张拉端与跨中截面之间曲线部分的切线夹角为q=4e0/l= 0.176rad，曲率半径r c= l2/ 8e0=34m。
摩擦系数取k=0.0015，m=0.25。
回缩产生的反向摩擦损失影响长度按(12-32)式计算，由(12-31)式得跨中截面（x=6m）锚固回缩损失[2] 摩擦损失直线预应力筋：曲线预应力筋：第Ⅰ批预应力损失：直线预应力筋：曲线预应力筋：[3] 应力松弛损失取ψ=1.0，[4] 收缩徐变损失扣除第Ⅰ批损失后预应力筋的合力受拉区预应力筋到截面形心的距离：y p=731-150=581mm受压区预应力筋到截面形心的距离：y'p=1400-731-80=589mm由于张拉后构件起拱，长期应力计算时也应计入构件自重影响总预应力损失为，受拉区直线预应力筋：受拉区曲线预应力筋：受压区直线预应力筋：（4）正截面抗裂验算跨中截面总有效预压力：＜σpc 正截面满足一级裂缝控制要求。
（5）斜截面抗裂验算斜截面受剪控制截面Ⅰ-Ⅰ的内力，M k=600kN.m，V k=650kN斜截面抗裂验算一般需验算三点：腹板与上、下翼缘的交界处，截面形心处。
这里仅验算截面形心处的抗裂。
在验算中应考虑Ⅰ-Ⅰ截面的预应力损失，损失计算过程与上述类似。
尽管Ⅰ-Ⅰ截面的摩擦损失和收缩徐变损失小于Ⅱ-Ⅱ截面，但曲线预应力筋在Ⅰ-Ⅰ截面的锚固回缩损失大于Ⅱ-Ⅱ截面，故近似认为曲线预应力筋在Ⅰ-Ⅰ截面的总损失与Ⅱ-Ⅱ截面相同。
预压力在Ⅰ-Ⅰ截面形心产生的预压应力为，弯矩M k在Ⅰ-Ⅰ截面形心产生的正应力为0。
剪力V k在Ⅰ-Ⅰ截面形心产生的剪应力按(14-18)式计算，其中对截面形心的一次面积矩为，曲线预应力筋在Ⅰ-Ⅰ截面的倾角αpb= 0.176=0.147rad=8.4°，sin αpb = 0.146由(14-16)式，满足要求。
（6）斜截面抗剪承载力计算剪力设计值900kN由于N p=2664.8kN，已大于0.3f c A0=2137.29kN，故取，V p=0.05N0=0.05×0.3f c A0=106.86kN按(14-11)受剪承载力计算公式有，选φ10双肢箍，A sv=157，则箍筋间距s为112mm，取100mm。
[本例题完][思考题9-1]为什么钢筋混凝土受弯构件不能有效地利用高强钢筋和高强混凝土？而预应力混凝土构件则必须采用高强钢筋和高强混凝土？[思考题9-2]先张法和后张法建立预应力的条件是什么？[思考题9-3]预应力混凝土受弯构件的受力特点与钢筋混凝土受弯构件有什么不同？[思考题9-4]为什么张拉控制应力σcon是按钢筋抗拉强度标准值确定的?σcon 是否可大于抗拉强度设计值?[思考题9-5]引起预应力损失的因素有哪些？预应力损失如何分组？[思考题9-6]两个预应力混凝土轴心受拉构件，一个采用先张法，另一个采用后张法。
设二者的预应力钢筋面积（A p）、材料、控制应力σcon、预应力总损失σl =σl I +σl II及混凝土截面面积（后张法已扣除孔道面积）在数值上均相同，[1] 写出二者用概括符号表示的在施加荷载以前混凝土有效预压应力σpc和预应力钢筋的应力σp，并比较二者公式的异同，二者的σpc和σp是否相同？[2] 写出二者的消压轴力N0和相应预应力钢筋应力σp0的计算公式，并比较二者公式的异同，二者的N0和σp0是否相同？[3] 写出二者开裂轴力计算公式，并比较二者N cr的大小。
[思考题9-7]设钢筋混凝土轴心受拉构件与预应力混凝土轴心受拉构件的配筋（预应力钢筋）面积和混凝土面积相同，[1] 试比较二者受力性能的差别？[2] 记钢筋混凝土轴心受拉构件的开裂轴力为，预应力混凝土轴心受拉构件的开裂轴力为，试比较：(a)当轴力N在N＜范围，二者的钢筋（预应力钢筋）应力的增量和应力大小；(b)当轴力N在≤ N≤ 范围，二者的钢筋（预应力钢筋）应力的增量和应力大小；(c)当轴力N在N＞范围，二者的钢筋（预应力钢筋）应力的增量和应力大小。