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结构设计原理 chapter PPT课件
大偏心受压破坏时，其受 压边缘混凝土极限压应变可 能出现图中ac、ab等情形；
小偏心受压破坏时，则 可能出现ae、af、a/g等情形。
由右边应变图我们可以得到
b 为大偏心受压破坏； b 为小偏心受压破坏。
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7.1.3 偏心受压构件的M-N相关曲线
偏心受压构件实际上是弯矩M和N共同 作用的构件。长细比 的加大会降低构件的受压承载力。 Nu-Mu相关曲线反映了在压 力和弯矩共同作用下正截面承载力的规律，具有以下一些特点：
产生受压破坏的条件有两种情况： ⑴当相对偏心距e0/h0较小
⑵或虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时 ◆ 截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大， ◆ 而受拉侧钢筋应力较小， ◆ 当相对偏心距e0/h0很小时，“受拉侧”还可能出现受压情况。 ◆ 截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏， ◆ 承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋，破坏时受压区高
虽然最终在m和n的共同作用下达到截面承载力极限状态但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱30的长柱侧向挠度u的影响已很大在钢筋和混凝土应变未达到材料破坏极限值前侧向挠度已呈丌稳定发展即柱的轴向荷载最大值发生在荷载增长曲线不截面承载力相关曲线相交之前这种破坏为失稳破坏应迚行与门计算设计中应尽量避第15页共34页722偏心距增大系数长细比较大的长柱由于侧向挠度产生的附加弯矩不能忽视而弯矩的增加将使受压构件承载力降低为此将初始偏心距乘以大于1的系数
当A's已知时，两个基本方程有二个未知数As 和 x，有唯一解。
先由（7-5）式求解x，若x < bh0，且x>2as'，则可将x代入(7-4)
式得
As
fcdbx fsd As N fsd
小偏心受压破坏时，则 可能出现ae、af、a/g等情形。
由右边应变图我们可以得到
b 为大偏心受压破坏； b 为小偏心受压破坏。
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7.1.3 偏心受压构件的M-N相关曲线
偏心受压构件实际上是弯矩M和N共同 作用的构件。长细比 的加大会降低构件的受压承载力。 Nu-Mu相关曲线反映了在压 力和弯矩共同作用下正截面承载力的规律，具有以下一些特点：
产生受压破坏的条件有两种情况： ⑴当相对偏心距e0/h0较小
⑵或虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时 ◆ 截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大， ◆ 而受拉侧钢筋应力较小， ◆ 当相对偏心距e0/h0很小时，“受拉侧”还可能出现受压情况。 ◆ 截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏， ◆ 承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋，破坏时受压区高
虽然最终在m和n的共同作用下达到截面承载力极限状态但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱30的长柱侧向挠度u的影响已很大在钢筋和混凝土应变未达到材料破坏极限值前侧向挠度已呈丌稳定发展即柱的轴向荷载最大值发生在荷载增长曲线不截面承载力相关曲线相交之前这种破坏为失稳破坏应迚行与门计算设计中应尽量避第15页共34页722偏心距增大系数长细比较大的长柱由于侧向挠度产生的附加弯矩不能忽视而弯矩的增加将使受压构件承载力降低为此将初始偏心距乘以大于1的系数
当A's已知时，两个基本方程有二个未知数As 和 x，有唯一解。
先由（7-5）式求解x，若x < bh0，且x>2as'，则可将x代入(7-4)
式得
As
fcdbx fsd As N fsd
结构优化设计的基本原理 PPT
2-5 凸集, 凸函数和凸规划
Convex set, Convex Function & Convex Programming
I、 函数得凸性
一元函数 Y = f(X) 在[a, b]区间内其几何图形呈下凸( 即上凹 ), 有 三种不同情况:
单峰函数
单调升函数
多峰函数
II、 凸集 Convex Set
III、 几种特殊类型函数得梯度
•梯度得几何意义: 1、 梯度就是一个向量; 2、 她就是函数等值线得法线向量, 方向
指向
函数值增加得一方; 3、 她得每一个分量代表函数对这一分量 自
变量得偏导数。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
2-4 极值得必要条件和充分条件
I、 基本概念
这里要求各约束梯度向量线性无关！
若 L( X, )有解, 则其解必就是唯一得, 且 L(X*, * ) = f ( X* )。
讨论:
1、 拉氏乘子法只能处理等式约束,对不等式约束她要 引进松弛变量,把不等式变为等式。因此,该法对设计空 间可行域范围限制很严,即若将一般规划问题用拉氏乘 子法求解,将使可行域缩小,只能求局部最优解,且m < n;
f(X(1))T ( X – X* ) 0
2-6 约束和拉格朗奇乘子
Constraints & Lagrange Multipliers
有等式约束规划
min f ( X )
XE n
s.t. gi ( X ) 0, i 1,2,, m (m n) 早在1760年, Lagrange 便提出了一套有效求解方法----拉格 朗奇乘子法、
f ( X (1) ) f ( X (0) ) f ( X (0) )( X (1) X (0) )
结构设计原理ppt课件
构件断面大，材料利用率 低，使用空间狭小 ④ 古代结构
2. 近代（17世纪～20世纪中叶）
① 材料: 石、木、砼、砌体、钢
△转炉炼钢：1859年贝塞麦发明，成本 大幅降低而质量大幅提高。
△水泥出现：1824年约瑟夫·阿斯普丁 （Joseph Aspdin）采用波特兰岛的石灰 石研究出胶凝水泥——波特兰水泥，并 取得专利权。
四川大学建筑与环境学院
授课 傅昶彬
2006版
工程结构
采用具有良好的物理力学性能的天然或人 工材料建造的具有一定使用功能的建筑物或构 筑物的骨架体系。
结构设计原理
研究保证结构安全可靠的理论和设计方法 的科学。
课程特点、内容和目标
◆课程特点
●知识面主要涉及力学、材料学 ●原理半理论半实验 ●设计规范性 ●解的不唯一性
砌体的抗压强度可达35MPa（目前国 外）。
②理论：
在近代理论基础上，由于计算机的迅 猛发展有限元法得以广泛应用于工程领域。 另外强度准则也用容许应力法扩展到极限 状态法 。 ③特点：
ⅰ. 日益复杂和高标准的要求。 ⅱ. 材料轻质高强化。 ⅲ. 施工过程工业化、装配化。 ⅳ. 理论的精确化、科学化。
丝节提高抗拉强度、加碳纤维、加添加 剂改性 ； 2) 钢材：冷轧扭、冷轧带肋、冷拔、合金 钢、耐候钢、耐候漆、H型钢 ；
3)高强高粘结度 砂浆 。
② 新材料研发应用 △碳纤维布：高模量E=38～64×105Mpa
高强度fb=2400～3100Mpa
③材料的合理组合 1) 钢管砼
2)钢骨钢筋砼
② 可变荷载 在结构使用期间，荷载值随时间变化，
或其变化值与平均值相比不能忽略的荷载称为 可变荷载。
③偶然荷载 在结构使用期间，不一定出现，但一旦
2. 近代（17世纪～20世纪中叶）
① 材料: 石、木、砼、砌体、钢
△转炉炼钢：1859年贝塞麦发明，成本 大幅降低而质量大幅提高。
△水泥出现：1824年约瑟夫·阿斯普丁 （Joseph Aspdin）采用波特兰岛的石灰 石研究出胶凝水泥——波特兰水泥，并 取得专利权。
四川大学建筑与环境学院
授课 傅昶彬
2006版
工程结构
采用具有良好的物理力学性能的天然或人 工材料建造的具有一定使用功能的建筑物或构 筑物的骨架体系。
结构设计原理
研究保证结构安全可靠的理论和设计方法 的科学。
课程特点、内容和目标
◆课程特点
●知识面主要涉及力学、材料学 ●原理半理论半实验 ●设计规范性 ●解的不唯一性
砌体的抗压强度可达35MPa（目前国 外）。
②理论：
在近代理论基础上，由于计算机的迅 猛发展有限元法得以广泛应用于工程领域。 另外强度准则也用容许应力法扩展到极限 状态法 。 ③特点：
ⅰ. 日益复杂和高标准的要求。 ⅱ. 材料轻质高强化。 ⅲ. 施工过程工业化、装配化。 ⅳ. 理论的精确化、科学化。
丝节提高抗拉强度、加碳纤维、加添加 剂改性 ； 2) 钢材：冷轧扭、冷轧带肋、冷拔、合金 钢、耐候钢、耐候漆、H型钢 ；
3)高强高粘结度 砂浆 。
② 新材料研发应用 △碳纤维布：高模量E=38～64×105Mpa
高强度fb=2400～3100Mpa
③材料的合理组合 1) 钢管砼
2)钢骨钢筋砼
② 可变荷载 在结构使用期间，荷载值随时间变化，
或其变化值与平均值相比不能忽略的荷载称为 可变荷载。
③偶然荷载 在结构使用期间，不一定出现，但一旦
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39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
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36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
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36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
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总论
钢管混凝土 （Concrete Filled Steel Tube）
参考书目： 《钢管混凝土结构：理论与实践》第2版， 韩林海著，科学出版社，2019 《钢管混凝土结构的计算与应用》，蔡 绍怀编著，中国建筑工业出版社，1989
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总论
钢骨混凝土（Steel Reinforced Concrete） （Encased Concrete）
总论
本课程的指导思想： 注重建立工程概念 注重培养综合能力 注重提炼科学知识 注重激发创新意识 从理论转向实际，从简单转向综合 理论分析与工程概念相结合 科学方法与工程创新相结合 培养土木工程师的基本素质
如何学好本课程
目的 Aims 概念 Concept 模型 Model 综合 Synthetic
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总论
FRP-混凝土（Fiber Reinforced Polymer Concrete）
总论
FRP-混凝土（Fiber Reinforced Polymer Concrete）
总论
FRP-混凝土（Fiber Reinforced Polymer Concrete）
CFRP 壳 混凝土主 梁
钢筋、钢管、钢骨等，作为主要承重材料 的结构。
素混凝土结构
钢骨混凝土结构
钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构
FRP-混凝土结构 纤维混凝土结构
钢管混凝土结构
钢-混凝土结构
总论
素混凝土结构 （Plain Concrete Structures）
以普通混凝土材料制作的结构。 主要用于承受压力而不承受拉力的结 构，如重力堤坝、支墩、基础、挡土 墙、地坪、水泥混凝土路面、飞机场 跑道及砌块等。
（Prestressed Concrete Structures）
预应力混凝土结构是为解决钢筋 混凝土结构在使用阶段容易开裂问题 而发展起来的结构。由高强度钢筋和 高强度混凝土两种材料组成的。 预应 力混凝土结构应用于房屋建筑、地下 结构、桥梁、隧道、水利、港口工程 中。
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总论
钢管混凝土 （Concrete Filled Steel Tube）
学习和掌握桥梁工程和其它道路人工构造 物设计的基础
材料 钢材 混凝土 FRP 木材 石材
总论
构件
结构
受弯构件 受压构件 受拉构件 受扭构件
桥跨
墩台Leabharlann 构造物基础
塔柱
总论
0.1 各种工程结构的特点及使用范围
1.混凝土结构（Concrete Structures）
主要以混凝土材料，并配以钢筋、预应力
结构设计原理
王文炜 东南大学交通学院桥梁工程系
2019年9月
第一章 绪论
Introduction
总论
教材：《结构设计原理》第二版，叶见曙 主编，人民交通出版社，2019年
参考书目： 《混凝土结构-第2版》，叶列平，赵作周 主编，清华大学出版社，2019 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设 计规范》JTGD62-2019 《混凝土结构设计规范》GBJ500102019 《Prestressed Concrete》，Edward G.Nawy著，李英民缩编，重庆大学出版 社，2019
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总论
钢筋混凝土结构
（Reinforced Concrete Structures） 钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土
两种材料组成的。 钢筋是一种抗拉性 能很好的材料；混凝土具有较高的抗 压强度。钢筋混凝土结构结构广泛应 用于房屋建筑、地下结构、桥梁、隧 道、水利、港口工程中。
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总论
预应力混凝土结构
主要以混凝土材料，并配以钢筋、预应力
钢筋、钢管、钢骨等，作为主要承重材料 的结构。
素混凝土结构
钢骨混凝土结构
钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构
FRP-混凝土结构 纤维混凝土结构
钢管混凝土结构
钢-混凝土结构
总论
混凝土结构的发展
1824年英国人阿斯普丁（J.Aspdin）发明硅酸盐水泥 1849年法国人朗波（mbot）制造了第一只钢筋 混凝土小船 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋 混凝土结构开始应用于土木工程距今仅150多年 与砖石结构、木结构相比，混凝土结构的历史并不长， 但发展非常迅速，目前混凝土结构已经成为土木工程 中最主要的结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结 构还在不断发展。
总论
问题 Problems
理解 Understanding
分析 Analysis
应用 Applications
总论
《结构设计原理》主要讨论土木基础设施 工程中各种工程结构的基本构件受力性能、 计算方法和构造设计原理
包括： 混凝土结构（Concrete Structures ） 钢结构（Steel Structures） 圬工结构（Masonry Structures ） 木结构（Timber Structures ）
总论
主要内容：
总论、钢筋混凝土结构的基本概念及材料物理力学性 能，4学时 结构按极限状态法设计计算原则，2学时 受弯构件正截面承载力计算，18学时 受弯构件斜截面承载力计算，10学时 受压构件正截面承载力计算，14学时 钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形，4学时 局部承压，2学时 预应力混凝土结构的基本概念，4学时 预应力混凝土受弯构件的设计与计算，14学时 部分预应力混凝土受弯构件，4学时
总论
本课程的教学目的：
学会解决工程中的问题：尤其是工程综合问题 学会分析工程中的问题： 学会工程结构设计方法： 学会发现工程中的问题：创新和发展 学会研究工程中的问题：理论研究 Inquiry：put forward your own opinion Study: solve the problem by yourself Conclusion: that not exist before
钢-混凝土组合板
钢-混凝土组合梁
总论
钢-混凝土组合（混合）结构（Steel Concrete Composite （Hybrid）Structures）
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总论
纤维混凝土（Fiber Concrete ）
总论
总论
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总论
0.1 各种工程结构的特点及使用范围
1.混凝土结构（Concrete Structures）
混凝土 桥面板
总论
FRP-混凝土（Fiber Reinforced Polymer Concrete）
参考书目 《FRP加固混凝土结构技术及应用》，王
文炜编著，中国建筑工业出版社，2019 《FRP加固混凝土结构》，腾锦光著，中
国建筑工业出版社，2019
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钢-混凝土组合（混合）结构（Steel Concrete Composite （Hybrid）Structures）