13.6-13.8结构设计原理解析
结构设计原理的知识点总结
结构设计原理的知识点总结结构设计是指在工程建筑、机械设计等领域中，根据特定的要求和目标，通过合理的构思和设计，确定结构体系、材料和尺寸等相关参数，以满足工程的强度、刚度和稳定性等要求。
在结构设计过程中，有一些重要的原理需要掌握和遵循。
本文将对结构设计原理的一些关键知识点进行总结。
以下是结构设计原理的一些重要考虑点：1. 强度原理：强度原理是结构设计中最基本的原理之一，它要求结构在承受外部荷载时能够保持稳定。
常见的强度原理包括材料的强度和断裂性质、构件的受压、受拉和受弯承载能力等。
2. 刚度原理：刚度原理要求结构在受到外部荷载时保持稳定，不发生过度变形。
刚度原理的关键考虑点包括结构的整体刚度和各构件之间的刚度协调等。
3. 稳定性原理：稳定性原理要求结构在承受外部荷载时能够保持平衡和稳定，不发生失稳。
常见的稳定性原理包括结构的整体稳定性、构件的局部稳定性和结构的抗侧扭稳定性等。
4. 材料选择原理：材料选择原理是指在结构设计中选择合适的材料以满足设计要求。
其中考虑的主要因素包括材料的强度、刚度、耐久性、可加工性以及经济性等。
5. 结构组成原理：结构组成原理要求将结构划分为合适的构件，通过构件之间的连接和组合实现结构的整体性能。
结构组成原理涉及到构件的形状、尺寸和连接方式等方面。
6. 可靠性原理：可靠性原理要求结构在设计寿命内能够满足要求的安全性能。
可靠性原理考虑到结构设计中的不确定性因素，如荷载的变化、材料的失效和施工误差等。
7. 施工可行性原理：施工可行性原理要求结构设计考虑到施工过程中的可行性和经济性，并避免施工过程中出现困难或不必要的浪费。
施工可行性原理涉及到结构的施工过程、工艺流程和施工周期等方面。
结构设计原理的总结是结构设计中十分重要的一部分，只有正确应用这些原理，才能够设计出安全可靠、经济合理的结构。
因此，在结构设计的过程中，必须深入学习和理解这些原理，并灵活运用到实际设计中。
同时，不断学习和更新结构设计原理，跟随技术的发展和变化，才能不断提高自身的设计水平。
电工技术电子技术清华31组合逻辑电路
1）二--十进制显示译码器 ----七段数码管显示译码器
显示译码器 a
510 a Ya
510 b Yb
g Yg 510
2020/6/18
发 光
fg
b
二
极 管
e
c
d
Ya-Yg: 控制信号 高电平时,对应的LED亮 电工技低术 电平时,对应的LED灭
七段数码管显示译码器
A3-A0: 输入数 据 A3
+30V 220V
J &
JD
2020/6/18
电工技术
2. 三态门
一、结构
EE
A B
+5V
R1 3k D
R2
R4
b1 c1 T1
T2 T3
T4
R5
F
T5 R3
E— 控制端
2020/6/18
电工技术
二、工作原理
(1) 控制端E=0时的工作情况：
01
EE
A B
R1 3k D
R2
+5V
R4
b1 c1 T1
2020/6/18
符号
功能表
A &F B
E
符号
E 0 F AB
E1 输出高阻
功能表
A & F E1 F AB
B
E
E0 输出高阻
电工技术
四、三态门的用途
三态门主要作为TTL电路与总线间的接口电路。
公
E1 =０
用 总
线
E2 =１
工作时，E1、E2、 E3分时接入高电 平。
2020/6/18
E3 =０
1
&
1
方向控制阀工作原理
第13章气动控制阀(Pneumatic control valves)气动控制阀是控制、调节压缩空气的流动方向、压力和流量的气动元件，利用它们可以组成各种气动回路，使气动执行元件按设计要求正常工作。
13.1常用气动控制阀(Common pneumatic control valves)和液压控制阀类似，常用的基本气动控制阀分为：气动方向控制阀、气动压力控制阀和气动流量控制阀。
此外还有通过改变气流方向和通断以实现各种逻辑功能的气动逻辑元件。
13.1.1 气动方向控制阀(Pneumatic direction control valves)气动方向控制阀是用来控制压缩空气的流动方向和气流通、断的气动元件。
13.1.1.1 气动方向控制阀的分类气动方向控制阀和液压系统的方向控制阀类似，也分为单向阀和换向阀，其分类方法也基本相同。
但由于气压传动具有自己独有的特点，气动方向控制阀可按阀芯结构、控制方式等进行分类。
1．截止式方向控制阀芯的关系如图13.1阀口开启后气流的流动方向。
点：1）构紧凑的大口径阀。
2胶等）密封，当阀门关闭后始终存在背压，因此，密封性好、泄漏量小、勿须借助弹簧也能关闭。
3）因背压的存在，所以换向力较大，冲击力也较大。
不适合用于高灵敏度的场合。
4）比滑柱式方向控制阀阻力损失小，抗粉尘能力强，对气体的过滤精度要求不高。
2. 滑柱式方向控制阀滑柱式气动方向控制阀工作原理与滑阀式液压控制元件类似，这里不具体说明。
滑柱式方向控制阀的特点：1）阀芯较截止式长，增加了阀的轴向尺寸，对动态性能有不利影响，大通径的阀一般不易采用滑柱式结构；2）由于结构的对称性，阀芯处在静止状态时，气压对阀芯的轴向作用力保持平衡，容易设计成气动控制中比较常用的具有记忆功能的阀；3）换向时由于不受截止式密封结构所具有的背压阻力，换向力较小；4）通用性强。
同一基型阀只要调换少数零件便可改变成不同控制方式、不同通路的阀；同一只阀，改变接管方式，可以做多种阀使用。
结构设计原理简明教程
结构设计原理简明教程结构设计是建筑工程中的重要环节，它涉及到建筑物的稳定性、承载力以及安全性等方面。
本文将通过简明的方式介绍结构设计的原理，帮助读者更好地理解和应用于实际工程中。
一、结构设计的基本原理1. 承载力原理结构设计的首要目标是确保建筑物具有足够的承载能力，能够承受各种荷载的作用。
在设计过程中，需要根据建筑物的用途和荷载情况，合理确定结构的尺寸、材料和连接方式，以保证结构的稳定性和安全性。
2. 强度原理结构设计中的强度原理是指结构在承受荷载作用时，各构件和连接部位不会发生破坏或变形。
为了满足强度要求，设计师需要根据材料的力学性能和荷载特点，合理选择构件的尺寸和材料，确保结构的强度满足设计要求。
3. 刚度原理刚度原理是指结构在受力时的变形程度。
结构设计需要考虑建筑物在使用过程中的变形限制，以保证其正常运行和使用。
设计师需要通过合理的刚度控制，使结构在承受荷载时的变形满足规定的限制，同时避免过度刚性导致的破坏。
二、结构设计的方法和步骤1. 结构设计方法在结构设计中，常用的方法包括力学分析法、试验法和计算机模拟法等。
力学分析法是最常用的方法，通过应力、应变和变形等参数的计算和分析，确定结构的受力状态和变形情况。
试验法是通过实验测试结构的力学性能，获取实际数据进行设计。
计算机模拟法则是利用计算机软件对结构进行数值模拟和分析，得出结构的受力和变形情况。
2. 结构设计步骤结构设计的步骤可以简要概括为以下几个方面：（1）确定设计目标和要求：根据建筑物的用途和功能，明确设计的目标和要求，包括承载力、强度和刚度等方面。
（2）收集和分析数据：收集建筑物的相关数据，包括荷载情况、地基条件和材料性能等，进行数据分析和处理。
（3）结构布置和选择：根据建筑物的功能和要求，确定结构的布置和构件的选择。
（4）计算和分析：利用力学原理和计算方法，对结构进行计算和分析，确定结构的尺寸和材料。
（5）验算和优化：对设计结果进行验算和优化，确保结构的稳定性和安全性。
结构设计原理概述与实例解析
结构设计原理概述与实例解析简介结构设计是指在建筑、桥梁、机械等工程领域中，根据工程需求和力学原理，合理地确定结构的形状、尺寸和材料，以满足工程的安全、经济和美观要求。
本文将概述结构设计的原理，并通过实例解析来进一步说明。
一、结构设计原理概述1. 力学原理结构设计的核心是力学原理，包括静力学和动力学。
静力学研究物体在平衡状态下的力学性质，而动力学考虑物体在运动状态下的力学行为。
结构设计师需要理解和应用这些原理，以确保结构的稳定性和安全性。
2. 荷载分析荷载分析是结构设计的基础工作，包括静载荷和动载荷的计算和分析。
静载荷包括自重、外加荷载和温度荷载等，而动载荷则包括风荷载、地震荷载等。
通过合理的荷载分析，可以确定结构所需的强度和刚度。
3. 结构材料选择结构材料的选择对于结构设计至关重要。
不同的结构材料具有不同的力学性能和耐久性，如钢材、混凝土、木材等。
结构设计师需要根据工程要求和经济性考虑，选择最适合的结构材料。
4. 结构形式设计结构形式设计是指确定结构的整体形状和布局。
不同的结构形式对于承载荷载和分布应力具有不同的能力。
结构设计师需要考虑结构的功能需求、空间限制和施工可行性，以确定最佳的结构形式。
5. 结构分析与优化结构分析是通过数学和力学方法，对结构进行力学计算和分析。
通过结构分析，可以评估结构的强度、刚度和稳定性。
结构设计师可以根据分析结果进行结构优化，以提高结构的性能和经济性。
二、实例解析以下是一个桥梁结构设计的实例解析，以说明结构设计原理的应用。
实例：XX桥梁设计XX桥梁是一座跨越XX河的公路桥梁，设计目标是承载大型货车和提供足够的通行空间。
以下是该桥梁的结构设计过程：1. 力学原理：根据静力学原理，确定桥梁的平衡状态和力学性能。
通过动力学原理，考虑桥梁在风荷载和地震荷载下的响应。
2. 荷载分析：根据道路交通规模和设计标准，计算桥梁的静载荷和动载荷。
考虑到XX地区的风速和地震频率，进行风荷载和地震荷载的分析。
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。
结构设计原理总结
结构设计原理总结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则。
这些原理可以帮助工程师在设计过程中确保结构的安全性、稳定性和经济性。
下面将对结构设计原理进行总结，内容大致包括以下几方面：第一，安全性原理。
结构设计首要考虑的是结构的安全性，即结构在受到外力作用时能否保持稳定，并且不会发生破坏。
为了确保结构的安全性，设计中需要考虑结构的强度、稳定性、承载能力、刚度以及抗震能力等因素。
此外，还需要考虑到结构的使用寿命和防火性能等方面的安全因素。
第二，经济性原理。
结构设计需要在保证安全性的基础上尽可能地降低成本和资源消耗。
在进行结构设计时，需要考虑材料成本、施工工艺、维护成本等因素，并在不影响结构安全的前提下寻找最经济的设计方案。
第三，可靠性原理。
结构设计应追求结构的可靠性，即结构在设计寿命内能够满足设计要求并保持稳定。
为了确保结构的可靠性，设计中需要考虑结构的可靠性指标和可靠性分析方法，并采取相应的设计措施。
第四，合理性原理。
合理性是结构设计的一个重要原则，即设计应符合实际工程条件和使用要求，并且能够满足工程师在设计中的要求。
合理性原则涉及到结构形式、结构布置、材料选择、工艺安排等方面的问题，只有在满足实际要求的情况下，才能够得到一个合理的设计方案。
第五，灵活性原理。
结构设计应具有一定的灵活性，即在满足功能和安全要求的前提下，能够适应不同的场地和使用要求。
灵活性原则涉及到结构的可调性和可改造性等方面的问题，设计中需要考虑到结构的可调整性和可扩展性，以适应未来可能的变化和调整。
第六，美观性原理。
结构设计不仅仅是为了满足功能和经济要求，还应考虑结构的美观性。
美观性原则涉及到结构形式、比例、纹理、颜色等方面的问题，设计中需要注重表达设计意图，并追求结构的整体美感。
综上所述，结构设计原理是一系列基本原则和规则，它们在结构设计中发挥着重要的作用。
安全性原理、经济性原理、可靠性原理、合理性原理、灵活性原理和美观性原理是结构设计原理的主要内容。
建筑结构设计原理全解析
建筑结构设计原理全解析一、引言在建筑设计中，结构设计是一个至关重要的环节。
它涉及到建筑的稳定性、安全性和整体结构布局。
本文将全面解析建筑结构设计的原理。
二、载荷计算原理结构设计的首要任务是对建筑物所承受的载荷进行合理的计算。
载荷可以分为静载荷和动载荷两类。
静载荷包括自重、使用荷载和附加荷载，而动载荷则包括风荷载、地震荷载等。
合理的载荷计算可以确保建筑物在各种外力作用下保持安全和稳定。
三、结构布局原则结构布局是指建筑的各个构件排列和连接方式。
它直接影响建筑物的整体强度和稳定性。
在结构布局中，需要考虑建筑物的功能需求、平面布局、空间形态和外部环境等因素。
合理的结构布局要求构件之间紧密配合，力的传递途径清晰，并且能够最大限度地减小结构的应力集中。
四、结构材料选择原则在结构设计中，选择合适的结构材料对于保证建筑物的稳定性和安全性至关重要。
常见的结构材料包括钢筋混凝土、钢结构和木结构等。
不同类型的材料具有各自的特点和适用范围。
例如，钢筋混凝土在承受压力方面具有优势，而钢结构则在大跨度和高度的建筑中具有较好的应用性能。
五、结构计算与分析原理结构计算和分析是确定建筑物受力性能的关键步骤。
它包括了静力学和动力学分析。
静力学分析主要用于计算结构在静态载荷作用下的受力情况，例如各构件的应力、位移等。
而动力学分析则用于评估结构在动态载荷下的响应，例如地震荷载引起的结构振动。
通过结构计算和分析，可以为结构设计提供科学的依据。
六、梁、柱和墙体设计原理在建筑结构设计中，梁、柱和墙体是承担荷载的主要构件。
它们的设计原理包括强度计算、刚度设计和稳定性评估等。
梁的设计要考虑其跨度、受力形态和承载荷载等因素。
柱子的设计则需考虑其受压和受拉的能力，以及防止局部失稳的措施。
墙体的设计要考虑其稳定性和承载力等要求。
七、框架结构设计原理框架结构是常见的建筑结构形式之一。
它由梁、柱和框架构成，能够有效地承担和传递荷载。
框架结构设计原理包括确定各构件的尺寸、节点的刚度和连接方式等。
结构设计原理课后答案解析第三版
边梁的受压翼板有效宽度
1
b
' f
b
6h
' f
1 2200 80 6 180 2260mm
bf min 2
2
2
1' b
1
bf
bf
2200 80 (1100 80) 2200 mm
22
2
所以，边梁的受压翼缘板的有效宽度为 2200mm 。
3-23. 计算跨径 L 12.6mm的钢筋混凝土简支梁，中梁间距为 2.1m,截面尺
) 2
158.5kN m 0M d 145kN m
设计合理。
截面设计如图：
图 3-16 截面配筋图（尺寸单位： mm ）
查表法
查表可得：
fcd 1 3 .M8Pa ， f sd 280 MPa ，γ0=1.0， b 0.56
M
1.0 145 106
A0 fcdbh02 = 13.8 200 440 2 =0.27
f sd
280
取 Φ8@110mm，单位板宽钢筋面积 As 457mm2 ，混凝土保护层厚度 c 25 9.3 20.25mm 20mm ， 2
实际配筋率：
As
457
100% 3.97% > min
bh0 1000 115
45 f td f sd
0.2%
0.22%
受力主钢筋位置及截面布筋示意图：
题 3-18 图（ mm ）
3-19. 截面尺寸 b h 200mm 500mm的钢筋混凝土矩形截面梁，采用 C20
混凝土和 HRB335 级钢筋； I 类环境条件，安全等级为一级；最大弯矩组合设计
值 M d 190kN m, 试按双筋截面求所需的钢筋截面积并进行截面布置。
结构设计原理的认识及理解
结构设计原理的认识及理解结构设计原理是指在建筑、机械、航空航天等领域中，通过对结构力学、材料力学等相关理论的应用，以及结合设计目标和约束条件，使用科学的方法和原则对结构系统进行设计的过程。
结构设计原理的核心任务是保证结构的安全、经济和可行性，同时尽可能地满足设计要求。
结构设计原理的基本理解是从力学原理和材料力学角度出发，将力学规律和材料性能应用于实际的结构设计中。
具体来说，结构设计原理涉及以下几个方面的内容：1. 载荷分析和设计要求：结构设计原理的第一步是确定结构要承受的载荷，包括静荷载、动荷载、地震荷载等。
通过载荷分析，确定设计要求，如结构的承载能力、刚度要求、振动要求等。
2. 结构模型的选择和建立：结构设计原理根据实际情况，选择适合的结构模型，可以是一维杆模型、二维平面框架模型或三维空间框架模型等。
结构模型的建立是结构设计的基础，决定了对结构的力学行为进行分析的方法。
3. 结构内力分析：结构设计原理通过力学原理和相关计算方法，对结构的内力进行分析。
内力分析是结构设计的重要环节，通过计算各个构件的内力大小和分布情况，可以评估结构的强度和稳定性，并进行结构优化。
4. 材料选型和强度计算：结构设计原理需要根据结构的载荷和设计要求，选择合适的材料，并进行强度计算。
强度计算包括确定材料的抗拉强度、抗扭强度、抗弯强度等，并与设计要求进行对比，确保结构在使用过程中不会发生破坏和失效。
5. 结构设计与构造处理：结构设计原理结合结构形式和材料特性，进行结构构造的布置和处理。
结构的布置包括结构单元的组合和形式，以及梁、柱、墙等构件的位置和排布。
构造处理包括结构连接方式的设计和施工方法的选择等。
6. 结构优化和合理性评价：结构设计原理在设计过程中需要进行结构优化和合理性评价。
结构优化是指通过改变结构的几何形态、材料参数或截面尺寸等，使结构在满足设计要求的前提下达到最优的设计效果。
合理性评价是对结构设计方案的合理性进行判断，包括结构的经济性、安全性、可行性等方面。
结构设计原理解析
结构设计原理解析结构设计是建筑工程中至关重要的一环，它涉及到建筑物的稳定性、安全性和美观性等方面。
在本文中，我们将从材料选择、荷载分析、结构形式等方面，解析结构设计的原理。
一、材料选择结构设计的首要任务是选择合适的材料，以确保建筑物的稳定性和安全性。
常见的结构材料包括钢筋混凝土、钢材和木材等。
钢筋混凝土是最常用的结构材料，它具有高强度、耐久性和抗震性能。
钢材具有较高的强度和韧性，适用于跨度较大的结构。
木材具有较好的可塑性和环保性，适用于一些轻型建筑。
二、荷载分析荷载分析是结构设计的重要步骤，它包括静力分析和动力分析两个方面。
静力分析是指在建筑物受到静力荷载作用时，通过计算各部位的受力情况，确定结构的稳定性。
动力分析是指在建筑物受到动力荷载（如风荷载和地震荷载）作用时，通过计算结构的振动特性，确定结构的抗震性能。
三、结构形式结构形式是指建筑物的整体布局和构造形式。
常见的结构形式包括框架结构、桁架结构和拱形结构等。
框架结构是最常见的结构形式，它由柱、梁和节点组成，具有较好的刚度和稳定性。
桁架结构适用于跨度较大的建筑物，它由斜杆和节点组成，具有较好的抗弯和抗剪性能。
拱形结构适用于需要大跨度无柱空间的建筑物，它通过拱形构件的受力传递，具有较好的承载能力。
四、结构分析与设计结构分析是指通过数学方法和工程力学原理，对建筑物的结构进行计算和分析。
结构设计是在结构分析的基础上，确定结构的尺寸和构造细节，以满足设计要求。
结构分析与设计需要考虑建筑物的荷载、材料特性、土壤条件等因素，以确保结构的安全性和稳定性。
五、结构施工与监控结构施工是指按照结构设计的要求，进行建筑物的施工和安装。
在施工过程中，需要严格控制材料的质量，保证结构的施工质量。
结构监控是指在建筑物使用过程中，对结构进行定期检查和维护，以确保结构的安全性和可靠性。
综上所述，结构设计是一项复杂而重要的工作，它涉及到材料选择、荷载分析、结构形式、结构分析与设计以及结构施工与监控等方面。
气动控制阀的定义,分类及工作原理详解
气动控制阀(Pneumatic control valves)气动控制阀是指在气动系统中控制气流的压力、流量和流动方向，并保证气动执行元件或机构正常工作的各类气动元件。
气动控制阀的结构可分解成阀体(包含阀座和阀孔等)和阀心两部分，根据两者的相对位置，有常闭型和常开型两种。
阀从结构上可以分为：截止式、滑柱式和滑板式三类阀。
一、气动控制阀的分类气动控制阀是指在气动系统中控制气流的压力、流量和流动方向，并保证气动执行元件或机构正常工作的各类气动元件。
控制和调节压缩空气压力的元件称为压力控制阀。
国内知名的生产厂家有上海权工阀门设备有限公司和湖南新兴水电设备有限公司。
其公司是机械工业部、化工部、中国化工装备总公司定点管理生产企业。
其产品在业内有一定的价格优势和技术优势控制和调节压缩空气流量的元件称为流量控制阀。
改变和控制气流流动方向的元件称为方向控制阀。
除上述三类控制阀外，还有能实现一定逻辑功能的逻辑元件，包括元件内部无可动部件的射流元件和有可动部件的气动逻辑元件。
在结构原理上，逻辑元件基本上和方向控制阀相同，仅仅是体积和通径较小，一般用来实现信号的逻辑运算功能。
近年来，随着气动元件的小型化以及PLC控制在气动系统中的大量应用，气动逻辑元件的应用范围正在逐渐减小。
从控制方式来分，气动控制可分为断续控制和连续控制两类。
在断续控制系统中，通常要用压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀来实现程序动作;连续控制系统中，除了要用压力、流量控制阀外，还要采用伺服、比例控制阀等，以便对系统进行连续控制。
气动控制阀分类如图4.1。
二、气动控制阀和液压阀的比较(一) 使用的能源不同气动元件和装置可采用空压站集中供气的方法，根据使用要求和控制点的不同来调节各自减压阀的工作压力。
液压阀都设有回油管路，便于油箱收集用过的液压油。
气动控制阀可以通过排气口直接把压缩空气向大气排放。
(二) 对泄漏的要求不同液压阀对向外的泄漏要求严格，而对元件内部的少量泄漏却是允许的。
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。
结构设计原理详述
结构设计原理详述结构设计是建筑领域中至关重要的一部分，它涉及到建筑物的稳定性、安全性以及美观性。
本文将详细探讨结构设计的原理，包括结构设计的基本概念、设计过程中的考虑因素以及常见的结构设计方法。
一、结构设计的基本概念结构设计是指根据建筑物的功能需求和使用要求，通过合理的构造形式和材料选择，设计出能够承受荷载并保证建筑物稳定的结构系统。
结构设计的目标是使建筑物在使用寿命内能够满足安全、经济、美观等方面的要求。
二、设计过程中的考虑因素在进行结构设计时，需要考虑以下因素：1. 荷载：荷载是指作用在建筑物上的各种力，包括自重、活载、风荷载、地震荷载等。
设计师需要根据建筑物的用途和所在地的气候条件等因素，合理确定荷载的大小和作用方式。
2. 材料：材料的选择直接影响到结构的性能和耐久性。
常见的建筑材料包括钢筋混凝土、钢结构、木材等。
设计师需要根据建筑物的要求和使用环境选择合适的材料。
3. 结构形式：结构形式是指建筑物的整体结构布局和组织形式。
常见的结构形式包括框架结构、悬挑结构、拱结构等。
设计师需要根据建筑物的功能需求和美观要求选择合适的结构形式。
4. 结构计算：结构计算是指根据荷载和材料的力学性能，通过数学计算和结构分析，确定结构的尺寸和形状。
设计师需要运用力学和结构分析的知识，进行结构计算，确保结构的稳定性和安全性。
三、常见的结构设计方法在结构设计中，有许多常见的设计方法可以应用，下面介绍几种常见的方法：1. 极限状态设计：极限状态设计是一种基于结构在承受荷载时达到极限状态的设计方法。
设计师需要根据建筑物的使用要求和荷载条件，确定结构在极限状态下的安全性能。
2. 等效静力设计：等效静力设计是一种将动力荷载转化为等效静力荷载的设计方法。
通过对结构进行静力分析，设计师可以确定结构在静力荷载下的稳定性和安全性。
3. 建筑信息模型（BIM）设计：BIM设计是一种基于数字化建模的设计方法。
通过建立建筑物的三维模型，并将结构设计与其他专业设计相结合，可以实现设计过程的协同和优化。
13多层框架结构
根据上述假定，计算时可将各层梁及其上、下 柱作为独立的计算单元分层进行计算（图13.10)。分 层计算所得梁弯矩即为最后弯矩，由于每一层柱属 于上、下两层，所以柱的弯矩为上、下两层计算弯 矩相叠加。
图13.10 分层法的计算单元
13.3.2 计算步骤
（1） 画出结构计算简图，并标明荷载及轴线尺
图13.2 框架体系的布置
(a) 横向布置；(b) 纵向布置；(c)
13.1.3 柱网尺寸及层高
（1） 工业厂房 一般采用6m柱距，跨度则随柱网的布置方式不同
分为内廊式和跨度组合式，见图13.3。 厂房的层高一般根据车间的工艺设备、管道布置
及通风采光等因素决定。常用的底层层高有4.2m、 4.5m、4.8m、5.4m、6.0m、7.2m和8.4m。 （2） 民用建筑
提出了修正框架柱的侧移刚度和调整反弯点高度 的方法，称为“改进反弯点法”或“D值法”（D值法 的名称是由于修正后的柱侧移刚度用D表示）。D值法 计算简便，精度又比反弯点法高。
133.20所示，从框架中任取一柱AB，根据转 角位移方程，柱两端剪力为：
13.1.1 结构布置原则
（1） 结构平面布置宜简单、规则和对称。 （2） 建筑平面长宽比不宜过大，L/B宜小于6。 （3） 结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续， 避免刚度突变。 （4） 建筑物的高宽比不宜过大，H/B不宜大于5。 （5） 房屋的总长度宜控制在最大伸缩缝间距以 内，否则需设伸缩缝或采取其它措施，以防止温度应 力对结构造成的危害。
不承受主要竖向荷载的连系梁，其截面形式常 用T形、Γ形、矩形、⊥形、L形等，见图13.6。
框架柱的截面形式一般为矩形或正方形。
图13.5 框架横梁截面形式
图13.6 框架连系梁截面形式
第3章结构设计基本原理
第3章结构设计基本原理在建筑设计中，结构设计是非常重要的一环，它直接关系到建筑物的安全性、稳定性和寿命。
结构设计的基本原理是指建筑结构设计的基本规律和原则，下面将详细介绍。
1.结构设计的平衡原理结构设计的平衡原理是指在建筑物运行和使用过程中所产生的各种作用力之间的平衡关系。
建筑物所受的外力包括重力、风力、地震力等，结构设计需要考虑各个作用力之间的平衡关系，确保建筑物能够牢固地稳定下来。
2.结构设计的刚度原理结构设计的刚度原理是指在建筑物使用过程中，建筑结构需要具有足够的刚度来抵抗外部作用力引起的变形。
刚度是指材料对外力的抵抗能力，结构设计需要根据建筑物的使用要求和受力特点来确定合适的刚度，确保建筑物在使用过程中不会产生过大的变形。
3.结构设计的强度原理结构设计的强度原理是指建筑结构需要具有足够的强度来承受外部作用力引起的应力。
强度是指材料对外力的抗压、抗拉、抗弯等能力，结构设计需要合理选择材料和断面形状来确保建筑物具有足够的强度。
4.结构设计的稳定性原理结构设计的稳定性原理是指建筑结构在受到外力作用下具有稳定的状态。
结构设计需要考虑建筑物在使用过程中可能发生的各种不稳定情况，如倾斜、滑移等，通过合理的结构设计来确保建筑物的稳定性。
5.结构设计的耐久性原理结构设计的耐久性原理是指建筑结构需要具有足够的耐久性来满足建筑物的使用寿命要求。
结构设计需要考虑建筑物受到的各种环境和荷载的影响，选择合适的材料和结构形式来确保建筑物具有良好的耐久性。
6.结构设计的经济性原理结构设计的经济性原理是指在满足建筑物功能和使用要求的前提下，通过合理设计，尽可能降低建筑结构的成本。
结构设计需要考虑建筑物的建造成本、运营成本和维护成本等因素，选择合适的结构形式和材料，实现结构设计的经济性。
7.结构设计的美学原理结构设计的美学原理是指通过合理设计建筑结构的形式和比例，使建筑物具有艺术性和美感。
结构设计需要考虑建筑物的形状、线条和比例等因素，与建筑的整体风格和环境相协调，实现结构设计的美学效果。
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。
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13.8.5非预应力钢筋的布置 (1)箍筋 (2)水平纵向辅助钢筋 (3)局部加强钢筋 (4)架立钢筋与定位钢筋 13.8.6锚具的防护
——跨中作用单位力时，在任意截面x处所引起的弯矩值；
Bo—构件抗弯刚度。
13.6.2使用荷载作用下的挠度
等高简支梁、悬臂梁挠度计算公式为
Ms 式中 0.95Ec I o l—梁的计算跨径 α—挠度系数与弯矩图形状和支撑的约束条件有关（表13-3） Ms—按作用短期效应组合计算的弯矩 Io—构件全截面的换算截面惯性矩
式中 δpe —考虑长期荷载效应的挠度值； , pe —预加力反拱值考虑长期效应增长系数； ,Ms —短期荷载效应组合考虑长期效应的挠度增长系数；按 表13-4取值。
13.6.4预拱度的设置
《公路桥规》规定： 1)预应力受弯构件由预加力产生的长期反拱值大 于按短期荷载组合计算的长期挠度时，可不设置 预拱度。 2) 预加力产生的长期反拱值小于按短期荷载组合 计算的长期挠度时，应设预拱度。 预拱度值为
由此所产土的相应摩擦力，要比普通钢筋混凝土中 由于混凝上收缩所产生的摩擦力要大得多，这是预 应力钢筋应力传递的有利因素。可以看出，先张法 构件端部整个应力传递长度范围内受力情况比较复 杂。 为了设计计算的方便，《公路桥规》考虑以上各 因素后，将预应力钢筋的传递长度ltr和锚固长度la 的规定取值见附表2—7。同时将传递长度和锚固长 度范围内的预应力钢筋的应力(从零至σpe或fpd)， 假定按直线变化计算（图13—10b)。
fcd—混凝土轴心抗拉强度设计值。
梁端锚固区设计时应采取补强措施： ①锚具下应设置厚度不小于16mm的垫板或采用具有喇 叭管的锚具垫板 ②板下螺旋筋圈数的长度不应小于喇叭管长度 ③锚垫板下的间接钢筋体积配筋率ρv不应小于0.5% ④梁端平面尺寸由锚具尺寸、锚具间距以及张拉千斤 顶的要求等布置
13.7.2先张法PC构件预应力钢筋的传递长度 与锚固长度
Qs 11Q1 12Q2 0.7Q1 1.0Q2
2)荷载短期效应组合并考虑长期效应影响 的挠度值ωl
l , pe pe , Ms Ms
, pe pe , Ms (G1 G 2 Qs )
同理,作用短期效应组合， Ms ep 2 E2 Ku 式中 α≈0.8 N pI
K =W /A—上核心距
钢束重心位置即ep所遵循的条件
Ms M G1 Ku e p Kb N pI N PI
如满足上式即可保证不出现拉应力，对也许出现 拉应力或裂缝的PPC构件，只要根据构件上、下缘 砼的拉应力（名义拉应力）的不同限制值作相应的 演算，束界不难确定
例:全预应力简支梁的束界 预加应力阶段 N pI N pI epI M G1 ct 0
A Wu Wu
式中
ep1 E1 Kb MG1 / N pI
eP1—预加力合理的偏心距; Kb—混凝土截面下核心距; Wu—构件全截面对截面上缘的弹性抵抗矩; Np1—传力锚固时预加力的合力。
M cr ( pc ftk )Wo
13.8.4预应力钢筋的布置 1）束界（索界） 全预应力简支梁，跨中心预应力钢筋的位置应尽量低， ep大，以平衡外荷载产生的正弯矩。但其它截面外荷 载小，如ep大，易引起上缘开裂，因此ep应减小。 根据全预应力构件要求，不使上、下缘混凝土出现拉 应力的原则。可按最小外载（G1）作用下，和最不利 荷载（G1+G2+Qs）作用下的两种情况， 分别确定NP在各个截面上ep的极值，可沿梁截面绘出ep 的限值线E1和E2，只要NP落入E1和E2所围成的区域即能 保证构件上下缘不会出现拉应力。把E1和E2两条曲线所 围成的布置钢束时的钢束重心界限，称为束界（索 界）。
,MsMs , pe pe
§13.7
端部锚固区计算
13.7.1后张法构件锚下局部承压计算
锚具下很大的局部应力，使构件纵裂甚至破坏， 必须进行局部承压强度和抗裂性计算
（1）局部承压区承载力计算
Fld Fu 0.9(s fcd v cor f sd ) Aln
13.8.3砼截面尺寸和预应力钢筋的数量的选定 1)截面尺寸 参考已有的设计资料及桥梁设计中的具体要求 事先拟定，然后进行配筋计算，如不符合要求， 再修改。 2)预应力钢筋截面积的估算 （1）按构件正截面抗裂性要求估算预应力的钢筋 数量 M /W
N pe
s
1 ep 0.85( ) A W
5）预应力钢筋弯起的曲线形状
圆弧线，抛物线，悬链线 公路桥梁中多采用圆弧线 后张法中曲线形预应力钢筋曲率半径R应符合下列 规定： （1）钢丝束、钢绞线束d≤5mm时，R≥4m d>5mm时，R≥6m （2）精轧螺纹 d≤25mm时，R≥12m d>25mm时，R≥15m 6）预应力钢筋布置的具体要求 （1）后张法构件 （2）先张法构件
f sd As f pd Ap f cd bx (b ' f b)h ' f
o M d fcd bx(ho x / 2) (b ' f b)h ' f (ho h ' f / 2)
先按第一类T形截面计算受压区高度x， 若 , f cd b ' f x f pd Ap As 则 f sd
13.8.2PC受弯构件的截面设计 1)预应力混凝土梁 Ku Kb 抗弯效率指标 h ρ为抗弯效率指标，ρ值越高，表示所设计的预应 力混凝土梁截面经济效率越高。 2) 预应力混凝土常用截面形式
（1）空心板：通常用于跨径8-20m的桥梁，施工采用 场制直线配筋的先张法； （2）T形梁：25-50m，后张法，中小h/l=1/15-1/25 （3）带现浇翼板的预制T形梁：适用于各种斜度的斜 梁桥和曲率半径较大的弯梁桥； （4）组合箱形梁： 16-25m，先张法， h/l=1/16-1/20 （5） 组合T形梁：16-20m， h/l=1/16-1/18 （6）箱形梁：多用于连续梁，T形刚构等大跨度桥梁。
（3）根据正截面抗弯要求和初定的截面尺寸，估 算预应力钢筋的数量，并进行合理的布置； （4）计算主梁截面几何特性； （5）进行正截面和斜截面承载力计算； （6）确定预筋的张拉控制应力，估算预应力损失 及计算各阶段相应的有效预应力； （7）按短暂状况和持久状况进行构件的应力验算 （8） 进行正截面和斜截面抗裂演算； （9）主梁的变形计算； （10）锚固局阶段预应力钢筋永存应力的合力 Ms—按作用短期效应组合计算的弯矩值
距离
A—构件混凝土全截面面积 W—构件全截面对抗裂验算边缘弹性抵抗矩 ep—预应力钢筋的合力作用点至截面中心轴的
对A类部分预应力混凝土构件，
N pe M s / W 0.7 f tk ep 1 ( ) A W
§13.6
变形计算
PCB挠度由偏心预加力Np引起上挠度和外荷载所产 生的下挠度组成。
13.6.1预加力引起的上挠度δpe（反拱）
预加应力时的上挠度 后张法简支梁跨中的上拱度为
pe
l
M pe M x Bo
o
dx
Mpe—由永存预加力（永存预应力的合力）在任意截面x处所 引起的弯矩值；
Mx
M sl 2
13.6.3PSC受弯构件的总挠度ωs
1)荷载短期效应组合下的总挠度
s pe Ms
式中 δpe—永存预加力所产生的上挠度，Ms G1 G 2 Qs Ms —由作用短期效应组合引起的挠度值，即 G1G 2 —分别为梁受一期恒载和二期恒载作用而产生的 挠度值； Qs —按作用短期效应组合计算的可变作用的弯矩值 所产生的挠度；对简支梁，则
x h'f
若
x h'f
，则为第二类T形截面。则
f cd bx (b ' f b) h ' f f pd Ap As f sd
矩形截面梁的计算方法与第一类T形截面方法相 同。 （3）最小配筋率的要求 Mu 最小配筋率应满足 1.0
M cr
Mu—受弯构件正截面抗弯承载力设计值 Mcr—受弯构件正截面开裂弯矩值，计算式为
所需预应力钢筋的总面积： Ap N pe /(1 0.2) con
所需预应力钢筋束数为： n 1 A P / A P1
Ap1为一束钢筋的截面面积
（2）按构件承载能力极限状态要求估算非预应力钢 筋数量 对两类T形截面： 第一类： fsd As f pd Ap fcd b ' f x o M d fcd b ' f x(ho x / 2) 第二类：
2）预应力钢束的布置原则 （1）钢束的布置，应使其重心线不超过束界 （2）钢束弯起的角度，应与所承受的剪力变化规律 相配合 （3）应符合构造要求 3）钢束弯起点的确定 （1）从受剪考虑，在跨径的三分点到四分点之间开 始弯起 （2）注意钢筋弯起后正截面抗弯承载力的要求 （3）应满足斜截面抗弯承载力的要求 4）钢束弯起角度 （1）一般弯起角度θp< 20o （2）对于弯出梁顶锚固的钢筋，25o<θp<30o
式中 Fld—局部受压区面积上的局部压力设计值 ηs—混凝土局部承压修正系数，表10－1 β—混凝土承压强度的提高系数，表10－1 k—间接钢筋影响系数 ρv—间接钢筋体积配筋率 fsd—间接钢筋的抗拉强度设计值 Aln—局部承压面积减孔洞的面积
（2）局部承压区承载力计算：
Fld Fcr 1.3s fcd Aln
注意：传递长度和锚固长度la的起点与放张的方法有关。当 采用骤然放张(例如剪断)时．由于钢筋回缩的冲击将使构件 端部混凝土的粘结力破坏．故其起点应自离构件端面0.25ltr 处开始计算。