土木工程概论-第四章土木工程中基本结构概念
土木工程概论全部
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二 近代土木工程
1.近代土木工程的时间跨度： 17世纪中叶－>第二次世界大战前后。
2.这一时期土木工程的特点： 有力学和结构理论作为土木工程的设计指导；砖、 瓦、石、木等建筑材料得到广泛应用；混凝土和钢 筋混凝土、钢材、预应力混凝土得到发展；施工技 术、施工机械、施工规模进步很快，施工速度加快。
塔为楼阁式，用优质 松 木 建 成 ， 高 66 米 ， 底 层 直径30米，平面呈八角形。 塔 刹 高 10 米 ， 结 构 设 计 精 巧，具有抗震、防灾、防 火和防雷能力，保存至今 已近千年，国内外现存最 古老最高大的木结构塔式 建筑 。
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古代土木工程-山西佛光寺祖师塔
在山西省五台县五台山 的佛光寺内。祖师塔建 于北魏孝文帝时期（公 元 471-499 年 ） ， 是 创建佛光寺的初祖禅师 的墓塔，塔身用青砖砌 成,高约八米,呈六角平
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近代土木工程经典案例
7 中国的京张铁路（1905-1909）
中国人自己设计的第一条铁路，詹天佑在美国耶鲁大学
完 成 铁 路 工 程 的 学 业 ， 于 1888 年 到 中 国 铁 路 公 司 任 工 程 师 。 1905年，主持修建北京到张家口的铁路。1909年提前2年完成， 在中国和世界铁路史上留下了光辉的一页。
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巴拿马运河
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横穿巴拿马地峡，连接太 平洋和大西洋，是重要的 航运要道，被誉为世界七 大工程奇迹之一和“世界 桥梁”。属于水闸式运河。 长度约为65千米，宽度 152~304米。整个运河的水 位高出两大洋26米，设有6 座船闸。船舶通过运河一 般需要9个小时，可以通航 76000吨级的轮船。
1914年8月15日巴拿马运河 正式通航，极大地缩短了 美国东西海岸间的航程， 比绕合恩角缩短了1万4千8 百公里。
土木工程概论教案04道路、铁路、桥梁工程
第四章道路、铁路、桥梁工程一、桥梁工程桥梁：是指供公路、城市道路、铁路、渠道、管线等跨越水体、山谷或彼此间互相跨越的工程构筑物，是交通运输中重要的组成部分。
1、桥梁组成⑴桥跨结构（或称桥孔结构、上部结构），包括桥面板、桥面梁以及支承它们的结构构件，如大梁、拱、悬索等，其作用是承受桥面上各种车辆、行人的荷载。
⑵桥墩桥台：（统称下部结构），是支承桥跨结构的承重构件。
桥台设在桥身两端，其作用除支承桥跨结构外还要与路堤衔接并防止路堤滑塌。
桥墩设在两桥台之间，其作用是支承桥跨结构。
⑶墩台基础：是桥墩、桥台的埋入土中的扩大部分，其作用是使桥上全部荷载传至地基。
墩台基础在整个桥梁施工中是比较困难的部分，常要在水中作业。
2、桥梁荷载⑴永久荷载（恒载）永久荷载（恒载）是指结构在设计使用期内其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。
作用在桥梁上部结构的恒载，主要是结构物的重力及附属设备等外加重力；作用在墩台的恒载，主要是上部结构的恒载支座作用力、墩台本身重力、土压力及其引起的土侧压力或水浮力（水中墩台）。
预应力在结构使用极限状态设计时应作为永久荷载计算其效应，在承载能力极限状态设计时，作为结构抗力的一部分，而非永久荷载。
⑵可变荷载可变荷载是指结构在设计使用期内其值随时间变化,且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。
按其对桥涵结构的影响程度，又分为基本可变荷载（活载）和其它可变荷载。
A、基本可变荷载（活载）包括车辆荷载及其影响力，人群荷载和汽车冲击力，离心力，汽车、平板挂车或履带车引起的土侧压力，即是这些车辆荷载在桥台或挡土墙后填土的破坏棱体上引起的土侧压力。
B、其它可变荷载包括自然和人为产生的各种变化力，如风力（风荷载），汽车制动力，温度影响力，支座摩阻力、流水压力及冰压力等。
⑶偶然荷载偶然荷载是指结构在设计使用期内不一定出现，但一旦出现，其值很大，且持续时间很短的荷载。
主要是指地震荷载和船只或漂流物的撞击力。
土木工程概论 第4章 建筑工程
土木工程概论
（1）简支梁[（a）]：两端支座仅提供竖向约束，而不提供转角 约束的支撑结构。简支梁仅在两端受铰支座约束，主要承受正弯 矩，一般为静定结构。体系温变、混凝土收缩徐变、张拉预应力 、支座移动等都不会在梁中产生附加内力，受力简单，简支梁为 力学简化模型。 （2）悬臂梁[（b）]：梁的一端固定在支座上，使该端不能转动 ，也不能产生水平和垂直移动（称为固定支座），另一端可以自 由转动和移动（称为自由端）的梁称为悬臂梁。
河南省南阳鸭河口电厂干煤棚
土木工程概论
剪力墙
定义： 剪力墙又称抗风墙、抗震墙或结构墙，是房屋或构筑物中主 要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载和竖向荷载（重力 ）的墙体，以防止结构剪切（受剪）破坏，一般用钢筋混凝 土做成。
土木工程概论
4.2 建筑结构
1. 建筑结构概述
建筑工程中常提到“建筑结构”一词，就是指建筑物中由若干构 件连接而成的能承受“作用”的平面或空间体系，是建筑物中支 承荷载而起骨架作用的部分，是建筑物赖以生存的物质基础，简 称结构。
主梁与次梁
土木工程概论
柱 定义： 柱是工程结构中主要承受压力，有时也同时承受弯矩的竖向构 件。
钢筋混凝土柱
土木工程概论
柱按截面形式可分为方柱、圆柱、管柱、矩形柱、工字形柱 、H形柱、I形柱、十字形柱、双肢柱、格构柱等。 按所用材料可分为石柱、砖柱、砌块柱、木柱、钢柱、钢筋 混凝土柱、劲性钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱和各种组合柱 等。 按柱的破坏特征或长细比可分为短柱、长柱及中长柱。 按受力特点可分为轴心受压柱和偏心受压柱等
网架结构
土木工程概论
哈尔滨会展中心体 育场
土木工程概论
拱 定义：
拱结构是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲 线或折线形构件。拱结构比桁架结构具有更大的力学优点。 在外力作用下，拱主要产生压力，使构件摆脱了弯曲变形。
《土木工程概论》重点考点归纳总结(详细版)
《土木工程概论》重点考点归纳总结（详细版）第一章绪论1．（1）我国古代建筑的特点：木结构占主导地位（2）土木工程建设的含义：土木工程是指建造各类工程设施的科学技术的总称。
它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修的等技术活动；也指工程建设的对象，即建造在地上或地下、陆上或水中、直接或间接为人类生活、生产、军事、科学研究服务的各种工程设施。
（3）土木工程的内涵：土木工程在英语里称为Civil Engineering，译为“民用工程”。
它的原意是与“军事工程”（ Military Engineering）相对应的。
在英语中，历史上土木工程、机械工程、电气工程、化工工程都属于Civil Engineering，因为它们都具有民用性。
后来，随着工程技术的发展，机械、电气、化工都已逐渐形成独立的学科，Civil Engineering就成为土木工程的专用名词。
2．（1）土木工程基本属性1）综合性2）社会性3）实践性4）技术上、经济上和建筑艺术上的统一性2）现代土木工程的特点1）土木工程功能化2）城市建设立体化3）交通运输高速化3．简单应用：无4．综合应用：无第二章土木工程主要类型1．（1）钢筋混凝土楼盖按施工方法的分类分为现浇整体式楼盖和装配式楼盖。
（2）常见网架节点的种类网架的节点构件有焊接球节点和螺栓球节点两种。
焊接球节点有焊接钢板节点和焊接空心球节点。
（3）路面的排水坡度要求为了排水，路面及路肩应做一定的坡度，i1及i2。
它随路面的平整度而异，如混凝土路面i1为1%～1.5%；沥青路面i1为1.5%～2.5%；i2一般较i1大1%～2%。
（4）土木工程的主要类型：建筑工程、桥梁工程、公路与道路工程、铁路工程、隧道工程、水利工程、港口城、海洋工程、给水及排水工程和环境工程等。
2．（1）房屋工程的分类房屋工程按其层数分，有单层、多层、高层、超高层。
房屋工程按其材料分，则有砌体结构的、木结构的、混凝土结构的、钢结构和混合结构的。
土木工程概论复习总结
土木工程概论复习总结第一章绪论第一节土木工程的重要地位土木工程的含义：土木工程是建造各类工程设施的科学技术的总称，既是工程建设的对象，也指所应用材料、工程设备和所进行的勘察设计、施工、保养、维修等技术活动。
第二节土木工程的发展史一、古代（17世纪中叶前）代表作：埃及金字塔都江堰长城古希腊的帕提农神庙赵州桥罗马斗兽场巴黎圣母院河北赵县安济桥万神庙是古代最大的圆顶庙二、近代（17世纪中叶至20世纪中叶）代表作：埃菲尔铁塔——钢材料家庭保险公司大厦——现代高层建筑的开端三、现代1、代表作：纽约帝国大厦（102层，381米）——保持41年纪录日本明石海峡大桥——目前世界上跨度最大的悬索桥日本多多罗大桥——世界大一斜拉桥石油双塔楼——世界最高的双子楼瑞士大狄克逊坝——世界最高的重力坝俄罗斯英古里坝-----世界最高的双曲坝2、现代土木工程的特点：1）土木工程功能化2）城市建设立体化3）交通运输高速化4）工程设施建设大型化第二章土木工程材料第一节概述一、建筑材料的分类1、按基本成分分为：金属材料、非金属材料和复合材料非金属材料：无机材料：胶凝材料：气硬性胶凝材料，如：石灰、石膏、水玻璃水硬性胶凝材料，如：水泥有机材料：沥青、塑料、涂料、橡胶2、按用途分类：结构材料、构造材料、绝热材料、吸声材料、防水材料、装饰材料3、按发展时期分类：传统材料、近代材料、现代材料第二节石材、砖、瓦砖（一种最为常用的砌筑．．材料）（一）、砖的分类：按生产工艺分为烧结砖和非烧结砖按有无孔洞分为多孔砖、空心砖、实心砖（二）常用砖：烧结普通砖的技术性质1、规格：外形：直角六面体标准尺寸：240㎜×115㎜×53㎜2、强度等级：例：MU30 表示抗压强度为30兆帕的砖3、抗风化性能：定义：它是指在干湿、温度、冻融变化等物理因素作用下，材料不破坏并长期保持其原有性质的能力。
4、质量等级：分为优等品、一等品、合格品（三）、烧结多孔砖和烧结空心砖1、烧结多孔砖：孔洞率≧15﹪作用：多用于砌筑六层以下的承重墙或高层框架结构填充墙2、烧结空心砖：孔洞率≧30﹪作用：多用于非承重墙瓦（主要用于屋顶）第三节石灰、水泥、砂浆一、胶凝材料1、定义：凡是在物理作用或化学作用下，从浆体变成石状体，并能胶结其他物料而且具有一定强度的材料，统称为胶凝材料。
土木工程概论_4土木工程中的力学和结构概念50页PPT
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己_4土木工程中的力学和结 构概念
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
土木工程概论_4土木工程中的力学和结构概念
桥梁上的汽车荷载
T1、T2、T3、T4——汽车轴重； a、a1、b1、b2、c——车轴间距离
车辆活载 是一种移 动式荷载
③ 风载： 风是由大气压 力不等引起的 空气运动。
由风的运动而施加在墙面或 结构上的压力称为风载。
风载有三个“不一样”： 不同地区不一样（沿海、 内陆）；同一地区不同时 间不一样；同一房屋不同 高度、不同部位不一样。
作用和间接作 用。
作用效应：作用在结构上产生的内力和变形的总称。
能使结构产生作用效应的原因有两种：一种是施加在结构上
集中力和分布力，如结构自重，作用于楼面的人群、家具、设备， 作用于桥面的车辆、人群，施加于结构物上的风压力、水压力、土 压力等，它们都是直接施加于结构上（直接作用），工程界习称为 “荷载”；另一种是施加于结构上的外加变形或约束变形，如地震、 基础沉降、材料收缩和徐变、温度变化引起结构产生作用效应，它 们都是间接作用于结构（间接作用） 。
但目前道路、桥梁、隧 道设计的行业标准中， 尚未引进“作用”代替 “荷载”，仍沿用“荷 载”一词表述引起结构 产生效应的直接作用和 间接作用。
荷载和作用的分类
地球物理因素 重力 气象 温 差 引 起 的 作 用 地质 地 基 不 均 匀 沉 降 地 震 荷 载 （ 作 用 ） 结 构 安 装 引 起 的 作 用 焊 接 引 起 的 作 用 机 器 振 动 引 起 的 作 用 撞 击 引 起 的 作 用 爆 炸 力 引 起 的 作 用
力：是一种物体间有方向的相互作用；这种相互作用
有使物体改变原来形状或改变运动方向的效应；力是既有 量值又有方向的矢量。 力矩：是力对物体产生绕某一轴转动作用的物理量， 其大小等于力与力臂（力的作用线到该轴的垂直距离）的 乘积；力矩在土木工程中习称弯矩。 平衡：力矩既可顺时针方向转动，也可按逆时针方向
《土木工程概论》重点考点归纳总结(详细版)
《土木工程概论》重点考点归纳总结（详细版）第一章绪论1．（1）我国古代建筑的特点：木结构占主导地位（2）土木工程建设的含义：土木工程是指建造各类工程设施的科学技术的总称。
它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修的等技术活动；也指工程建设的对象，即建造在地上或地下、陆上或水中、直接或间接为人类生活、生产、军事、科学研究服务的各种工程设施。
（3）土木工程的内涵：土木工程在英语里称为Civil Engineering，译为“民用工程”。
它的原意是与“军事工程”（ Military Engineering）相对应的。
在英语中，历史上土木工程、机械工程、电气工程、化工工程都属于Civil Engineering，因为它们都具有民用性。
后来，随着工程技术的发展，机械、电气、化工都已逐渐形成独立的学科，Civil Engineering就成为土木工程的专用名词。
2．（1）土木工程基本属性1）综合性2）社会性3）实践性4）技术上、经济上和建筑艺术上的统一性2）现代土木工程的特点1）土木工程功能化2）城市建设立体化3）交通运输高速化3．简单应用：无4．综合应用：无第二章土木工程主要类型1．（1）钢筋混凝土楼盖按施工方法的分类分为现浇整体式楼盖和装配式楼盖。
（2）常见网架节点的种类网架的节点构件有焊接球节点和螺栓球节点两种。
焊接球节点有焊接钢板节点和焊接空心球节点。
（3）路面的排水坡度要求为了排水，路面及路肩应做一定的坡度，i1及i2。
它随路面的平整度而异，如混凝土路面i1为1%～1.5%；沥青路面i1为1.5%～2.5%；i2一般较i1大1%～2%。
（4）土木工程的主要类型：建筑工程、桥梁工程、公路与道路工程、铁路工程、隧道工程、水利工程、港口城、海洋工程、给水及排水工程和环境工程等。
2．（1）房屋工程的分类房屋工程按其层数分，有单层、多层、高层、超高层。
房屋工程按其材料分，则有砌体结构的、木结构的、混凝土结构的、钢结构和混合结构的。
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3、柱：承受平行于其纵轴方向荷载的直线形构件，其截 面尺寸小于其高度，以受压力、弯矩为主。
柱
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
4、墙：承受平行或垂直于墙面方向荷载的竖向构件，其 厚度小于墙面尺寸，荷载平行于墙面时，以受压为主；垂 直于墙面时，以受弯、剪为主。
4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
四、外力和反力
重物的重力G，称为桥体承担的外力
G
R
R
桥体两端支座使桥体端部承 受反力R，如不计桥体自重， 则R=G/2
4.1 基本力学概念
荷载的分类 1. 永久荷载：恒载 2. 可变荷载（活载）：使用活载、车辆荷载、风载、雪载 3. 偶然载荷：撞击荷载、爆炸荷载
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五、内力
内力(Internal Forces)
弹性体受力后，由于变形，其内部各点均会 发生相对位移，因而产生相互作用力。
F1
F2
F3
Fn
第四章 土木工程中的基本结构概念
五、内力 1、弯矩（M）
M
M
在重物作用下，桥体下部受拉、上部受压， 产生弯曲，说明桥体内有弯矩存在。
4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
（温差作用）
法国戴高乐机场候机楼 内部混凝土薄壳结构，外部钢 结构支撑冷暖变化使外部钢结 构每天变形1-2厘米，混凝土 薄壳部位不断受到磨损，导致 穿透并塌落。
约束变形作用
（温差作用+地基沉陷作用）
中国体育博物馆 95%的墙体与80%的楼板裂缝贯通， 开裂原因主要是砌墙用的建材强度 不够，受温度影响发生变形以及受 力不均导致地基不均匀沉降。
压力、弯矩
墙 受平行或垂直于墙面的竖向平面构件 压力、弯矩
杆 承受轴向力的直线性构件
拉力、压力
拱 受沿其纵轴平面内荷载的曲线形构件 压力、弯矩
壳 曲面形、小厚度、大跨度
压力
索 柔性钢索
拉力Βιβλιοθήκη 膜 薄膜材料拉力典型结构
① 墙体结构 ② 框架结构 ③ 框架-筒体结构 ④ 错列桁架结构 ⑤ 网架结构 ⑥ 拱结构 ⑦ 壳体结构 ⑧ 空间折板结构 ⑨ 钢索结构
面尺寸但厚度较
小的平面构件，
水平方向设置，
地下室顶板施工过程中
承受垂直于板面
的荷载，以受弯
为主。
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
2、梁：承受垂直于其纵轴方向荷载的线形构件，其截面 尺寸小于其长向跨度，以受弯、剪为主。
梁
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
第四章 土木工程中的基本 结构概念
4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
一、力 1、定义：力是一种物体间有方向的相互作用，这种作 用有使物体改变原来形状或改变运动方向，或二者均有 的效应。 2、力的三要素 大小、方向、作用点。
大小
作用点
方向
重力作用示意
4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
五、内力 4、扭矩（MT）
当一两端固定的物体受到偏心外力F时，物体内 产生扭矩，发生扭曲变形。
F
固定端
扭曲变形
4.1 基本力学概念
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
一、构件的作用
结构构件的作用：承担作用在结构中产生的内力。
二、基本结构构件 1、板：有较大平
五、内力
2、剪力（V）
除弯矩外，桥体内还存在剪力，使桥体产生剪
切变形。
F(V)
F(V)
4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
五、内力 3、轴力（N）
当一物体受到外力F时，物体被拉长，产生拉伸 变形，即物体内存在拉力（+N）。
F(+N)
F(-N)
F(+N)
F(-N)
相反，可产生压力（-N）
地基和基础
结构所 受荷载
结构的形 式、规模
基础
地基
建筑物的一部分 建筑物周围的土层
基础形 式大小
承载力 的大小
岩石 砂土 粘性土 人工填土
地基
浅地基：独立、条形、箱形基础 深地基：桩基础、沉箱基础
地基承载力：地基单位面积上所能够承受的最大荷载
kN/m2、kPa
结构的失效
破坏：荷载 〉承载能力 失稳：细长构件的压屈 过大的变形：挠度、裂缝 倾覆或滑移：失去平衡 材料失去耐久性：生锈、腐蚀
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
5、杆：承受轴向力的直线形构件，截面尺寸比长度小得 多，多用于桁架和网架结构。
杆
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
6、拱：承受沿其纵轴平面 内荷载的曲线形（或折线） 构件，其截面尺寸小于其 弧长，以受压和弯矩、剪 力为主。
二、力矩
固定悬挂点
物 体 （ 长
则转动效应可量化为力 与力的作用线到悬挂点 垂直距离的乘积，即 F*L，这个转动效应称 为力矩（弯矩），一般 用M表示，M= F*L
L)
力F
力使物体转动
4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
三、平衡 1、移动平衡：当物体受到两个大小相等、方向相反、 且力的作用线在同一直线上的力时，物体处于原有状态， 不会发生移动，即移动平衡（力的平衡）。 2、转动平衡：力矩既可以使物体顺时针转动，也可以 使物体逆时针转动，当两个方向转动效应之和为零时， 物体处于转动平衡状态（力矩平衡）。
索
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
9、膜：以薄膜材料制成的构件，只能承受拉力。
由涂有 PVC层的聚脂 纤维制成的模结构
4.2 基本结构构件
外力作用使结构内部产生内力和变形
约束变形作用：温差作用 外加变形作用：地基的沉陷作用 惯性作用：地震作用
约束变形作用
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
7、壳：一种曲面形具有很好空间传力性能的构件，能以 极小厚度覆盖大跨度空间，以受压力为主。
双曲面网壳结构
蒙特利尔体育馆
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
8、索：以柔性受拉钢索组成的构件，直线或曲线形。
惯性作用
（地震作用）
总水平地震 作用为其总 重的5~8%
地震对建筑物的破坏
抗震设计方法与地震破坏程度
免震建筑
普通建筑物 刚性连接
免震建筑物 柔性连接
4.4 结构和结构失效
结构的构件和类型
类型 特点
受力方式
板 面积较大、厚度较小的平面构件
弯矩
梁 荷载垂直于纵轴的线性构件
弯矩、剪力
柱 荷载平行于纵轴的直线性构件