《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》講稿(東南大學(xué)的)

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 一一 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第一講：緒論（第一講：緒論（1/12）n一、結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)n二、混凝土結(jié)構(gòu)n三、鋼結(jié)構(gòu)n四、砌體結(jié)構(gòu)n五、本課程特點(diǎn)第一講：緒論（第一講：緒論（2/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)（一、結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)（1/4）1、結(jié)構(gòu)的組成 ：由若干個(gè)單元所組成的結(jié)構(gòu)骨架。2、基本(單元)構(gòu)件 板：提供活動(dòng)面，直接承受并傳遞荷載； 梁：板的支撐構(gòu)件，承受板傳來(lái)的荷載并傳遞； 柱：承受樓面體系（梁、板）傳來(lái)的荷載并傳遞； 墻：承受樓面體系（梁、板）傳來(lái)的荷載并傳遞； 基礎(chǔ)：將柱及墻等傳來(lái)的上部結(jié)構(gòu)荷載傳給地基； 索

2、：懸掛構(gòu)件或結(jié)構(gòu)體系的主要傳力單元； 桿：組成空間構(gòu)件，如屋架等。 第一講：緒論（第一講：緒論（3/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)（一、結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)（2/4）3、結(jié)構(gòu)的分類按材料分類 混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu) 混凝土結(jié)構(gòu):素混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土 纖維筋混凝土和其它形式的加筋混凝土。 砌體結(jié)構(gòu)：包括磚石砌體結(jié)構(gòu)、砌塊砌體結(jié)構(gòu) 混合結(jié)構(gòu)：磚混結(jié)構(gòu)、鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)第一講：緒論（第一講：緒論（4/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)（一、結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)（3/4）按受力體系分類 框架結(jié)構(gòu)：主要(豎向)受力體系由梁和柱組成； 剪力墻結(jié)構(gòu)：主要(豎向)受力體系由墻組成； 筒體結(jié)構(gòu)：

3、四周封閉的墻形成筒； 塔式結(jié)構(gòu)：下端固定、上端自由的高聳構(gòu)筑物； 桅式結(jié)構(gòu)：豎立的細(xì)長(zhǎng)桅桿和纖繩所組成的構(gòu)筑物； 懸索、懸吊結(jié)構(gòu)：由拉索及邊緣構(gòu)件組成的承重結(jié)構(gòu)； 殼體結(jié)構(gòu):由曲面形板與邊緣構(gòu)件組成的空間結(jié)構(gòu)； 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)：由多根桿件通過(guò)節(jié)點(diǎn)連結(jié)形成的空間結(jié)構(gòu)；第一講：緒論（第一講：緒論（5/12） 一、結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)（一、結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)（4/4） 板柱結(jié)構(gòu)：由樓板和柱組成承重體系的結(jié)構(gòu)； 墻板結(jié)構(gòu)：由樓板和墻組成承重體系的結(jié)構(gòu)； 折板結(jié)構(gòu)：由多塊條形平板組合而成的空間結(jié)構(gòu)； 充氣結(jié)構(gòu)：用薄膜制成的，沖入氣體后而形成的結(jié)構(gòu)； 膜結(jié)構(gòu)：用柔性受拉索和薄膜及邊緣構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)； 按使用功能分類： 建

4、筑結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)等 按照建筑物外形分類： 單層、多層、高層、大跨和高聳結(jié)構(gòu)等 按照施工方法分類： 現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)和裝配整體式結(jié)構(gòu) 第一講：緒論（第一講：緒論（1） 下一講的重要內(nèi)容下一講的重要內(nèi)容1、混凝土結(jié)構(gòu)組成及工作原理；2、鋼結(jié)構(gòu)組成及工作原理；3、砌體結(jié)構(gòu)組成及工作原理；4、本課程的特點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 二二 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第二講：緒論（第二講：緒論（2） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、結(jié)構(gòu)的組成:基本單元（桿件）2、結(jié)構(gòu)基本單元 板、柱、梁、墻、基礎(chǔ)等3、結(jié)構(gòu)的分類 按材料分類：混凝土

5、、鋼、砌體、木和混合結(jié)構(gòu) 按受力體系：框架、剪力墻等多種 按使用功能：建筑結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu) 按外形分類：?jiǎn)螌?、多層、高層、大跨和高聳結(jié)構(gòu)等 按施工方法：現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)和裝配整體式結(jié)構(gòu)第二講：緒論（第二講：緒論（6/12） 二、二、 混凝土結(jié)構(gòu)（混凝土結(jié)構(gòu)（1/4）1、結(jié)構(gòu)形成的原理 組 成: 由鋼筋和混凝土結(jié)合成一體，共同發(fā)揮作用。 混凝土：抗壓強(qiáng)度很高，但抗拉強(qiáng)度很低。 鋼 筋：抗拉和抗壓強(qiáng)度均很高。 共同工作的目的 充分發(fā)揮兩種材料的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。 素混凝土梁的工作特點(diǎn) 開裂前：按照整截面分析，上部受拉下部受壓， 受拉區(qū)的拉力由混凝土承擔(dān)。 開裂后：梁斷裂。第二

6、講：緒論（第二講：緒論（7/12） 二、二、 混凝土結(jié)構(gòu)（混凝土結(jié)構(gòu)（2/4）鋼筋混凝土梁如何共同工作 開裂前：受拉區(qū)的拉力由鋼筋和混凝土共同承擔(dān)。 開裂后：受拉鋼筋承擔(dān)大了部分拉力，繼續(xù)承擔(dān)荷載， 直至屈服強(qiáng)度，受壓混凝土壓碎，梁破壞。 第二講：緒論（第二講：緒論（8/12） 二、二、 混凝土結(jié)構(gòu)（混凝土結(jié)構(gòu)（3/4）素混凝土梁與鋼筋混凝土梁的對(duì)比 極限狀態(tài)：素砼梁：無(wú)明顯變形，開裂即破壞 鋼筋砼梁：有明顯變形，鋼筋屈服，砼壓碎 承載能力：素砼梁：取決于混凝土的抗拉，低 鋼筋砼梁：取決于鋼筋抗拉和砼抗壓強(qiáng)度，高 抗裂能力：配筋后略有增加，但不顯著 共同工作的基礎(chǔ) 兩者之間存在較好的傳遞應(yīng)力的

7、能力，粘結(jié)力； 兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)相近； 混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)，抗火和耐久性提高。 第二講：緒論（第二講：緒論（9/12） 二、二、 混凝土結(jié)構(gòu)（混凝土結(jié)構(gòu)（4/4）2、優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu) 點(diǎn)： 耐久性好；耐火性好； 可模性好、整體性好。 可就地取材。 缺 點(diǎn)： 自重大； 抗裂差； 施工環(huán)節(jié)多周期長(zhǎng)； 拆除、改造難度大。3、現(xiàn)狀與發(fā)展 第二講：緒論（第二講：緒論（10/12） 三、三、 鋼結(jié)構(gòu)（鋼結(jié)構(gòu)（1/1）1、鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)成 是用鋼板、角鋼、工字鋼、槽鋼、鋼管和圓鋼等鋼材 通過(guò)焊接等有效的連接方式，所形成的結(jié)構(gòu)。2、優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu) 點(diǎn)： 強(qiáng)度和強(qiáng)度質(zhì)量比高； 材質(zhì)均勻、性能好，結(jié)構(gòu)可靠性高。 施工簡(jiǎn)

8、便、工期短。 延性好、抗震能力強(qiáng)。 易于改造和加固。 缺 點(diǎn)：耐腐蝕性差；耐火性差；鋼材價(jià)格相對(duì)較高。3、現(xiàn)狀與發(fā)展 第二講：緒論（第二講：緒論（11/12） 四、砌體結(jié)構(gòu)四、砌體結(jié)構(gòu) （1/1）1、砌體結(jié)構(gòu)的組成 砌體結(jié)構(gòu)是用磚、石或砌塊， 用砂漿等膠結(jié)材料砌筑的結(jié)構(gòu)。2、優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu) 點(diǎn)：耐久性好； 耐火性好； 就地取材； 施工技術(shù)要求低； 造價(jià)低廉。 缺 點(diǎn)： 強(qiáng)度低，砂漿與磚石之間的粘接力較弱； 自重大；砌筑工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高。 粘土用量大，不利于持續(xù)發(fā)展。 3、現(xiàn)狀與發(fā)展第二講：緒論（第二講：緒論（12/12） 五、本課程特點(diǎn)（五、本課程特點(diǎn)（1/1）1、是原理課，應(yīng)突出原理和概念2

9、、基本構(gòu)件由不同材料組成，在了解共性特點(diǎn)的同時(shí)， 應(yīng)注意由于組成材料不同而導(dǎo)致的計(jì)算方法的不同3、強(qiáng)調(diào)不同材料構(gòu)件的計(jì)算原理和方法4、涉及內(nèi)容多，系統(tǒng)性差5、公式多、公式的條件多6、簡(jiǎn)化、近似和經(jīng)驗(yàn)處理多 第二講：緒論（第二講：緒論（2） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容1、作用及作用效應(yīng) 2、作用的分類 3、荷載的隨機(jī)性與概率模式 4、荷載的代表值結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 三三 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第三講：計(jì)算原則（第三講：計(jì)算原則（1） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、混凝土結(jié)構(gòu)組成及工作原理： 由鋼筋和混凝土結(jié)合成一體，共同發(fā)揮作用

10、。 發(fā)揮材料優(yōu)勢(shì)（混凝土的壓、鋼筋的拉），取長(zhǎng)補(bǔ)短。 是一種復(fù)合材料構(gòu)件，工作過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。2、鋼結(jié)構(gòu)組成及工作原理： 單一材料構(gòu)件，材料理想，工作原理簡(jiǎn)單。3、砌體結(jié)構(gòu)組成及工作原理： 用砂漿等膠結(jié)材料把磚、石或砌塊等砌筑成一體的結(jié)構(gòu)。 是一種復(fù)合材料構(gòu)件，工作過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。第三講：第三講：結(jié)構(gòu)基本計(jì)算原則結(jié)構(gòu)基本計(jì)算原則 （1/28）n一、結(jié)構(gòu)上的作用n二、結(jié)構(gòu)的抗力n三、結(jié)構(gòu)的功能和極限狀態(tài)n四、設(shè)計(jì)的基本原則n五、基于近似概率法的設(shè)計(jì)表達(dá)式n六、本章要點(diǎn)第三講：第三講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（2/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用一、結(jié)構(gòu)上的作用 （1/5）1、作用及作用效應(yīng) (1)作 用 引起結(jié)構(gòu)

11、內(nèi)力和變形的一切原因。 直接作用：直接以力的不同集結(jié)形式作用于結(jié)構(gòu)， 也稱為荷載； 間接作用：不是直接以力出現(xiàn)，但是對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力。 (2)作用效應(yīng) 作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力和變形等。 由直接作用(荷載)引起的效應(yīng)稱為荷載效應(yīng)。第三講：第三講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（3/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用（一、結(jié)構(gòu)上的作用（2/5）2、作用的分類 (1)按照隨時(shí)間的變異性分類 永久作用：不隨時(shí)間變化，或變化幅度可以忽略； 可變作用：隨時(shí)間變化，且變化幅度不可以忽略； 偶然作用：可能，但不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)效應(yīng)很大。 (2)按照隨位置的變異性分類 固定作用：在結(jié)構(gòu)空間位置上具有固定的分布； 可動(dòng)作用：在結(jié)構(gòu)空間

12、位置一定范圍內(nèi)可以任意分布。 (3)按照結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類： 靜態(tài)作用：對(duì)結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)，或小的可以忽略； 動(dòng)態(tài)作用：對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)，且不可以忽略。第三講：第三講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（4/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用（一、結(jié)構(gòu)上的作用（3/5）3、荷載的隨機(jī)性與概率模式 (1)永久荷載 性質(zhì)：其量值是不確定的，其量值不隨時(shí)間變化 數(shù)學(xué)描述：隨機(jī)變量概率模式，基本服從正態(tài)分布 (2)可變荷載 性質(zhì)：其量值是不確定的，其量值也隨時(shí)間變化 數(shù)學(xué)描述：把隨機(jī)過(guò)程模式簡(jiǎn)化成隨機(jī)變量模式 簡(jiǎn)化方法：分析荷載最大值分布規(guī)律，是一隨機(jī)變量 分布規(guī)律：極值I型概率分布模式0f(Q)Q第三講：第三講：計(jì)算原則（計(jì)

13、算原則（5/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用（一、結(jié)構(gòu)上的作用（4/5）4 荷載的代表值 (1)實(shí)質(zhì)：以確定值（代表值）表達(dá)不確定的隨機(jī)變量， 便于設(shè)計(jì)時(shí)，定量描述和運(yùn)算。 (2) 取值原則：根據(jù)荷載概率分布特征, 控制保證率。第三講：第三講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（6/28） 一、結(jié)構(gòu)上的作用（一、結(jié)構(gòu)上的作用（5/5）(2) 代表值取值 永久荷載的代表值 標(biāo)準(zhǔn)值：取分布的平均值，保證率50%； 可變荷載的代表值 標(biāo)準(zhǔn)值：基本代表值，保證率尚未統(tǒng)一； 準(zhǔn)永久值：對(duì)可變荷載穩(wěn)定性的描述， 等于標(biāo)準(zhǔn)值乘準(zhǔn)永久值系數(shù)； 組合值：兩種或（以上）可變荷載作用時(shí)，都以標(biāo)準(zhǔn)值出現(xiàn)的概率小，因此對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值乘以組合系數(shù)進(jìn)行

14、折減。 第三講：第三講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（1） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容1、抗力的不定因素及取值2、結(jié)構(gòu)的功能3、極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 四四 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第四講：計(jì)算原則（第四講：計(jì)算原則（2） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、作用及作用效應(yīng) 作 用：引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的一切原因。 作用效應(yīng)：作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力和變形等。2、作用的分類 按時(shí)間分：永久作用；可變作用；偶然作用。 按位置分：固定作用、可動(dòng)作用。 按反應(yīng)分：靜態(tài)作用、動(dòng)態(tài)作用：3、荷載的隨機(jī)性及代表值 目的：以確定值（代表值）表達(dá)不確定的隨機(jī)

15、變量； 種類： 標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值、 組合值。第四講：第四講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（7/28） 二、結(jié)構(gòu)的抗力二、結(jié)構(gòu)的抗力 （1/2）1、抗力及其不定因素 抗力：抵抗作用效應(yīng)的能力 性質(zhì)：與時(shí)間有關(guān)的隨機(jī)過(guò)程 材料的性能，結(jié)構(gòu)尺寸等都是隨機(jī)變量； 有些材料的力學(xué)性能是隨時(shí)間變化的。 簡(jiǎn)化：忽略隨時(shí)間的變化，用隨機(jī)變量模型描述。 抗力不定性主要因素： 材料性能的不定性 幾參數(shù)的不定性 計(jì)算模式的不定性 0f(f)f第四講：第四講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（8/28） 二、結(jié)構(gòu)的抗力二、結(jié)構(gòu)的抗力 （2/2）2、 材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值 (1)實(shí)質(zhì)：以確定值（標(biāo)準(zhǔn)值）表達(dá)不確定值，便于應(yīng)用。 (2) 標(biāo)準(zhǔn)值取值

16、：根據(jù)材料強(qiáng)度概率分布的0.05分位值， 即95%保證率的要求確定。3、抗力的概率分布模式 (假設(shè))對(duì)數(shù)正態(tài)分布第四講：第四講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（9/28） 三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（1/2）1、結(jié)構(gòu)的功能（1）安全性：要求結(jié)構(gòu)承擔(dān)正常施工和正常使用條件下，可能出現(xiàn)的各種作用，而不產(chǎn)生破壞。并且在偶然事件發(fā)生時(shí)以及發(fā)生后，能保持必需的整體穩(wěn)定性，不至于因局部損壞而產(chǎn)生連續(xù)破壞。（2）適用性：要求結(jié)構(gòu)在正常使用時(shí)滿足正常的要求，具 有良好的工作性能。（3）耐久性 要求結(jié)構(gòu)在正常使用和維護(hù)下，在規(guī)定的使 用期內(nèi)，能夠滿足安全和使用功能要求。如 材料的老化、腐蝕等不能超過(guò)規(guī)定

17、的限制等。 第四講：第四講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（10/28） 三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（三、結(jié)構(gòu)功能和極限狀態(tài)（2/2）2、極限狀態(tài) (1)定義：極限狀態(tài)是判別結(jié)構(gòu)是否能夠滿足其功能要求的 標(biāo)準(zhǔn)，指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)一部分處于失效邊緣的狀態(tài)。(2)分類： 承載能力極限狀態(tài) 是判別結(jié)構(gòu)是否滿足安全性要求的標(biāo)準(zhǔn)，指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu) 構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)加載的變形。 正常使用極限狀態(tài)： 是判別結(jié)構(gòu)是否滿足正常使用和耐久性要求的標(biāo)準(zhǔn)， 指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某些規(guī)定限值。 第四講：第四講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（2） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容1、功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程2、結(jié)構(gòu)可靠度的概念結(jié)

18、構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 五五 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第五講：計(jì)算原則（第五講：計(jì)算原則（3） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、抗力及其不定因素及材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值 標(biāo)準(zhǔn)值的實(shí)質(zhì)：以確定值表達(dá)不確定值，便于應(yīng)用。 標(biāo)準(zhǔn)值取值：具有95%保證率的強(qiáng)度值。2、結(jié)構(gòu)的功能 安全性、適用性和耐久性3、極限狀態(tài) 目的：判別結(jié)構(gòu)是否能夠滿足功能要求； 分類： 承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。第五講：第五講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（11/28） 四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（1/11）1、功能函數(shù)與極限狀態(tài)方程 (1) 功能函數(shù) Z=R-S=g(X1,

19、X2,X3.Xn) (2) 結(jié)果分析 Z=R-S0：處于可靠狀態(tài)； Z=R-S0 問(wèn)題：R和S為隨機(jī)變量，功能函數(shù)值Z是隨機(jī)變量 絕對(duì)保證R大于S不可能！0)()0(dzzfZPpZffspZPp1)0(Zfz(z)pfz0z第五講：第五講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（12/28） 四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（2/11）解決方法：控制可靠度，絕大多數(shù)情況下： RS 允許極少數(shù)情況下：RS(2)結(jié)構(gòu)可靠度和失效概率 可靠度(可靠概率)：是結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的 條件下，完成預(yù)定功能的概率，以Ps表示。 失效概率：結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率，以Pf表示。 0Z(z)zf第五講：第五講：計(jì)算原

20、則（計(jì)算原則（13/28） 四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（3/11）(3)可靠度三個(gè)水準(zhǔn) 水準(zhǔn)I：是用隨機(jī)變量的一階矩（平均值）加以概括; 水準(zhǔn)II：用隨機(jī)變量的一階矩和二階矩來(lái)描述; 水準(zhǔn)III：也稱為全概率法，是以真實(shí)分布進(jìn)行計(jì)算。 第五講：第五講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（3） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容1、可靠性的計(jì)算及可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 六六 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第六講：計(jì)算原則（第六講：計(jì)算原則（4） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程 Z=R-S2、結(jié)構(gòu)可靠性概念 功能函數(shù)值Z可能0（

21、可靠）。 因此要用概率控制。3、可靠概率和失效概率4、可靠度的水準(zhǔn)：I、II、IIISRZ22SRZzzfZZxZZ,21)(222)(第六講：第六講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（14/28） 四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（4/11）3、可靠度的計(jì)算方法及可靠指標(biāo)(1)可靠指標(biāo) 簡(jiǎn)單分析：假設(shè)只有兩個(gè)隨機(jī)變量R和S ，相互獨(dú)立， 均服從正態(tài)分布，已知平均值和均方差。 功能函數(shù)Z:dzdzzfZPpZZzZZf02)(02221)()0()(2122ZZtfdtpZZ22SRSRZZ)(1)(fp第六講：第六講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（15/28） 四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（5/11 ）計(jì)算

22、結(jié)構(gòu)失效概率 進(jìn)行數(shù)學(xué)變換得（把Z由正態(tài)分布變換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布）定義可靠度指標(biāo)：則：第六講：第六講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（16/28） 四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（6 /11 ）分析： 可靠指標(biāo)與可靠度（失效概率）相關(guān)，可靠指標(biāo)越大， 結(jié)構(gòu)越可靠；可靠指標(biāo)越小，結(jié)構(gòu)越不可靠。 優(yōu)點(diǎn)：用統(tǒng)計(jì)特征值來(lái)反映可靠度，不直接用概率?？煽慷戎笜?biāo)取值 確定方法：校核法、類比法協(xié)商給定法 取 值：與安全等級(jí)、截面破壞形態(tài)、極限狀態(tài)有關(guān)： 安全等級(jí)越高，可靠指標(biāo)越大（0.5）； 脆性破壞高于延性破壞（0.5）； 承載力極限狀態(tài)高于正常使用極限狀態(tài)。第六講：第六講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（4） 下一講的主要內(nèi)容

23、下一講的主要內(nèi)容1、可靠指標(biāo)的計(jì)算方法-中心點(diǎn)法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 七七 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育dzdzzfZPpZZzZZf02)(02221)()0(22SRSRZZ)(1)(fp第七講：計(jì)算原則（第七講：計(jì)算原則（5） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、可靠概率和失效概率的計(jì)算用數(shù)學(xué)方法可以計(jì)算但計(jì)算工作量大。2、可靠指標(biāo)的定義及計(jì)算 取值：安全等級(jí)、截面破壞形態(tài)、極限狀態(tài)有關(guān)).,(321XnXXXZg2112niXiiZXiXg第七講：第七講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（17/28） 四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（7/11）(2

24、)計(jì)算方法之一：中心點(diǎn)法 假設(shè)：Z中所有隨機(jī)量是相互獨(dú)立的，均服從正態(tài)分布 將Z在平均值處按泰勒級(jí)數(shù)展開，忽略二次以上項(xiàng) 確定Z的特征值 求可靠指標(biāo)適用條件：基本變量的正態(tài)分布；功能函數(shù)是線性的。特點(diǎn)：直接用特征值；概念清楚，應(yīng)用簡(jiǎn)便；誤差較大。kNNu320012. 0NukNNG120007. 0NGkNNQ60024. 0NQQGuQGuNNNNNNgZ),(kNgNQNGNuNQNGNuZ1400),(21222)()()(NQQGuGNuuzNgNgNg6 .418)(21222NQNGNu344. 36 .4181400ZZ第七講：第七講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（18/28） 四、設(shè)計(jì)

25、計(jì)算原則（四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（8/11）例題：某軸心受壓短柱，按中心點(diǎn)法求構(gòu)件可靠指標(biāo)已知：抗壓承載力： 恒載產(chǎn)生的壓力： 活載產(chǎn)生的軸向壓力：建立功能函數(shù): 求Z的特征值： 求可靠指標(biāo) QGuQGuNNNNNNgZ),(1800),(NuNQNGNuNQNGNuZgz21221222)277920144. 0()(NuNQNGNu7 . 3277920144. 018002NuNuZZ028595283600803. 02NuNukNNu34511第七講：第七講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（19/28） 四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（9/11）例題：上題中，要求可靠指標(biāo)3.7，在其它條件不變的條

26、件下,用中心點(diǎn)法求該柱應(yīng)具有的承載能力平均值。 建立功能函數(shù) 求Z的特征值求可靠指標(biāo) 承載能力平均值 第七講：第七講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（4） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容1、可靠指標(biāo)的計(jì)算方法-驗(yàn)算點(diǎn)法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 八八 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第八講：計(jì)算原則（第八講：計(jì)算原則（6） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、中心點(diǎn)法的原理 假設(shè)基本變量均符合正態(tài)分布，功能函數(shù)是線性方程； 利用按泰勒級(jí)數(shù)展開（忽略二次及以上項(xiàng)） 經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可靠指標(biāo)可以直接用平均值和均方差表示；2、中心點(diǎn)法的特點(diǎn) 直接用變量的特征值計(jì)算； 概念清楚

27、，應(yīng)用簡(jiǎn)便； 計(jì)算結(jié)果誤差較大。0SRZRRRRSSSSRS0SRSRSRZ第八講：第八講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（20/28） 四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（10/11）(3)計(jì)算方法之二： 驗(yàn)算點(diǎn)法介紹中心點(diǎn)法的缺陷：非正態(tài)分布？非線形方程？誤差！處理辦法：對(duì)中心點(diǎn)法進(jìn)行了改進(jìn)簡(jiǎn)單分析簡(jiǎn)單分析：僅考慮兩個(gè)相互獨(dú)立的正態(tài)分布變量R和S 極限狀態(tài)方程為：標(biāo)準(zhǔn)化變換，令以 和 表述的極限狀態(tài) RORS*SR*P*S極限狀態(tài)線0222222SRSRSRSSRRSR0coscosSRSR第八講：第八講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（21/28） 四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（四、設(shè)計(jì)計(jì)算原則（11/11）即：可靠指標(biāo)的

28、實(shí)質(zhì)：標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)坐標(biāo)系中原點(diǎn)到極限狀態(tài)方程直線的最短距離。驗(yàn)算點(diǎn)定義：P點(diǎn) 非正態(tài)變量的當(dāng)量正態(tài)化原則 在驗(yàn)算點(diǎn)處，當(dāng)量前后分布函數(shù)值相等；當(dāng)量前后概率密度函數(shù)值相等。第八講：第八講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（6） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容1、近似概率的設(shè)計(jì)表達(dá)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 九九 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第九講：計(jì)算原則（第九講：計(jì)算原則（7） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、驗(yàn)算點(diǎn)法的原理 是對(duì)中心點(diǎn)法的修正： 對(duì)非正態(tài)變量等效正態(tài)化； 通過(guò)數(shù)學(xué)變化尋找驗(yàn)算點(diǎn)；2、驗(yàn)算點(diǎn)法的特點(diǎn) 計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確； 計(jì)算復(fù)雜，與隨機(jī)變量的分布

29、有關(guān)； 當(dāng)隨機(jī)變量為正態(tài)分布，功能函數(shù)是線形方程時(shí)，計(jì)算 結(jié)果和中心點(diǎn)法相同。2222)()(SSRRSSRSR22SRSRZZ第九講：第九講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（22/28） 五、近似概率法設(shè)計(jì)表達(dá)式五、近似概率法設(shè)計(jì)表達(dá)式(1/6)1、一般方法(1)結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)需要解決的問(wèn)題： 理論模式問(wèn)題：失效標(biāo)準(zhǔn)、概率模式和計(jì)算方法等。 社會(huì)認(rèn)同問(wèn)題：設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)的取值能否被社會(huì)接受。 應(yīng)用方法問(wèn)題：所采用的設(shè)計(jì)表達(dá)式的形式問(wèn)題。(2)安全系數(shù)法簡(jiǎn)單示例： 設(shè)Z只有兩個(gè)獨(dú)立的正態(tài)變量R和S，根據(jù)定義 得：22)(1SSRRSR222222211RSRSRSRkkSRK )1 ()1 (1122222

30、22SSRRRSRSRKkKRKS第九講：第九講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（23/28） 五、近似概率法設(shè)計(jì)表達(dá)式五、近似概率法設(shè)計(jì)表達(dá)式(2/6)即解得：定義安全系數(shù)：則： 安全系數(shù)法設(shè)計(jì)表達(dá)式： SSRRSRSRSR)(22SSRR)1 ()1 (KSRKSR/)(2SQSGRSQSGRSQSQSGSGRR)1 ()1 ()1 (22QKSQSQSQGKSGSGSGKRRRSSR11111122RKKQQKGGRQCGC/第九講：第九講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（24/28） 五、近似概率法設(shè)計(jì)表達(dá)式五、近似概率法設(shè)計(jì)表達(dá)式(3/6)(3)分項(xiàng)系數(shù)法簡(jiǎn)單示例當(dāng)功能函數(shù)有兩個(gè)隨機(jī)變量R和S時(shí)整理可得：以

31、標(biāo)準(zhǔn)值代入整理得： 當(dāng)功能函數(shù)有三個(gè)隨機(jī)變量R和SG和SQ時(shí)整理可得以標(biāo)準(zhǔn)值代入: 分項(xiàng)系數(shù)法設(shè)計(jì)表達(dá)式 第九講：第九講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（7） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容1、現(xiàn)行設(shè)計(jì)表達(dá)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 十十 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育kKRKSRKKQQKGGRQCGC/第十講：計(jì)算原則（第十講：計(jì)算原則（8） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、安全系數(shù)法經(jīng)過(guò)變化設(shè)計(jì)表達(dá)式可以表示成： 安全系數(shù)K與可靠指標(biāo)和隨機(jī)變量的數(shù)字特征有關(guān)2、分項(xiàng)系數(shù)法經(jīng)過(guò)變化設(shè)計(jì)表達(dá)式可以表示成：分項(xiàng)系數(shù)法與可靠指標(biāo)和隨機(jī)變量的數(shù)字特征有關(guān)。RS

32、0,.),(.),(kkKRafRafRR)(2111niiKCiQiQiKQQKGGQCQCGCS第十講：第十講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（25/28） 五、近似概率法設(shè)計(jì)表達(dá)式五、近似概率法設(shè)計(jì)表達(dá)式(4/6)2、我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范采用的基本設(shè)計(jì)表達(dá)式 (1)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 組合情況： 基本組合：永久荷載和最大的可變荷載以標(biāo)準(zhǔn)值作為 代表值，其它可變荷載以組合值為代表值。 偶然組合 基本組合承載能力設(shè)計(jì)采用下列設(shè)計(jì)表達(dá)式：.),(skksssUafSUUniiKQiCikQKGsQCQCGCS211.),(lkklllUafSUUniiKQiqiKGlQCGCS1第十講：第十講：計(jì)算原則（

33、計(jì)算原則（26/28） 五、近似概率法設(shè)計(jì)表達(dá)式五、近似概率法設(shè)計(jì)表達(dá)式(5/6)(2)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式組合情況： 短期效應(yīng)組合 長(zhǎng)期效應(yīng)組合在作用的短期效應(yīng)組合作用下的設(shè)計(jì)表達(dá)式：在作用的長(zhǎng)期效應(yīng)組合作用下的設(shè)計(jì)表達(dá)式： *RSSQGRQKQGKGRSS/0GQ第十講：第十講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（27/28） 五、近似概率法設(shè)計(jì)表達(dá)式五、近似概率法設(shè)計(jì)表達(dá)式(6/6)3、分項(xiàng)系數(shù)的確定(1)確定的原則：以驗(yàn)算點(diǎn)法為基礎(chǔ)(2)方 法： 在驗(yàn)算點(diǎn)處將極限狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的方程 對(duì)于驗(yàn)算點(diǎn)法 對(duì)于分項(xiàng)系數(shù)法 等價(jià)求分項(xiàng)系數(shù)。 確定原則：對(duì)不同材料、荷載和結(jié)構(gòu)，取統(tǒng)一值； 在各項(xiàng)

34、標(biāo)準(zhǔn)值等給定的前提下，誤差最小。 (3)優(yōu)化結(jié)果 荷載分項(xiàng)系數(shù) =1.2, =1.4 結(jié)構(gòu)抗力分項(xiàng)系數(shù) :進(jìn)一步分離成材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù) 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) =1.1,1.0, 0.9第十講：第十講：計(jì)算原則（計(jì)算原則（28/28） 本章要點(diǎn)（本章要點(diǎn)（1/1）1、了解結(jié)構(gòu)荷載、荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力的隨機(jī)性；2、掌握荷載、材料強(qiáng)度的代表值；3、掌握結(jié)構(gòu)的功能、極限狀態(tài)等基本概念；4、理解結(jié)構(gòu)可靠性的概念和原理，掌握可靠度指標(biāo)概念和取值；5、了解可靠性設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)基本表達(dá)式；6、掌握以概率為基礎(chǔ)的分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式；7、理解分項(xiàng)系數(shù)的概念，熟悉分項(xiàng)系數(shù)的種類和取值。東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原

35、理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 十十 一一 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平第第11講：講：材料的性能材料的性能(1/34) 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n一、鋼材的物理力學(xué)性能n二、混凝土的物理力學(xué)性能n三、砌體的材料及力學(xué)性能n四、本章要點(diǎn)第第11講：講：材料的性能材料的性能(2/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能（1/13） 1、簡(jiǎn)單應(yīng)力下鋼材的性能 (1)鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 曲線形式： 有明顯流幅的： 彈性、屈服、強(qiáng)化和頸縮階段 沒(méi)有明顯流幅的： 沒(méi)有明顯的屈服階段 曲線簡(jiǎn)化：屈服前：完全彈性的；屈服后：完全塑性的。 第第11講：講：材料的性能材料的性能(3/34)

36、一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能（2/13）(2)鋼材的強(qiáng)度指標(biāo)屈服強(qiáng)度：設(shè)計(jì)時(shí)鋼材允許達(dá)到的最大應(yīng)力 有明顯流幅的鋼材：取屈服點(diǎn)的應(yīng)力； 無(wú)有明顯流幅的鋼材：取條件屈服強(qiáng)度。 條件屈服強(qiáng)度：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。極限強(qiáng)度：材料能承受的最大應(yīng)力反映安全儲(chǔ)備屈強(qiáng)比：屈服強(qiáng)度/極限強(qiáng)度 (3)鋼材的塑性指標(biāo)伸長(zhǎng)率：拉斷后構(gòu)件伸長(zhǎng)率截面收縮率：拉斷后面積縮小率 冷彎性能：以冷彎的角度來(lái)衡量 第第11講：講：材料的性能材料的性能(4/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能（3/13）2、復(fù)雜應(yīng)力下鋼材的性能(1)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件判別方法：用能量理論建立屈服

37、條件，用折算應(yīng)力判別 當(dāng) 時(shí)，鋼材沒(méi)有屈服 當(dāng) 時(shí)，鋼材屈服。折算應(yīng)力 以主應(yīng)力表示： 以應(yīng)力分量表示 yzsfzs213232221)()()(21zs)(3)(222222zxyzxyxzzyyxzyxzsyzsf第第11講：講：材料的性能材料的性能(5/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能（4/13） 分析結(jié)果： 主應(yīng)力同號(hào)時(shí)，不易屈服， 塑性下降，越接近越明顯。 主應(yīng)力異號(hào)時(shí)，易屈服，破 壞呈塑性，差別越大越明顯。(2)反復(fù)荷載下鋼材的疲勞 疲勞破壞：在低于強(qiáng)度的應(yīng)力反復(fù)作用下，所發(fā)生破壞。 疲勞破壞特點(diǎn)： 包括裂紋形成，緩慢發(fā)展和迅速斷裂三個(gè)過(guò)程 沒(méi)有明顯的變形，脆

38、性破壞 第第11講：講：材料的性能（材料的性能（1） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容1、反復(fù)荷載下鋼材的疲勞2、影響鋼材性能的一般因素東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 十二十二 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平第第12講：講：材料的性能材料的性能（2） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 有明顯流幅的鋼材和沒(méi)有明顯流幅的鋼材2、鋼材的強(qiáng)度指標(biāo) 屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度和屈強(qiáng)比3、鋼材的塑性指標(biāo) 伸長(zhǎng)率、截面收縮率和冷彎性能4、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的屈服條件第第12講：講：材料的性能材料的性能(5/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能

39、（4/13） 分析結(jié)果： 主應(yīng)力同號(hào)時(shí)，不易屈服， 塑性下降，越接近越明顯。 主應(yīng)力異號(hào)時(shí)，易屈服，破 壞呈塑性，差別越大越明顯。(2)反復(fù)荷載下鋼材的疲勞 疲勞破壞：在低于強(qiáng)度的應(yīng)力反復(fù)作用下，所發(fā)生破壞。 疲勞破壞特點(diǎn)： 包括裂紋形成，緩慢發(fā)展和迅速斷裂三個(gè)過(guò)程 沒(méi)有明顯的變形，脆性破壞 第第12講：講：材料的性能材料的性能(6/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能（5/13） 影響因素： 荷載的的性質(zhì)：拉、壓、剪等 應(yīng)力循環(huán)特征：(應(yīng)力比 ) 靜載（=1） 同號(hào)循環(huán)（0） 脈沖循環(huán)(=0) 異號(hào)循環(huán)(0) 完全對(duì)稱循環(huán)（-1） 循環(huán)次數(shù): 應(yīng)力比一定時(shí)， 疲勞強(qiáng)度與荷載

40、的循環(huán)次數(shù)有關(guān)。 maxmin/第第12講：講：材料的性能材料的性能(7/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能（6/13）疲勞極限：當(dāng)最大應(yīng)力小于某一數(shù)值， 反復(fù)荷載循環(huán)無(wú)窮次，材料也不會(huì)破壞。 疲勞曲線(試驗(yàn)結(jié)果) 循環(huán)N次 包絡(luò)線ABCD簡(jiǎn)化疲勞曲線 ABCD的方程 BCD(拉為主) AB(壓為主) 6102Nmin0maxkkp10maxkp0min第第12講：講：材料的性能材料的性能(8/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能（7/13）3 影響鋼材性能的一般因素(1)化學(xué)成分 碳：提高強(qiáng)度；但塑性，可焊性、耐銹蝕性等劣化。 錳：提高強(qiáng)度，改善脆性；但

41、對(duì)可焊性和耐銹力不利。 硅：提高強(qiáng)度，但含量過(guò)高，對(duì)塑性可焊性耐銹力不利。 硫：高溫時(shí)變脆，降低塑性韌性抗疲勞能力和耐銹能力。 磷：提高強(qiáng)度和耐銹力，低溫變脆，降低塑性可焊性等。 (2)鋼材缺陷 偏析:鋼中化學(xué)成分的不一致性和不均勻性 裂紋：先天的裂紋，或是微觀的或是宏觀的 分層：在厚度方向分成多層，各層相互連接，并不脫離 夾雜物：尤其是硫化物和氧化物等第第12講：講：材料的性能（材料的性能（2） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容1、鋼材的硬化性能2、溫度對(duì)鋼材性能的影響3、鋼材的應(yīng)力集中問(wèn)題4、鋼材的分類5、土木結(jié)構(gòu)對(duì)鋼材的要求。東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 十三十三 講講主

42、講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平第第13講：講：材料的性能材料的性能（3） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、反復(fù)荷載下鋼材的疲勞 影響因素：應(yīng)力循環(huán)特征、循環(huán)次數(shù) 疲勞破壞、疲勞極限、疲勞強(qiáng)度和疲勞曲線2、化學(xué)成分對(duì)鋼材性能的影響3、鋼材缺陷對(duì)鋼材性能的影響 第第13講：講：材料的性能材料的性能(9/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能（8/13）(3)鋼材的硬化時(shí)效硬化：現(xiàn)象：時(shí)間增加，強(qiáng)度提高，塑性下降。 特點(diǎn)：過(guò)程很長(zhǎng)，反復(fù)荷載和高溫下易產(chǎn)生。冷作硬化：常溫下產(chǎn)生塑性變形后屈服點(diǎn)提高，塑性降低。應(yīng)變時(shí)效：產(chǎn)生塑性變形后，特別是在高溫下，使已經(jīng)產(chǎn) 生冷作

43、硬化的鋼材又發(fā)生時(shí)效硬化。第第13講：講：材料的性能材料的性能(10/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能（9/13）(4)溫度 在正常溫度下：基本不隨溫度變化 在高溫度下：溫度升高，強(qiáng)度、彈性模量均有下降趨勢(shì) 藍(lán)脆現(xiàn)象：250左右，抗拉強(qiáng)度反而提高， 塑性和韌性下降。 在低溫時(shí)：溫度降低，強(qiáng)度略提高， 塑性等下降，有脆性傾向。 冷脆現(xiàn)象：當(dāng)溫度降低至某一溫度以下時(shí)， 材料變脆。 第第13講：講：材料的性能材料的性能(11/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能（10/13）(5)應(yīng)力集中 現(xiàn)象：當(dāng)構(gòu)件內(nèi)部缺陷或截面形狀等改變時(shí)，應(yīng)力分布 不均勻，出現(xiàn)局部高峰

44、應(yīng)力，促使鋼材變脆。 影響因素：截面變化愈劇烈，應(yīng)力集中現(xiàn)象愈明顯。 第第13講：講：材料的性能材料的性能(12/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能（11/13）4、結(jié)構(gòu)對(duì)鋼材的要求及鋼材的分類(1)結(jié)構(gòu)對(duì)鋼材的要求 具有較高的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度； 具有良好的塑性和韌性 具有良好的工藝加工性能； 良好的耐銹蝕能力 與混凝土良好的粘結(jié)力(2)鋼材的選擇： 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的類型及重要性； 作用的性質(zhì)（靜力和動(dòng)力作用）； 連接方式（焊接、鉚接或螺栓連接）； 工作環(huán)境（溫度和腐蝕等）。第第13講：講：材料的性能材料的性能(13/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能（1

45、2/13）(3)結(jié)構(gòu)用鋼材的分類 碳素鋼： 強(qiáng)度等級(jí)：按屈服強(qiáng)度分五個(gè)品種，Q195Q275。 質(zhì)量等級(jí)：A、B、C、D四級(jí)，對(duì)沖擊韌性要求不同 脫氧方式：鎮(zhèn)靜、半鎮(zhèn)靜、沸騰和特殊鎮(zhèn)靜，用ZbF和TZ示例：Q235Bb表示屈服強(qiáng)度為235，B級(jí)半鎮(zhèn)靜鋼 低合金鋼： 強(qiáng)度等級(jí)：按屈服強(qiáng)度分五個(gè)品種，Q295Q460。 質(zhì)量等級(jí)：A、B、C、D、E五級(jí)，對(duì)沖擊韌性要求不同 脫氧方式：鎮(zhèn)靜和特殊鎮(zhèn)靜鋼 熱處理鋼第第13講：講：材料的性能材料的性能(14/34) 一、鋼材的物理力學(xué)性能（一、鋼材的物理力學(xué)性能（13/13）(4)(4)鋼材的規(guī)格鋼材的規(guī)格鋼板鋼板：以“寬度厚度長(zhǎng)度”或“寬度厚度”表示型

46、鋼型鋼：角鋼角鋼：等邊“L肢寬厚度”；不等邊“L長(zhǎng)肢寬短肢寬厚度” 工字鋼工字鋼：普通工字鋼以I+截面的高度；輕型工字鋼前面加Q 槽鋼槽鋼：有普通槽鋼和輕型槽鋼兩種，用截面的高度編號(hào) H H型鋼型鋼：熱扎和焊接兩種，“高度*寬度*腹板厚度*翼緣厚度” 鋼管鋼管：有熱軋無(wú)縫鋼管和焊接鋼管。以“外徑壁厚”表示薄壁型鋼薄壁型鋼：用薄鋼板冷軋而成，形式及尺寸可以變化。鋼筋鋼筋 按照表面形狀按照表面形狀：有光面鋼筋和變形鋼筋 鋼筋種類鋼筋種類： 熱軋鋼筋：分HRB235、HRB335和HRB400或RRB400三級(jí)，符號(hào)+直徑 預(yù)應(yīng)力鋼絲：有光面碳素、螺旋肋和三面刻痕鋼絲三種，符號(hào)+直徑 預(yù)應(yīng)力鋼絞線：

47、多根鋼絲絞合制成?！?股數(shù)公稱直徑”表示 熱處理鋼筋：HT+鋼筋表示 第第13講：講：材料的性能（材料的性能（3） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容1、受壓的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系2、簡(jiǎn)單受力下混凝土的強(qiáng)度東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 十四十四 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平第第14講：講：材料的性能材料的性能（4） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、鋼材的硬化 時(shí)效硬化、冷作硬化和應(yīng)變時(shí)效 2、溫度的影響 常溫度下、高溫下和低溫時(shí) 藍(lán)脆現(xiàn)象和冷脆現(xiàn)象3、應(yīng)力集中的現(xiàn)象和影響因素4、鋼材的分類和規(guī)格5、結(jié)構(gòu)對(duì)鋼材的要求 第第14講：講：材料的性能材料的性能(15/

48、34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（二、混凝土的物理力學(xué)性能（1/11）1、簡(jiǎn)單受力下混凝土的性能 (1)受壓的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線特征應(yīng)力?。航凭€性關(guān)系應(yīng)力大：非線性關(guān)系近峰值:不穩(wěn)定非線性下降段：反彎點(diǎn)后平緩 主要影響因素混凝土強(qiáng)度：強(qiáng)度提高,峰值點(diǎn)應(yīng)變高；下降段陡延性差加載速度：愈大，強(qiáng)度高，峰值應(yīng)變低；下降段陡延性差第第14講：講：材料的性能材料的性能(16/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（二、混凝土的物理力學(xué)性能（2/11）數(shù)學(xué)模型 普通混凝土：(C50以下) =0.002 ，n=2 0.002(均勻壓),0.0033(不均勻壓、彎) 高強(qiáng)混凝土(C50以上)ncccf0110cu5,

49、010)50(5 . 0002. 0kcuf5,10)50(0033. 0kcucuf)50(6012,kcufn第第14講：講：材料的性能材料的性能(17/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（二、混凝土的物理力學(xué)性能（3/11）(2)簡(jiǎn)單受力下混凝土的強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)方法制作,邊長(zhǎng)150mm立方體,28天齡期，進(jìn)行抗壓實(shí)驗(yàn)得到的破壞時(shí)試件的平均壓應(yīng)力。立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度值。用途：力學(xué)性能的基本代表值，混凝土強(qiáng)度等級(jí)劃分依據(jù)。強(qiáng)度等級(jí)：按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分為14級(jí)，“C+標(biāo)準(zhǔn)值” 軸心抗壓強(qiáng)度 立方體受壓不是處于單軸受力狀態(tài)！采用棱柱體，中

50、間基本上是處于軸心受壓。,*cuf,*cf第第14講：講：材料的性能材料的性能(18/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（二、混凝土的物理力學(xué)性能（4/11）影響因素：材料成分、養(yǎng)護(hù)、齡期、實(shí)驗(yàn)方法和試件尺寸 與立方體強(qiáng)度的關(guān)系 關(guān)系系數(shù)(比值)：小于等于C50時(shí)，取0.76； 大于C50時(shí)： 考慮混凝土脆性的折減系數(shù)，小于C40時(shí)，不折減取1.0； 大于C40時(shí)： 軸心抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)方法：直接拉伸、彎折和劈裂與立方體強(qiáng)度的關(guān)系mcumcff,21,88. 01)50(002. 076. 0,1kcuf2)40(00325. 01,2kcuf55. 0,2,395. 088. 0mcumtff第第

51、14講：講：材料的性能（材料的性能（4） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容1、混凝土的模量2、復(fù)合應(yīng)力下混凝土強(qiáng)度和變形 3、長(zhǎng)期荷載下混凝土的變形東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 十五十五 講講主講教師：曹雙寅主講教師：曹雙寅 舒贛平舒贛平第第15講：講：材料的性能材料的性能（5） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、受壓的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 曲線特征、影響因素和數(shù)學(xué)模型2、簡(jiǎn)單受力下混凝土的強(qiáng)度 立方體抗壓強(qiáng)度 軸心抗壓強(qiáng)度 軸心抗拉強(qiáng)度3、混凝土強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系第第15講：講：材料的性能材料的性能(19/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（二、混凝土的物理力學(xué)性能（5/11

52、）(3)混凝土的變形模量原點(diǎn)彈性模量定義：過(guò)原點(diǎn)作切線的斜率取值：變形模量定義：原點(diǎn)和任意點(diǎn)作割線的斜率。關(guān)系： 彈性特征系數(shù) 切線模量：過(guò)任一點(diǎn)作切線的斜率為時(shí)的切線模量剪切模量：根據(jù)彈性模量和泊松比確定： kcucfE,57 .342 . 210cccecccecccEEcccccEEG4 . 0) 1(2第第15講：講：材料的性能材料的性能(20/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（二、混凝土的物理力學(xué)性能（6/11）2、復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的性能 (1)復(fù)合應(yīng)力下混凝土強(qiáng)度和變形 多向受壓雙向壓：強(qiáng)度提高；三向壓(約束受壓)：強(qiáng)度和延性明顯提高，雙向受拉:影響不大 一拉一壓：強(qiáng)度降低 剪壓或

53、剪拉：剪拉：強(qiáng)度降低剪壓： 壓應(yīng)力較?。嚎辜魪?qiáng)度隨壓應(yīng)力增加而增大； 壓應(yīng)力較大：抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增加而降低。 rccckff第第15講：講：材料的性能材料的性能(21/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（二、混凝土的物理力學(xué)性能（7/11）(2)長(zhǎng)期荷載下混凝土的變形混凝土的徐變現(xiàn)象：在荷載長(zhǎng)期作用下，變形將隨時(shí)間而增加；原因：凝膠體的粘性流動(dòng)，內(nèi)部微裂縫不斷產(chǎn)生和發(fā)展等影響：導(dǎo)致變形增大，應(yīng)力重分布和內(nèi)力分布等。 混凝土徐變曲線特點(diǎn)：開始增長(zhǎng)較快， 以后逐漸減慢， 逐漸趨于穩(wěn)定(收斂)卸載時(shí)變形恢復(fù): 瞬時(shí)彈性恢復(fù)、彈性后效，永久應(yīng)變第第15講：講：材料的性能材料的性能(22/34) 二、

54、混凝土的物理力學(xué)性能（二、混凝土的物理力學(xué)性能（8/11）影響徐變的主要因素應(yīng)力水平：應(yīng)力越大，徐變也越大 應(yīng)力小于0.5fc，線性徐變；大于0.5fc，非線性徐變。齡期：加載時(shí)齡期越短，徐變?cè)酱?組成：水泥用量越多，水灰比越大，徐變也越大； 骨料強(qiáng)度和彈性模量越高，徐變?cè)叫?。養(yǎng)護(hù)和使用環(huán)境：養(yǎng)護(hù)溫度高，濕度大，徐變?cè)叫。?受力后環(huán)境溫度越高，濕度低，徐變就越大。 第第15講：講：材料的性能（材料的性能（5） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容1、重復(fù)荷載下混凝土性能2、鋼筋與混凝土的粘結(jié)東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 十六十六 講講主講教師：曹雙寅主講教師：曹雙寅 舒贛平

55、舒贛平第第16講：講：材料的性能材料的性能（6） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、混凝土的變形模量 彈性模量、變形模量切線模量和剪切模量2、復(fù)雜應(yīng)力下混凝土的強(qiáng)度和變形 三向受壓 雙向受壓、雙向受拉、一拉一壓 剪壓或剪拉 3、混凝土的徐變 徐變曲線、影響因素第第16講：講：材料的性能材料的性能(23/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（二、混凝土的物理力學(xué)性能（9/11）(3)重復(fù)荷載下混凝土性能一次重復(fù)加載下加載：隨應(yīng)力增加應(yīng)變?cè)黾有遁d：不重復(fù)加載軌跡，有彈性后效和殘余變形 多次重復(fù)加載下峰值小于疲勞強(qiáng)度：每循環(huán)成環(huán)，面積逐漸減少，至直線；峰值大于疲勞強(qiáng)度：開始與小應(yīng)力的相似； 成直線后，

56、凸凹方向改變，斜率降低，裂縫和變形嚴(yán)重混凝土疲勞破壞：因荷載重復(fù)作用而引起的破壞混凝土疲勞強(qiáng)度：疲勞破壞需要重復(fù)荷載的最小應(yīng)力峰值 (4)混凝土的收縮、膨脹和溫度變形 第第16講：講：材料的性能材料的性能(24/34) 二、混凝土的物理力學(xué)性能（二、混凝土的物理力學(xué)性能（10/11）3、鋼筋與混凝土的粘結(jié)(1)鋼筋與混凝土粘結(jié)的作用作用：保證力的相互傳遞，是共同工作的基本條件 單元分析：假設(shè)：一端力T，另端為T+dT根據(jù)平衡條件：分析結(jié)果 應(yīng)力變化大，粘結(jié)力大，變化小，粘結(jié)小當(dāng)鋼筋應(yīng)力沒(méi)有變化時(shí)，粘結(jié)應(yīng)力等于零 dxdAdxdTss第第16講：講：材料的性能材料的性能(25/34 ) 二、混凝

57、土的物理力學(xué)性能（二、混凝土的物理力學(xué)性能（11/11）有關(guān)的設(shè)計(jì)問(wèn)題鋼筋端部的錨固裂縫間應(yīng)力的傳遞裂縫截面：拉力為零離開一段距離：混凝土有拉力 兩條裂縫中間：混凝土拉力最大 (2)粘結(jié)力的組成 化學(xué)吸附 摩擦 機(jī)械咬合 附加咬合等作用第第16講：講：材料的性能（材料的性能（6） 下一講的主要內(nèi)容下一講的主要內(nèi)容1、砌體的材料及種類2、砌體的受力特點(diǎn)東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第第 十十 七七 講講主講教師：主講教師： 曹雙寅曹雙寅 舒贛平舒贛平第第17講：講：材料的性能材料的性能（7） 上一講的主要內(nèi)容上一講的主要內(nèi)容1、重復(fù)荷載下混凝土性能 一次和多次重復(fù)加載下的變形曲線 混凝

58、土疲勞破壞和混凝土疲勞強(qiáng)度2、鋼筋與混凝土粘結(jié)力 粘結(jié)力作用 粘結(jié)力組成3、與粘結(jié)有關(guān)的設(shè)計(jì)問(wèn)題 鋼筋端部的錨固 裂縫間應(yīng)力的傳遞第第17講：講：材料的性能材料的性能(26/34) 三、砌體的物理力學(xué)性能（三、砌體的物理力學(xué)性能（1/8）1、砌體的材料及種類 (1)塊體材料磚 普通磚：240mm115mm53mm實(shí)心 空心磚：全國(guó)無(wú)統(tǒng)一規(guī)格 分級(jí)：按極限抗壓強(qiáng)度為6級(jí)，以“MU+極限強(qiáng)度”表示砌塊 按材料分：粉煤灰、煤渣混凝土和混凝土等 按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分：有實(shí)心的，也有空心的 按尺寸分：小型900mm 分級(jí)：按照極限抗壓強(qiáng)度分5級(jí)，以“MU+極限強(qiáng)度”石材 按照加工的程度：分細(xì)料石、粗料石和毛料石

59、。 分級(jí)：按極限抗壓強(qiáng)度，分9級(jí)，以“MU+極限強(qiáng)度” 第第17講：講：材料的性能材料的性能(27/34) 三、砌體的物理力學(xué)性能（三、砌體的物理力學(xué)性能（2/8）(2)砂漿作用：使塊體連成整體；抹平塊體表面；填補(bǔ)塊體間縫隙；分類：按照組成成分：無(wú)塑性摻合料的水泥砂漿、有塑性摻合 料的混合砂漿、不含水泥的砂漿 按照重力密度：大于1.5t/m3重砂漿，小于1.5t/m3輕砂漿分級(jí)：按抗壓極限強(qiáng)度分7級(jí)，以“M+極限強(qiáng)度”表示砌體對(duì)砂漿的基本要求符合強(qiáng)度和耐久性要求；應(yīng)具有一定的可塑性，在砌筑時(shí)容易且較均勻地鋪開；應(yīng)具有足夠的保水性，即在運(yùn)輸和砌筑時(shí)保持質(zhì)量的能力。第第17講：講：材料的性能材料的

60、性能(28/34) 三、砌體的物理力學(xué)性能（三、砌體的物理力學(xué)性能（3/8）(3)砌體的種類 砌體是由塊體用砂漿砌筑成的整體。磚砌體：實(shí)心砌體，或空心砌體， 有一順一頂或三順一頂砌筑法。 石砌體：料石、毛石和毛石混凝土砌體。砌塊砌體砌塊排列是要有規(guī)律性，減少通縫。配筋砌體:在砌體內(nèi)配置適量的鋼筋，形成配筋砌體，如 在水平灰縫中配置網(wǎng)狀鋼筋，形成網(wǎng)狀配筋砌體； 在砌體外或預(yù)留槽內(nèi)配置縱向筋形成組合砌體。第第17講：講：材料的性能材料的性能(29/34) 三、砌體的物理力學(xué)性能（三、砌體的物理力學(xué)性能（4/8）2、砌體的力學(xué)性能(1)砌體的抗壓強(qiáng)度破壞過(guò)程及應(yīng)力特點(diǎn)受力全過(guò)程： 第一階段：自受力到