華中科技大學(xué)土力學(xué)課件總論

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院道路與橋梁工程系主講：高榮雄電話：87540017郵件：課本：課本：葉見曙主編結(jié)構(gòu)設(shè)計原理（公路與城市道路、橋梁工程專業(yè)用），人民交通出版社，2005年版 參考書目：參考書目：1、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理計算示例集2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件3、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計4、橋梁標(biāo)準(zhǔn)圖5、公路橋梁規(guī)范指 定 教 材2022年5月23日星期一3/32華中科技大學(xué) l 結(jié)構(gòu)的概念與今后的發(fā)展前景結(jié)構(gòu)的概念與今后的發(fā)展前景; ; l 本課程的特點和學(xué)習(xí)方法本課程的特點和學(xué)習(xí)方法; ; l 本課程的教學(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求本課程的教學(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求; ; l 工程實例。工程實例。本章主

2、要內(nèi)容總 論General Introduction 土木工程的三大飛躍：土木工程的三大飛躍： 人類早期：利用土、石、木等天然材料從事營造活動。人類早期：利用土、石、木等天然材料從事營造活動。 l 第一次飛躍：第一次飛躍：公元前公元前1313世紀，發(fā)明了磚、瓦以承壓為主的人工世紀，發(fā)明了磚、瓦以承壓為主的人工材料，即木、磚（石）結(jié)構(gòu)興起的年代，例如：萬里長城、金材料，即木、磚（石）結(jié)構(gòu)興起的年代，例如：萬里長城、金字塔、阿房宮；字塔、阿房宮； l 第二次飛躍：第二次飛躍：1717世紀的生鐵、世紀的生鐵、1919世紀的熟鐵、世紀的熟鐵、1919世紀中葉優(yōu)質(zhì)世紀中葉優(yōu)質(zhì)鋼材（人工制造的耐拉、壓材料

3、）的出現(xiàn)，即鋼結(jié)構(gòu)興起的年鋼材（人工制造的耐拉、壓材料）的出現(xiàn)，即鋼結(jié)構(gòu)興起的年代，例如，高代，例如，高300m300m的埃菲爾鐵塔、主跨的埃菲爾鐵塔、主跨512m512m的福斯海峽橋等鋼的福斯海峽橋等鋼結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)； l 第三次飛躍：第三次飛躍：19192020世紀，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。鋼鐵和水世紀，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。鋼鐵和水泥產(chǎn)生后，直至泥產(chǎn)生后，直至2020世紀初，解決了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計算理論以世紀初，解決了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計算理論以及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力損失、錨固，配筋混凝土結(jié)構(gòu)有了及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力損失、錨固，配筋混凝土結(jié)構(gòu)有了蓬勃發(fā)展，并在土木工程中占據(jù)了統(tǒng)治地位。蓬勃發(fā)

4、展，并在土木工程中占據(jù)了統(tǒng)治地位。2022年5月23日星期一4/32華中科技大學(xué)2022年5月23日星期一5/32華中科技大學(xué) 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理結(jié)構(gòu)設(shè)計原理是一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，它是一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，它是在學(xué)習(xí)是在學(xué)習(xí)材料力學(xué)材料力學(xué)、建筑材料建筑材料、結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)等等先修課程的基礎(chǔ)上，結(jié)合結(jié)構(gòu)工程中實際構(gòu)件的工作特點先修課程的基礎(chǔ)上，結(jié)合結(jié)構(gòu)工程中實際構(gòu)件的工作特點來研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計的一門學(xué)科。因此，它是一門實踐性來研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計的一門學(xué)科。因此，它是一門實踐性很強的學(xué)科。很強的學(xué)科。 2022年5月23日星期一6/32華中科技大學(xué)一、構(gòu)件：一、構(gòu)件：承受荷載而起骨架作用的部

5、分承受荷載而起骨架作用的部分 按其受力特點分按其受力特點分：受彎構(gòu)件（梁和板）、受壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件（梁和板）、受壓構(gòu)件、受拉構(gòu)件、和受扭構(gòu)件等典型的基本構(gòu)件受拉構(gòu)件、和受扭構(gòu)件等典型的基本構(gòu)件 0.1 基本概念2022年5月23日星期一7/32華中科技大學(xué)二、結(jié)構(gòu)：二、結(jié)構(gòu)：在工程中，由建筑材料制作的若干構(gòu)件連在工程中，由建筑材料制作的若干構(gòu)件連接而成的承受作用的空間或平面體系。（構(gòu)造物的承接而成的承受作用的空間或平面體系。（構(gòu)造物的承重骨架部分）重骨架部分） 一般把構(gòu)造物的一般把構(gòu)造物的承重骨架承重骨架組成部分統(tǒng)稱為組成部分統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。 例如：橋梁的橋跨、墩（臺）及基礎(chǔ)組成了橋的承重例如

6、：橋梁的橋跨、墩（臺）及基礎(chǔ)組成了橋的承重體系，它們就被稱為橋梁結(jié)構(gòu)。體系，它們就被稱為橋梁結(jié)構(gòu)。 2022年5月23日星期一8/32華中科技大學(xué) 對于橋梁結(jié)構(gòu)，根據(jù)主要承重結(jié)構(gòu)主要承重結(jié)構(gòu)受力的不同，可將橋梁結(jié)構(gòu)分為： l 梁式橋（受彎為主）梁式橋（受彎為主） l 拱式橋（受壓為主）拱式橋（受壓為主） l 剛架橋（梁柱組合）剛架橋（梁柱組合） l 懸索橋（受拉為主）懸索橋（受拉為主） l 斜拉橋（組合受力）斜拉橋（組合受力） 2022年5月23日星期一9/32華中科技大學(xué)長沙月亮島公鐵兩用橋長沙月亮島公鐵兩用橋 （主橋：連續(xù)梁橋；引橋：簡支梁橋）（主橋：連續(xù)梁橋；引橋：簡支梁橋）梁式橋202

7、2年5月23日星期一10/32華中科技大學(xué) 湖南鳳凰縣的烏巢河橋湖南鳳凰縣的烏巢河橋 （ L=120m） （世界上跨徑最大的石拱橋）（世界上跨徑最大的石拱橋） 拱式橋2022年5月23日星期一11/32華中科技大學(xué)虎門大橋輔航道虎門大橋輔航道270m270m連續(xù)剛構(gòu)連續(xù)剛構(gòu)剛架橋2022年5月23日星期一12/32華中科技大學(xué)懸索橋2022年5月23日星期一13/32華中科技大學(xué)南 浦 大 橋 (雙塔雙索面組合梁423米91年建成) 斜拉橋2022年5月23日星期一14/32華中科技大學(xué)四渡河大橋2022年5月23日星期一15/32華中科技大學(xué)四渡河大橋地處湖北宜昌與恩施交界處，位于湖北巴東縣

8、野三關(guān)鎮(zhèn)四渡河，坐落于鄂西武陵崇山峻嶺中，是目前中國在深山峽谷里修建的最大跨度懸索橋。 大橋全長1365米，由長1105米的大橋和長228.9米的路基組成。其中，大橋主跨為900米，橋面寬24.5米；大橋恩施。岸索塔高118.2米，宜昌岸索塔高113.6米，塔頂至峽谷谷底高差達650米，橋面距谷底560米，相當(dāng)于200層樓高，是目前國內(nèi)在深山峽谷里修建的最大跨度懸索橋，同時也是世界首座跨度達900米以上的山區(qū)特大懸索橋。比世界最高橋法國米約大橋分別高307米和290米。被譽為世界第一高懸索橋。2022年5月23日星期一16/32華中科技大學(xué)2022年5月23日星期一17/32華中科技大學(xué)202

9、2年5月23日星期一18/32華中科技大學(xué)矮寨特大懸索橋2022年5月23日星期一19/32華中科技大學(xué)矮寨特大懸索橋位于湖南湘西，為吉茶高速公路的控制性工程，橋位距吉首市區(qū)約20公里，于K14+576.30處跨越矮寨鎮(zhèn)（G209 2303公里處）附近的山谷，德夯河流經(jīng)谷底（德夯河在橋位下游800m匯入峒河），谷底標(biāo)高約240m，橋面設(shè)計標(biāo)高與地面高差達335m。2022年5月23日星期一20/32華中科技大學(xué)法國米約大橋2022年5月23日星期一21/32華中科技大學(xué)法國南部的第A75號公路，是連接巴黎和西班牙馬德里的要道，但是，位于法國南部崇山峻嶺之間的這條公路，是盤山路。在夏季出行的高峰

10、季節(jié)，途經(jīng)塔恩河河谷一帶的盤山公路上，經(jīng)常發(fā)生嚴重塞車現(xiàn)象，50公里的路程，往往要走上4個多小時。上世紀80年代，法國人呼吁改造A75號公路。 2004年建成，1993年開工建設(shè)。2022年5月23日星期一22/32華中科技大學(xué)對于建筑結(jié)構(gòu)按照承重結(jié)構(gòu)類型來分對于建筑結(jié)構(gòu)按照承重結(jié)構(gòu)類型來分 l 磚混結(jié)構(gòu)磚混結(jié)構(gòu) l 框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu) l 框架框架剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu) l 剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu) l 筒體結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu) l 大跨結(jié)構(gòu)大跨結(jié)構(gòu) l 排架結(jié)構(gòu)排架結(jié)構(gòu) 2022年5月23日星期一23/32華中科技大學(xué)上上海海金金貿(mào)貿(mào)大大廈廈2022年5月23日星期一24/32華中科技大學(xué)中國中國2008

11、2008年奧運會主會場年奧運會主會場2022年5月23日星期一25/32華中科技大學(xué)吉隆坡國油雙峰塔（高吉隆坡國油雙峰塔（高452m）2022年5月23日星期一26/32華中科技大學(xué) 按 結(jié) 構(gòu) 的 建 筑 材 料按 結(jié) 構(gòu) 的 建 筑 材 料（特點及使用范圍）（特點及使用范圍） 按結(jié)構(gòu)的用途按結(jié)構(gòu)的用途 混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) 砌體結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu) 木結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu) 素混凝土結(jié)構(gòu)素混凝土結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 橋梁結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu) 建筑結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu) 地下結(jié)構(gòu)地下結(jié)構(gòu) 水工結(jié)構(gòu)水工結(jié)構(gòu) 3 3、結(jié)構(gòu)分類：、結(jié)構(gòu)分類：特種結(jié)構(gòu)特種結(jié)構(gòu) 2022年5月

12、23日星期一27/32華中科技大學(xué)4 4、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)： 定義定義: :由鋼筋、混凝土兩種性能不同的材料組成，由鋼筋、混凝土兩種性能不同的材料組成，能發(fā)揮各自優(yōu)越性的一種建筑材料。能發(fā)揮各自優(yōu)越性的一種建筑材料。 適用范圍：適用范圍： 中小跨徑梁、板，墩臺，拱，塔中小跨徑梁、板，墩臺，拱，塔; ;工業(yè)工業(yè)或民業(yè)建筑、煙囪、水塔等特種結(jié)構(gòu)?；蛎駱I(yè)建筑、煙囪、水塔等特種結(jié)構(gòu)。 優(yōu)缺點優(yōu)缺點優(yōu)點優(yōu)點 缺點缺點 2022年5月23日星期一28/32華中科技大學(xué)5 5、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)：、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)： 定義：定義：預(yù)先人為地給混凝土引入一個應(yīng)力，以改善混預(yù)先人為地給混凝土引入一

13、個應(yīng)力，以改善混凝土在使用期間的應(yīng)力狀態(tài)；凝土在使用期間的應(yīng)力狀態(tài)； 適用范圍：適用范圍：跨徑跨徑50m50m的橋梁；的橋梁； 優(yōu)缺點優(yōu)缺點: : 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 2022年5月23日星期一29/32華中科技大學(xué)6 6、砌體結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu) 定義：定義：將磚石等塊材按照一定砌筑規(guī)則建筑而成的結(jié)將磚石等塊材按照一定砌筑規(guī)則建筑而成的結(jié)構(gòu)。構(gòu)。 適用范圍：適用范圍：以受壓為主的構(gòu)件（墩臺、護坡）；房屋以受壓為主的構(gòu)件（墩臺、護坡）；房屋結(jié)構(gòu)中的豎向承重結(jié)構(gòu)（墻、柱等）結(jié)構(gòu)中的豎向承重結(jié)構(gòu)（墻、柱等） 優(yōu)缺點優(yōu)缺點: : 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 自重大；自重大； 費工費時。費工費時。2022年5月23日星

14、期一30/32華中科技大學(xué)7 7、鋼結(jié)構(gòu)：、鋼結(jié)構(gòu)： 自重輕；自重輕； 易建特大跨徑橋梁；易建特大跨徑橋梁； 輕鋼住宅等材質(zhì)均勻；輕鋼住宅等材質(zhì)均勻； 彈性模量大，是理想的彈性材料；彈性模量大，是理想的彈性材料； 施工方便，速度快。施工方便，速度快。 優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 造價高；造價高； 需經(jīng)常維修；需經(jīng)常維修； 耐火性差（鋼材在耐火性差（鋼材在500500600600軟化）。軟化）。2022年5月23日星期一31/32華中科技大學(xué)一、本課程的主要任務(wù)一、本課程的主要任務(wù) 1.1. 學(xué)習(xí)鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念、學(xué)習(xí)鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念、基本理論基本理論 2.2.

15、 學(xué)習(xí)各種工程材料設(shè)計計算原則；學(xué)習(xí)各種工程材料設(shè)計計算原則； 3.3. 學(xué)習(xí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力特點、破壞形態(tài)、計算學(xué)習(xí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力特點、破壞形態(tài)、計算方法和連接部位的設(shè)計；方法和連接部位的設(shè)計； 4.4. 學(xué)習(xí)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)受力特點、破壞形態(tài)、計算學(xué)習(xí)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)受力特點、破壞形態(tài)、計算方法和連接部位的設(shè)計；方法和連接部位的設(shè)計；0.2 0.2 本課程的特點與學(xué)習(xí)本課程的指導(dǎo)意見本課程的特點與學(xué)習(xí)本課程的指導(dǎo)意見2022年5月23日星期一32/32華中科技大學(xué)5 5. 通過學(xué)習(xí)，掌握鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)通過學(xué)習(xí)，掌握鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)

16、在各種受力狀態(tài)下的工作性構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)在各種受力狀態(tài)下的工作性能、破壞形態(tài)、計算原理、設(shè)計和構(gòu)造要求等問題能、破壞形態(tài)、計算原理、設(shè)計和構(gòu)造要求等問題 ，最后通過一周的課程設(shè)計，掌握梁的整個設(shè)計，為最后通過一周的課程設(shè)計，掌握梁的整個設(shè)計，為畢業(yè)設(shè)計和以后的工程設(shè)計打下基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計和以后的工程設(shè)計打下基礎(chǔ)。 2022年5月23日星期一33/32華中科技大學(xué) 1 1、本課程為專業(yè)過渡課程，由基礎(chǔ)課過渡到專業(yè)課，研、本課程為專業(yè)過渡課程，由基礎(chǔ)課過渡到專業(yè)課，研究方法既有繼承，又要注意其中究方法既有繼承，又要注意其中本質(zhì)本質(zhì)的區(qū)別。的區(qū)別。 材料力學(xué)：材料力學(xué)：研究單一、勻質(zhì)、連續(xù)的彈性材

17、料，側(cè)研究單一、勻質(zhì)、連續(xù)的彈性材料，側(cè)重于構(gòu)件的應(yīng)力分析和變形計算，它們中問題的解答重于構(gòu)件的應(yīng)力分析和變形計算，它們中問題的解答是唯一的。是唯一的。 配筋混凝土結(jié)構(gòu)：配筋混凝土結(jié)構(gòu)：研究兩種材料組成、非勻質(zhì)、非研究兩種材料組成、非勻質(zhì)、非連續(xù)的彈塑性材料，連續(xù)的彈塑性材料，它不同于它不同于材料力學(xué)材料力學(xué)研究的范研究的范疇，疇，不僅研究強度和變形的計算問題，更主要是結(jié)構(gòu)不僅研究強度和變形的計算問題，更主要是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計，包括方案、截面形式及材料的選擇，配構(gòu)件的設(shè)計，包括方案、截面形式及材料的選擇，配筋構(gòu)造等。筋構(gòu)造等。 二、二、 本課程的特點：本課程的特點：2022年5月23日星期一34

18、/32華中科技大學(xué)2.2.鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計方法是建立在試驗基礎(chǔ)上的鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計方法是建立在試驗基礎(chǔ)上的 鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計方法對試驗的依賴性很強，鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計方法對試驗的依賴性很強， 應(yīng)注意各理論分析的適用范圍和應(yīng)用條件。應(yīng)注意各理論分析的適用范圍和應(yīng)用條件。 3.3.設(shè)計具有多方案性設(shè)計具有多方案性 結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個綜合性的問題，需要遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個綜合性的問題，需要遵循“安全、安全、適用、經(jīng)濟、合理適用、經(jīng)濟、合理”的原則。當(dāng)給定荷載時，同一的原則。當(dāng)給定荷載時，同一構(gòu)件的設(shè)計答案往往不是唯一的，需進行綜合分析構(gòu)件的設(shè)計答案往往不是唯一的，需進行綜合分析比較，才能做出

19、合理的選擇。比較，才能做出合理的選擇。2022年5月23日星期一35/32華中科技大學(xué)4. 了解分析過程和步驟了解分析過程和步驟 5. 學(xué)會運用規(guī)范學(xué)會運用規(guī)范 l 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60-2004) l 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范 （JTG D62004) l 公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTJ 022 85) l 公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)與木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)與木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（JTJ025-86） l 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（JTJ024-85）

20、 工作性能工作性能 破壞形態(tài)破壞形態(tài) 計算原理計算原理 設(shè)計構(gòu)造設(shè)計構(gòu)造 受力、變形受力、變形 應(yīng)用公式應(yīng)用公式 適用范圍、限制條件適用范圍、限制條件 2022年5月23日星期一36/32華中科技大學(xué)l 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001) l 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50003-2001) l 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB0-2002) l 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003） l 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-2002） 2022年5月23日星期一37/32華中科技大學(xué)三、本課程要解決的問題三、本課程要解決的問題 選擇結(jié)構(gòu)的材料類型；選擇結(jié)構(gòu)的材料類型； 選擇截面形式；選擇截面形式； 擬定截面尺寸；擬定截面尺寸； 配筋設(shè)計計算；配筋設(shè)計計算； 進行各項驗算（強度條件、剛度、穩(wěn)定性、進行各項驗算（強度條件、剛度、穩(wěn)定性、抗裂性）抗裂性） 2022年5月23日星期一38/32華中科技大學(xué)認真學(xué)好課堂內(nèi)容，把握內(nèi)容體系的內(nèi)在聯(lián)系和細認真學(xué)好課堂內(nèi)