《結(jié)構(gòu)概念與體系》PPT課件之一——一些重要的結(jié)構(gòu)概念

1、1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) (The Basic Mechanical States)(Some Important Concepts of Structure)1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) (The Basic Mechanical States)1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(The Effects of Material on Structure )1.3 構(gòu)件尺度的概念構(gòu)件尺度的概念(The Concepts of Members Dimension )1.4 構(gòu)件受力后的變形構(gòu)件受力后的變形(The Deformations of Member after Loa

2、ding )1.5 預(yù)應(yīng)力的概念預(yù)應(yīng)力的概念(The Concepts of Pre-stress )軸心受拉軸心受拉具有明顯屈服點(diǎn)的鋼拉桿，軸力作用下的應(yīng)力可表達(dá)為具有明顯屈服點(diǎn)的鋼拉桿，軸力作用下的應(yīng)力可表達(dá)為應(yīng)力應(yīng)力= N / A f 式中：式中：N 軸力設(shè)計(jì)值；軸力設(shè)計(jì)值；f 材料抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；材料抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； A 拉桿截面積。拉桿截面積。目前，我國(guó)生產(chǎn)的高強(qiáng)鋼絲強(qiáng)度已達(dá)目前，我國(guó)生產(chǎn)的高強(qiáng)鋼絲強(qiáng)度已達(dá)1860 N/mm2，一，一根根75鋼絞線的截面積為鋼絞線的截面積為139 mm2，而其最大負(fù)荷可達(dá)，而其最大負(fù)荷可達(dá)259 kN。新型碳纖維的抗拉強(qiáng)度高達(dá)。新型碳纖維的抗拉強(qiáng)度高

3、達(dá)3700 N/mm2 ，重量比鋼材，重量比鋼材輕得多。輕得多。1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài)拉、壓、拉、壓、彎、剪、扭彎、剪、扭Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion 軸心受壓軸心受壓抗壓承載力抗壓承載力N 可表達(dá)為可表達(dá)為 N =A f 式中式中： N 壓桿的壓力設(shè)計(jì)值；壓桿的壓力設(shè)計(jì)值； A 壓桿截面積；壓桿截面積； f 材料抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；材料抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 是一個(gè)隨桿件長(zhǎng)細(xì)比是一個(gè)隨桿件長(zhǎng)細(xì)比增大而減小的強(qiáng)度折增大而減小的強(qiáng)度折 減系數(shù)減系數(shù)。 長(zhǎng)細(xì)比長(zhǎng)細(xì)比為構(gòu)件為構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算長(zhǎng)度H0與與回轉(zhuǎn)半徑回轉(zhuǎn)半徑 i 的比值的比值。即：即：

4、 = H0 / i 由力學(xué)知識(shí)：由力學(xué)知識(shí)：式中：式中： I 截面慣性矩；截面慣性矩； A 截面面積，常用環(huán)形、圓形、方形、截面面積，常用環(huán)形、圓形、方形、 工字形、角鋼和雙角鋼截面。工字形、角鋼和雙角鋼截面。 目前，我國(guó)已能生產(chǎn)目前，我國(guó)已能生產(chǎn)C80( (或或C100) )高強(qiáng)度商品混高強(qiáng)度商品混凝土凝土, , 輕質(zhì)高強(qiáng)度混凝土的研究更有著廣闊的前景。輕質(zhì)高強(qiáng)度混凝土的研究更有著廣闊的前景。A/ Iia)拉壓HHHH拉、壓、拉、壓、彎、剪、彎、剪、扭扭Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion 1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài)彎彎、剪、剪在彎矩在彎矩

5、M 作用下，截面正應(yīng)力的分布規(guī)律可表達(dá)為：作用下，截面正應(yīng)力的分布規(guī)律可表達(dá)為：= M y/ I 式中式中 M 截面上作用的彎矩；截面上作用的彎矩； I 截面慣性矩；截面慣性矩； y 所求應(yīng)力點(diǎn)離中和軸的距離。所求應(yīng)力點(diǎn)離中和軸的距離。彎、彎、剪剪剪應(yīng)力剪應(yīng)力沿截面高度的分布規(guī)律可表達(dá)為：沿截面高度的分布規(guī)律可表達(dá)為： =VS /（I b） 式中式中 V 截面剪力；截面剪力； I 截面慣性矩；截面慣性矩； b 截面寬度；截面寬度； S 所求應(yīng)力點(diǎn)以上部分截面的靜力矩。所求應(yīng)力點(diǎn)以上部分截面的靜力矩。無(wú)論從承載力或剛度考慮，適當(dāng)提高截面慣性矩是合理的。無(wú)論從承載力或剛度考慮，適當(dāng)提高截面慣性矩是

6、合理的。q拉、壓、拉、壓、彎、彎、剪、扭剪、扭Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion 1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài)混凝土后壓碎混凝土后壓碎縱筋先屈服縱筋先屈服適筋梁破壞適筋梁破壞混凝土橫向剝離混凝土橫向剝離1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài)剪壓破壞剪壓破壞拉、壓、拉、壓、彎、剪、彎、剪、扭扭Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion 2022-7-461.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) 砌體結(jié)構(gòu)和短柱在水平荷載作用下常常會(huì)發(fā)生剪切破壞。砌體結(jié)構(gòu)和短柱在水平荷載作用下常常會(huì)發(fā)生剪切破壞。下圖為下圖為2008年年“

7、5.12” 四川汶川地震后映秀鎮(zhèn)中學(xué)外墻的破壞四川汶川地震后映秀鎮(zhèn)中學(xué)外墻的破壞情況，窗間墻情況，窗間墻交叉裂縫為典型的剪切破壞裂縫交叉裂縫為典型的剪切破壞裂縫。1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài)扭扭 受扭時(shí)由截面上成對(duì)的剪應(yīng)力組成力偶來(lái)抵受扭時(shí)由截面上成對(duì)的剪應(yīng)力組成力偶來(lái)抵抗扭矩，截面邊緣剪應(yīng)力大，力臂也大；截面中抗扭矩，截面邊緣剪應(yīng)力大，力臂也大；截面中間部分應(yīng)力小，力臂也小。計(jì)算和試驗(yàn)研究表明，間部分應(yīng)力小，力臂也小。計(jì)算和試驗(yàn)研究表明，空心截面和外形相同實(shí)心截面的抗扭能力十分接空心截面和外形相同實(shí)心截面的抗扭能力十分接近近。 受扭構(gòu)件以環(huán)形截面為最佳，方形、箱形截受扭構(gòu)件以環(huán)形截面為最

8、佳，方形、箱形截面也較好。面也較好。例如，電桿，環(huán)形截面對(duì)抗扭是合理例如，電桿，環(huán)形截面對(duì)抗扭是合理的。常見(jiàn)的受扭構(gòu)件有：雨篷梁、陽(yáng)臺(tái)梁、框架的。常見(jiàn)的受扭構(gòu)件有：雨篷梁、陽(yáng)臺(tái)梁、框架邊梁、吊車(chē)梁等。邊梁、吊車(chē)梁等。 111-1拉、壓、彎、剪、拉、壓、彎、剪、扭扭Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion c)扭TMTM1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) 張拉索結(jié)構(gòu)張拉索結(jié)構(gòu) （1)1)軸心受拉軸心受拉構(gòu)件上構(gòu)件上每一點(diǎn)的材料的強(qiáng)度都被充分利用了每一點(diǎn)的材料的強(qiáng)度都被充分利用了，是最合理的受力狀態(tài)。尤其對(duì)使用高強(qiáng)鋼絲、鋼絲束、鋼絞線是最合理的受力狀態(tài)。尤其

9、對(duì)使用高強(qiáng)鋼絲、鋼絲束、鋼絞線、碳纖維等抗拉強(qiáng)度很高的材料特別合理。目前懸索結(jié)構(gòu)、懸、碳纖維等抗拉強(qiáng)度很高的材料特別合理。目前懸索結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)日益廣泛應(yīng)用，就是應(yīng)用了軸拉的合理受力狀態(tài)。掛結(jié)構(gòu)日益廣泛應(yīng)用，就是應(yīng)用了軸拉的合理受力狀態(tài)。上海南浦大橋上海南浦大橋1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) 張拉索結(jié)構(gòu)張拉索結(jié)構(gòu)上海南浦大橋（主跨上海南浦大橋（主跨423m）1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) 張拉索結(jié)構(gòu)張拉索結(jié)構(gòu)楊浦大橋楊浦大橋(主跨為主跨為 602 m ) 典型的斜拉索結(jié)構(gòu)典型的斜拉索結(jié)構(gòu)1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) 張拉索結(jié)構(gòu)張拉索結(jié)構(gòu)北京北京 英東游泳館斜拉索英東游泳館斜拉索1.1

10、基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) 拱拱 (2)(2)軸壓軸壓也是很好的受力狀態(tài)，尤其對(duì)像石材、混凝土、砌也是很好的受力狀態(tài)，尤其對(duì)像石材、混凝土、砌體等抗壓強(qiáng)度較高而抗拉很差的材料。這類(lèi)材料一般可就地取體等抗壓強(qiáng)度較高而抗拉很差的材料。這類(lèi)材料一般可就地取材，價(jià)格較低。例如我國(guó)南方有許多古代石拱橋，就充分利用材，價(jià)格較低。例如我國(guó)南方有許多古代石拱橋，就充分利用了石材抗壓的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理，造型美觀。了石材抗壓的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理，造型美觀。1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) 拱拱蘇州：寒山寺旁的石拱橋蘇州：寒山寺旁的石拱橋 下津橋下津橋石拱石拱1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) 拱拱北京北京 革命軍事

11、博物館革命軍事博物館鋼筋混凝土落地拱鋼筋混凝土落地拱1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) (3)(3)彎和剪彎和剪也是常見(jiàn)的受力狀態(tài)，但無(wú)論沿構(gòu)件縱向還是也是常見(jiàn)的受力狀態(tài)，但無(wú)論沿構(gòu)件縱向還是沿截面高度，材料強(qiáng)度的利用都不充分。但這種受力狀態(tài)在工沿截面高度，材料強(qiáng)度的利用都不充分。但這種受力狀態(tài)在工程中不可避免，選用合理的截面形式和結(jié)構(gòu)形式就很重要。熱程中不可避免，選用合理的截面形式和結(jié)構(gòu)形式就很重要。熱軋或焊接工字鋼作為受彎構(gòu)件時(shí)，較厚翼緣主要承受彎曲正應(yīng)軋或焊接工字鋼作為受彎構(gòu)件時(shí)，較厚翼緣主要承受彎曲正應(yīng)力，較薄的腹板主要承受剪應(yīng)力，與實(shí)體矩形截面相比，既節(jié)力，較薄的腹板主要承受剪應(yīng)力，與

12、實(shí)體矩形截面相比，既節(jié)省了材料，也減輕了自重。省了材料，也減輕了自重。 對(duì)于較大跨度的梁，對(duì)于較大跨度的梁，如果改用桁架，梁截面中如果改用桁架，梁截面中的彎矩和剪力便改變?yōu)殍斓膹澗睾图袅Ρ愀淖優(yōu)殍旒軛U件的拉、壓受力狀態(tài)架桿件的拉、壓受力狀態(tài),材料得以充分利用。桁架材料得以充分利用。桁架和梁相比，有效高度大，和梁相比，有效高度大，內(nèi)力小，自重將減輕許多內(nèi)力小，自重將減輕許多,因而也就可跨越更大的跨因而也就可跨越更大的跨度。度。222-21.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài)單向板肋梁樓蓋結(jié)構(gòu)單向板肋梁樓蓋結(jié)構(gòu)（彎剪構(gòu)件）（彎剪構(gòu)件）柱柱次梁次梁主梁主梁?jiǎn)蜗虬鍐蜗虬?.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) (4

13、)(4)扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)是對(duì)截面最不利的受力狀態(tài)，但工程中是對(duì)截面最不利的受力狀態(tài)，但工程中很難避免。如雨篷梁、框架邊梁、旋轉(zhuǎn)樓梯、吊車(chē)梁很難避免。如雨篷梁、框架邊梁、旋轉(zhuǎn)樓梯、吊車(chē)梁等，都存在較大的扭矩，設(shè)計(jì)中應(yīng)引起注意。等，都存在較大的扭矩，設(shè)計(jì)中應(yīng)引起注意。 除了選用合理的截面形式外，更應(yīng)注意合理的結(jié)除了選用合理的截面形式外，更應(yīng)注意合理的結(jié)構(gòu)布置，盡量減少構(gòu)件的扭矩。構(gòu)布置，盡量減少構(gòu)件的扭矩。2022-7-418 偏心輪壓和吊車(chē)橫向水平偏心輪壓和吊車(chē)橫向水平制動(dòng)力都會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)力都會(huì)產(chǎn)生扭矩扭矩 T制動(dòng)力制動(dòng)力輪壓輪壓 在靜定結(jié)構(gòu)中，扭矩是由荷載產(chǎn)生的，可根據(jù)平衡條件求在靜定結(jié)構(gòu)中，扭矩是由荷

14、載產(chǎn)生的，可根據(jù)平衡條件求得，稱(chēng)為得，稱(chēng)為平衡扭轉(zhuǎn)平衡扭轉(zhuǎn)（Equilibrium Torsion）。）。偏心輪偏心輪壓壓制動(dòng)力制動(dòng)力 螺旋樓梯中扭矩也較大螺旋樓梯中扭矩也較大1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài)2022-7-419框架結(jié)構(gòu)樓蓋框架結(jié)構(gòu)樓蓋 在超靜定結(jié)構(gòu)中扭矩是由于相鄰構(gòu)件的變形互相受到約束在超靜定結(jié)構(gòu)中扭矩是由于相鄰構(gòu)件的變形互相受到約束而產(chǎn)生的，稱(chēng)為而產(chǎn)生的，稱(chēng)為約束扭轉(zhuǎn)約束扭轉(zhuǎn)（Compatibility Torsion）。）。 例如：?jiǎn)蜗虬謇吡簶巧w中次梁的一端支承在邊梁上，次例如：?jiǎn)蜗虬謇吡簶巧w中次梁的一端支承在邊梁上，次梁在荷載下在支承處要發(fā)生轉(zhuǎn)角，梁在荷載下在支承處要發(fā)

15、生轉(zhuǎn)角，主次梁在節(jié)點(diǎn)處要變形協(xié)主次梁在節(jié)點(diǎn)處要變形協(xié)調(diào)，將迫使邊梁扭轉(zhuǎn)。調(diào)，將迫使邊梁扭轉(zhuǎn)。 邊梁中的扭矩值與節(jié)點(diǎn)處邊梁中的扭矩值與節(jié)點(diǎn)處邊梁的抗扭剛度邊梁的抗扭剛度及及次梁的抗彎剛次梁的抗彎剛度度的比值有關(guān)。邊梁的抗扭剛度越大，其扭矩也越大；當(dāng)邊梁的比值有關(guān)。邊梁的抗扭剛度越大，其扭矩也越大；當(dāng)邊梁的抗扭剛度為無(wú)窮大時(shí)，次梁相當(dāng)于嵌固在邊梁中，此時(shí)的扭的抗扭剛度為無(wú)窮大時(shí)，次梁相當(dāng)于嵌固在邊梁中，此時(shí)的扭矩達(dá)到最大值。次梁的抗彎剛度越大矩達(dá)到最大值。次梁的抗彎剛度越大,則在節(jié)點(diǎn)處的轉(zhuǎn)角越小，則在節(jié)點(diǎn)處的轉(zhuǎn)角越小，邊梁的扭矩也越小。邊梁的扭矩也越小。邊梁邊梁邊梁邊梁1.1 基本受力狀態(tài)基本受力

16、狀態(tài)1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(The Effects of Material on Structure )1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) (The Basic Mechanical States)1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(The Effects of Material on Structure )1.3 構(gòu)件尺度的概念構(gòu)件尺度的概念(The Concepts of Members Dimension )1.4 構(gòu)件受力后的變形構(gòu)件受力后的變形(The Deformations of Member after Loading )1.5 預(yù)應(yīng)力的概念預(yù)應(yīng)力的概念(

17、The Concepts of Pre-stress)1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 石板或素混石板或素混凝土梁凝土梁，由于其，由于其抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 ft 遠(yuǎn)小遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度于抗壓強(qiáng)度f(wàn)c，即即 ft fc ，當(dāng)，當(dāng)拉拉應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度時(shí)梁就開(kāi)裂破度時(shí)梁就開(kāi)裂破壞，壞，破壞由破壞由 ft 引引起。起。 木梁木梁，由于天然木，由于天然木材有彎曲，切割成矩形材有彎曲，切割成矩形木梁時(shí)木紋與梁軸不平木梁時(shí)木紋與梁軸不平行，而木材的橫紋抗拉行，而木材的橫紋抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于順紋抗拉強(qiáng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于順紋抗拉強(qiáng)度度, ,在主拉應(yīng)力作用下在主拉應(yīng)力作用下, ,當(dāng)當(dāng)主拉應(yīng)力大于木材橫主拉應(yīng)力

18、大于木材橫紋抗拉強(qiáng)度紋抗拉強(qiáng)度 ft tr 時(shí)，就時(shí)，就發(fā)生斜向撕裂發(fā)生斜向撕裂。 鋼管受彎鋼管受彎，鋼，鋼材的拉壓強(qiáng)度是相材的拉壓強(qiáng)度是相同的，即同的，即fy = f y，但由于受壓時(shí)可能但由于受壓時(shí)可能引起較薄的管壁局引起較薄的管壁局部失穩(wěn)，當(dāng)部失穩(wěn)，當(dāng)壓應(yīng)力壓應(yīng)力超過(guò)超過(guò)fy時(shí)受壓區(qū)時(shí)受壓區(qū)局部屈曲而早于受局部屈曲而早于受拉區(qū)破壞。拉區(qū)破壞。磚石鋼管木材（斜紋）ttfctftrtptf1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 (一一) 充分發(fā)揮材料特性充分發(fā)揮材料特性 砌砌體體MU10M5 混凝土混凝土C20C40 木材木材 鋼材鋼材強(qiáng)度強(qiáng)度 fc(N/mm2 )1.589.6 19.1

19、12210 1 000單位體積重單位體積重(kN/m3 )1924 578.5拉壓強(qiáng)度比拉壓強(qiáng)度比f(wàn)t / fc0.10.10.62 1 價(jià)價(jià) 格格低低低低高高高高適宜受力狀態(tài)適宜受力狀態(tài) 受受 壓壓 受受 壓壓彎、壓彎、壓拉、壓、彎拉、壓、彎常用建筑材料的一些基本特性指標(biāo)常用建筑材料的一些基本特性指標(biāo) 可見(jiàn)可見(jiàn), 砌體和混凝土價(jià)格相對(duì)較低砌體和混凝土價(jià)格相對(duì)較低, 是很好的抗壓材料是很好的抗壓材料, 但自重較大，不適但自重較大，不適宜建造高層和大跨結(jié)構(gòu)。我國(guó)古代受當(dāng)宜建造高層和大跨結(jié)構(gòu)。我國(guó)古代受當(dāng)時(shí)建筑材料所限，有不少用砌體建成的時(shí)建筑材料所限，有不少用砌體建成的高塔。高塔。西安大雁塔西安

20、大雁塔 建于公元建于公元 952 年，經(jīng)年，經(jīng)歷了一千多年的風(fēng)風(fēng)雨雨歷了一千多年的風(fēng)風(fēng)雨雨保留至今，反映了當(dāng)時(shí)我保留至今，反映了當(dāng)時(shí)我國(guó)砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平。國(guó)砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平。1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 (一一) 充分發(fā)揮材料特性充分發(fā)揮材料特性 大雁塔為砌體結(jié)構(gòu)，塔大雁塔為砌體結(jié)構(gòu)，塔身共七層，高身共七層，高 64 m，正方，正方形底層尺寸為形底層尺寸為25 m25 m, ,底層墻厚達(dá)底層墻厚達(dá) 9.15 m, ,中間只中間只剩剩6. 7 m見(jiàn)方的有效空間。見(jiàn)方的有效空間?？梢?jiàn)，從今天的眼光分析，可見(jiàn)，從今天的眼光分析，用砌體建造高塔顯然是不合用砌體建造高塔顯然是不合理的。理

21、的。1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 (一一) 充分發(fā)揮材料特性充分發(fā)揮材料特性 由于塔身巨大的由于塔身巨大的自重及當(dāng)?shù)卮罅砍槿∽灾丶爱?dāng)?shù)卮罅砍槿〉叵滤?，使下部地基地下水，使下部地基不堪重?fù)。據(jù)有關(guān)部不堪重負(fù)。據(jù)有關(guān)部門(mén)測(cè)定，自門(mén)測(cè)定，自19851985年年6 6月至月至1992年年10月，大月，大雁塔下沉達(dá)雁塔下沉達(dá)585 mm, ,塔頂傾斜已達(dá)塔頂傾斜已達(dá)1 005 mm。有關(guān)部門(mén)正密。有關(guān)部門(mén)正密切注意它的發(fā)展。切注意它的發(fā)展。 鋼材強(qiáng)度高，適合高層和大跨鋼材強(qiáng)度高，適合高層和大跨結(jié)構(gòu)。木材雖然也是很好的建筑材料，結(jié)構(gòu)。木材雖然也是很好的建筑材料，但易腐爛，怕火但易腐爛，怕火,

22、價(jià)格昂貴，為了保價(jià)格昂貴，為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，應(yīng)當(dāng)盡量減少木材的采護(hù)生態(tài)環(huán)境，應(yīng)當(dāng)盡量減少木材的采伐，木材目前主要用于高級(jí)裝修，已伐，木材目前主要用于高級(jí)裝修，已很少用作結(jié)構(gòu)構(gòu)件了。很少用作結(jié)構(gòu)構(gòu)件了。1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 (一一) 充分發(fā)揮材料特性充分發(fā)揮材料特性1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 (二二) 選用合理的截面形狀及結(jié)構(gòu)形式選用合理的截面形狀及結(jié)構(gòu)形式 用離心法用離心法生產(chǎn)的管柱作生產(chǎn)的管柱作電線桿，無(wú)論電線桿，無(wú)論抗彎、抗剪或抗彎、抗剪或抗扭都比較合抗扭都比較合理，光潔的表理，光潔的表面既美觀又耐面既美觀又耐久，基本上不久，基本上不用維護(hù)。用維護(hù)。 大一

23、些的構(gòu)件，例如拱形桁架，由于桁架外形與大一些的構(gòu)件，例如拱形桁架，由于桁架外形與彎矩圖相似，可使上、下弦桿內(nèi)力沿全長(zhǎng)幾乎處處相彎矩圖相似，可使上、下弦桿內(nèi)力沿全長(zhǎng)幾乎處處相同，使用等截面的弦桿比較經(jīng)濟(jì)合理，在滿跨荷載作同，使用等截面的弦桿比較經(jīng)濟(jì)合理，在滿跨荷載作用下腹桿內(nèi)力幾乎為零。用下腹桿內(nèi)力幾乎為零。222-21-1111.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 (二二) 選用合理的截面形狀及結(jié)構(gòu)形式選用合理的截面形狀及結(jié)構(gòu)形式 又如平行弦桁架中又如平行弦桁架中內(nèi)力最大的桿件是支座斜腹桿內(nèi)力最大的桿件是支座斜腹桿，若采用鋼結(jié)構(gòu)，則應(yīng)采用下斜式腹桿，此時(shí)支座斜腹若采用鋼結(jié)構(gòu)，則應(yīng)采用下斜式腹

24、桿，此時(shí)支座斜腹桿為拉桿桿為拉桿( (見(jiàn)下圖見(jiàn)下圖) )。 如果是鋼如果是鋼筋混凝土平行筋混凝土平行弦桁架，由于弦桁架，由于混凝土抗壓很混凝土抗壓很好，故應(yīng)采用好，故應(yīng)采用上斜式腹桿，上斜式腹桿，此時(shí)支座斜腹此時(shí)支座斜腹桿為壓桿。桿為壓桿。拉桿拉桿 這里只用簡(jiǎn)單的幾個(gè)例子說(shuō)明截這里只用簡(jiǎn)單的幾個(gè)例子說(shuō)明截面形狀和結(jié)構(gòu)形式的重要性，工程中面形狀和結(jié)構(gòu)形式的重要性，工程中的例子還很多很多，大家應(yīng)在日常生的例子還很多很多，大家應(yīng)在日常生活中注意觀察?；钪凶⒁庥^察。壓桿壓桿 1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 ( (三三) )采用組合結(jié)構(gòu)采用組合結(jié)構(gòu) ( (a) )鋼木桁架；鋼木桁架； ( (b

25、) )拉桿三角形拱屋架；拉桿三角形拱屋架； ( (c) )鋼梁、壓型鋼板和現(xiàn)澆鋼梁、壓型鋼板和現(xiàn)澆混凝土板組成的組合樓蓋；混凝土板組成的組合樓蓋； ( (d) )鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)； ( (e) )懸索結(jié)構(gòu)屋面與鋼筋混懸索結(jié)構(gòu)屋面與鋼筋混凝土邊拱凝土邊拱( (或框架或框架) )； ( (f) )其他組合結(jié)構(gòu)等。其他組合結(jié)構(gòu)等。鋼筋混凝土梁鋼拉桿木上弦鋼木屋架 鋼拉桿鋼拉桿帶拉桿的三角形拱栓釘壓型鋼板壓型鋼板工字鋼組合結(jié)構(gòu)樓板1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 ( (三三) )采用組合結(jié)構(gòu)采用組合結(jié)構(gòu) 以三鉸拱屋架為例，以三鉸拱屋架為例，上弦不僅是三鉸拱的壓桿，上弦不僅是三鉸拱

26、的壓桿，同時(shí)承受非節(jié)點(diǎn)作用的屋同時(shí)承受非節(jié)點(diǎn)作用的屋面荷載，因此，斜梁要承面荷載，因此，斜梁要承受較大的彎矩。受較大的彎矩。 如果如果在節(jié)點(diǎn)構(gòu)造上稍在節(jié)點(diǎn)構(gòu)造上稍作處理，做成偏心節(jié)點(diǎn)，作處理，做成偏心節(jié)點(diǎn)，則可大大減小跨中彎矩則可大大減小跨中彎矩( (如右圖所示如右圖所示) )，甚至可減，甚至可減小一半。這僅是一個(gè)小例小一半。這僅是一個(gè)小例子，可見(jiàn)在組合結(jié)構(gòu)方面子，可見(jiàn)在組合結(jié)構(gòu)方面還有許多潛力，有待深入還有許多潛力，有待深入研究。研究。qM0e0eM/2M/2R 結(jié)構(gòu)構(gòu)件間應(yīng)該怎樣結(jié)構(gòu)構(gòu)件間應(yīng)該怎樣合理結(jié)合？合理結(jié)合？偏心鉸偏心鉸1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 ( (四四) )利用

27、三向應(yīng)力狀態(tài)提高材料的強(qiáng)度和延性利用三向應(yīng)力狀態(tài)提高材料的強(qiáng)度和延性 (a)(a)網(wǎng)狀配筋砌體網(wǎng)狀配筋砌體; ; (b) (b)螺旋鋼箍柱螺旋鋼箍柱 ( Spiral Reinforced columns ) ; (c) (c)鋼管混凝土鋼管混凝土（Concrete-Filled Steel Tubular ); (d) (d)后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力筋錨頭附近，設(shè)橫向鋼預(yù)應(yīng)力筋錨頭附近，設(shè)橫向鋼筋網(wǎng)或螺旋鋼筋筋網(wǎng)或螺旋鋼筋; ; (e) (e)抗震結(jié)構(gòu)梁、柱節(jié)點(diǎn)附抗震結(jié)構(gòu)梁、柱節(jié)點(diǎn)附近要加密鋼箍。近要加密鋼箍。 應(yīng)當(dāng)指出，三向受壓應(yīng)當(dāng)指出，三向受壓狀態(tài)提高的是材料的抗壓

28、狀態(tài)提高的是材料的抗壓強(qiáng)度，因此，對(duì)偏心受壓強(qiáng)度，因此，對(duì)偏心受壓或長(zhǎng)細(xì)比較大構(gòu)件不適用，或長(zhǎng)細(xì)比較大構(gòu)件不適用，因?yàn)榇藭r(shí)構(gòu)件破壞往往是因?yàn)榇藭r(shí)構(gòu)件破壞往往是由穩(wěn)定或抗拉強(qiáng)度控制由穩(wěn)定或抗拉強(qiáng)度控制。 (a)網(wǎng)狀配筋砌體(b)螺旋箍筋柱(c)鋼管混凝土(d)提高預(yù)應(yīng)力筋錨頭下的局壓強(qiáng)度鋼管混凝土 混凝土受壓破壞是由于受壓時(shí)的橫向混凝土受壓破壞是由于受壓時(shí)的橫向變形超過(guò)了材料的拉伸極限變形而引起的變形超過(guò)了材料的拉伸極限變形而引起的破壞。如果對(duì)橫向變形提供一些約束，將破壞。如果對(duì)橫向變形提供一些約束，將大大提高材料的抗壓強(qiáng)度。材料在三向受大大提高材料的抗壓強(qiáng)度。材料在三向受壓狀態(tài)下不僅強(qiáng)度提高，

29、而且其抵抗變形壓狀態(tài)下不僅強(qiáng)度提高，而且其抵抗變形的能力也大大提高，利用這種特性可大大的能力也大大提高，利用這種特性可大大改善結(jié)構(gòu)的承載能力改善結(jié)構(gòu)的承載能力（Carrying capacity）和提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性和提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性(Ductility ) )。鋼管混凝土鋼管混凝土受壓試件受壓試件破壞形態(tài)破壞形態(tài) 雖然鋼管局雖然鋼管局部變形很大，剖部變形很大，剖開(kāi)鋼管可以看到開(kāi)鋼管可以看到內(nèi)部混凝土基本內(nèi)部混凝土基本沒(méi)有破碎，可見(jiàn)沒(méi)有破碎，可見(jiàn)三向應(yīng)力狀態(tài)下三向應(yīng)力狀態(tài)下混凝土材料的延混凝土材料的延性大大提高性大大提高。1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 ( (四四) )利用三向應(yīng)力

30、狀態(tài)提高材料的強(qiáng)度和延性利用三向應(yīng)力狀態(tài)提高材料的強(qiáng)度和延性1.3 1.3 關(guān)于構(gòu)件尺度的概念關(guān)于構(gòu)件尺度的概念(The Concepts of Members Dimension )1.1 1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) (The Basic Mechanical States)1.2 1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(The Effects of Material on Structure )1.3 1.3 構(gòu)件尺度的概念構(gòu)件尺度的概念(The Concepts of Members Dimension )1.4 1.4 構(gòu)件受力后的變形構(gòu)件受力后的變形(The Deformat

31、ions of Member after Loading )1.5 1.5 預(yù)應(yīng)力的概念預(yù)應(yīng)力的概念(The Concepts of Pre-stress )1.3 1.3 構(gòu)件尺度的概念構(gòu)件尺度的概念微縮景觀微縮景觀 先舉一個(gè)日常生活中的例子。請(qǐng)問(wèn)，如果把麻雀放先舉一個(gè)日常生活中的例子。請(qǐng)問(wèn)，如果把麻雀放大到大象那么大，它還能飛起來(lái)嗎？大到大象那么大，它還能飛起來(lái)嗎？ 很明顯，答案是否定的。很明顯，答案是否定的。因?yàn)殡S著尺度增加，麻雀因?yàn)殡S著尺度增加，麻雀的體重的體重( (或體積或體積) )將隨尺度的三次方增加，而麻雀賴(lài)以起將隨尺度的三次方增加，而麻雀賴(lài)以起飛的翅膀面積只隨尺度的平方增加飛的

32、翅膀面積只隨尺度的平方增加。自重增加遠(yuǎn)比翅膀。自重增加遠(yuǎn)比翅膀面積增加快得多，增大后的麻雀肯定飛不起來(lái)。也許這面積增加快得多，增大后的麻雀肯定飛不起來(lái)。也許這個(gè)例子能加深大家對(duì)結(jié)構(gòu)尺度影響的概念。個(gè)例子能加深大家對(duì)結(jié)構(gòu)尺度影響的概念。巨型景觀巨型景觀 如果想把實(shí)際工如果想把實(shí)際工程按比例放大，建一個(gè)程按比例放大，建一個(gè)“巨型景觀巨型景觀” ，行嗎？，行嗎？1.3 1.3 構(gòu)件尺度的概念構(gòu)件尺度的概念 我們?cè)賮?lái)分析簡(jiǎn)支梁在自重作用下的情況。我們?cè)賮?lái)分析簡(jiǎn)支梁在自重作用下的情況。將此梁放大十倍，再比較一下這兩根梁的內(nèi)力和將此梁放大十倍，再比較一下這兩根梁的內(nèi)力和變形。現(xiàn)以下角標(biāo)變形?，F(xiàn)以下角標(biāo)1

33、1和和1010分別表示原簡(jiǎn)支梁和放大分別表示原簡(jiǎn)支梁和放大十倍后的簡(jiǎn)支梁。十倍后的簡(jiǎn)支梁。Lbh 結(jié)構(gòu)尺度的影響1.3 1.3 構(gòu)件尺度的概念構(gòu)件尺度的概念 現(xiàn)分別以下角標(biāo)現(xiàn)分別以下角標(biāo)1 1和和1010代表原梁和放大代表原梁和放大1010倍后的梁倍后的梁矩形截面梁矩形截面梁 b10=10b1； h10=10h1 ； L10=10L1自重線荷載自重線荷載 g10 =b h=100g1最大剪力最大剪力 V10=g L/2 =1000V1最大彎矩最大彎矩 M10=gL2/8 =10 000M1截面抵抗矩截面抵抗矩 W10=bh2/6 =1 000 W1鋼筋混凝土梁抗彎、抗剪承載力鋼筋混凝土梁抗彎、

34、抗剪承載力由鋼筋控制由鋼筋控制 M10 = As fy ( h0- 0.5x) = 1 000M1由混凝土控制由混凝土控制 M10 = bxb fc ( h0-0.5xb) = 1 000M1最大抗剪力最大抗剪力 V10max= 0.25 b10 h10 = 100V1max 撓度撓度 跨中撓度跨中撓度 f10 = 5g L4/（384EI）=100 f1 截 面截 面剪 力 增 大剪 力 增 大到到10001000倍，倍，而 抗 剪 能而 抗 剪 能力 只 增 大力 只 增 大為為100100倍；倍；截 面 彎 矩截 面 彎 矩增大增大1000010000倍 ， 而 抗倍 ， 而 抗彎 承

35、載 力彎 承 載 力只增大只增大10001000倍，倍，這 意 味 著這 意 味 著必 須 將 材必 須 將 材料 強(qiáng) 度 提料 強(qiáng) 度 提高高1010倍，倍，才 能 滿 足才 能 滿 足承 載 力 要承 載 力 要求。求。 但 要但 要將 材 料 強(qiáng)將 材 料 強(qiáng)度 提 高 十度 提 高 十倍 談 何 容倍 談 何 容易 ！ 如 果易 ！ 如 果不 改 變 材不 改 變 材料 品 種 ，料 品 種 ，簡(jiǎn) 直 是 不簡(jiǎn) 直 是 不可能的?？赡艿?。 另外，另外，撓 度 方 面撓 度 方 面矛 盾 更 為矛 盾 更 為突 出 ， 若突 出 ， 若梁 放 大 十梁 放 大 十倍 ， 撓 度倍 ， 撓

36、 度將 達(dá) 一 百將 達(dá) 一 百倍 ， 剛 度倍 ， 剛 度將 明 顯 不將 明 顯 不夠。夠。 可見(jiàn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中截面高度的選擇可見(jiàn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中截面高度的選擇必須考慮結(jié)構(gòu)尺度的影響，對(duì)于跨度較大必須考慮結(jié)構(gòu)尺度的影響，對(duì)于跨度較大的梁截面應(yīng)偏高一些。的梁截面應(yīng)偏高一些。 教材或規(guī)范上建議的梁高和梁跨比例教材或規(guī)范上建議的梁高和梁跨比例只在常用的跨度范圍內(nèi)才適用，超過(guò)這個(gè)只在常用的跨度范圍內(nèi)才適用，超過(guò)這個(gè)范圍就不對(duì)了。范圍就不對(duì)了。1.3 1.3 構(gòu)件尺度的概念構(gòu)件尺度的概念 本例說(shuō)明結(jié)構(gòu)自重的本例說(shuō)明結(jié)構(gòu)自重的影響很大，尤其對(duì)大跨度影響很大，尤其對(duì)大跨度或高層結(jié)構(gòu)，減輕自重有或高層結(jié)構(gòu)，

37、減輕自重有著特別重要的意義。砌體著特別重要的意義。砌體結(jié)構(gòu)自重太大，不適宜建結(jié)構(gòu)自重太大，不適宜建造高層建筑。造高層建筑。 結(jié)構(gòu)尺度的變化將改結(jié)構(gòu)尺度的變化將改變結(jié)構(gòu)內(nèi)部作用效應(yīng)變結(jié)構(gòu)內(nèi)部作用效應(yīng)S和抗和抗力力R的比例，從而可能改的比例，從而可能改變結(jié)構(gòu)變結(jié)構(gòu)SR的受力狀態(tài)。的受力狀態(tài)。這一點(diǎn)設(shè)計(jì)者必須注意。這一點(diǎn)設(shè)計(jì)者必須注意。 美國(guó)芝加哥美國(guó)芝加哥Monadnock Building，高，高16 層，層，建于建于1891 年，雖用高強(qiáng)缸磚砌體，底層墻厚也達(dá)年，雖用高強(qiáng)缸磚砌體，底層墻厚也達(dá)1.83 m。 隨著結(jié)構(gòu)尺度的變化，隨著結(jié)構(gòu)尺度的變化，重要的是選擇合適的建筑重要的是選擇合適的建筑材

38、料和合理的結(jié)構(gòu)形式。材料和合理的結(jié)構(gòu)形式。1.4 構(gòu)件受力后的變形構(gòu)件受力后的變形(The Deformations of a Member after Loading )1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) (The Basic Mechanical States)1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(The Effects of Material on Structure )1.3 構(gòu)件尺度的概念構(gòu)件尺度的概念(The Concepts of Members Dimension )1.4 構(gòu)件受力后的變形構(gòu)件受力后的變形(The Deformations of a Member after

39、 Loading )1.5 預(yù)應(yīng)力的概念預(yù)應(yīng)力的概念(The Concepts of Pre-stress)1.4 構(gòu)件受力后的變形構(gòu)件受力后的變形 正確估計(jì)和判斷構(gòu)件受力后的變形曲線，對(duì)估算和分析結(jié)構(gòu)正確估計(jì)和判斷構(gòu)件受力后的變形曲線，對(duì)估算和分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力十分重要。內(nèi)力十分重要。 對(duì)一般直桿，對(duì)一般直桿，若忽略若忽略N 和和V 的影響，則的影響，則 M / / EI = 1 1/ /= d2y / / dx2 雙鉸拱雙鉸拱受荷后拱的受荷后拱的中曲率變小，拱腳上部中曲率變小，拱腳上部曲率變大?？梢?jiàn)曲率變大?？梢?jiàn), ,此拱此拱跨中承受正彎矩跨中承受正彎矩, ,兩側(cè)兩側(cè)拱腳上部承受負(fù)彎矩。拱腳上部

40、承受負(fù)彎矩。 雙鉸拱雙鉸拱左半跨受左半跨受荷后左半跨承受正彎矩，荷后左半跨承受正彎矩，右半跨度承受負(fù)彎矩。右半跨度承受負(fù)彎矩。 無(wú)鉸拱無(wú)鉸拱在全跨及半在全跨及半跨均布荷載下的變形曲跨均布荷載下的變形曲線 （ 左 ） 及 彎 矩 圖線 （ 左 ） 及 彎 矩 圖（右）。細(xì)心對(duì)比后就（右）。細(xì)心對(duì)比后就會(huì)對(duì)曲率與彎矩的對(duì)應(yīng)會(huì)對(duì)曲率與彎矩的對(duì)應(yīng)關(guān)系有所理解。關(guān)系有所理解。yMyMyMMyqqq 雖然在此例中彎矩雖然在此例中彎矩M、曲、曲率率1/的變化與變形的變化與變形y很相似，但很相似，但應(yīng)當(dāng)指出，上式中彎矩應(yīng)當(dāng)指出，上式中彎矩M應(yīng)與曲應(yīng)與曲率增量率增量( 1/-1/0）的變化相似，的變化相似，即與

41、變形即與變形y 的二次導(dǎo)數(shù)相似，而的二次導(dǎo)數(shù)相似，而不是與變形不是與變形y 相似。相似。1.4 構(gòu)件受力后的變形構(gòu)件受力后的變形 構(gòu)件受力后的變形曲線一般有以下規(guī)律：構(gòu)件受力后的變形曲線一般有以下規(guī)律： (1)(1)彎矩彎矩M 與曲率半徑與曲率半徑 成反比，與曲率成反比，與曲率1/1/ 成正比，在變形曲線反彎點(diǎn)處成正比，在變形曲線反彎點(diǎn)處M = 0 = 0 ； (2)(2)在固定端在固定端( (嵌固端嵌固端) )處變形曲線與原構(gòu)件軸處變形曲線與原構(gòu)件軸線相切；線相切； (3)(3)在連續(xù)梁的中間支座處，支座兩側(cè)變形曲在連續(xù)梁的中間支座處，支座兩側(cè)變形曲線的切線相同；線的切線相同； (4)(4)

42、在框架的剛節(jié)點(diǎn)處，變形后節(jié)點(diǎn)可以沿外在框架的剛節(jié)點(diǎn)處，變形后節(jié)點(diǎn)可以沿外荷載方向轉(zhuǎn)動(dòng)，但與節(jié)點(diǎn)相連各桿件間的夾角不荷載方向轉(zhuǎn)動(dòng)，但與節(jié)點(diǎn)相連各桿件間的夾角不變；變； (5)(5)直接承受外荷的構(gòu)件變形較大，通過(guò)節(jié)點(diǎn)直接承受外荷的構(gòu)件變形較大，通過(guò)節(jié)點(diǎn)或支座傳給相鄰跨或上、下構(gòu)件后，離荷載越遠(yuǎn)，或支座傳給相鄰跨或上、下構(gòu)件后，離荷載越遠(yuǎn)，則變形越小，內(nèi)力也越小。則變形越小，內(nèi)力也越小。 快速繪出結(jié)構(gòu)受力后的變形曲線快速繪出結(jié)構(gòu)受力后的變形曲線,可大致估計(jì)結(jié)構(gòu)受力后曲率和彎矩的可大致估計(jì)結(jié)構(gòu)受力后曲率和彎矩的變化規(guī)律，快速判斷結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面變化規(guī)律，快速判斷結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面上哪一側(cè)受拉，哪一側(cè)受壓上

43、哪一側(cè)受拉，哪一側(cè)受壓;也可用來(lái)也可用來(lái)快速判斷設(shè)計(jì)圖紙上的鋼筋布置是否快速判斷設(shè)計(jì)圖紙上的鋼筋布置是否正確正確,這對(duì)工程技術(shù)人員是很重要的。這對(duì)工程技術(shù)人員是很重要的。1.5 1.5 預(yù)應(yīng)力的概念預(yù)應(yīng)力的概念(The Concepts of Pre-stress)Som1.1 1.1 基本受力狀態(tài)基本受力狀態(tài) (The Basic Mechanical States)1.2 1.2 材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(The Effects of Material on Structure )1.3 1.3 構(gòu)件尺度的概念構(gòu)件尺度的概念(The Concepts of Members Dime

44、nsion )1.4 1.4 構(gòu)件受力后的變形構(gòu)件受力后的變形 (The Deformations of Member after Loading )1.5 1.5 預(yù)應(yīng)力的概念預(yù)應(yīng)力的概念(The Concepts of Pre-stress)2022-7-441+= 預(yù)應(yīng)力是指在構(gòu)件尚未作用外荷載前，預(yù)先對(duì)結(jié)構(gòu)施加的預(yù)應(yīng)力是指在構(gòu)件尚未作用外荷載前，預(yù)先對(duì)結(jié)構(gòu)施加的應(yīng)力應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力一般與荷載引起的應(yīng)力相反。日常生活中應(yīng)用預(yù)。預(yù)應(yīng)力一般與荷載引起的應(yīng)力相反。日常生活中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力的例子很多。應(yīng)力的例子很多。 木木 盆盆 ( (木木 桶桶) ) 用環(huán)箍對(duì)木片施加預(yù)壓應(yīng)用環(huán)箍對(duì)木片施加預(yù)壓應(yīng)力，以

45、抵消水產(chǎn)生的拉應(yīng)力。力，以抵消水產(chǎn)生的拉應(yīng)力。搬搬 書(shū)書(shū) 用手施加預(yù)壓應(yīng)力，以抵用手施加預(yù)壓應(yīng)力，以抵消書(shū)自重產(chǎn)生的彎曲拉應(yīng)力。消書(shū)自重產(chǎn)生的彎曲拉應(yīng)力。 1.5 預(yù)應(yīng)力的概念預(yù)應(yīng)力的概念1.5 預(yù)應(yīng)力的概念預(yù)應(yīng)力的概念 (1)(1)用預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)混凝土構(gòu)件施加預(yù)壓應(yīng)力用預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)混凝土構(gòu)件施加預(yù)壓應(yīng)力 預(yù)應(yīng)力預(yù)應(yīng)力 混凝土梁混凝土梁 在 荷 載在 荷 載作用下產(chǎn)生作用下產(chǎn)生拉應(yīng)力的地拉應(yīng)力的地方，預(yù)先用方，預(yù)先用預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)它施加壓對(duì)它施加壓應(yīng)力，來(lái)應(yīng)力，來(lái)部部分或全部抵分或全部抵消荷載產(chǎn)生消荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力的拉應(yīng)力。 施加預(yù)應(yīng)力施加預(yù)應(yīng)力可提高混凝土可提高混凝土構(gòu)件的抗裂性；構(gòu)

46、件的抗裂性；利用預(yù)應(yīng)力產(chǎn)利用預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的生的反拱抵消恒反拱抵消恒載引起的撓度載引起的撓度；更充分地利用更充分地利用高強(qiáng)鋼材的抗拉高強(qiáng)鋼材的抗拉性能和高強(qiáng)混凝性能和高強(qiáng)混凝土的抗壓性能；土的抗壓性能；可減小截面尺可減小截面尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自寸，減輕結(jié)構(gòu)自重，以便應(yīng)用到重，以便應(yīng)用到大跨和高層中。大跨和高層中。q0fwpff開(kāi)裂很小或不開(kāi)裂0pfff1.5 預(yù)應(yīng)力的概念預(yù)應(yīng)力的概念 ( (2) )不用預(yù)應(yīng)力鋼筋也可對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力不用預(yù)應(yīng)力鋼筋也可對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力預(yù)彎型鋼組合梁預(yù)彎型鋼組合梁 v預(yù)制起拱的焊接工預(yù)制起拱的焊接工字梁字梁;v對(duì)工字梁加載，使對(duì)工字梁加載，使鋼梁變直鋼梁變直, 再澆筑部再

47、澆筑部分混凝土；分混凝土；v待混凝土達(dá)到一定待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，卸下荷載，強(qiáng)度后，卸下荷載，利用工字梁反彈，對(duì)利用工字梁反彈，對(duì)混凝土施加預(yù)應(yīng)力；混凝土施加預(yù)應(yīng)力；v澆混凝土疊合層，澆混凝土疊合層，形成疊合梁；形成疊合梁；v施加使用荷載。施加使用荷載。 目前這種預(yù)彎型目前這種預(yù)彎型鋼組合簡(jiǎn)支梁的跨度鋼組合簡(jiǎn)支梁的跨度已達(dá)已達(dá)40 m 。若應(yīng)用二。若應(yīng)用二次澆筑，形成預(yù)彎型次澆筑，形成預(yù)彎型鋼組合鋼組合連續(xù)梁連續(xù)梁，更能，更能充分發(fā)揮這種結(jié)構(gòu)的充分發(fā)揮這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，最大跨度可優(yōu)越性，最大跨度可達(dá)達(dá)80 m 。 這種新型預(yù)應(yīng)力這種新型預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)自重輕、承自重輕、承載力高、撓度小

48、、結(jié)載力高、撓度小、結(jié)構(gòu)高度小，又易于施構(gòu)高度小，又易于施工，在城市立交橋中工，在城市立交橋中有很好的應(yīng)用前景。有很好的應(yīng)用前景。p1.5 預(yù)應(yīng)力的概念預(yù)應(yīng)力的概念 (2)(2)不用預(yù)應(yīng)力鋼筋也可對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力不用預(yù)應(yīng)力鋼筋也可對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力 設(shè)想在兩山之間要建一座無(wú)筋混凝土橋：設(shè)想在兩山之間要建一座無(wú)筋混凝土橋：搭臨時(shí)支架，鋪預(yù)制混凝土塊；搭臨時(shí)支架，鋪預(yù)制混凝土塊；用一排千斤頂對(duì)預(yù)制混凝土塊施加預(yù)應(yīng)力；用一排千斤頂對(duì)預(yù)制混凝土塊施加預(yù)應(yīng)力；在千斤頂之間澆筑混凝土；在千斤頂之間澆筑混凝土；達(dá)到必要的強(qiáng)度后卸下千斤頂；達(dá)到必要的強(qiáng)度后卸下千斤頂；在原千斤頂所占位置再補(bǔ)澆混凝土；在原千斤頂所

49、占位置再補(bǔ)澆混凝土；拆下臨時(shí)支架，一座不用預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力橋梁拆下臨時(shí)支架，一座不用預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力橋梁就建成了。就建成了。( (這和這和用手搬書(shū)的道理是一樣的手搬書(shū)的道理是一樣的) )2022-7-445 對(duì)一塊薄板施加預(yù)應(yīng)力會(huì)不會(huì)使薄板失穩(wěn)呢對(duì)一塊薄板施加預(yù)應(yīng)力會(huì)不會(huì)使薄板失穩(wěn)呢? 當(dāng)壓桿有當(dāng)壓桿有偶然偶然偏心或偏心或偶然偶然側(cè)向力作用而彎曲后，附加的力側(cè)向力作用而彎曲后，附加的力矩可能使構(gòu)件越來(lái)越彎曲，甚至導(dǎo)致破壞，這就是失穩(wěn)。軸向矩可能使構(gòu)件越來(lái)越彎曲，甚至導(dǎo)致破壞，這就是失穩(wěn)。軸向力作用下的薄板或長(zhǎng)細(xì)桿件有可能發(fā)生失穩(wěn)。力作用下的薄板或長(zhǎng)細(xì)桿件有可能發(fā)生失穩(wěn)。 1.5 預(yù)應(yīng)力的概

50、念預(yù)應(yīng)力的概念 (3)(3)預(yù)應(yīng)力是一個(gè)內(nèi)力預(yù)應(yīng)力是一個(gè)內(nèi)力 預(yù)應(yīng)力是一個(gè)內(nèi)力，預(yù)應(yīng)力是一個(gè)內(nèi)力，當(dāng)一塊預(yù)應(yīng)力薄板發(fā)生偶然當(dāng)一塊預(yù)應(yīng)力薄板發(fā)生偶然彎曲后，預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的附加力矩以及彎曲后的預(yù)應(yīng)力彎曲后，預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的附加力矩以及彎曲后的預(yù)應(yīng)力筋對(duì)混凝土板的側(cè)壓力與偶然彎曲方向相反，將使構(gòu)筋對(duì)混凝土板的側(cè)壓力與偶然彎曲方向相反，將使構(gòu)件變直。可見(jiàn)，件變直。可見(jiàn)，預(yù)應(yīng)力不但不會(huì)使壓桿失穩(wěn)，而且會(huì)預(yù)應(yīng)力不但不會(huì)使壓桿失穩(wěn)，而且會(huì)使壓桿更加穩(wěn)定使壓桿更加穩(wěn)定。這就不難理解為什么有時(shí)我們會(huì)對(duì)。這就不難理解為什么有時(shí)我們會(huì)對(duì)預(yù)制長(zhǎng)柱、長(zhǎng)樁施加預(yù)應(yīng)力了。預(yù)制長(zhǎng)柱、長(zhǎng)樁施加預(yù)應(yīng)力了。桿件截面中心桿件截面中心1.5

51、 預(yù)應(yīng)力的概念預(yù)應(yīng)力的概念 （4 4）預(yù)應(yīng)力的其他應(yīng)用）預(yù)應(yīng)力的其他應(yīng)用 預(yù)應(yīng)力的概念還有更普遍的意義。上面提到預(yù)應(yīng)力可使不預(yù)應(yīng)力的概念還有更普遍的意義。上面提到預(yù)應(yīng)力可使不能受拉的木盆拼縫能受拉的木盆拼縫“受拉受拉”，同樣也可使抗拉強(qiáng)度很低的混凝，同樣也可使抗拉強(qiáng)度很低的混凝土變得似乎可以承受很大的土變得似乎可以承受很大的“拉應(yīng)力拉應(yīng)力”。事實(shí)上，。事實(shí)上，預(yù)應(yīng)力只預(yù)應(yīng)力只是把受拉的過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)壓應(yīng)力減少的過(guò)程是把受拉的過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)壓應(yīng)力減少的過(guò)程。 根據(jù)同樣的原理，也可施加預(yù)拉應(yīng)力，使不能受壓的材料根據(jù)同樣的原理，也可施加預(yù)拉應(yīng)力，使不能受壓的材料變得似乎可以受壓。氣球薄膜本不能受壓，若充

52、氣打壓先使薄變得似乎可以受壓。氣球薄膜本不能受壓，若充氣打壓先使薄膜承受拉應(yīng)力，只要預(yù)拉應(yīng)力足夠大，超過(guò)荷載作用下薄膜的膜承受拉應(yīng)力，只要預(yù)拉應(yīng)力足夠大，超過(guò)荷載作用下薄膜的壓應(yīng)力，則此結(jié)構(gòu)就可以承受荷載。壓應(yīng)力，則此結(jié)構(gòu)就可以承受荷載。 應(yīng)用此應(yīng)用此原理可以建原理可以建造各式充氣造各式充氣結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。1.5 預(yù)應(yīng)力的概念預(yù)應(yīng)力的概念 充氣結(jié)構(gòu)充氣結(jié)構(gòu)(Balloon Structure ) 氣承式充氣結(jié)構(gòu)，氣壓較低。取出頂部氣承式充氣結(jié)構(gòu)，氣壓較低。取出頂部1m1m2 2的屋面來(lái)分析，薄膜材料一的屋面來(lái)分析，薄膜材料一般自重不會(huì)超過(guò)般自重不會(huì)超過(guò)q =100 N/m2 ，只要內(nèi)部氣壓，只要內(nèi)部氣壓pq ，就可將薄膜托起。大，就可將薄膜托起。大家知道，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)約家