第1章一些重要的結(jié)構(gòu)概念

1.1基本受力狀態(tài)(TheBasicMechanicalStates)第1章一些重要的結(jié)構(gòu)概念(SomeImportantConceptsofStructure)

1.1基本受力狀態(tài)(TheBasicMechanicalStates)1.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(TheEffectsofMaterialonStructure)1.3構(gòu)件尺度的概念(TheConceptsofMembers’Dimension)1.4構(gòu)件受力后的變形(TheDeformationsofMemberafterLoading)1.5預(yù)應(yīng)力的概念(TheConceptsofPre-stress)2/2/20231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)為應(yīng)力σ=N/A≤f

式中：N——軸力設(shè)計(jì)值；f——材料抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

A——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)1860N/mm2，一根7φ5鋼絞線的截面積為139mm2，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)3700N/mm2，重量比鋼材輕得多。1.1基本受力狀態(tài)拉、壓、彎、剪、扭Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion軸心受壓抗壓承載力N可表達(dá)為

N=φA

f

式中：

N——壓桿的壓力設(shè)計(jì)值；

A——壓桿截面積；

f——材料抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

φ——是一個(gè)隨桿件長(zhǎng)細(xì)比λ增大而減小的強(qiáng)度折減系數(shù)。

長(zhǎng)細(xì)比λ為構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度H0與回轉(zhuǎn)半徑i的比值。即：

λ=H0

/i由力學(xué)知識(shí)：式中：I

——截面慣性矩；

A——截面面積，常用環(huán)形、圓形、方形、工字形、角鋼和雙角鋼截面。目前，我國(guó)已能生產(chǎn)C80(或C100)高強(qiáng)度商品混凝土,輕質(zhì)高強(qiáng)度混凝土的研究更有著廣闊的前景。a)拉壓HHHH2/2/20232拉、壓、彎、剪、扭Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion

1.1基本受力狀態(tài)彎、剪在彎矩M作用下，截面正應(yīng)力的分布規(guī)律可表達(dá)為：σ=My/I

式中M

——截面上作用的彎矩；

I——截面慣性矩；

y——所求應(yīng)力點(diǎn)離中和軸的距離。彎、剪剪應(yīng)力τ沿截面高度的分布規(guī)律可表達(dá)為：

τ=VS/（Ib）

式中V

——截面剪力；

I

——截面慣性矩；

b——截面寬度；

S——所求應(yīng)力點(diǎn)以上部分截面的靜力矩。無論從承載力或剛度考慮，適當(dāng)提高截面慣性矩是合理的。q2/2/20233拉、壓、彎、剪、扭Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion1.1基本受力狀態(tài)混凝土后壓碎縱筋先屈服適筋梁破壞混凝土橫向剝離2/2/202341.1基本受力狀態(tài)剪壓破壞拉、壓、彎、剪、扭Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion

2/2/202351.1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。下圖為2008年“5.12”四川汶川地震后映秀鎮(zhèn)中學(xué)外墻的破壞情況，窗間墻交叉裂縫為典型的剪切破壞裂縫。2/2/202361.1基本受力狀態(tài)扭

受扭時(shí)由截面上成對(duì)的剪應(yīng)力組成力偶來抵抗扭矩，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，空心截面和外形相同實(shí)心截面的抗扭能力十分接近。受扭構(gòu)件以環(huán)形截面為最佳，方形、箱形截面也較好。例如，電桿，環(huán)形截面對(duì)抗扭是合理的。常見的受扭構(gòu)件有：雨篷梁、陽臺(tái)梁、框架邊梁、吊車梁等。

111-1拉、壓、彎、剪、扭Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion

c)扭2/2/202371.1基本受力狀態(tài)張拉索結(jié)構(gòu)

（1)軸心受拉構(gòu)件上每一點(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、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)。上海南浦大橋2/2/202381.1基本受力狀態(tài)張拉索結(jié)構(gòu)上海南浦大橋（主跨423m）2/2/202391.1基本受力狀態(tài)張拉索結(jié)構(gòu)楊浦大橋(主跨為602

m)典型的斜拉索結(jié)構(gòu)2/2/2023101.1基本受力狀態(tài)張拉索結(jié)構(gòu)北京

英東游泳館斜拉索2/2/2023111.1基本受力狀態(tài)拱

(2)軸壓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，就充分利用了石材抗壓的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理，造型美觀。2/2/2023121.1基本受力狀態(tài)拱蘇州：寒山寺旁的石拱橋——下津橋石拱2/2/2023131.1基本受力狀態(tài)拱北京革命軍事博物館鋼筋混凝土落地拱2/2/2023141.1基本受力狀態(tài)

(3)彎和剪也是常見的受力狀態(tài)，但無論沿構(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)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)省了材料，也減輕了自重。

對(duì)于較大跨度的梁，如果改用桁架，梁截面中的彎矩和剪力便改變?yōu)殍旒軛U件的拉、壓受力狀態(tài),材料得以充分利用。桁架和梁相比，有效高度大，內(nèi)力小，自重將減輕許多,因而也就可跨越更大的跨度。222-22/2/2023151.1基本受力狀態(tài)單向板肋梁樓蓋結(jié)構(gòu)（彎剪構(gòu)件）柱次梁主梁?jiǎn)蜗虬?/2/2023161.1基本受力狀態(tài)

(4)扭轉(zhuǎn)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、吊車梁等，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)構(gòu)布置，盡量減少構(gòu)件的扭矩。2/2/202317

偏心輪壓和吊車橫向水平制動(dòng)力都會(huì)產(chǎn)生扭矩T制動(dòng)力輪壓

在靜定結(jié)構(gòu)中，扭矩是由荷載產(chǎn)生的，可根據(jù)平衡條件求得，稱為平衡扭轉(zhuǎn)（EquilibriumTorsion）。偏心輪壓制動(dòng)力

螺旋樓梯中扭矩也較大1.1基本受力狀態(tài)2/2/202318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而產(chǎn)生的，稱為約束扭轉(zhuǎn)（CompatibilityTorsion）。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，主次梁在節(jié)點(diǎn)處要變形協(xié)調(diào)，將迫使邊梁扭轉(zhuǎn)。

邊梁中的扭矩值與節(jié)點(diǎn)處邊梁的抗扭剛度及次梁的抗彎剛度的比值有關(guān)。邊梁的抗扭剛度越大，其扭矩也越大；當(dāng)邊梁的抗扭剛度為無窮大時(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,則在節(jié)點(diǎn)處的轉(zhuǎn)角越小，邊梁的扭矩也越小。邊梁邊梁1.1基本受力狀態(tài)2/2/2023191.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(TheEffectsofMaterialonStructure)第1章一些重要的結(jié)構(gòu)概念(SomeImportantConceptsofStructure)

1.1基本受力狀態(tài)(TheBasicMechanicalStates)1.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(TheEffectsofMaterialonStructure)1.3構(gòu)件尺度的概念(TheConceptsofMembers’Dimension)1.4構(gòu)件受力后的變形(TheDeformationsofMemberafterLoading)1.5預(yù)應(yīng)力的概念(TheConceptsofPre-stress)2/2/2023201.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

石板或素混凝土梁，由于其抗拉強(qiáng)度ft遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度fc，即ft<<fc，當(dāng)拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時(shí)梁就開裂破壞，破壞由

ft引起。

木梁，由于天然木材有彎曲，切割成矩形木梁時(shí)木紋與梁軸不平行，而木材的橫紋抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于順紋抗拉強(qiáng)度,在主拉應(yīng)力作用下,當(dāng)主拉應(yīng)力大于木材橫紋抗拉強(qiáng)度

fttr

時(shí)，就發(fā)生斜向撕裂。鋼管受彎，鋼材的拉壓強(qiáng)度是相同的，即fy=f’y，但由于受壓時(shí)可能引起較薄的管壁局部失穩(wěn)，當(dāng)壓應(yīng)力超過φfy’時(shí)受壓區(qū)局部屈曲而早于受拉區(qū)破壞。磚石鋼管木材（斜紋）≤φ≤≤2/2/2023211.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(一)充分發(fā)揮材料特性

砌體MU10M5

混凝土C20～C40

木材

鋼材強(qiáng)度

fc(N/mm2)1.589.6～19.112210～1000單位體積重(kN/m3)≈1924≈578.5拉壓強(qiáng)度比ft/

fc≈0.1≈0.1≈0.62≈1價(jià)格低低高高適宜受力狀態(tài)受壓受壓彎、壓拉、壓、彎常用建筑材料的一些基本特性指標(biāo)

可見,砌體和混凝土價(jià)格相對(duì)較低,是很好的抗壓材料,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)時(shí)建筑材料所限，有不少用砌體建成的高塔。2/2/202322西安大雁塔

建于公元952年，經(jīng)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(一)充分發(fā)揮材料特性2/2/202323

大雁塔為砌體結(jié)構(gòu)，塔身共七層，高64m，正方形底層尺寸為25m×25m,底層墻厚達(dá)9.15m,中間只剩6.7m見方的有效空間。可見，從今天的眼光分析，用砌體建造高塔顯然是不合理的。1.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

(一)充分發(fā)揮材料特性2/2/202324

由于塔身巨大的自重及當(dāng)?shù)卮罅砍槿〉叵滤?，使下部地基不堪重?fù)。據(jù)有關(guān)部門測(cè)定，自1985年6月至1992年10月，大雁塔下沉達(dá)585mm,塔頂傾斜已達(dá)1005mm。有關(guān)部門正密切注意它的發(fā)展。

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，但易腐爛，怕火,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。1.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(一)充分發(fā)揮材料特性2/2/2023251.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(二)選用合理的截面形狀及結(jié)構(gòu)形式

用離心法生產(chǎn)的管柱作電線桿，無論抗彎、抗剪或抗扭都比較合理，光潔的表面既美觀又耐久，基本上不用維護(hù)。

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。222-21-1112/2/2023261.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(二)選用合理的截面形狀及結(jié)構(gòu)形式

又如平行弦桁架中內(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)支座斜腹桿為拉桿(見下圖)。

如果是鋼筋混凝土平行弦桁架，由于混凝土抗壓很好，故應(yīng)采用上斜式腹桿，此時(shí)支座斜腹桿為壓桿。拉桿這里只用簡(jiǎn)單的幾個(gè)例子說明截面形狀和結(jié)構(gòu)形式的重要性，工程中的例子還很多很多，大家應(yīng)在日常生活中注意觀察。壓桿2/2/2023271.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(三)采用組合結(jié)構(gòu)

(a)鋼木桁架；(b)拉桿三角形拱屋架；(c)鋼梁、壓型鋼板和現(xiàn)澆混凝土板組成的組合樓蓋；(d)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；(e)懸索結(jié)構(gòu)屋面與鋼筋混凝土邊拱(或框架)；(f)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2/2/2023281.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(三)采用組合結(jié)構(gòu)

以三鉸拱屋架為例，上弦不僅是三鉸拱的壓桿，同時(shí)承受非節(jié)點(diǎn)作用的屋面荷載，因此，斜梁要承受較大的彎矩。如果在節(jié)點(diǎn)構(gòu)造上稍作處理，做成偏心節(jié)點(diǎn)，則可大大減小跨中彎矩(如右圖所示)，甚至可減小一半。這僅是一個(gè)小例子，可見在組合結(jié)構(gòu)方面還有許多潛力，有待深入研究。qMM/2M/2R結(jié)構(gòu)構(gòu)件間應(yīng)該怎樣合理結(jié)合？偏心鉸2/2/2023291.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(四)利用三向應(yīng)力狀態(tài)提高材料的強(qiáng)度和延性

(a)網(wǎng)狀配筋砌體;(b)螺旋鋼箍柱(SpiralReinforcedcolumns);

(c)鋼管混凝土（Concrete-FilledSteelTubular);(d)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)橫向鋼筋網(wǎng)或螺旋鋼筋;(e)抗震結(jié)構(gòu)梁、柱節(jié)點(diǎn)附近要加密鋼箍。

應(yīng)當(dāng)指出，三向受壓狀態(tài)提高的是材料的抗壓強(qiáng)度，因此，對(duì)偏心受壓或長(zhǎng)細(xì)比較大構(gòu)件不適用，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。

(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)的橫向變形超過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，而且其抵抗變形的能力也大大提高，利用這種特性可大大改善結(jié)構(gòu)的承載能力（Carryingcapacity）和提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性(Ductility)。2/2/202330鋼管混凝土受壓試件破壞形態(tài)

雖然鋼管局部變形很大，剖開鋼管可以看到內(nèi)部混凝土基本沒有破碎，可見三向應(yīng)力狀態(tài)下混凝土材料的延性大大提高。1.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(四)利用三向應(yīng)力狀態(tài)提高材料的強(qiáng)度和延性2/2/2023311.3關(guān)于構(gòu)件尺度的概念(TheConceptsofMembers’Dimension)第1章一些重要的結(jié)構(gòu)概念(SomeImportantConceptsofStructure)

1.1基本受力狀態(tài)(TheBasicMechanicalStates)1.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(TheEffectsofMaterialonStructure)1.3構(gòu)件尺度的概念(TheConceptsofMembers’Dimension)1.4構(gòu)件受力后的變形(TheDeformationsofMemberafterLoading)1.5預(yù)應(yīng)力的概念(TheConceptsofPre-stress)2/2/2023321.3構(gòu)件尺度的概念

微縮景觀

先舉一個(gè)日常生活中的例子。請(qǐng)問，如果把麻雀放大到大象那么大，它還能飛起來嗎？很明顯，答案是否定的。因?yàn)殡S著尺度增加，麻雀的體重(或體積)將隨尺度的三次方增加，而麻雀賴以起飛的翅膀面積只隨尺度的平方增加。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。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。巨型景觀

如果想把實(shí)際工程按比例放大，建一個(gè)“巨型景觀”，行嗎？2/2/2023331.3構(gòu)件尺度的概念

我們?cè)賮矸治龊?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)力和變形?，F(xiàn)以下角標(biāo)1和10分別表示原簡(jiǎn)支梁和放大十倍后的簡(jiǎn)支梁。Lbh結(jié)構(gòu)尺度的影響2/2/2023341.3構(gòu)件尺度的概念

現(xiàn)分別以下角標(biāo)1和10代表原梁和放大10倍后的梁矩形截面梁

b10=10b1；h10=10h1

；L10=10L1自重線荷載

g10

=bhγ=100g1最大剪力

V10=gL/2=1000V1最大彎矩

M10=gL2/8=10000M1截面抵抗矩

W10=bh2/6

=1000W1鋼筋混凝土梁抗彎、抗剪承載力由鋼筋控制

[M10]

=As

fy(

h0-0.5x)

=1000[M1]由混凝土控制

[M10]

=bxb

fc

(

h0-0.5xb)

=1000[M1]最大抗剪力

[V10]max=0.25b10

h10=

100[V1]max

撓度

跨中撓度

f10

=5gL4/（384EI）=100f1

截面剪力增大到1000倍，而抗剪能力只增大為100倍；截面彎矩增大10000倍，而抗彎承載力只增大1000倍，這意味著必須將材料強(qiáng)度提高10倍，才能滿足承載力要求。

但要將材料強(qiáng)度提高十倍談何容易！如果不改變材料品種，簡(jiǎn)直是不可能的。另外，撓度方面矛盾更為突出，若梁放大十倍，撓度將達(dá)一百倍，剛度將明顯不夠。

可見，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只在常用的跨度范圍內(nèi)才適用，超過這個(gè)范圍就不對(duì)了。2/2/2023351.3構(gòu)件尺度的概念

本例說明結(jié)構(gòu)自重的影響很大，尤其對(duì)大跨度或高層結(jié)構(gòu)，減輕自重有著特別重要的意義。砌體結(jié)構(gòu)自重太大，不適宜建造高層建筑。結(jié)構(gòu)尺度的變化將改變結(jié)構(gòu)內(nèi)部作用效應(yīng)S和抗力R的比例，從而可能改變結(jié)構(gòu)S≤R的受力狀態(tài)。這一點(diǎn)設(shè)計(jì)者必須注意。

美國(guó)芝加哥MonadnockBuilding，高16層，建于1891年，雖用高強(qiáng)缸磚砌體，底層墻厚也達(dá)1.83m。隨著結(jié)構(gòu)尺度的變化，重要的是選擇合適的建筑材料和合理的結(jié)構(gòu)形式。2/2/2023361.4構(gòu)件受力后的變形(TheDeformationsofaMemberafterLoading)第1章一些重要的結(jié)構(gòu)概念(SomeImportantConceptsofStructure)

1.1基本受力狀態(tài)(TheBasicMechanicalStates)1.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(TheEffectsofMaterialonStructure)1.3構(gòu)件尺度的概念(TheConceptsofMembers’Dimension)1.4構(gòu)件受力后的變形(TheDeformationsofaMemberafterLoading)1.5預(yù)應(yīng)力的概念(TheConceptsofPre-stress)2/2/2023371.4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)內(nèi)力十分重要。對(duì)一般直桿，若忽略N和V

的影響，則

M/EI=1/ρ=d2y

/

dx2

雙鉸拱受荷后拱的中曲率變小，拱腳上部曲率變大?？梢?此拱跨中承受正彎矩,兩側(cè)拱腳上部承受負(fù)彎矩。

雙鉸拱左半跨受荷后左半跨承受正彎矩，右半跨度承受負(fù)彎矩。

無鉸拱在全跨及半跨均布荷載下的變形曲線（左）及彎矩圖（右）。細(xì)心對(duì)比后就會(huì)對(duì)曲率與彎矩的對(duì)應(yīng)關(guān)系有所理解。yMyMyMMyqqq

雖然在此例中彎矩M、曲率1/ρ的變化與變形y很相似，但應(yīng)當(dāng)指出，上式中彎矩M應(yīng)與曲率增量(1/ρ-1/ρ0）的變化相似，即與變形y

的二次導(dǎo)數(shù)相似，而不是與變形y

相似。2/2/2023381.4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：(1)彎矩M與曲率半徑ρ成反比，與曲率1/ρ成正比，在變形曲線反彎點(diǎn)處M=0；(2)在固定端(嵌固端)處變形曲線與原構(gòu)件軸線相切；(3)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；(4)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變；(5)直接承受外荷的構(gòu)件變形較大，通過節(jié)點(diǎn)或支座傳給相鄰跨或上、下構(gòu)件后，離荷載越遠(yuǎn)，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,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)件的截面上哪一側(cè)受拉，哪一側(cè)受壓;也可用來快速判斷設(shè)計(jì)圖紙上的鋼筋布置是否正確,這對(duì)工程技術(shù)人員是很重要的。2/2/2023391.5預(yù)應(yīng)力的概念(TheConceptsofPre-stress)第1章一些重要的結(jié)構(gòu)概念(SomeImportantStructuralConcepts)1.1基本受力狀態(tài)(TheBasicMechanicalStates)1.2材料對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(TheEffectsofMaterialonStructure)1.3構(gòu)件尺度的概念(TheConceptsofMembers’Dimension)1.4構(gòu)件受力后的變形

(TheDeformationsofMemberafterLoading)1.5預(yù)應(yīng)力的概念(TheConceptsofPre-stress)2/2/202340+=

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。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。

木盆(木桶)用環(huán)箍對(duì)木片施加預(yù)壓應(yīng)力，以抵消水產(chǎn)生的拉應(yīng)力。搬書用手施加預(yù)壓應(yīng)力，以抵消書自重產(chǎn)生的彎曲拉應(yīng)力。1.5預(yù)應(yīng)力的概念2/2/2023411.5預(yù)應(yīng)力的概念(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

預(yù)應(yīng)力混凝土梁

在荷載作用下產(chǎn)生拉應(yīng)力的地方，預(yù)先用預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)它施加壓應(yīng)力，來部分或全部抵消荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力。

施加預(yù)應(yīng)力可提高混凝土構(gòu)件的抗裂性；利用預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反拱抵消恒載引起的撓度；更充分地利用高強(qiáng)鋼材的抗拉性能和高強(qiáng)混凝土的抗壓性能；可減小截面尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重，以便應(yīng)用到大跨和高層中。qwf開裂很小或不開裂2/2/2023421.5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)力預(yù)彎型鋼組合梁

預(yù)制起拱的焊接工字梁;對(duì)工字梁加載，使鋼梁變直,再澆筑部分混凝土；待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，卸下荷載，利用工字梁反彈，對(duì)混凝土施加預(yù)應(yīng)力；澆混凝土疊合層，形成疊合梁；施加使用荷載。

目前這種預(yù)彎型鋼組合簡(jiǎn)支梁的跨度已達(dá)40

m。若應(yīng)用二次澆筑，形成預(yù)彎型鋼組合連續(xù)梁，更能充分發(fā)揮這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，最大跨度可達(dá)80

m

。這種新型預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)自重輕、承載力高、撓度小、結(jié)構(gòu)高度小，又易于施工，在城市立交橋中有很好的應(yīng)用前景。Δp2/2/2023431.5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

設(shè)想在兩山之間要建一座無筋混凝土橋：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；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；在原千斤頂所占位置再補(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)力橋梁就建成了。(這和用手搬書的道理是一樣的)2/2/202344

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)壓桿有偶然偏心或偶然側(cè)向力作用而彎曲后，附加的力矩可能使構(gòu)件越來越彎曲，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)。1.5預(yù)應(yīng)力的概念(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，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?？梢?，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。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。桿件截面中心2/2/2023451.5預(yù)應(yīng)力的概念（4）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)力可使不能受拉的木盆拼縫“受拉”，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“拉應(yīng)力”。事實(shí)上，預(yù)應(yīng)力只是把受拉的過程轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)壓應(yīng)力減少的過程。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。

應(yīng)用此原理可以建造各式充氣結(jié)構(gòu)。2/2/2023461.5預(yù)應(yīng)力的