華中科技大學(xué)土力學(xué)總論課件

課本：葉見曙主編《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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：1、《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理計(jì)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(jì)》4、橋梁標(biāo)準(zhǔn)圖5、《公路橋梁規(guī)范》指定教材23七月20232/32華中科技大學(xué)

結(jié)構(gòu)的概念與今后的發(fā)展前景;本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法;本課程的教學(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)要求;工程實(shí)例。本章主要內(nèi)容總論

GeneralIntroduction

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(yíng)造活動(dòng)。第一次飛躍：公元前13世紀(jì)，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(zhǎng)城、金字塔、阿房宮；第二次飛躍：17世紀(jì)的生鐵、19世紀(jì)的熟鐵、19世紀(jì)中葉優(yōu)質(zhì)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300m的埃菲爾鐵塔、主跨512m的福斯海峽橋等鋼結(jié)構(gòu)；第三次飛躍：19～20世紀(jì)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。鋼鐵和水泥產(chǎn)生后，直至20世紀(jì)初，解決了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)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)有了蓬勃發(fā)展，并在土木工程中占據(jù)了統(tǒng)治地位。23七月20233/32華中科技大學(xué)23七月20234/32華中科技大學(xué)

《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》是一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，它是在學(xué)習(xí)《材料力學(xué)》、《建筑材料》、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》等先修課程的基礎(chǔ)上，結(jié)合結(jié)構(gòu)工程中實(shí)際構(gòu)件的工作特點(diǎn)來研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)的一門學(xué)科。因此，它是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。

23七月20235/32華中科技大學(xué)一、構(gòu)件：承受荷載而起骨架作用的部分按其受力特點(diǎn)分：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§0.1基本概念23七月20236/32華中科技大學(xué)二、結(jié)構(gòu)：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)造物的承重骨架部分）一般把構(gòu)造物的承重骨架組成部分統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)。

例如：橋梁的橋跨、墩（臺(tái)）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)。

23七月20237/32華中科技大學(xué)

對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)，根據(jù)主要承重結(jié)構(gòu)受力的不同，可將橋梁結(jié)構(gòu)分為：

梁式橋（受彎為主）拱式橋（受壓為主）剛架橋（梁柱組合）懸索橋（受拉為主）斜拉橋（組合受力）

23七月20238/32華中科技大學(xué)長(zhǎng)沙月亮島公鐵兩用橋（主橋：連續(xù)梁橋；引橋：簡(jiǎn)支梁橋）梁式橋23七月20239/32華中科技大學(xué)

湖南鳳凰縣的烏巢河橋（L=120m）（世界上跨徑最大的石拱橋）拱式橋23七月202310/32華中科技大學(xué)虎門大橋輔航道270m連續(xù)剛構(gòu)剛架橋23七月202311/32華中科技大學(xué)懸索橋23七月202312/32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23七月202313/32華中科技大學(xué)四渡河大橋23七月202314/32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(guó)在深山峽谷里修建的最大跨度懸索橋。大橋全長(zhǎng)1365米，由長(zhǎng)1105米的大橋和長(zhǎng)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(dá)650米，橋面距谷底560米，相當(dāng)于200層樓高，是目前國(guó)內(nèi)在深山峽谷里修建的最大跨度懸索橋，同時(shí)也是世界首座跨度達(dá)900米以上的山區(qū)特大懸索橋。比世界最高橋法國(guó)米約大橋分別高307米和290米。被譽(yù)為世界第一高懸索橋。

23七月202315/32華中科技大學(xué)23七月202316/32華中科技大學(xué)23七月202317/32華中科技大學(xué)矮寨特大懸索橋23七月202318/32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)（G2092303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(jì)標(biāo)高與地面高差達(dá)335m。23七月202319/32華中科技大學(xué)法國(guó)米約大橋23七月202320/32華中科技大學(xué)法國(guó)南部的第A75號(hào)公路，是連接巴黎和西班牙馬德里的要道，但是，位于法國(guó)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(yán)重塞車現(xiàn)象，50公里的路程，往往要走上4個(gè)多小時(shí)。上世紀(jì)80年代，法國(guó)人呼吁改造A75號(hào)公路。2004年建成，1993年開工建設(shè)。23七月202321/32華中科技大學(xué)對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)按照承重結(jié)構(gòu)類型來分磚混結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)大跨結(jié)構(gòu)排架結(jié)構(gòu)

23七月202322/32華中科技大學(xué)上海金貿(mào)大廈23七月202323/32華中科技大學(xué)中國(guó)2008年奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場(chǎng)23七月202324/32華中科技大學(xué)吉隆坡國(guó)油雙峰塔（高452m）23七月202325/32華中科技大學(xué)

按結(jié)構(gòu)的建筑材料（特點(diǎn)及使用范圍）

按結(jié)構(gòu)的用途

混凝土結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)

砌體結(jié)構(gòu)

木結(jié)構(gòu)素混凝土結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

橋梁結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)

地下結(jié)構(gòu)

水工結(jié)構(gòu)

3、結(jié)構(gòu)分類：特種結(jié)構(gòu)23七月202326/32華中科技大學(xué)4、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：

定義: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。適用范圍：中小跨徑梁、板，墩臺(tái)，拱，塔;工業(yè)或民業(yè)建筑、煙囪、水塔等特種結(jié)構(gòu)。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)就地取材，節(jié)約鋼筋；耐久性、耐火性好；可模性強(qiáng)。

缺點(diǎn)自重大；抗裂性能差；施工受季節(jié)影響大。

23七月202327/32華中科技大學(xué)5、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)：定義：預(yù)先人為地給混凝土引入一個(gè)應(yīng)力，以改善混凝土在使用期間的應(yīng)力狀態(tài)；適用范圍：跨徑＞50m的橋梁；優(yōu)缺點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)使用高強(qiáng)材料；重量輕；跨越能力大；抗裂性能好。

工藝復(fù)雜、需要設(shè)備多（設(shè)計(jì)、計(jì)算、施工難度大）。23七月202328/32華中科技大學(xué)6、砌體結(jié)構(gòu)定義：將磚石等塊材按照一定砌筑規(guī)則建筑而成的結(jié)構(gòu)。適用范圍：以受壓為主的構(gòu)件（墩臺(tái)、護(hù)坡）；房屋結(jié)構(gòu)中的豎向承重結(jié)構(gòu)（墻、柱等）優(yōu)缺點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)材料來源廣；抗壓能力大；耐久；施工簡(jiǎn)便。

自重大；費(fèi)工費(fèi)時(shí)。23七月202329/32華中科技大學(xué)7、鋼結(jié)構(gòu)：

自重輕；易建特大跨徑橋梁；輕鋼住宅等材質(zhì)均勻；彈性模量大，是理想的彈性材料；施工方便，速度快。

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

造價(jià)高；需經(jīng)常維修；耐火性差（鋼材在500℃～600℃軟化）。23七月202330/32華中科技大學(xué)一、本課程的主要任務(wù)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、基本理論學(xué)習(xí)各種工程材料設(shè)計(jì)計(jì)算原則；學(xué)習(xí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)、破壞形態(tài)、計(jì)算方法和連接部位的設(shè)計(jì)；學(xué)習(xí)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)、破壞形態(tài)、計(jì)算方法和連接部位的設(shè)計(jì)；§0.2本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)本課程的指導(dǎo)意見23七月202331/32華中科技大學(xué)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)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(jì)算原理、設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求等問題，最后通過一周的課程設(shè)計(jì)，掌握梁的整個(gè)設(shè)計(jì)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和以后的工程設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

23七月202332/32華中科技大學(xué)

1、本課程為專業(yè)過渡課程，由基礎(chǔ)課過渡到專業(yè)課，研究方法既有繼承，又要注意其中本質(zhì)的區(qū)別。

材料力學(xué)：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(jì)算，它們中問題的解答是唯一的。配筋混凝土結(jié)構(gòu)：研究?jī)煞N材料組成、非勻質(zhì)、非連續(xù)的彈塑性材料，它不同于《材料力學(xué)》研究的范疇，不僅研究強(qiáng)度和變形的計(jì)算問題，更主要是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，包括方案、截面形式及材料的選擇，配筋構(gòu)造等。二、本課程的特點(diǎn)：23七月202333/32華中科技大學(xué)鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法是建立在試驗(yàn)基礎(chǔ)上的

鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法對(duì)試驗(yàn)的依賴性很強(qiáng)，應(yīng)注意各理論分析的適用范圍和應(yīng)用條件。設(shè)計(jì)具有多方案性

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性的問題，需要遵循“安全、適用、經(jīng)濟(jì)、合理”的原則。當(dāng)給定荷載時(shí)，同一構(gòu)件的設(shè)計(jì)答案往往不是唯一的，需進(jìn)行綜合分析比較，才能做出合理的選擇。23七月202334/32華中科技大學(xué)

了解分析過程和步驟

學(xué)會(huì)運(yùn)用規(guī)范《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》

（JTGD6－2004)《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ022－85)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)與木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ025-86）《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ024-85）

工作性能→破壞形態(tài)→計(jì)算原理→設(shè)計(jì)構(gòu)造受力、變形→應(yīng)用公式→適用范圍、限制條件23七月202335/32華中科技大學(xué)《建筑結(jié)構(gòu)荷載