結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第一講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第一講主講教師：曹雙寅舒贛平東南1第一講：緒論（1/12）一、結(jié)構(gòu)的基本知識二、混凝土結(jié)構(gòu)三、鋼結(jié)構(gòu)四、砌體結(jié)構(gòu)五、本課程特點第一講：緒論（1/12）一、結(jié)構(gòu)的基本知識2第一講：緒論（2/12）

一、結(jié)構(gòu)的基本知識（1/4）1、結(jié)構(gòu)的組成：由若干個單元所組成的結(jié)構(gòu)骨架。2、基本(單元)構(gòu)件

板：提供活動面，直接承受并傳遞荷載；

梁：板的支撐構(gòu)件，承受板傳來的荷載并傳遞；

柱：承受樓面體系（梁、板）傳來的荷載并傳遞；

墻：承受樓面體系（梁、板）傳來的荷載并傳遞；

基礎(chǔ)：將柱及墻等傳來的上部結(jié)構(gòu)荷載傳給地基；

索：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（2/12）

3第一講：緒論（3/12）

一、結(jié)構(gòu)的基本知識（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（3/12）

4第一講：緒論（4/12）

一、結(jié)構(gòu)的基本知識（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)：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)：豎立的細長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)：由多根桿件通過節(jié)點連結(jié)形成的空間結(jié)構(gòu)；第一講：緒論（4/12）

5第一講：緒論（5/12）

一、結(jié)構(gòu)的基本知識（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（5/12）

6第一講：緒論（1）

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。

第一講：緒論（1）

下一講7結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第二講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第二講主講教師：曹雙寅舒贛平東南8第二講：緒論（2）

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、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：單層、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（2）

上一講9第二講：緒論（6/12）

二、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：抗壓強度很高，但抗拉強度很低。

鋼筋：抗拉和抗壓強度均很高。

共同工作的目的

充分發(fā)揮兩種材料的強度優(yōu)勢，取長補短。

素混凝土梁的工作特點

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。

開裂后：梁斷裂。第二講：緒論（6/12）

10第二講：緒論（7/12）

二、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。

開裂后：受拉鋼筋承擔大了部分拉力，繼續(xù)承擔荷載，直至屈服強度，受壓混凝土壓碎，梁破壞。

第二講：緒論（7/12）

11第二講：緒論（8/12）

二、混凝土結(jié)構(gòu)（3/4）素混凝土梁與鋼筋混凝土梁的對比

極限狀態(tài)：素砼梁：無明顯變形，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；

混凝土對鋼筋的保護，抗火和耐久性提高。第二講：緒論（8/12）

12第二講：緒論（9/12）

二、混凝土結(jié)構(gòu)（4/4）2、優(yōu)缺點

優(yōu)點：

耐久性好；

耐火性好；

可模性好、整體性好。

可就地取材。

缺點：

自重大；

抗裂差；

施工環(huán)節(jié)多周期長；

拆除、改造難度大。3、現(xiàn)狀與發(fā)展第二講：緒論（9/12）

13第二講：緒論（10/12）

三、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焊接等有效的連接方式，所形成的結(jié)構(gòu)。2、優(yōu)缺點

優(yōu)點：

強度和強度質(zhì)量比高；

材質(zhì)均勻、性能好，結(jié)構(gòu)可靠性高。

施工簡便、工期短。

延性好、抗震能力強。

易于改造和加固。

缺點：耐腐蝕性差；耐火性差；鋼材價格相對較高。3、現(xiàn)狀與發(fā)展第二講：緒論（10/12）

14第二講：緒論（11/12）

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

優(yōu)點：

耐久性好；

耐火性好；

就地取材；

施工技術(shù)要求低；

造價低廉。

缺點：

強度低，砂漿與磚石之間的粘接力較弱；

自重大；

砌筑工作量大，勞動強度高。

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（11/12）

15第二講：緒論（12/12）

五、本課程特點（1/1）1、是原理課，應(yīng)突出原理和概念2、基本構(gòu)件由不同材料組成，在了解共性特點的同時，應(yīng)注意由于組成材料不同而導(dǎo)致的計算方法的不同3、強調(diào)不同材料構(gòu)件的計算原理和方法4、涉及內(nèi)容多，系統(tǒng)性差5、公式多、公式的條件多6、簡化、近似和經(jīng)驗處理多第二講：緒論（12/12）

16第二講：緒論（2）

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、荷載的隨機性與概率模式4、荷載的代表值第二講：緒論（2）

下一講17結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第三講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第三講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大18第三講：計算原則（1）

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。發(fā)揮材料優(yōu)勢（混凝土的壓、鋼筋的拉），取長補短。是一種復(fù)合材料構(gòu)件，工作過程相對復(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，工作過程相對復(fù)雜。第三講：計算原則（1）

上19第三講：結(jié)構(gòu)基本計算原則（1/28）一、結(jié)構(gòu)上的作用二、結(jié)構(gòu)的抗力三、結(jié)構(gòu)的功能和極限狀態(tài)四、設(shè)計的基本原則五、基于近似概率法的設(shè)計表達式六、本章要點第三講：結(jié)構(gòu)基本計算原則（1/28）一、結(jié)構(gòu)上的作用20第三講：計算原則（2/28）

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)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：計算原則（2/28）

一、結(jié)構(gòu)上21第三講：計算原則（3/28）

一、結(jié)構(gòu)上的作用（2/5）2、作用的分類(1)按照隨時間的變異性分類

永久作用：不隨時間變化，或變化幅度可以忽略；

可變作用：隨時間變化，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；

可動作用：在結(jié)構(gòu)空間位置一定范圍內(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：對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生動力效應(yīng)，或小的可以忽略；

動態(tài)作用：對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動力效應(yīng)，且不可以忽略。第三講：計算原則（3/28）

22第三講：計算原則（4/28）

一、結(jié)構(gòu)上的作用（3/5）3、荷載的隨機性與概率模式(1)永久荷載

性質(zhì)：其量值是不確定的，其量值不隨時間變化

數(shù)學(xué)描述：隨機變量概率模式，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，其量值也隨時間變化

數(shù)學(xué)描述：把隨機過程模式簡化成隨機變量模式

簡化方法：分析荷載最大值分布規(guī)律，是一隨機變量

分布規(guī)律：極值I型概率分布模式第三講：計算原則（4/28）

23第三講：計算原則（5/28）

一、結(jié)構(gòu)上的作用（4/5）4荷載的代表值(1)實質(zhì)：以確定值（代表值）表達不確定的隨機變量，便于設(shè)計時，定量描述和運算。(2)取值原則：根據(jù)荷載概率分布特征,控制保證率。第三講：計算原則（5/28）

24第三講：計算原則（6/28）

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

標準值：取分布的平均值，保證率50%；

可變荷載的代表值

標準值：基本代表值，保證率尚未統(tǒng)一；

準永久值：對可變荷載穩(wěn)定性的描述，等于標準值乘準永久值系數(shù)；

組合值：兩種或（以上）可變荷載作用時，都以標準值出現(xiàn)的概率小，因此對標準值乘以組合系數(shù)進行折減。第三講：計算原則（6/28）

25第三講：計算原則（1）

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)第三講：計算原則（1）

下一講的主26結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第四講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第四講主講教師：曹雙寅舒贛平東南27第四講：計算原則（2）

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、作用的分類按時間分：永久作用；可變作用；偶然作用。按位置分：固定作用、可動作用。按反應(yīng)分：靜態(tài)作用、動態(tài)作用：3、荷載的隨機性及代表值目的：以確定值（代表值）表達不確定的隨機變量；種類：標準值、準永久值、

組合值。第四講：計算原則（2）

上28第四講：計算原則（7/28）

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)：與時間有關(guān)的隨機過程

材料的性能，結(jié)構(gòu)尺寸等都是隨機變量；

有些材料的力學(xué)性能是隨時間變化的。

簡化：忽略隨時間的變化，用隨機變量模型描述。

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

計算模式的不定性第四講：計算原則（7/28）

二、29第四講：計算原則（8/28）

二、結(jié)構(gòu)的抗力（2/2）2、材料強度的標準值(1)實質(zhì)：以確定值（標準值）表達不確定值，便于應(yīng)用。(2)標準值取值：根據(jù)材料強度概率分布的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))對數(shù)正態(tài)分布第四講：計算原則（8/28）

二30第四講：計算原則（9/28）

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、腐蝕等不能超過規(guī)定的限制等。第四講：計算原則（9/28）

三、31第四講：計算原則（10/28）

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準，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準，指結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達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準，指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性的某些規(guī)定限值。第四講：計算原則（10/28）

三、結(jié)32第四講：計算原則（2）

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)可靠度的概念第四講：計算原則（2）

下一講的主33結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第五講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第五講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大34第五講：計算原則（3）

上一講的主要內(nèi)容1、抗力及其不定因素及材料強度的標準值標準值的實質(zhì)：以確定值表達不確定值，便于應(yīng)用。標準值取值：具有95%保證率的強度值。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：計算原則（3）

上35第五講：計算原則（11/28）

四、設(shè)計計算原則（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,X2,X3….Xn)(2)結(jié)果分析

Z=R-S>0：處于可靠狀態(tài)；

Z=R-S<0：處于不可靠狀態(tài)，即失效；

Z=R-S=0：處于極限狀態(tài)，此方程稱極限狀態(tài)方程2、結(jié)構(gòu)的可靠性(1)關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計

本質(zhì)：對比、控制R和S，即保證R-S>0

問題：R和S為隨機變量，功能函數(shù)值Z是隨機變量絕對保證R大于S不可能！第五講：計算原則（11/28）

36第五講：計算原則（12/28）

四、設(shè)計計算原則（2/11）

解決方法：控制可靠度，絕大多數(shù)情況下：R>S允許極少數(shù)情況下：R<S(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。第五講：計算原則（12/28）

37第五講：計算原則（13/28）

四、設(shè)計計算原則（3/11）(3)可靠度三個水準

水準I：是用隨機變量的一階矩（平均值）加以概括;

水準II：用隨機變量的一階矩和二階矩來描述;

水準III：也稱為全概率法，是以真實分布進行計算。第五講：計算原則（13/28）

38第五講：計算原則（3）

下一講的主要內(nèi)容1、可靠性的計算及可靠指標第五講：計算原則（3）

下一講的主39結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第六講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第六講主講教師：曹雙寅舒贛平東南40第六講：計算原則（4）

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（失效）、也可能>0（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：I、II、III第六講：計算原則（4）

上41第六講：計算原則（14/28）

四、設(shè)計計算原則（4/11）3、可靠度的計算方法及可靠指標(1)可靠指標

簡單分析：假設(shè)只有兩個隨機變量R和S，相互獨立，均服從正態(tài)分布，已知平均值和均方差。

功能函數(shù)Z:第六講：計算原則（14/28）

42第六講：計算原則（15/28）

四、設(shè)計計算原則（5/11）

計算結(jié)構(gòu)失效概率

進行數(shù)學(xué)變換得（把Z由正態(tài)分布變換成標準正態(tài)分布）定義可靠度指標：則：第六講：計算原則（15/28）

四43第六講：計算原則（16/28）

四、設(shè)計計算原則（6/11）

分析：

可靠指標與可靠度（失效概率）相關(guān)，可靠指標越大，結(jié)構(gòu)越可靠；可靠指標越小，結(jié)構(gòu)越不可靠。

優(yōu)點：用統(tǒng)計特征值來反映可靠度，不直接用概率。

可靠度指標取值

確定方法：校核法、類比法協(xié)商給定法

取值：與安全等級、截面破壞形態(tài)、極限狀態(tài)有關(guān)：

安全等級越高，可靠指標越大（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：計算原則（16/28）

44第六講：計算原則（4）

下一講的主要內(nèi)容1、可靠指標的計算方法-中心點法第六講：計算原則（4）

下一講的主45結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第七講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第七講主講教師：曹雙寅舒贛平東南46第七講：計算原則（5）

上一講的主要內(nèi)容1、可靠概率和失效概率的計算用數(shù)學(xué)方法可以計算但計算工作量大。2、可靠指標的定義及計算取值：安全等級、截面破壞形態(tài)、極限狀態(tài)有關(guān)第七講：計算原則（5）

上47第七講：計算原則（17/28）

四、設(shè)計計算原則（7/11）(2)計算方法之一：中心點法

假設(shè)：Z中所有隨機量是相互獨立的，均服從正態(tài)分布將Z在平均值處按泰勒級數(shù)展開，忽略二次以上項

確定Z的特征值

求可靠指標

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：直接用特征值；概念清楚，應(yīng)用簡便；誤差較大。第七講：計算原則（17/28）

48第七講：計算原則（18/28）

四、設(shè)計計算原則（8/11）例題：某軸心受壓短柱，按中心點法求構(gòu)件可靠指標已知：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：

求可靠指標第七講：計算原則（18/28）

四49第七講：計算原則（19/28）

四、設(shè)計計算原則（9/11）例題：上題中，要求可靠指標3.7，在其它條件不變的條件下,用中心點法求該柱應(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

承載能力平均值第七講：計算原則（19/28）

50第七講：計算原則（4）

下一講的主要內(nèi)容1、可靠指標的計算方法-驗算點法第七講：計算原則（4）

下一講的主51結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第八講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第八講主講教師：曹雙寅舒贛平東南52第八講：計算原則（6）

上一講的主要內(nèi)容1、中心點法的原理假設(shè)基本變量均符合正態(tài)分布，功能函數(shù)是線性方程；利用按泰勒級數(shù)展開（忽略二次及以上項）經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可靠指標可以直接用平均值和均方差表示；2、中心點法的特點

直接用變量的特征值計算；概念清楚，應(yīng)用簡便；計算結(jié)果誤差較大。第八講：計算原則（6）

上53第八講：計算原則（20/28）

四、設(shè)計計算原則（10/11）(3)計算方法之二：驗算點法介紹

中心點法的缺陷：非正態(tài)分布？非線形方程？誤差！

處理辦法：對中心點法進行了改進

簡單分析：僅考慮兩個相互獨立的正態(tài)分布變量R和S

極限狀態(tài)方程為：標準化變換，令以和表述的極限狀態(tài)

第八講：計算原則（20/28）

54第八講：計算原則（21/28）

四、設(shè)計計算原則（11/11）即：

可靠指標的實質(zhì)：標準正態(tài)坐標系中原點到極限狀態(tài)方程直線的最短距離。驗算點定義：P點

非正態(tài)變量的當量正態(tài)化原則

在驗算點處，當量前后分布函數(shù)值相等；當量前后概率密度函數(shù)值相等。第八講：計算原則（21/28）

55第八講：計算原則（6）

下一講的主要內(nèi)容1、近似概率的設(shè)計表達式第八講：計算原則（6）

下一講的主56結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第九講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第九講主講教師：曹雙寅舒贛平東南57第九講：計算原則（7）

上一講的主要內(nèi)容1、驗算點法的原理是對中心點法的修正：對非正態(tài)變量等效正態(tài)化；通過數(shù)學(xué)變化尋找驗算點；2、驗算點法的特點計算結(jié)果比較準確；計算復(fù)雜，與隨機變量的分布有關(guān)；當隨機變量為正態(tài)分布，功能函數(shù)是線形方程時，計算結(jié)果和中心點法相同。第九講：計算原則（7）

上58第九講：計算原則（22/28）

五、近似概率法設(shè)計表達式(1/6)1、一般方法(1)結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計需要解決的問題：

理論模式問題：失效標準、概率模式和計算方法等。

社會認同問題：設(shè)計可靠指標的取值能否被社會接受。

應(yīng)用方法問題：所采用的設(shè)計表達式的形式問題。(2)安全系數(shù)法簡單示例：

設(shè)Z只有兩個獨立的正態(tài)變量R和S，根據(jù)定義得：第九講：計算原則（22/28）

五、59第九講：計算原則（23/28）

五、近似概率法設(shè)計表達式(2/6)即解得：

定義安全系數(shù)：則：

安全系數(shù)法設(shè)計表達式：第九講：計算原則（23/28）

五、近似60第九講：計算原則（24/28）

五、近似概率法設(shè)計表達式(3/6)(3)分項系數(shù)法簡單示例

當功能函數(shù)有兩個隨機變量R和S時整理可得：以標準值代入整理得：

當功能函數(shù)有三個隨機變量R和SG和SQ時整理可得以標準值代入:

分項系數(shù)法設(shè)計表達式第九講：計算原則（24/28）

五、61第九講：計算原則（7）

下一講的主要內(nèi)容1、現(xiàn)行設(shè)計表達式第九講：計算原則（7）

下一講的主62結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十講主講教師：曹雙寅舒贛平東南63第十講：計算原則（8）

上一講的主要內(nèi)容1、安全系數(shù)法經(jīng)過變化設(shè)計表達式可以表示成：安全系數(shù)K與可靠指標和隨機變量的數(shù)字特征有關(guān)2、分項系數(shù)法經(jīng)過變化設(shè)計表達式可以表示成：分項系數(shù)法與可靠指標和隨機變量的數(shù)字特征有關(guān)。第十講：計算原則（8）

上64第十講：計算原則（25/28）

五、近似概率法設(shè)計表達式(4/6)2、我國現(xiàn)行規(guī)范采用的基本設(shè)計表達式(1)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式

組合情況：

基本組合：永久荷載和最大的可變荷載以標準值作為代表值，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)計采用下列設(shè)計表達式：第十講：計算原則（25/28）

五、65第十講：計算原則（26/28）

五、近似概率法設(shè)計表達式(5/6)(2)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式

組合情況：

短期效應(yīng)組合

長期效應(yīng)組合

在作用的短期效應(yīng)組合作用下的設(shè)計表達式：

在作用的長期效應(yīng)組合作用下的設(shè)計表達式：

第十講：計算原則（26/28）

五、66第十講：計算原則（27/28）

五、近似概率法設(shè)計表達式(6/6)3、分項系數(shù)的確定(1)確定的原則：以驗算點法為基礎(chǔ)(2)方法：

在驗算點處將極限狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為分項系數(shù)表達的方程

對于驗算點法

對于分項系數(shù)法

等價求分項系數(shù)。

確定原則：

對不同材料、荷載和結(jié)構(gòu)，取統(tǒng)一值；

在各項標準值等給定的前提下，誤差最小。

(3)優(yōu)化結(jié)果

荷載分項系數(shù)=1.2,=1.4

結(jié)構(gòu)抗力分項系數(shù):進一步分離成材料強度分項系數(shù)

結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)=1.1,1.0,0.9第十講：計算原則（27/28）

五、近似概67第十講：計算原則（28/28）

本章要點（1/1）1、了解結(jié)構(gòu)荷載、荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力的隨機性；2、掌握荷載、材料強度的代表值；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，掌握可靠度指標概念和取值；5、了解可靠性設(shè)計的一般設(shè)計方法和設(shè)計基本表達式；6、掌握以概率為基礎(chǔ)的分項系數(shù)設(shè)計表達式；7、理解分項系數(shù)的概念，熟悉分項系數(shù)的種類和取值。第十講：計算原則（28/28）

68東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十一講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十一講主講教師：曹雙69第11講：材料的性能(1/34)

內(nèi)容提要一、鋼材的物理力學(xué)性能二、混凝土的物理力學(xué)性能三、砌體的材料及力學(xué)性能四、本章要點第11講：材料的性能(1/34)

70第11講：材料的性能(2/34)

一、鋼材的物理力學(xué)性能（1/13）

1、簡單應(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、強化和頸縮階段

沒有明顯流幅的：沒有明顯的屈服階段

曲線簡化：屈服前：完全彈性的；屈服后：完全塑性的。第11講：材料的性能(2/34)

一、鋼材的71第11講：材料的性能(3/34)

一、鋼材的物理力學(xué)性能（2/13）(2)鋼材的強度指標

屈服強度：設(shè)計時鋼材允許達到的最大應(yīng)力

有明顯流幅的鋼材：取屈服點的應(yīng)力；

無有明顯流幅的鋼材：取條件屈服強度。

條件屈服強度：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%對應(yīng)的應(yīng)力。

極限強度：材料能承受的最大應(yīng)力反映安全儲備

屈強比：屈服強度/極限強度(3)鋼材的塑性指標

伸長率：拉斷后構(gòu)件伸長率

截面收縮率：拉斷后面積縮小率

冷彎性能：以冷彎的角度來衡量第11講：材料的性能(3/34)

一、鋼材的物理72第11講：材料的性能(4/34)

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條件，用折算應(yīng)力判別

當時，鋼材沒有屈服

當時，鋼材屈服。

折算應(yīng)力

以主應(yīng)力表示：

以應(yīng)力分量表示第11講：材料的性能(4/34)

一、鋼材的73第11講：材料的性能(5/34)

一、鋼材的物理力學(xué)性能（4/13）

分析結(jié)果：

主應(yīng)力同號時，不易屈服，塑性下降，越接近越明顯。

主應(yīng)力異號時，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：在低于強度的應(yīng)力反復(fù)作用下，所發(fā)生破壞。

疲勞破壞特點：

包括裂紋形成，緩慢發(fā)展和迅速斷裂三個過程

沒有明顯的變形，脆性破壞

第11講：材料的性能(5/34)

一、鋼材的物74第11講：材料的性能（1）

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第11講：材料的性能（1）

下一講75東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十二講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十二講主講教師：曹雙寅76第12講：材料的性能（2）

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有明顯流幅的鋼材2、鋼材的強度指標

屈服強度、極限強度和屈強比3、鋼材的塑性指標

伸長率、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12講：材料的性能（2）

77第12講：材料的性能(5/34)

一、鋼材的物理力學(xué)性能（4/13）

分析結(jié)果：

主應(yīng)力同號時，不易屈服，塑性下降，越接近越明顯。

主應(yīng)力異號時，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：在低于強度的應(yīng)力反復(fù)作用下，所發(fā)生破壞。

疲勞破壞特點：

包括裂紋形成，緩慢發(fā)展和迅速斷裂三個過程

沒有明顯的變形，脆性破壞

第12講：材料的性能(5/34)

一、鋼材的物78第12講：材料的性能(6/34)

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）同號循環(huán)（>0）脈沖循環(huán)(=0)異號循環(huán)(<0)完全對稱循環(huán)（-1）

循環(huán)次數(shù):應(yīng)力比一定時，疲勞強度與荷載的循環(huán)次數(shù)有關(guān)。

第12講：材料的性能(6/34)

一、鋼材的物理力79第12講：材料的性能(7/34)

一、鋼材的物理力學(xué)性能（6/13）

疲勞極限：當最大應(yīng)力小于某一數(shù)值，反復(fù)荷載循環(huán)無窮次，材料也不會破壞。

疲勞曲線(試驗結(jié)果)

循環(huán)N次

包絡(luò)線ABCD

簡化疲勞曲線

ABCD的方程BCD(拉為主)AB(壓為主)第12講：材料的性能(7/34)

一、鋼材的80第12講：材料的性能(8/34)

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：提高強度；但塑性，可焊性、耐銹蝕性等劣化。

錳：提高強度，改善脆性；但對可焊性和耐銹力不利。

硅：提高強度，但含量過高，對塑性可焊性耐銹力不利。

硫：高溫時變脆，降低塑性韌性抗疲勞能力和耐銹能力。

磷：提高強度和耐銹力，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12講：材料的性能(8/34)

一、鋼材的物理力81第12講：材料的性能（2）

下一講的主要內(nèi)容1、鋼材的硬化性能2、溫度對鋼材性能的影響3、鋼材的應(yīng)力集中問題4、鋼材的分類5、土木結(jié)構(gòu)對鋼材的要求。第12講：材料的性能（2）

下一講82東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十三講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十三講主講教師：曹雙83第13講：材料的性能（3）

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、疲勞強度和疲勞曲線2、化學(xué)成分對鋼材性能的影響3、鋼材缺陷對鋼材性能的影響

第13講：材料的性能（3）

84第13講：材料的性能(9/34)

一、鋼材的物理力學(xué)性能（8/13）(3)鋼材的硬化

時效硬化：

現(xiàn)象：時間增加，強度提高，塑性下降。

特點：過程很長，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提高，塑性降低。

應(yīng)變時效：產(chǎn)生塑性變形后，特別是在高溫下，使已經(jīng)產(chǎn)生冷作硬化的鋼材又發(fā)生時效硬化。第13講：材料的性能(9/34)

一、鋼材的85第13講：材料的性能(10/34)

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，強度、彈性模量均有下降趨勢

藍脆現(xiàn)象：250℃左右，抗拉強度反而提高，塑性和韌性下降。

在低溫時：溫度降低，強度略提高，塑性等下降，有脆性傾向。

冷脆現(xiàn)象：當溫度降低至某一溫度以下時，材料變脆。

第13講：材料的性能(10/34)

86第13講：材料的性能(11/34)

一、鋼材的物理力學(xué)性能（10/13）(5)應(yīng)力集中

現(xiàn)象：當構(gòu)件內(nèi)部缺陷或截面形狀等改變時，應(yīng)力分布不均勻，出現(xiàn)局部高峰應(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13講：材料的性能(11/34)

一、鋼材的物87第13講：材料的性能(12/34)

一、鋼材的物理力學(xué)性能（11/13）4、結(jié)構(gòu)對鋼材的要求及鋼材的分類(1)結(jié)構(gòu)對鋼材的要求

具有較高的屈服強度和極限強度；

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13講：材料的性能(12/34)

一、鋼材的88第13講：材料的性能(13/34)

一、鋼材的物理力學(xué)性能（12/13）(3)結(jié)構(gòu)用鋼材的分類

碳素鋼：

強度等級：按屈服強度分五個品種，Q195~Q275。

質(zhì)量等級：A、B、C、D四級，對沖擊韌性要求不同

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表示屈服強度為235，B級半鎮(zhèn)靜鋼

低合金鋼：

強度等級：按屈服強度分五個品種，Q295~Q460。

質(zhì)量等級：A、B、C、D、E五級，對沖擊韌性要求不同

脫氧方式：鎮(zhèn)靜和特殊鎮(zhèn)靜鋼

熱處理鋼第13講：材料的性能(13/34)

一、鋼材的89第13講：材料的性能(14/34)

一、鋼材的物理力學(xué)性能（13/13）(4)鋼材的規(guī)格

鋼板：以“―寬度厚度長度”或“―寬度厚度”表示

型鋼：

角鋼：等邊“L肢寬厚度”；不等邊“L長肢寬短肢寬厚度”

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：有普通槽鋼和輕型槽鋼兩種，用截面的高度編號

H型鋼：熱扎和焊接兩種，“高度*寬度*腹板厚度*翼緣厚度”

鋼管：有熱軋無縫鋼管和焊接鋼管。以“φ外徑壁厚”表示

薄壁型鋼：用薄鋼板冷軋而成，形式及尺寸可以變化。

鋼筋

按照表面形狀：有光面鋼筋和變形鋼筋

鋼筋種類：熱軋鋼筋：分HRB235、HRB335和HRB400或RRB400三級，符號+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+直徑預(yù)應(yīng)力鋼絞線：多根鋼絲絞合制成。“φ1股數(shù)公稱直徑”表示熱處理鋼筋：φHT+鋼筋表示

第13講：材料的性能(14/34)

一、鋼材的物90第13講：材料的性能（3）

下一講的主要內(nèi)容1、受壓的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系2、簡單受力下混凝土的強度第13講：材料的性能（3）

下一講91東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十四講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十四講主講教師：曹雙92第14講：材料的性能（4）

上一講的主要內(nèi)容1、鋼材的硬化時效硬化、冷作硬化和應(yīng)變時效

2、溫度的影響常溫度下、高溫下和低溫時藍脆現(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)對鋼材的要求

第14講：材料的性能（4）

93第14講：材料的性能(15/34)

二、混凝土的物理力學(xué)性能（1/11）1、簡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：反彎點后平緩

主要影響因素

混凝土強度：強度提高,峰值點應(yīng)變高；下降段陡延性差

加載速度：愈大，強度高，峰值應(yīng)變低；下降段陡延性差第14講：材料的性能(15/34)

二、混凝土的物理94第14講：材料的性能(16/34)

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)

高強混凝土(C50以上)第14講：材料的性能(16/34)

二、混凝土的物95第14講：材料的性能(17/34)

二、混凝土的物理力學(xué)性能（3/11）(2)簡單受力下混凝土的強度

立方體抗壓強度

立方體抗壓強度標準方法制作,邊長150mm立方體,28天齡期，進行抗壓實驗得到的破壞時試件的平均壓應(yīng)力。

立方體抗壓強度標準值：95%保證率的立方體抗壓強度值。

用途：力學(xué)性能的基本代表值，混凝土強度等級劃分依據(jù)。

強度等級：按立方體抗壓強度標準值分為14級，“C+標準值”

軸心抗壓強度

立方體受壓不是處于單軸受力狀態(tài)！

采用棱柱體，中間基本上是處于軸心受壓。第14講：材料的性能(17/34)

二、混凝土的物96第14講：材料的性能(18/34)

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、齡期、實驗方法和試件尺寸

與立方體強度的關(guān)系

關(guān)系系數(shù)(比值)：小于等于C50時，取0.76；大于C50時：考慮混凝土脆性的折減系數(shù)，小于C40時，不折減取1.0；大于C40時：

軸心抗拉強度

試驗方法：直接拉伸、彎折和劈裂

與立方體強度的關(guān)系第14講：材料的性能(18/34)

二、混凝土的97第14講：材料的性能（4）

下一講的主要內(nèi)容1、混凝土的模量2、復(fù)合應(yīng)力下混凝土強度和變形

3、長期荷載下混凝土的變形第14講：材料的性能（4）

下一講98東南大學(xué)遠程教育工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十五講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十五講主講教師：曹雙寅99第15講：材料的性能（5）

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、簡單受力下混凝土的強度立方體抗壓強度軸心抗壓強度軸心抗拉強度3、混凝土強度指標之間的關(guān)系第15講：材料的性能（5）

100第15講：材料的性能(19/34)

二、混凝土的物理力學(xué)性能（5/11）(3)混凝土的變形模量

原點彈性模量

定義：過原點作切線的斜率

取值：

變形模量

定義：原點和任意點作割線的斜率。

關(guān)系：彈性特征系數(shù)

切線模量：過任一點作切線的斜率為時的切線模量

剪切模量：根據(jù)彈性模量和泊松比確定：第15講：材料的性能(19/34)

二、混凝土的101第15講：材料的性能(20/34)

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)力下混凝土強度和變形

多向受壓

雙向壓：強度提高；

三向壓(約束受壓)：強度和延性明顯提高，

雙向受拉:影響不大

一拉一壓：強度降低

剪壓或剪拉：

剪拉：強度降低

剪壓：壓應(yīng)力較?。嚎辜魪姸入S壓應(yīng)力增加而增大；壓應(yīng)力較大：抗剪強度隨壓應(yīng)力的增加而降低。

第15講：材料的性能(20/34)

二、混凝土的物102第15講：材料的性能(21/34)

二、混凝土的物理力學(xué)性能（7/11）(2)長期荷載下混凝土的變形

混凝土的徐變

現(xiàn)象：在荷載長期作用下，變形將隨時間而增加；

原因：凝膠體的粘性流動，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：開始增長較快，以后逐漸減慢，逐漸趨于穩(wěn)定(收斂)

卸載時變形恢復(fù):瞬時彈性恢復(fù)、彈性后效，永久應(yīng)變第15講：材料的性能(21/34)

二、混凝土的103第15講：材料的性能(22/34)

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：加載時齡期越短，徐變越大

組成：水泥用量越多，水灰比越大，徐變也越大；骨料強度和彈性模量越高，徐變越小。

養(yǎng)護和使用環(huán)境：養(yǎng)護溫度高，濕度大，徐變越小；受力后環(huán)境溫度越高，濕度低，徐變就越大。

第15講：材料的性能(22/34)

二、混凝土的104第15講：材料的性能（5）

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)第15講：材料的性能（5）

下一講105東南大學(xué)遠程教育工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十六講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十六講主講教師：曹雙寅106第16講：材料的性能（6）

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16講：材料的性能（6）

107第16講：材料的性能(23/34)

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)變增加

卸載：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

峰值小于疲勞強度：每循環(huán)成環(huán)，面積逐漸減少，至直線；

峰值大于疲勞強度：開始與小應(yīng)力的相似；成直線后，凸凹方向改變，斜率降低，裂縫和變形嚴重

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16講：材料的性能(23/34)

二、混凝土108第16講：材料的性能(24/34)

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

當鋼筋應(yīng)力沒有變化時，粘結(jié)應(yīng)力等于零

第16講：材料的性能(24/34)

二、混凝土的物109第16講：材料的性能(25/34)

二、混凝土的物理力學(xué)性能（11/11）

有關(guān)的設(shè)計問題

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

機械咬合

附加咬合等作用第16講：材料的性能(25/34)

二、混凝110第16講：材料的性能（6）

下一講的主要內(nèi)容1、砌體的材料及種類2、砌體的受力特點第16講：材料的性能（6）

下一講111東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十七講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十七講主講教師：曹雙寅112第17講：材料的性能（7）

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土疲勞破壞和混凝土疲勞強度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)計問題鋼筋端部的錨固裂縫間應(yīng)力的傳遞第17講：材料的性能（7）

113第17講：材料的性能(26/34)

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實心

空心磚：全國無統(tǒng)一規(guī)格

分級：按極限抗壓強度為6級，以“MU+極限強度”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：有實心的，也有空心的

按尺寸分：小型<350、中型360～900和大型>900mm

分級：按照極限抗壓強度分5級，以“MU+極限強度”

石材

按照加工的程度：分細料石、粗料石和毛料石。

分級：按極限抗壓強度，分9級，以“MU+極限強度”

第17講：材料的性能(26/34)

三、砌體的物理114第17講：材料的性能(27/34)

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；填補塊體間縫隙；

分類：

按照組成成分：無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：按抗壓極限強度分7級，以“M+極限強度”表示

砌體對砂漿的基本要求

符合強度和耐久性要求；

應(yīng)具有一定的可塑性，在砌筑時容易且較均勻地鋪開；

應(yīng)具有足夠的保水性，即在運輸和砌筑時保持質(zhì)量的能力。第17講：材料的性能(27/34)

三、砌體的物115第17講：材料的性能(28/34)

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17講：材料的性能(28/34)

三、砌體的物116第17講：材料的性能(29/34)

三、砌體的物理力學(xué)性能（4/8）2、砌體的力學(xué)性能(1)砌體的抗壓強度

破壞過程及應(yīng)力特點

受力全過程：第一階段：自受力到單塊磚內(nèi)出現(xiàn)豎向裂縫；第二階段：單塊磚內(nèi)裂縫發(fā)展，連接并穿過若干皮磚第三階段：裂縫貫通，把砌體分成若干1/2磚立柱，失穩(wěn)

應(yīng)力特點：不僅存在壓應(yīng)力，而且有彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力，以及橫向拉壓應(yīng)力

第17講：材料的性能(29/34)

三、砌體117第17講：材料的性能(30/34)

三、砌體的物理力學(xué)性能（5/8）

原因分析：

水平灰縫厚度和密實度不均勻

磚表面力分布不均勻且上下不對應(yīng)

橫向變形時相互約束

受壓時橫向膨脹，磚和砂漿橫向變形系數(shù)不同，相互約束。

彈性地基梁作用砂漿層受壓將產(chǎn)生壓縮變形，磚就象在彈性地基上的梁，其內(nèi)部將產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力

豎向灰縫處的應(yīng)力集中第17講：材料的性能(30/34)

三、砌體的物118第17講：材料的性能（7）

下一講的主要內(nèi)容1、影響砌體強度的主要因素2、砌體的抗壓強度3、砌體的抗拉強度4、砌體的抗彎強度5、砌體的抗剪強度6、砌體的模量第17講：材料的性能（7）

下一講119東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十八講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十八講主講教師：曹120第18講：材料的性能（8）

上一講的主要內(nèi)容1、砌體的材料塊體材料：磚、砌塊和石材砂漿：水泥砂漿、混合砂漿、其它砂漿2、砌體的種類磚砌體、石砌體、砌塊砌體和配筋砌體3、砌體的受壓性能破壞過程：三個階段應(yīng)力特點：存在壓、彎和剪，以及橫向拉壓應(yīng)力

第18講：材料的性能（8）

121第18講：材料的性能(31/34)

三、砌體的物理力學(xué)性能（6/8）

影響砌體強度的主要因素

塊體和砂漿的強度

砂漿的彈塑性性能:變形越大，彎曲剪切等越大，強度越低；

砂漿的流動性:砂漿的流動性大，對提高砌體強度有利；

灰縫厚度：過薄或過厚將引起彎曲剪切應(yīng)力，強度降低

砌筑質(zhì)量

砌體抗壓強度計算及取值

考慮因素：塊體強度和砂漿強度及種類等

取值：

第18講：材料的性能(31/34)

三、砌體的物122第18講：材料的性能(32/34)

三、砌體的物理力學(xué)性能（7/8）(2)砌體的抗拉、抗彎和抗剪強度

粘結(jié)分類

法向粘結(jié)力

切向粘結(jié)力

軸心抗拉強度

通縫截面：強度低且離散性大，不能設(shè)計為軸心受拉構(gòu)件

沿齒縫截面：與砂漿的強度等級有關(guān)：

沿塊體截面：不考慮豎向灰縫，與塊體的強度等級有關(guān)第18講：材料的性能(32/34)

123第18講：材料的性能(33/34)

三、砌體的物理力學(xué)性能（8/8）

彎曲抗拉強度

通縫截面破壞和沿齒縫截面破壞:

塊體截面破壞：

抗剪強度

應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線

彈性模量取值：與抗壓強度成正比，比例系數(shù)與砂漿等級等有關(guān)。

剪切模量：

第18講：材料的性能(33/34)

124第18講：材料的性能(34/34)

四、本章要點一、材料的力學(xué)性能1、強度及強度指標2、變形及變形指標3、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及模量二、不同條件下的強度特點1、簡單條件下（壓、拉等）2、復(fù)雜條件下（約束受力、反復(fù)荷載、長期荷載等）三、強度取值及選用1、不同強度的獲取方法：實驗2、不同強度之間的關(guān)系：實驗回歸四、不同建筑材料的規(guī)格、特點及應(yīng)用第18講：材料的性能(34/34)

125結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十九講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第十九講主講教師：曹雙寅舒贛平126第19講：構(gòu)件連接（4）

4－1工程結(jié)構(gòu)是由各種基本構(gòu)件通過連接組成的整體結(jié)構(gòu)物，使其實現(xiàn)共同工作。鋼結(jié)構(gòu)：鋼板、型鋼等組成的基本構(gòu)件（工廠制作）現(xiàn)場安裝（吊裝、連接）結(jié)構(gòu)整體。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：有現(xiàn)澆、裝配式和裝配整體式三種施工方法。鋼筋的接長、預(yù)制構(gòu)件（預(yù)制樓板、疊合梁、疊合板等）的拼裝也存在大量的連接。4.1

鋼結(jié)構(gòu)連接1.焊接；2.螺栓連接（普通螺栓、高強度螺栓）；3.鉚釘連接。第19講：構(gòu)件連接（4）

127第19講：構(gòu)件連接（4）

4－2特點：1.焊接：不削弱構(gòu)件斷面，節(jié)省材料，經(jīng)濟；構(gòu)造簡單，加工簡便且易實現(xiàn)自動化操作，提高焊接質(zhì)量；連接剛度大，密閉性好，整體性好。焊縫附近的材質(zhì)變脆；焊件中存在焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，對結(jié)構(gòu)的承載能力有不利影響；焊接結(jié)構(gòu)對裂紋很敏感，尤其是在低溫下更易發(fā)生脆性斷裂。2.螺栓：普通螺栓分為A、B、C三級；高強度螺栓由中碳鋼或低合金鋼等經(jīng)熱處理后制成，強度較高。我國高強度螺栓的強度級別可分為8.8級（8.8S）和10.9級（10.9S）。高強度螺栓的連接分為摩擦型和承壓型連接。螺栓連接簡便、快速，可拆卸，常用于現(xiàn)場的安裝連接中。但對構(gòu)件斷面有所削弱。第19講：構(gòu)件連接（4）

128第19講：構(gòu)件連接（4）

4－3焊接焊接（電弧焊）－分為手工電弧焊、自動或半自動埋弧焊和氣體保護焊等。原理：焊接連接和焊縫形式：平接、搭接和頂接（T形）三種1.對接焊縫；2.角焊縫。焊縫的符號（形式、尺寸和要求）第19講：構(gòu)件連接（4）

129第19講：構(gòu)件連接（4）

4－4焊縫的強度和質(zhì)量等級（附表I－32）1.焊縫質(zhì)量直接影響連接的強度。如果焊縫質(zhì)量優(yōu)良，焊縫中不存在任何缺陷，焊縫金屬的強度高于焊件母材，破壞部位多位于焊縫附近熱影響區(qū)的母材上。焊縫中可能有氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷。焊縫缺陷將削弱焊縫的受力面積，并在缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中，對結(jié)構(gòu)受力很不利。因此，對焊縫進行質(zhì)量檢查很重要。2.焊縫質(zhì)量等級分為三級，其中一、二級焊縫除外觀缺陷檢查外，還需要進行內(nèi)部無損探傷。3.三級受拉對接焊縫強度應(yīng)折減。4.合理選用焊縫種類等級。5.焊條選用：Q235－E43xx；Q345－E50xx；Q390－E55xx第19講：構(gòu)件連接（4）

130第19講：構(gòu)件連接（4）

下一講的主要內(nèi)容4－5

1、對接焊縫在軸心力作用下的計算；2、承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫計算；3、對接焊縫的構(gòu)造。第19講：構(gòu)件連接（4）

下一講的131東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第二十講主講教師：曹雙寅舒贛平東南大學(xué)遠程教育結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第二十講主講教師：曹132第20講：構(gòu)件連接（4）

上一講內(nèi)容4－61.連接的類型2.鋼結(jié)構(gòu)連接的主要方法及特點3.焊縫連接的原理、連接及焊縫形式4.焊縫的強度及質(zhì)量等級第20講：構(gòu)件連接（