工程結(jié)構(gòu)設計與計算手冊

第一章工程結(jié)構(gòu)設計基礎..........................................................2

1.1結(jié)構(gòu)設計概述.............................................................2

1.2結(jié)構(gòu)設計原則.............................................................3

1.3結(jié)構(gòu)設計流程.............................................................3

第二章結(jié)構(gòu)力學分析..............................................................3

2.1桿件受力分析.............................................................4

2.2結(jié)構(gòu)平衡方程.............................................................4

2.3結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析...........................................................4

第三章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計........................................................5

3.1混凝土結(jié)構(gòu)設計原理.......................................................5

3.2鋼筋混凝土構(gòu)件設計......................................................5

3.3構(gòu)件承載能力計算.........................................................6

第四章鋼結(jié)構(gòu)設計................................................................6

4.1鋼結(jié)構(gòu)設計原理...........................................................6

4.2鋼構(gòu)件設計方法...........................................................7

4.3鋼結(jié)構(gòu)連接設計...........................................................7

第五章砌體結(jié)構(gòu)設計..............................................................8

5.1砌體結(jié)構(gòu)設計原理.........................................................8

5.1.1結(jié)構(gòu)功能及適用范圍.....................................................8

5.1.2結(jié)構(gòu)材料及功能.........................................................8

5.1.3結(jié)構(gòu)設計方法...........................................................8

5.2砌體構(gòu)件設計.............................................................8

5.2.1構(gòu)件尺寸及布置.........................................................8

5.2.2構(gòu)件承載能力計算.......................................................8

5.2.3構(gòu)件穩(wěn)定性計算.........................................................9

5.3砌體結(jié)構(gòu)抗震設計.........................................................9

5.3.1抗震設計原則..........................................................9

5.3.2抗震設計方法..........................................................9

5.3.3抗震構(gòu)造措施..........................................................9

第六章橋梁結(jié)構(gòu)設計..............................................................9

6.1橋梁結(jié)構(gòu)概述.............................................................9

6.2橋梁結(jié)構(gòu)設計方法........................................................10

6.3橋梁結(jié)構(gòu)計算............................................................10

第七章基礎與地基處理...........................................................11

7.1地基基礎設計原理........................................................11

7.1.1地基承載力的確定.....................................................11

7.1.2地基變形控制.........................................................11

7.1.3基礎穩(wěn)定性的分析.....................................................11

7.1.4基礎與地基的共同作用.................................................11

7.2基礎結(jié)構(gòu)設計............................................................11

7.2.1基礎類型的選擇.......................................................11

7.2.2基礎尺寸的確定........................................................11

7.2.3基礎配筋設計..........................................................12

7.2.4基礎埋深和施工技術...................................................12

7.3地基處理方法............................................................12

7.3.1換填處理..............................................................12

7.3.2預壓加固..............................................................12

7.3.3深層攪拌.............................................................12

7.3.4地基凍結(jié)..............................................................12

7.3.5地基排水..............................................................12

第八章結(jié)構(gòu)抗震設計.............................................................12

8.1抗震設計原理...........................................................12

8.2結(jié)構(gòu)抗震措施............................................................13

8.3結(jié)構(gòu)抗震計算............................................................13

第九章結(jié)構(gòu)安全評估與監(jiān)測.......................................................14

9.1結(jié)構(gòu)安全評估方法.......................................................14

9.2結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術............................................................14

9.3結(jié)構(gòu)安全評估案例分析...................................................14

第十章結(jié)構(gòu)設計軟件與應用.......................................................15

10.1結(jié)構(gòu)設計軟件概述......................................................15

10.2結(jié)構(gòu)設計軟件操作與應用................................................15

10.2.1結(jié)構(gòu)設計軟件操作....................................................15

10.2.2結(jié)構(gòu)設計軟性應用....................................................16

10.3結(jié)構(gòu)設計軟件在工程中的應用案例.......................................16

第一章工程結(jié)構(gòu)設計基礎

1.1結(jié)構(gòu)設計概述

工程結(jié)構(gòu)設計是工程領域中的一項重要任務，涉及土木工程、建筑結(jié)構(gòu)、橋

梁工程等多個領域。結(jié)構(gòu)設計的主要目的是保證工程結(jié)構(gòu)的安全、適用、經(jīng)濟和

美觀。結(jié)構(gòu)設計不僅需要遵循相關規(guī)范和標準，還需結(jié)合工程實際，運用科學原

理和現(xiàn)代技術，為各類工程項目提供合理、可靠的結(jié)構(gòu)方案。

結(jié)構(gòu)設計涉及以下幾個方面：

（1）結(jié)構(gòu)分析：對工程結(jié)構(gòu)進行力學分析，確定結(jié)構(gòu)在荷載作用下的內(nèi)力、

位移等響應。

（2）結(jié)構(gòu)選型：根據(jù)工程需求、地理環(huán)境、材料特性等因素，選擇合適的

結(jié)構(gòu)形式。

（3）結(jié)構(gòu)設計：在滿足結(jié)構(gòu)安全、適用、經(jīng)濟和美觀的前提下，進行結(jié)構(gòu)

構(gòu)件的設計。

（4）結(jié)構(gòu)施工：狡照設計圖紙進行結(jié)構(gòu)施工，保證施工質(zhì)量。

1.2結(jié)構(gòu)設計原則

結(jié)構(gòu)設計應遵循以下原則：

（1）安全性：結(jié)構(gòu)設計必須保證結(jié)構(gòu)在正常使用和極端情況下具有良好的

安全性。

（2）適用性：結(jié)加設計應滿足使用功能，保證結(jié)構(gòu)在使用過程中具有良好

的功能。

（3）經(jīng)濟性：在滿足安全、適用和美觀的前提下，結(jié)構(gòu)設計應追求經(jīng)濟合

理。

（4）美觀性：結(jié)陶設計應注重美觀，使結(jié)構(gòu)造型與周圍環(huán)境和諧統(tǒng)一。

（5）可持續(xù)發(fā)展：結(jié)構(gòu)設計應考慮資源的合理利用，注重環(huán)境保護，實現(xiàn)

可持續(xù)發(fā)展。

1.3結(jié)構(gòu)設計流程

結(jié)構(gòu)設計流程主要包括以下幾個階段：

（1）項目分析：明確工程項目的性質(zhì)、規(guī)模、功能需求等，為結(jié)構(gòu)設計提

供依據(jù)。

（2）初步設計：根據(jù)項目分析結(jié)果，進行結(jié)構(gòu)選型、布局和初步設計。

（3）詳細設計：在初步設計的基礎上，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行詳細設計，包括尺

寸、材料、構(gòu)造等。

（4）結(jié)構(gòu)計算：總用力學原理，對結(jié)構(gòu)進行計算，驗證結(jié)構(gòu)的安全性、適

用性等。

（5）設計審查：對設計成果進行審查，保證結(jié)構(gòu)設計符合規(guī)范和標準要求。

（6）施工圖設計：根據(jù)審查通過的設計成果，編制施工圖，為施工提供依

據(jù)。

（7）施工配合：在施工過程中，對施工現(xiàn)場進行技術指導，保證施工質(zhì)量。

（8）驗收與評價：工程完成后，對結(jié)構(gòu)進行驗收與評價，總結(jié)設計經(jīng)驗，

為后續(xù)項目提供參考。

第二章結(jié)構(gòu)力學分析

2.1桿件受力分析

桿件受力分析是結(jié)構(gòu)力學分析的基礎，主要研究桿件在力的作用下產(chǎn)生的內(nèi)

力、位移和變形等。桿件受力分析主要包括以下內(nèi)容：

（1）桿件分類：根據(jù)桿件的幾何形狀和受力特點，可分為梁、柱、桁架、

剛架等。

（2）荷載類型：桿件受到的荷載可分為集中荷載、分布荷載、力偶等。

（3）內(nèi)力分析：內(nèi)力是指桿件在荷載作用下，桿件內(nèi)部產(chǎn)生的力。主要包

括軸力、剪力、彎矩等。

（4）位移分析：，'立移是指桿件在荷載作用下，桿件端點的位移。包括線位

移和角位移。

（5）變形分析：變形是指桿件在荷載作用下，桿件的形狀和尺寸發(fā)生變化。

主要包括軸向變形、彎曲變形等.

2.2結(jié)構(gòu)平衡方程

結(jié)構(gòu)平衡方程是研究結(jié)構(gòu)在力的作用下保持平衡狀態(tài)的方程。主要包括以下

內(nèi)容：

（1）力的合成與分解：力的合成與分解是求解結(jié)構(gòu)平衡方程的基礎。將作

用在結(jié)構(gòu)上的力進行合成與分解，可以得到結(jié)構(gòu)各部分的受力情況。

（2）力的平衡條，‘牛：力的平衡條件是指結(jié)構(gòu)在力的作用下，各部分受力相

互抵消，使結(jié)構(gòu)保持平衡。包括力的投影平衡條件和力的矩平衡條件。

（3）結(jié)構(gòu)的靜定性：靜定性是指結(jié)構(gòu)在力的作用下，能夠保持平衡狀態(tài)的

獨立方程數(shù)量。根據(jù)靜定性的不同，結(jié)構(gòu)可分為靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)。

（4）結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析：結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析是指根據(jù)平衡方程求解結(jié)構(gòu)各部分的內(nèi)

力。包括梁的內(nèi)力分析、桁架的內(nèi)力分析等。

2.3結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析是研究結(jié)構(gòu)在力的作用下，能否保持原有形狀和尺寸不發(fā)生

改變的特性。主要包括以下內(nèi)容：

（1）穩(wěn)定性分類：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性可分為三類：第一類穩(wěn)定性問題，即結(jié)構(gòu)在

力的作用下發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象；第二類穩(wěn)定性問題，即結(jié)構(gòu)在力的作用下，原有形狀

和尺寸發(fā)生改變；第三類穩(wěn)定性問題，即結(jié)構(gòu)在力的作用下，原有形狀和尺寸保

持不變，但結(jié)構(gòu)內(nèi)部應力發(fā)生變化。

（2）失穩(wěn)現(xiàn)象：失穩(wěn)現(xiàn)象是指結(jié)構(gòu)在力的作用下，由于某些原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)

失去平衡狀態(tài)。主要包括屈曲、扭轉(zhuǎn)、剪切等失穩(wěn)形式。

（3）穩(wěn)定性分析原理：穩(wěn)定性分析原理主要包括能量法和力法。能量法是

通過分析結(jié)構(gòu)在力的作用下，勢能的變化情況來判斷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；力法是通過

分析結(jié)構(gòu)在力的作用下，內(nèi)力的變化情況來判斷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（4）穩(wěn)定性計算方法：穩(wěn)定性計算方法包括解析法和數(shù)值法。解析法是根

據(jù)穩(wěn)定性分析原理，推導出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的解析表達式；數(shù)值法是利用計算機求解

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的數(shù)值解。

通過對結(jié)構(gòu)力學分析中桿件受力分析?、結(jié)構(gòu)平衡方程和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的研

究，可以為工程結(jié)構(gòu)設計和計算提供理論基礎和實踐指導。

第三章鋼筋混凝+結(jié)構(gòu)設計

3.1混凝土結(jié)構(gòu)設計原理

混凝土結(jié)構(gòu)設計原理是依據(jù)力學原理、材料功能及結(jié)構(gòu)使用要求，對混凝土

結(jié)構(gòu)進行合理的構(gòu)造設計。以下是混凝土結(jié)構(gòu)設計的主要原則：

（1）承載能力原則：結(jié)構(gòu)構(gòu)件應滿足承載能力要求，保證在正常使用條件

下不發(fā)生破壞。

（2）穩(wěn)定性原則：結(jié)構(gòu)構(gòu)件應具有足夠的穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。

（3）剛度原則：結(jié)構(gòu)構(gòu)件應滿足剛度要求，防止產(chǎn)生過大的變形。

（4）耐久性原則：結(jié)構(gòu)構(gòu)件應具備良好的耐久性，保證在惡劣環(huán)境下長期

穩(wěn)定使用。

（5）經(jīng)濟性原則；在滿足上述原則的基礎上，力求降低結(jié)構(gòu)成本，實現(xiàn)經(jīng)

濟合理。

3.2鋼筋混凝上構(gòu)件設計

鋼筋混凝土構(gòu)件設計包括梁、板、柱等構(gòu)件的設計，以下是主要設計內(nèi)容：

（1）構(gòu)件截面尺寸設計：根據(jù)構(gòu)件的承載能力、穩(wěn)定性、剛度等要求，確

定構(gòu)件的截面尺寸。

（2）鋼筋配置：根據(jù)構(gòu)件的承載能力和使用要求，選擇合適的鋼筋種類、

直徑和間距。

（3）混凝土強度等級：根據(jù)構(gòu)件的承載能力和使用要求，選擇合適的混凝

土強度等級。

（4）構(gòu)件構(gòu)造措施：包括鋼筋錨固、構(gòu)件連接、保護層厚度等，以滿足結(jié)

構(gòu)安全、耐久和施工要求。

3.3構(gòu)件承載能力計算

構(gòu)件承載能力計算是混凝土結(jié)構(gòu)設計的關鍵環(huán)節(jié)，以下是承載能力計算的要

點：

（1）正截面承載能力計算：根據(jù)構(gòu)件的截面尺寸、鋼筋配置和混凝土強度

等級，計算正截面承教能力。

（2）斜截面承載能力計算：對于梁等受彎構(gòu)件，需計算斜截面承載能力，

包括剪力和彎矩的共同作用。

（3）扭轉(zhuǎn)承載能力計算：對于受扭構(gòu)件，需計算扭轉(zhuǎn)承載能力0

（4）局部承載能力計算：對于局部受壓、受拉等特殊情況，需計算局部承

載能力。

（5）承載能力校核：在計算得到構(gòu)件承載能力后，應對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行承載

能力校核，保證結(jié)構(gòu)安全。

通過以上計算，可以為混凝土結(jié)構(gòu)設計提供科學依據(jù)，保證結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)

濟和合理。

第四章鋼結(jié)構(gòu)設計

4.1鋼結(jié)構(gòu)設計原理

鋼結(jié)構(gòu)設計原理是建立在力學、材料力學和結(jié)構(gòu)力學基本理論的基礎之上

的。其主要目的是在滿足結(jié)構(gòu)安全、可靠、經(jīng)濟、適用的前提下，實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的

設計與施工。鋼結(jié)構(gòu)設計原理主要包括以下幾個方面：

（1）力學功能：根據(jù)鋼材的力學功能，分析其在不同應力狀態(tài)下的承載能

力、穩(wěn)定性和剛度，為結(jié)構(gòu)設計提供依據(jù)。

（2）材料功能：研究鋼材在不同環(huán)境、溫度和應力作用下的材料功能，為

選擇合適的鋼材和防腐蝕措施提供參考。

（3）結(jié)構(gòu)體系：分析不同結(jié)構(gòu)體系的受力特點，合理選擇結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)

結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟和美觀。

（4）構(gòu)件設計：根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的要求，進行構(gòu)件的尺寸、形狀和連接方式

的設計，保證構(gòu)件的承載能力、穩(wěn)定性和剛度。

（5）連接設計：研究不同連接形式的受力特點，合理選擇連接方式，實現(xiàn)

連接的安全、可靠和經(jīng)濟。

4.2鋼構(gòu)件設計方法

鋼構(gòu)件設計方法主要包括以下幾種：

（1）彈性設計方法：以彈性力學為基礎，按照構(gòu)件的受力狀態(tài)和應力分布,

進行構(gòu)件尺寸和形狀的設計。

（2）塑性設計方法：以塑性力學為基礎，考慮材料的非線性功能，進行構(gòu)

件的承載能力和變形控制設計。

（3）極限設計方法：以極限力學為基礎，研究結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)下的承載能

力和穩(wěn)定性，進行構(gòu)件的設計。

（4）概率設計方法：以概率論為基礎，考慮材料功能、荷載和結(jié)構(gòu)參數(shù)的

隨機性，進行構(gòu)件的可靠性設計。

4.3鋼結(jié)構(gòu)連接設計

鋼結(jié)構(gòu)連接設計是鋼結(jié)構(gòu)設計中的重要環(huán)節(jié)，其安全性、可靠性和經(jīng)濟性對

整個結(jié)構(gòu)體系具有重要意義。以下是幾種常見的鋼結(jié)構(gòu)連接設計方法：

（1）焊接連接：通過焊接技術將鋼材連接在一起，具有連接強度高、構(gòu)造

簡單、施工速度快等特點。焊接連接設計主要包括焊接方法、焊接材料、焊接接

頭形式和焊接質(zhì)量檢驗等內(nèi)容。

（2）高強度螺栓連接：采用高強度螺栓將鋼材連接在一起，具有連接強度

高、施工速度快、便于拆卸和檢查等優(yōu)點。高強度螺栓連接設計主要包括螺栓類

型、螺栓直徑、螺栓間距和連接副強度計算等內(nèi)容。

（3）珈接連接：通過鉀釘將鋼材連接在一起，具有連接強度高、耐腐濁性

好等特點。抑接連接設計主要包括鉀釘類型、鉀釘直徑、抑釘間距和連接副強度

計算等內(nèi)容。

（4）銷軸連接：采用銷軸將鋼材連接在一起，具有連接強度高、構(gòu)造簡單、

便于拆卸等優(yōu)點。銷軸連接設計主要包括銷軸類型、俏軸直徑、銷軸間距和連接

副強度計算等內(nèi)容。

(5)組合連接：根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，采用兩種或兩種以上的連接方式組合而成,

以滿足結(jié)構(gòu)的受力要求。組合連接設計需要綜合考慮各種連接方式的受力特點，

進行綜合分析和設計。

第五章砌體結(jié)構(gòu)設計

5.1砌體結(jié)構(gòu)設計原理

砌體結(jié)構(gòu)設計原理是砌體結(jié)構(gòu)設計的基礎，主要包括以下幾個方面：

5.1.1結(jié)構(gòu)功能及適用范圍

砌體結(jié)構(gòu)作為一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，廣泛應用于各類建筑中。其主要功能是

承受上部結(jié)構(gòu)的荷載，并將荷載傳遞至基礎。砌體結(jié)構(gòu)適用于低層、多層建筑及

部分高層建筑的墻體、柱子等承重構(gòu)件。

5.1.2結(jié)構(gòu)材料及功能

砌體結(jié)構(gòu)的材料主要包括磚、砌塊、石材等，這些材料的功能指標對砌體結(jié)

構(gòu)的承載能力、穩(wěn)定性及抗震功能有重要影響。在設計過程中，應充分考慮材料

的強度、彈性模量、泊松比等功能參數(shù)。

5.1.3結(jié)構(gòu)設計方法

砌體結(jié)構(gòu)設計方法主要包括極限狀態(tài)設計法、容許應力設計法等。極限狀態(tài)

設計法以結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)為控制目標，通過計算結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下的承載能

力、穩(wěn)定性、變形等指標，保證結(jié)構(gòu)安仝可靠。容許應力設計法以材料的容許應

力為控制目標，通過計算結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下的應力水平，保證結(jié)構(gòu)滿足使用

要求。

5.2砌體構(gòu)件設計

砌體構(gòu)件設計主要包括墻體、柱子等承重構(gòu)件的設計，以下為砌體構(gòu)件設計

的主要內(nèi)容：

5.2.1構(gòu)件尺寸及布置

根據(jù)建筑物的使用功能、結(jié)構(gòu)形式及荷載特性，合理確定構(gòu)件的尺寸及布置。

墻體厚度、柱子截面尺寸等參數(shù)應根據(jù)計算結(jié)果及構(gòu)造要求確定。

5.2.2構(gòu)件承載能力計算

構(gòu)件承載能力計算主要包括抗壓、抗彎、抗剪等計算。根據(jù)構(gòu)件的受力特點,

采用相應的計算公式及計算方法，保證構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下的承載能力滿足設

計要求。

5.2.3構(gòu)件穩(wěn)定性計算

構(gòu)件穩(wěn)定性計算主要包括墻體的整體穩(wěn)定性、柱子的局部穩(wěn)定性等。通過計

算構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下的穩(wěn)定性指標，保證結(jié)構(gòu)在施工及使用過程中不會發(fā)生

失穩(wěn)現(xiàn)象。

5.3砌體結(jié)構(gòu)抗震設計

砌體結(jié)構(gòu)抗震設計是保證結(jié)構(gòu)在地震作用下安全可靠的關鍵環(huán)節(jié)。以下為砌

體結(jié)構(gòu)抗震設計的主要內(nèi)容：

5.3.1抗震設計原則

抗震設計原則包括：保證結(jié)構(gòu)在地震作用下具有足夠的承載能力、變形能力

和延性；采用合理的結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)造措施，提高結(jié)構(gòu)的整體抗震功能；遵循抗震

設防類別、抗震設防烈度等要求C

5.3.2抗震設計方法

抗震設計方法主要包括底部剪力法、振型分解反應譜法等。根據(jù)建筑物的結(jié)

構(gòu)形式、高度及地震作用特性，選擇合適的抗震設計方法。

5.3.3抗震構(gòu)造措施

抗震構(gòu)造措施主要包括墻體的拉結(jié)、柱子的配筋、基礎的錨固等。通過采取

合理的抗震構(gòu)造措施，提高結(jié)構(gòu)的整體抗震功能，減輕地震作用對結(jié)構(gòu)的影響。

第六章橋梁結(jié)構(gòu)設計

6.1橋梁結(jié)構(gòu)概述

橋梁作為一種跨越障礙物的重要交通建筑物，其主要功能是承載車輛、行人

和貨物安全、順暢地跨越河流、山谷、道路等。橋梁結(jié)構(gòu)設計是橋梁工程的核心

內(nèi)容，涉及到結(jié)構(gòu)安全、耐久、經(jīng)濟、美觀等多個方面。橋梁結(jié)構(gòu)主要包括以下

幾種類型：

（1）梁式橋：以梁為主要承重構(gòu)件，包括簡支梁、連續(xù)梁、懸臂梁等；

（2）拱式橋：以類為主要承重構(gòu)件，包括石拱橋、鋼拱橋、鋼筋混凝土拱

橋等；

（3）剛架橋：以剛架為主要承重構(gòu)件，包括門式剛架、箱形剛架等；

（4）懸索橋：以懸索為主要承重構(gòu)件，包括懸索梁橋、懸索拱橋等；

（5）組合橋：以上述結(jié)構(gòu)為基礎，采用多種結(jié)構(gòu)形式組合而成的橋梁。

6.2橋梁結(jié)構(gòu)設計方法

橋梁結(jié)構(gòu)設計方法主要包括以下幾個方面：

（1）設計原則：橋梁設計應遵循安全、適用、經(jīng)濟、美觀的原則，保證橋

梁結(jié)構(gòu)在各種工況下的安全性和可靠性；

（2）設計規(guī)范：橋梁設計應依據(jù)國家及行業(yè)標準，如《公路橋涵設計規(guī)范》、

《城市橋梁設計規(guī)范》等；

（3）設計流程：橋梁結(jié)構(gòu)設計流程包括初步設計、技術設計、施工圖設計

等階段；

（4）設計方法：矯梁結(jié)構(gòu)設計方法包括力學計算、結(jié)構(gòu)分析，參數(shù)優(yōu)化、

實驗研究等；

（5）設計工具：現(xiàn)代橋梁設計采用計算機輔肋設計（CAD）技術，如有限元

分析軟件、結(jié)構(gòu)設計軟件等。

6.3橋梁結(jié)構(gòu)計算

橋梁結(jié)構(gòu)計算是橋梁設計過程中的關鍵環(huán)節(jié)，主要包括以下幾個方面：

（1）荷載計算：艱據(jù)橋梁的使用功能和交通要求，確定橋梁的荷載類型、

大小和分布；

（2）內(nèi)力計算：根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點，計算橋梁各部位的內(nèi)力，如彎

矩、剪力、軸力等；

（3）應力計算：根據(jù)內(nèi)力計算結(jié)果，分析橋梁各部位的應力狀態(tài)，保證結(jié)

構(gòu)在材料強度范圍內(nèi)；

（4）穩(wěn)定性計算；分析橋梁結(jié)構(gòu)在施工和運營階段的穩(wěn)定性，包括橫向穩(wěn)

定性、縱向穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性等；

（5）抗震”算：針對地震作用，計算橋梁結(jié)構(gòu)的抗震功能，保證其在地震

作用下安全可靠；

（6）耐久性計算：分析橋梁結(jié)構(gòu)在環(huán)境作用下的耐久功能，包括材料老化、

疲勞損傷等；

（7）經(jīng)濟性計算：評估橋梁設計方案的經(jīng)濟性，包括材料用量、施工周期、

維護費用等。

通過對橋梁結(jié)構(gòu)進行全面的計算分析，可以為橋梁設計提供科學依據(jù)，保證

橋梁工程的安全、適用、經(jīng)濟、美觀。

第七章基礎與地基處理

7.1地基基礎設計原理

地基基礎設計是工程結(jié)構(gòu)設計的重要組成部分，其設計原理主要包括以下幾

個方面：

7.1.1地基承載力的確定

地基承載力是指地基在保證安全穩(wěn)定的前提下，能夠承受的最大荷載。確定

地基承載力的方法有原位試驗、理論計算和經(jīng)驗公式等。在設計過程中，應根據(jù)

地質(zhì)條件、基礎形式、結(jié)構(gòu)類型等因素，選擇合適的方法確定地基承載力。

7.1.2地基變形控制

地基變形包括基礎沉降、傾斜和轉(zhuǎn)動等C在設計過程中，需要控制地基變形

以滿足工程結(jié)構(gòu)的使用要求。常用的方法有減小基礎尺寸、增加基礎埋深、采用

復合地基等。

7.1.3基礎穩(wěn)定性的分析

基礎穩(wěn)定性分析主要包括抗滑移、抗傾覆和抗隆起等方面。在設計過程中，

應根據(jù)地質(zhì)條件、基礎形式、結(jié)構(gòu)類型等因素，分析基礎的穩(wěn)定性，保證工程結(jié)

構(gòu)的安仝。

7.1.4基礎與地基的共同作用

基礎與地基的共同作用是指基礎和地基在荷載作用下，相互影響、相互制約

的過程。在設計過程中，應充分考慮基礎與地基的共同作用，優(yōu)化基礎結(jié)構(gòu)，提

高地基承載力和穩(wěn)定性。

7.2基礎結(jié)構(gòu)設計

基礎結(jié)構(gòu)設計主要包括以下幾個方面：

7.2.1基礎類型的選擇

根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的荷載、地質(zhì)條件、施工技術等因素，選擇合適的基礎類型，

如擴展基礎、條形基礎、筏形基礎、箱形基礎等。

7.2.2基礎尺寸的確定

根據(jù)荷載、地基承載力、基礎形式等因素，確定基礎的尺寸，保證基礎具有

足夠的承載力和穩(wěn)定性。

7.2.3基礎配筋設計

基礎配筋設計應根據(jù)荷載、基礎尺寸、混凝土強度等級等因素進行。設計過

程中，要保證基礎配筋滿足抗彎、抗剪和抗沖切的要求。

7.2.4基礎埋深和施工技術

基礎埋深和施工技術是影響基礎設計的重要因素。在設計過程中，應根據(jù)地

質(zhì)條件、施工技術、基礎形式等因素，合理確定基礎埋深，并采取相應的施工措

施。

7.3地基處理方法

地基處理是指采用物理、化學或生物等方法，改善地基土的工程性質(zhì)，提高

地基承載力和穩(wěn)定性。以下為常用的地基處理方法：

7.3.1換填處理

換填處理是指將地基土挖除，換填入具有良好工程性質(zhì)的土石材料，以提高

地基承載力。該方法適用于軟弱地基和深厚軟土層。

7.3.2預壓加固

預壓加固是指在地基上施加預壓荷載，使地基土產(chǎn)生固結(jié)，提高地基承載力。

該方法適用于軟土地基和深厚軟土層。

7.3.3深層攪拌

深層攪拌是指將水泥、石灰等固化劑與地基土攪拌均勻，形成具有一定強度

和承載力的土體。該方法適用于軟弱地基和深厚軟土層。

7.3.4地基凍結(jié)

地基凍結(jié)是指在地基中注入低溫制冷劑，使地基土凍結(jié)，形成具有一定強度

和承載力的凍土體。該方法適用于軟土地基和深厚軟土層。

7.3.5地基排水

地基排水是指通過設置排水設施，降低地基孔隙水壓力，提高地基承載力。

該方法適用于軟土地基和深厚軟土層。

第八章結(jié)構(gòu)抗震設計

8.1抗震設計原理

結(jié)構(gòu)抗震設計原理是基于地震工程學、結(jié)構(gòu)動力學和材料力學等多學科理

論，以保障結(jié)構(gòu)在地震作用下安全、可靠、經(jīng)濟為目標的一種設計方法。其主要

內(nèi)容包括以下幾個方面：

（1）地震作用分析：通過對地震動的特性遂行分析，確定地震作用對結(jié)構(gòu)

的影響，為結(jié)構(gòu)抗震設計提供依據(jù)。

（2）結(jié)構(gòu)抗震功能指標：根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能、重要性等因素，確定結(jié)構(gòu)在地

震作用下的功能指標，如彈性、塑性、延性等。

（3）結(jié)構(gòu)體系選擇：根據(jù)結(jié)構(gòu)的使用功能、地理位置、場地條件等因素，

選擇合適的結(jié)構(gòu)體系，以提高結(jié)構(gòu)的抗震功能。

（4）結(jié)構(gòu)構(gòu)件設計：在滿足承載力和穩(wěn)定性要求的基礎上，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進

行抗震設計，保證其在地震作用下具有足夠的延性和耗能能力。

8.2結(jié)構(gòu)抗震措施

結(jié)構(gòu)抗震措施主要包括以下幾個方面：

（1）基礎隔震：通過在結(jié)構(gòu)基礎與上部結(jié)構(gòu)之間設置隔震裝置，降低地震

作用對上部結(jié)構(gòu)的影響。

（2）結(jié)構(gòu)減震：采用減震裝置或減震技術，減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應,

提高結(jié)構(gòu)的抗震功能。

（3）結(jié)構(gòu)耗能：利用結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性變形、摩擦耗能等機制，消耗地震輸

入能量，降低結(jié)構(gòu)的響應。

（4）結(jié)構(gòu)構(gòu)件優(yōu)化：通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸、材料功能等參數(shù)，提

高結(jié)構(gòu)的抗震功能。

（5）結(jié)構(gòu)連接節(jié)點加強：加強結(jié)構(gòu)連接節(jié)點，提高節(jié)點在地震作用下的承

載能力和延性。

8.3結(jié)構(gòu)抗震計算

結(jié)構(gòu)抗震計算主要包括以下幾個方面：

（1）地震作用計算：根據(jù)地震動的特性和結(jié)構(gòu)動力特性，計算地震作用對

結(jié)構(gòu)的影響。

（2）結(jié)構(gòu)動力響應計算：采用動力分析方法，計算結(jié)構(gòu)在地震作用下的位

移、速度、加速度等響應。

（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震驗算：根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和穩(wěn)定性要求，進行抗震

驗算，保證構(gòu)件在地震作用下具有足夠的抗震能力。

（4）結(jié)構(gòu)整體抗震驗算：通過對結(jié)構(gòu)整體法行抗震驗算，評價結(jié)構(gòu)的抗震

功能。

（5）結(jié)構(gòu)抗震設計優(yōu)化：根據(jù)抗震驗算結(jié)果，對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，提高

結(jié)構(gòu)的抗震功能。

第九章結(jié)構(gòu)安全評估與監(jiān)測

9.1結(jié)構(gòu)安全評估方法

結(jié)構(gòu)安全評估是保障工程結(jié)構(gòu)安全的重要環(huán)節(jié)，主要包括以下幾種方法：

（1）可靠性分析：通過對結(jié)構(gòu)設計、施工及使用過程中的不確定性因素進

行分析，評估結(jié)構(gòu)在規(guī)定使用期內(nèi)滿足預定功能的能力。

（2）有限元分析：利用有限元法對結(jié)構(gòu)進行建模，分析其在各種荷載作用

下的響應，從而評估結(jié)構(gòu)的安全性。

（3）極限狀態(tài)法：根據(jù)結(jié)構(gòu)設計規(guī)范，確定結(jié)構(gòu)在各種極限狀態(tài)下的安全

儲備，評估結(jié)構(gòu)的安全性。

（4）概率分析方法：通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，評估結(jié)構(gòu)在特定條件下的安全性,

并對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計。

9.2結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術

結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術是實時獲取結(jié)構(gòu)健康狀況的重要手段，主要包括以下幾種：

（1）振動監(jiān)測：通過測量結(jié)構(gòu)在荷載作用下的振動特性，評估結(jié)構(gòu)的健康

狀況。

（2）位移監(jiān)測：利用位移傳感器實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)在荷載作用下的位移變化，

評估結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）應力監(jiān)測：通過測量結(jié)構(gòu)在荷載作用下的應力分布，評估結(jié)構(gòu)的承載

能力。

（4）溫度監(jiān)測：實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)溫度變化，分析其對結(jié)構(gòu)安全性的影響。

（5）視覺監(jiān)測：利用圖像處理技術，對結(jié)構(gòu)表面進行實時觀測，發(fā)覺潛在

的安全隱患。

9.3結(jié)構(gòu)安全評估案例分析

以下為兩個結(jié)構(gòu)安全評估案例分析:

案例一：某大型混凝土壩安全評估

針對某大型混凝土壩，采用有限元分析法和吸限狀態(tài)法進行結(jié)構(gòu)安全評估。

建立有限元模型，分析壩體在各種荷載作用下的應力、位移和穩(wěn)定性。根據(jù)規(guī)范

確定極限狀態(tài)，計算安全儲備。通過評估，該壩體在規(guī)定使用期內(nèi)滿足設計要求,

具有較高的安全性。

案例二：某高層建筑結(jié)構(gòu)安全評估

針對某高層建筑，采用可靠性分析和振動監(jiān)測方法進行結(jié)構(gòu)安全評估。建立

可靠性分析模型，評估結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的可靠性指標。通過振動監(jiān)測技術,

實時獲取結(jié)構(gòu)健康狀況。評估結(jié)果顯示，該建筑結(jié)構(gòu)在規(guī)定使用期內(nèi)具有較高的

安全性，但需關注部分構(gòu)件的疲勞損傷問題。

通過對以上案例的分析-，可知結(jié)構(gòu)安全評估與監(jiān)測在工