结构设计原理ppt课件

结构设计原理,四川大学建筑与环境学院,授课傅昶彬,2006版,工程结构,采用具有良好的物理力学性能的天然或人工材料建造的具有一定使用功能的建筑物或构筑物的骨架体系。,结构设计原理,研究保证结构安全可靠的理论和设计方法的科学。,课程特点、内容和目标,知识面主要涉及力学、材料学原理半理论半实验设计规范性解的不唯一性,课程特点,内容和目标,设计方法材料力学性能受力构件设计,第一章绪论,教学要求,了解工程结构的发展趋势熟悉砼、砌体、钢三大结构特点了解结构计算简图熟悉工程结构荷载定义,工程结构的发展历程,1.古代材料：天然理论：缺乏特点：直感经验，按比例放大，构件断面大，材料利用率低，使用空间狭小古代结构,2.近代（17世纪20世纪中叶）,材料:石、木、砼、砌体、钢,转炉炼钢：1859年贝塞麦发明，成本大幅降低而质量大幅提高。,水泥出现：1824年约瑟夫阿斯普丁（JosephAspdin）采用波特兰岛的石灰石研究出胶凝水泥波特兰水泥，并取得专利权。,理论：,特点:,标志性结构,以牛顿（1642.12.251727.3.20,享年85岁）力学为标志（伽利略、伯努力、欧拉、纳维、圣文南、泊松），有了材料力学、结构力学、弹性力学、板壳力学、虚功原理等，强度准则由纳维1825年确立了容许应力法。,材料及结构实验；2)专业化分工；3)简化手算；4)新结构新工艺。,3.现代（20世纪中叶至今）,材料：种类变化不大，但品质有较大改观。,钢材目前常用400Mpa以下，400600Mpa已开始应用，种类增多，钢绞线己达1860MPa。砼以我国为例目前常用60MPa以下，特殊工程可达80100MPa。美国实验室做出的砼可达266MPa。砌体的抗压强度可达35MPa（目前国外）。,理论：,特点：,标志结构,.日益复杂和高标准的要求。.材料轻质高强化。.施工过程工业化、装配化。.理论的精确化、科学化。,在近代理论基础上，由于计算机的迅猛发展有限元法得以广泛应用于工程领域。另外强度准则也用容许应力法扩展到极限状态法。,可持续发展要求节能、节水尽量不破坏植被耕地无污染环保要求,2.理论方法全概率极限状态全过程可靠度理论模糊可靠度可控结构非线性分析优化设计原理,二.工程结构的发展方向,3.材料方面,新材料研发应用碳纤维布：高模量E=3864105Mpa高强度fb=24003100Mpa,1)钢管砼,材料的合理组合,2)钢骨钢筋砼,3)预应力砼,4)压型钢板（0.51mm厚）叠合砼板,5)配筋砌体,（一）按使用功能划分,三.工程结构的分,1.建筑结构,2.桥梁3.岩土4.水利5.海港6.特种,（二）按材料划分,4.木结构,优点：强度重量比大，适合作大跨度结构或构件，在通风干燥无虫害条件下有良好的耐久性，弹性韧性好，良好的隔热保温性质，易加工，质感具装饰性。,缺点：易燃，各向异性，受外界温湿度影响大，抵御虫害及微生物侵蚀能力差。,四.工程结构计算简图,组成结构的基本元素按形态方分：杆（梁、柱）、板、墙、拱、索、膜、壳、块（基础、大坝）。按受力分：受弯、受剪、受压、受拉、受扭、复合受力。,2.计算简图,实际支座与理论支座,1)固定支座,2)铰支座,实际节点与理论节点,平面体系,空间体系,五.工程结构荷载,1.作用与荷载,所有能使结构产生内力、变形、开裂等效应的原因统称为“作用”。“作用”按出现的方式可分为“直接作用”和“间接作用”。,直接作用在结构上的力称为“荷载”。因此，“荷载”是作用的一种，并且是“直接作用”。地震作用，是地面运动在结构上产生的惯性力。因此，地震作用是一种“间接作用”，不能叫“地震荷载”。,结构上受哪些作用？,自然界：重力、风、雪、裹冰、温差、地震、撞击、火灾、水灾、化学、微生物、射线、土压力人类：活荷载，吊车荷载、积灰、爆炸、撞击、预应力,本课程主要针对荷载对结构的影响，作用荷载。,规范分类：按时间变异分类,永久荷载：在结构使用期间，荷载值不随时间变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计的荷载称为永久荷载。永久荷载又称为恒载。结构的自重、土重、水重等都属于永久荷载。,2.荷载分类方式,可变荷载在结构使用期间，荷载值随时间变化，或其变化值与平均值相比不能忽略的荷载称为可变荷载。,偶然荷载在结构使用期间，不一定出现，但一旦出现，其值很大，并且持续时间极短的荷载称为偶然荷载。,3.荷载统计分布规律,设计基准期为确定可变荷载代表值而选用的时间参数（我国规定为50年）。,荷载代表值指根据不同的工作状态，取用以统计学方法得出具有一定保证率的统计特征值。,建筑结构永久荷载应采用标准值作为代表值，可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值，对于偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。,荷载标准值（基本代表值）指设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（例如均值、众值、中值或某个位值）。,结构自重的标准值可按设计尺寸与材料重力密度标准值计算。,可变荷载组合值对可变作用，使组合后的作用效应在设计基准期内的超越概率与该作用单独出现时的相应概率趋于一致的作用值；或组合后使结构具有统一规定的可靠指标的作用值。,可变荷载频遇值对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷