結構設計原理

前言

　　本書在《橋梁鋼筋混凝土及預應力混凝土結構設計原理》基礎上修改編寫，為適應教學工作需要將書名改為《結構設計原理》?！　　稑蛄轰摻罨炷良邦A應力混凝土結構設計原理》（第一版）與《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTGD62-2004）于2004年10月同時出版，已使用了五年。本書作為04橋規(guī)的配套圖書，滿足了工程一線技術人員的急需，同時，為多所高校選做結構設計原理課程的教材。其間我收到了很多讀者通過函電或直接交流方式提出的對規(guī)范執(zhí)行中若干疑難問題的咨詢意見和建議。2009年6月人民交通出版社出版了《公路橋梁設計規(guī)范答疑匯編》，對各地相關單位或個人在使用規(guī)范中遇到的問題，進行了匯總和解答?！　V大讀者勇于思考的探索精神，激勵和啟發(fā)我去認真思考自己所寫的東西還有哪些不足，萌生了要對該書進行修改補充的想法，以答謝廣大讀者的關懷。　　本書的主要內(nèi)容原則上按《結構設計原理》課程大綱編寫，在第一版的基礎上，本次再版修改的主要特點是：　?。?）增加了結構耐久性設計的內(nèi)容。長期以來人們受“混凝土是一種耐久性良好建筑材料”這一片面認識的影響，忽視了鋼筋混凝土結構耐久性問題，致使耐久性研究相對滯后，并為此付出了巨大的代價。反思《結構設計原理》課程教學中關于“混凝土保護鋼筋免于銹蝕”的片面結論和對裂縫（特別是實際工程中大量存在的非結構裂縫）問題輕描淡寫的論述，無疑是對學生的誤導，對目前仍普遍存在的“重強度，輕耐久性”的錯誤設計思想的形成，具有不可推卸的歷史責任?！　⌒乱?guī)范增加了結構耐久性設計的內(nèi)容是結構設計理念的重大突破，是結構工程科學的重大技術進步，對提高設計質(zhì)量具有指導意義。但是，要擺脫長期形成的“重強度，輕耐久性”的錯誤設計思想的影響，還有很多工作要做，人們對耐久性的認識還有個不斷提高的過程。長遠來看，落實加強結構耐久性的設計理念，應從對學生的專業(yè)教育入手。“結構設計原理”是學生接觸最早的專業(yè)技術基礎課，是學習后續(xù)專業(yè)課的基礎，在學生第一次接觸工程結構設計問題時，就明確提出加強和重視結構耐久性設計的概念，對后續(xù)課程的教學安排，乃至將來工作中正確設計思想的形成是十分必要的。

內(nèi)容概要

本書參照高等學校道路橋梁與渡河工程、土木工程等相關專業(yè)及方向的結構設計原理課程教學大綱，結合最新橋梁設計規(guī)范編寫而成。該書系統(tǒng)地闡述了鋼筋混凝土、預應力混凝土結構及圬工結構設計的基本原理和方法。書中對橋梁規(guī)范有關條文和計算公式的背景及應用注意事項作了解釋性闡述，以使讀者能準確理解規(guī)范的原意，正確應用規(guī)范進行橋梁工程結構的設計。
本書可作為道路橋梁與渡河工程專業(yè)以及土木工程專業(yè)橋梁工程和道路工程方向的結構設計原理課的教材，同時可作為從事公路及城市橋梁設計、科研、施工及管理人員學習和應用橋梁規(guī)范的輔導材料。

作者簡介

張樹仁，教授，博士生導師。曾任哈爾濱建筑大學副校長，交通學院院長。長期從事橋梁結構工程的教學、科研和設計工作，形成了以橋梁鋼筋混凝土和預應力混凝土結構以及橋梁加固設計理論為主的兩大科研方向。主持完成多項省部級科研課題和橋梁設計任務，兩次參與橋梁設計規(guī)范修專題科研，多項科研成果納入相關規(guī)范。
黃僑，博士，教授，博士生導師。
東南大學橋梁與隧道工程研究所所長，國際橋梁與結構工程學會會員，中國公路學會橋梁與結構工程學會理事，中國土木工程學會橋梁與結構工程學會理事，教育部土木工程專業(yè)數(shù)學指導委員會委員。
主要研究領域：橋梁結構設計理論，橋梁工程設計理論，橋梁工程耐久性及全壽命設計理論與方法，橋梁施工控制技術。

書籍目錄

總論
第一篇 結構設計基本原理和材料性能
　第一章 鋼筋混凝土結構材料的物理力學性能
　　1—1 混凝土的物理力學性能
　　1—2 鋼筋的物理力學性能
　　1—3 鋼筋與混凝土之間的黏結
 總結與思考
　第二章 鋼筋混凝土結構設計基本原理
　　2—1 結構的可靠性概念
　　2—2 極限狀態(tài)和極限狀態(tài)方程
　　2—3 概率極限狀態(tài)設計原理
　　2—4 承載能力極限狀態(tài)設懶4
　　2—5 正常使用極限狀態(tài)設計原則
　　2—6 混凝土結構的耐久性設計
 總結與思考
第二篇 鋼筋混凝土結構
　第三章 鋼筋混凝土受彎構件正截面承載力計算
　　3—1 鋼筋混凝土受彎構件構造要點
　　3—2 鋼筋混凝土梁正截面破壞狀態(tài)分析
　　3—3 鋼筋混凝土受彎構件正截面承載力極限狀態(tài)計算的一般問題
　　3—4 單筋矩形截面受彎構件正截面承載力計算
　　3—5 雙筋矩形截面受彎構件正截面承載力計算
　　3—6 T形截面受彎構件正截面承載力計算
　　3—7 在正截面承載力計算中引入縱向受拉鋼筋極限拉應變限制的物理意義及控制方法
 總結與思考
　第四章 鋼筋混凝土受彎構件斜截面承載力計算
　　4—1 概述
　　4—2 斜截面剪切破壞狀態(tài)分析
　　4—3 斜截面抗剪承載力計算
　　4—4 變高度梁斜截面抗剪承載力計算
　　4—5 斜截面抗彎承載力計算
　　4—6 全梁承載能力校核
　　4—7 綜合例題：裝配式鋼筋混凝土簡支T形梁設計
 總結與思考
　第五章 鋼筋混凝土受壓構件承載力計算
　　5—1 軸心受壓構件承載力計算
　　5—2 偏心受壓構件承載力計算的一般問題
　　5—3 矩形截面偏心受壓構件正截面承載力計算
　　5—4 I形（或箱形）截面偏心受壓構件正截面承載力計算
　　5—5 圓形截面偏心受壓構件正截面承載力計算
　　5—6 雙向偏心受壓構件正截面承載力計算
 總結與思考
　第六章 鋼筋混凝土受拉構件承載力計算
　　6—1 軸心受拉構件承載力計算
　　6—2 偏心受拉構件承載力計算
　第七章 鋼筋混凝土受扭及彎扭構件承載力計算
　　7—1 概述
　　7—2 鋼筋混凝土純扭構件的承載力計算
　　7—3 受彎、剪、扭共同作用的鋼筋混凝土矩形截面構件的承載力計算
　　7—4 復雜形式截面受扭構件的承載力計算
 總結與思考
　第八章 鋼筋混凝土構件持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算
　　8—1 混凝土結構裂縫與耐久性
　　8—2 鋼筋混凝土構件裂縫寬度計算
　　8—3 鋼筋混凝土受彎構件變形計算
 總結與思考
　第九章 鋼筋混凝土結構短暫狀況應力驗算
　　9—1 鋼筋混凝土受彎構件短暫狀況正截面應力驗算
　　9—2 鋼筋混凝土受彎構件短暫狀況斜截面應力驗算
 總結與思考
　第十章 鋼筋混凝土深受彎構件承載能力極限狀態(tài)計算
　　10—1 深受彎構件的受力性能
　　10—2 深梁的配筋及構造要求
　　10—3 深梁的內(nèi)力計算
　　10—4 深受彎構件的承載力計算
　　10—5 鋼筋混凝土蓋梁（短梁）的承載力計算
 總結與思考
第三篇 預應力混凝土結構
　第十一章 預應力混凝土結構的一般問題
　　11—1 預應力混凝土的基本原理
　　11—2 預加力的實施方法
　　11—3 預應力鋼筋的錨固
　　11—4 預應力損失
　　11—5 預應力混凝土受彎構件各受力階段分析
　　11—6 預應力混凝土結構設計計算的主要內(nèi)容
 總結與思考
　第十二章 預應力混凝土結構持久狀況承載能力極限狀態(tài)計算
　　12—1 預應力混凝土受彎構件正截面承載力計算
　　12—2 預應力混凝土受彎構件斜截面承載力計算
　　12—3 預應力混凝土偏心受壓構件正截面承載力計算
　　12—4 預應力混凝土受扭及彎扭構件承載力計算
　　12—5 錨下局部承壓承載力計算
 總結與思考
　第十三章 預應力混凝土結構持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算
　　13—1 預應力混凝土受彎構件的抗裂性驗算
　　13—2 部分預應力混凝土B類構件的裂縫寬度計算
　　13—3 預應力混凝土受彎構件的變形計算
 總結與思考
　第十四章 預應力混凝土結構持久狀況和短暫狀況構件的應力計算
　　14—1 全預應力混凝土及部分預應力混凝土A類構件使用階段的應力驗算
　　14—2 部分預應力混凝土B類構件開裂后的應力驗算
　　14—3 預應力混凝土受彎構件短暫狀況應力驗算
 總結與思考
　第十五章 預應力混凝土簡支梁設計
　　15—1 預應力混凝土簡支梁設計的主要內(nèi)容和計算步驟
　　15—2 預應力混凝土簡支梁的截面設計
　　15—3 預應力混凝土簡支梁的配筋設計
　　15—4 組合式受彎構件設計特點
　　15—5 綜合例題：預應力混凝土簡支梁設計
 總結與思考
　第十六章 體外預應力混凝土設計與計算
　　16—1 概述
　　16—2 體外預應力混凝土橋梁的構造要點
　　16—3 體外預應力混凝土受彎構件承載力計算
　　16—4 體外預應力筋（束）的預應力損失
　　16—5 活載作用下體外預應力筋（束）拉力增量計算
　　16—6 體外預應力混凝土受彎構件正常使用極限狀態(tài)計算
　　16—7 體外預應力混凝土受彎構件使用階段的應力驗算
　　16—8 體外預應力混凝土結構的轉向裝置設計
 總結與思考
第四篇 圬工結構
　第十七章 圬工結構的基本概念與材料
　　17—1 圬工結構的基本概念
　　17—2 圬工材料種類及性能要求
　　17—3 圬工砌體的物理力學性能
　第十八章 圬工結構構件的承載力計算
　　18—1 圬土結構設計基本原理
　　18—2 受壓構件的承載力計算
　　18—3 局部承壓、受彎及受剪構件承載力計算
附錄
 附錄1 混凝土強度
 附錄2 混凝土的彈性模量
 附錄3 普通鋼筋強度
 附錄4 預應力鋼筋抗拉強度標準值
 附錄5 預應力鋼筋抗拉、抗壓強度設計值
 附錄6 鋼筋的彈性模量
 附錄7 鋼筋的計算截面面積及理論質(zhì)量
 附錄8 每米板寬內(nèi)的鋼筋截面面積
 附錄9 預應力鋼筋公稱截面面積和公稱質(zhì)量
 附錄10 圓形截面鋼筋混凝土偏壓構件正截面抗壓承載力計算系數(shù)
 附錄11—1 圓形截面鋼筋混凝土偏壓構件正截面承載力計算諾模圖（適用于C20，R235）
 附錄11—2 圓形截面鋼筋混凝土偏壓構件正截面承載力計算諾模圖（適用于C20，HRB335）
 附錄11—3 圓形截面鋼筋混凝土偏壓構件正截面承載力計算諾模圖（適用于C25、R235）
 附錄11—4 圓形截面鋼筋混凝土偏壓構件正截面承載力計算諾模圖（適用于C25、HRB335）
 附錄11—5 圓形截面鋼筋混凝土偏壓構件正截面承載力計算諾模圖（適用于C25、HRB400）
 附錄11—6 圓形截面鋼筋混凝土偏壓構件正截面承載力計算諾模圖（適用于C30、HRB335）
 附錄11—7 圓形截面鋼筋混凝土偏壓構件正截面承載力計算諾模圖（適用于C30、HRB400）
 附錄12—1 混凝土預制塊砂漿砌體軸心抗壓強度設計值fcd（MPa）
 附錄12—2 塊石砂漿砌體的軸心抗壓強度設計值fcd（MPa）
 附錄12—3 片石砂漿砌體的軸心抗壓強度設計值fcd（MPa）
 附錄13 砂漿砌體軸心抗拉、彎曲抗拉和直接抗剪強度設計值
 附錄14 小石子混凝土砌塊石砌體軸心抗壓強度設計值fcd（MPa）
 附錄15 小石子混凝土砌片石砌體軸心抗壓強度設計值fcd（MPa）
 附錄16 小石子混凝土砌塊石、片石砌體的軸心抗拉、彎曲抗拉和直接抗剪強度設計值（MPa）
 附錄17 混凝土強度設計值（MPa）和彈性模量（MPa）
參考文獻

章節(jié)摘錄

　　國際預應力混凝土協(xié)會（FIP）和歐洲混凝土委員會（CEB）聯(lián)合制訂的《國際標準規(guī)范》亦采用圓柱體強度，試件的尺寸為直徑6in（約為150mm），高度12in（約為300mm），其標準強度稱為特征強度。根據(jù)我國的試驗資料，圓柱體強度與150ram立方體強度之比為0.83～1.04，平均值為0.94；但過去我國習慣于按與200mm立方體強度之比為0.85進行換算?？紤]到新舊規(guī)范立方體強度試件尺寸和取值保證率的不同，圓柱體強度與《橋規(guī)》（JTG D62）規(guī)定的邊長為150mm立方體強度之比，可近似地按0.85換算?！　」窐蚝芰嫾幕炷翉姸鹊燃壙刹捎肅20～C80，中間以5MPa進級。C50以下為普通強度混凝土，C50及以上為高強度混凝土?！　　稑蛞?guī)》（JTG D62）規(guī)定公路橋涵混凝土強度等級的選擇應按下列規(guī)定采用：　?。?）鋼筋混凝土構件不應低于C20，當采用RB400、KIA00級鋼筋配筋時，不應低于C25；　?。?）預應力混凝土構件不應低于C40。　　應該指出，近幾年來關于混凝土結構的耐久性問題，引起了國內(nèi)外的廣泛關注，高強混凝土和高性能混凝土的研究取得了突破性進展。從解決混凝土結構的耐久性需要出發(fā)，采用高性能混凝土，提高混凝土的密實度是十分必要的。另外，由于采用高強度混凝土，減輕了結構的自重，擴大了結構的適用跨度，收到的經(jīng)濟效益也是十分顯著的。因此，在混凝土施工技術有保證的前提下，設計時宜適當?shù)靥岣呋炷恋膹姸鹊燃??！　」P者認為，從解決混凝土結構耐久性和提高經(jīng)濟效益的雙重目的出發(fā)，改變傳統(tǒng)的設計習慣，適當提高設計時選用的混凝土強度等級是十分必要的。建議：對鋼筋混凝土受彎構件采用C30～C35；鋼筋混凝土受壓構件采用C30～C40；預應力混凝土構件采用C50～C60。

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