結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

前言

　　本書在《橋梁鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》基礎(chǔ)上修改編寫，為適應(yīng)教學(xué)工作需要將書名改為《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》?！　　稑蛄轰摻罨炷良邦A(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》（第一版）與《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》（JTGD62-2004）于2004年10月同時(shí)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(shù)人員的急需，同時(shí)，為多所高校選做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)規(guī)范答疑匯編》，對各地相關(guān)單位或個(gè)人在使用規(guī)范中遇到的問題，進(jìn)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(rèn)真思考自己所寫的東西還有哪些不足，萌生了要對該書進(jìn)行修改補(bǔ)充的想法，以答謝廣大讀者的關(guān)懷?！　”緯闹饕獌?nèi)容原則上按《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程大綱編寫，在第一版的基礎(chǔ)上，本次再版修改的主要特點(diǎn)是：　?。?）增加了結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)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(rèn)識的影響，忽視了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jià)。反思《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程教學(xué)中關(guān)于“混凝土保護(hù)鋼筋免于銹蝕”的片面結(jié)論和對裂縫（特別是實(shí)際工程中大量存在的非結(jié)構(gòu)裂縫）問題輕描淡寫的論述，無疑是對學(xué)生的誤導(dǎo)，對目前仍普遍存在的“重強(qiáng)度，輕耐久性”的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)思想的形成，具有不可推卸的歷史責(zé)任?！　⌒乱?guī)范增加了結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的內(nèi)容是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的重大突破，是結(jié)構(gòu)工程科學(xué)的重大技術(shù)進(jìn)步，對提高設(shè)計(jì)質(zhì)量具有指導(dǎo)意義。但是，要擺脫長期形成的“重強(qiáng)度，輕耐久性”的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)思想的影響，還有很多工作要做，人們對耐久性的認(rèn)識還有個(gè)不斷提高的過程。長遠(yuǎn)來看，落實(shí)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)理念，應(yīng)從對學(xué)生的專業(yè)教育入手?！敖Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”是學(xué)生接觸最早的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)，在學(xué)生第一次接觸工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題時(shí)，就明確提出加強(qiáng)和重視結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的概念，對后續(xù)課程的教學(xué)安排，乃至將來工作中正確設(shè)計(jì)思想的形成是十分必要的。

內(nèi)容概要

本書參照高等學(xué)校道路橋梁與渡河工程、土木工程等相關(guān)專業(yè)及方向的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)大綱，結(jié)合最新橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范編寫而成。該書系統(tǒng)地闡述了鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)及圬工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理和方法。書中對橋梁規(guī)范有關(guān)條文和計(jì)算公式的背景及應(yīng)用注意事項(xiàng)作了解釋性闡述，以使讀者能準(zhǔn)確理解規(guī)范的原意，正確應(yīng)用規(guī)范進(jìn)行橋梁工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課的教材，同時(shí)可作為從事公路及城市橋梁設(shè)計(jì)、科研、施工及管理人員學(xué)習(xí)和應(yīng)用橋梁規(guī)范的輔導(dǎo)材料。

作者簡介

張樹仁，教授，博士生導(dǎo)師。曾任哈爾濱建筑大學(xué)副校長，交通學(xué)院院長。長期從事橋梁結(jié)構(gòu)工程的教學(xué)、科研和設(shè)計(jì)工作，形成了以橋梁鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)以及橋梁加固設(shè)計(jì)理論為主的兩大科研方向。主持完成多項(xiàng)省部級科研課題和橋梁設(shè)計(jì)任務(wù)，兩次參與橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范修專題科研，多項(xiàng)科研成果納入相關(guān)規(guī)范。
黃僑，博士，教授，博士生導(dǎo)師。
東南大學(xué)橋梁與隧道工程研究所所長，國際橋梁與結(jié)構(gòu)工程學(xué)會會員，中國公路學(xué)會橋梁與結(jié)構(gòu)工程學(xué)會理事，中國土木工程學(xué)會橋梁與結(jié)構(gòu)工程學(xué)會理事，教育部土木工程專業(yè)數(shù)學(xué)指導(dǎo)委員會委員。
主要研究領(lǐng)域：橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，橋梁工程設(shè)計(jì)理論，橋梁工程耐久性及全壽命設(shè)計(jì)理論與方法，橋梁施工控制技術(shù)。

書籍目錄

總論
第一篇 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理和材料性能
　第一章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能
　　1—1 混凝土的物理力學(xué)性能
　　1—2 鋼筋的物理力學(xué)性能
　　1—3 鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)
 總結(jié)與思考
　第二章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理
　　2—1 結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)原理
　　2—4 承載能力極限狀態(tài)設(shè)懶4
　　2—5 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則
　　2—6 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)
 總結(jié)與思考
第二篇 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)
　第三章 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算
　　3—1 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件構(gòu)造要點(diǎn)
　　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(gòu)件正截面承載力極限狀態(tài)計(jì)算的一般問題
　　3—4 單筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算
　　3—5 雙筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算
　　3—6 T形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算
　　3—7 在正截面承載力計(jì)算中引入縱向受拉鋼筋極限拉應(yīng)變限制的物理意義及控制方法
 總結(jié)與思考
　第四章 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)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(jì)算
　　4—4 變高度梁斜截面抗剪承載力計(jì)算
　　4—5 斜截面抗彎承載力計(jì)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(shè)計(jì)
 總結(jié)與思考
　第五章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算
　　5—1 軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算
　　5—2 偏心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算的一般問題
　　5—3 矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算
　　5—4 I形（或箱形）截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算
　　5—5 圓形截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算
　　5—6 雙向偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算
 總結(jié)與思考
　第六章 鋼筋混凝土受拉構(gòu)件承載力計(jì)算
　　6—1 軸心受拉構(gòu)件承載力計(jì)算
　　6—2 偏心受拉構(gòu)件承載力計(jì)算
　第七章 鋼筋混凝土受扭及彎扭構(gòu)件承載力計(jì)算
　　7—1 概述
　　7—2 鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的承載力計(jì)算
　　7—3 受彎、剪、扭共同作用的鋼筋混凝土矩形截面構(gòu)件的承載力計(jì)算
　　7—4 復(fù)雜形式截面受扭構(gòu)件的承載力計(jì)算
 總結(jié)與思考
　第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件持久狀況正常使用極限狀態(tài)計(jì)算
　　8—1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫與耐久性
　　8—2 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度計(jì)算
　　8—3 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件變形計(jì)算
 總結(jié)與思考
　第九章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)短暫狀況應(yīng)力驗(yàn)算
　　9—1 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件短暫狀況正截面應(yīng)力驗(yàn)算
　　9—2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件短暫狀況斜截面應(yīng)力驗(yàn)算
 總結(jié)與思考
　第十章 鋼筋混凝土深受彎構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)計(jì)算
　　10—1 深受彎構(gòu)件的受力性能
　　10—2 深梁的配筋及構(gòu)造要求
　　10—3 深梁的內(nèi)力計(jì)算
　　10—4 深受彎構(gòu)件的承載力計(jì)算
　　10—5 鋼筋混凝土蓋梁（短梁）的承載力計(jì)算
 總結(jié)與思考
第三篇 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)
　第十一章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的一般問題
　　11—1 預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理
　　11—2 預(yù)加力的實(shí)施方法
　　11—3 預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固
　　11—4 預(yù)應(yīng)力損失
　　11—5 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件各受力階段分析
　　11—6 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容
 總結(jié)與思考
　第十二章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)持久狀況承載能力極限狀態(tài)計(jì)算
　　12—1 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算
　　12—2 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算
　　12—3 預(yù)應(yīng)力混凝土偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算
　　12—4 預(yù)應(yīng)力混凝土受扭及彎扭構(gòu)件承載力計(jì)算
　　12—5 錨下局部承壓承載力計(jì)算
 總結(jié)與思考
　第十三章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)持久狀況正常使用極限狀態(tài)計(jì)算
　　13—1 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的抗裂性驗(yàn)算
　　13—2 部分預(yù)應(yīng)力混凝土B類構(gòu)件的裂縫寬度計(jì)算
　　13—3 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的變形計(jì)算
 總結(jié)與思考
　第十四章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)持久狀況和短暫狀況構(gòu)件的應(yīng)力計(jì)算
　　14—1 全預(yù)應(yīng)力混凝土及部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件使用階段的應(yīng)力驗(yàn)算
　　14—2 部分預(yù)應(yīng)力混凝土B類構(gòu)件開裂后的應(yīng)力驗(yàn)算
　　14—3 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件短暫狀況應(yīng)力驗(yàn)算
 總結(jié)與思考
　第十五章 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁設(shè)計(jì)
　　15—1 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和計(jì)算步驟
　　15—2 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的截面設(shè)計(jì)
　　15—3 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的配筋設(shè)計(jì)
　　15—4 組合式受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)特點(diǎn)
　　15—5 綜合例題：預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁設(shè)計(jì)
 總結(jié)與思考
　第十六章 體外預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)與計(jì)算
　　16—1 概述
　　16—2 體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的構(gòu)造要點(diǎn)
　　16—3 體外預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件承載力計(jì)算
　　16—4 體外預(yù)應(yīng)力筋（束）的預(yù)應(yīng)力損失
　　16—5 活載作用下體外預(yù)應(yīng)力筋（束）拉力增量計(jì)算
　　16—6 體外預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)計(jì)算
　　16—7 體外預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件使用階段的應(yīng)力驗(yàn)算
　　16—8 體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計(jì)
 總結(jié)與思考
第四篇 圬工結(jié)構(gòu)
　第十七章 圬工結(jié)構(gòu)的基本概念與材料
　　17—1 圬工結(jié)構(gòu)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(xué)性能
　第十八章 圬工結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力計(jì)算
　　18—1 圬土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理
　　18—2 受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算
　　18—3 局部承壓、受彎及受剪構(gòu)件承載力計(jì)算
附錄
 附錄1 混凝土強(qiáng)度
 附錄2 混凝土的彈性模量
 附錄3 普通鋼筋強(qiáng)度
 附錄4 預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值
 附錄5 預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
 附錄6 鋼筋的彈性模量
 附錄7 鋼筋的計(jì)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(yù)應(yīng)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(gòu)件正截面抗壓承載力計(jì)算系數(shù)
 附錄11—1 圓形截面鋼筋混凝土偏壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)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(gòu)件正截面承載力計(jì)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(gòu)件正截面承載力計(jì)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(gòu)件正截面承載力計(jì)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(gòu)件正截面承載力計(jì)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(gòu)件正截面承載力計(jì)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(gòu)件正截面承載力計(jì)算諾模圖（適用于C30、HRB400）
 附錄12—1 混凝土預(yù)制塊砂漿砌體軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcd（MPa）
 附錄12—2 塊石砂漿砌體的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcd（MPa）
 附錄12—3 片石砂漿砌體的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcd（MPa）
 附錄13 砂漿砌體軸心抗拉、彎曲抗拉和直接抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
 附錄14 小石子混凝土砌塊石砌體軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcd（MPa）
 附錄15 小石子混凝土砌片石砌體軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa）
 附錄17 混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa）和彈性模量（MPa）
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　國際預(yù)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》亦采用圓柱體強(qiáng)度，試件的尺寸為直徑6in（約為150mm），高度12in（約為300mm），其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度稱為特征強(qiáng)度。根據(jù)我國的試驗(yàn)資料，圓柱體強(qiáng)度與150ram立方體強(qiáng)度之比為0.83～1.04，平均值為0.94；但過去我國習(xí)慣于按與200mm立方體強(qiáng)度之比為0.85進(jìn)行換算?？紤]到新舊規(guī)范立方體強(qiáng)度試件尺寸和取值保證率的不同，圓柱體強(qiáng)度與《橋規(guī)》（JTG D62）規(guī)定的邊長為150mm立方體強(qiáng)度之比，可近似地按0.85換算?！　」窐蚝芰?gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級可采用C20～C80，中間以5MPa進(jìn)級。C50以下為普通強(qiáng)度混凝土，C50及以上為高強(qiáng)度混凝土?！　　稑蛞?guī)》（JTG D62）規(guī)定公路橋涵混凝土強(qiáng)度等級的選擇應(yīng)按下列規(guī)定采用：　?。?）鋼筋混凝土構(gòu)件不應(yīng)低于C20，當(dāng)采用RB400、KIA00級鋼筋配筋時(shí)，不應(yīng)低于C25；　?。?）預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件不應(yīng)低于C40?！　?yīng)該指出，近幾年來關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題，引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，高強(qiáng)混凝土和高性能混凝土的研究取得了突破性進(jìn)展。從解決混凝土結(jié)構(gòu)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(shí)度是十分必要的。另外，由于采用高強(qiáng)度混凝土，減輕了結(jié)構(gòu)的自重，擴(kuò)大了結(jié)構(gòu)的適用跨度，收到的經(jīng)濟(jì)效益也是十分顯著的。因此，在混凝土施工技術(shù)有保證的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)宜適當(dāng)?shù)靥岣呋炷恋膹?qiáng)度等級?！　」P者認(rèn)為，從解決混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和提高經(jīng)濟(jì)效益的雙重目的出發(fā)，改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)習(xí)慣，適當(dāng)提高設(shè)計(jì)時(shí)選用的混凝土強(qiáng)度等級是十分必要的。建議：對鋼筋混凝土受彎構(gòu)件采用C30～C35；鋼筋混凝土受壓構(gòu)件采用C30～C40；預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件采用C50～C60。

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