《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》自學(xué)任務(wù)書

《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》自學(xué)任務(wù)書鐵道工程專升本用姜蘭潮編一、課程的性質(zhì)、地位和作用及先修課《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》是土木工程專業(yè)（鐵道工程方向）術(shù)基礎(chǔ)課。主要任務(wù)是通過(guò)學(xué)習(xí)本課程，使學(xué)生在全面了解和掌握課程有關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，能夠初步掌握各種基本構(gòu)件的受力性能及其強(qiáng)度、變形的規(guī)律，并能根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和資料進(jìn)行構(gòu)件的設(shè)計(jì)，為學(xué)習(xí)續(xù)專業(yè)課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)和今后工作奠定基礎(chǔ)。先修課程：《材料力學(xué)》、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教材：《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》（上、下冊(cè)）黃棠等編，中國(guó)鐵道出版社二、課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)要求和自學(xué)時(shí)數(shù)構(gòu)造。第一章 概述（自學(xué)時(shí)數(shù)：2，第1周完成）1、主要內(nèi)容料的力學(xué)性能（包括強(qiáng)度和變形性能）以及材料的品種和級(jí)別。2、學(xué)習(xí)要求掌握鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念；熟悉混凝土的強(qiáng)度、彈性模量、變形模量的概念；熟悉混凝土徐變、收縮的概念；熟悉鋼筋的品種和級(jí)別，了解鋼筋的冷加工性能及混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋的要求；掌握鋼筋與混凝土的協(xié)同工作的原理及構(gòu)造要求。2.1.3思考題和作業(yè)混凝土的標(biāo)號(hào)（或強(qiáng)度等級(jí)）是如何劃分的？如何確定混凝土的彈性模量？什么是徐變？主要有哪些影響因素？什么是混凝土的收縮？收縮對(duì)構(gòu)件有哪些不利影響？鋼筋有哪些種類？如何增強(qiáng)鋼筋與混凝土的粘結(jié)錨固能力？規(guī)范為什么要規(guī)定混凝土的保護(hù)層厚度和鋼筋的凈間距？第二章 受彎構(gòu)件強(qiáng)度和變形計(jì)算（自學(xué)時(shí)數(shù)：12，第2-4周完成）1、主要內(nèi)容T件的裂縫和撓度的概念及計(jì)算方法。2、學(xué)習(xí)要求了解受彎構(gòu)件的截面型式與構(gòu)造；理解受彎構(gòu)件正截面受力全過(guò)程和破壞特征；掌握單筋矩形截面強(qiáng)度的計(jì)算方法；理解受彎構(gòu)件斜截面受力特點(diǎn)和破壞形態(tài)；掌握受彎構(gòu)件斜截面承載能力的影響因素；掌握受彎構(gòu)件斜截面的計(jì)算內(nèi)容及有關(guān)構(gòu)造要求；熟悉規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的應(yīng)力、裂縫和變形的規(guī)定。掌握受彎構(gòu)件的裂縫和撓度驗(yàn)算。3、思考題和作業(yè)什么叫單筋梁？什么叫雙筋梁？梁內(nèi)主要有哪些鋼筋，其作用分別是什么？受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)有哪些？什么是配筋率，如何計(jì)算？受彎構(gòu)件的抗彎強(qiáng)度計(jì)算有哪些基本假定？解釋換算截面的概念。根據(jù)配筋率的大小，所設(shè)計(jì)的梁如何劃分？設(shè)計(jì)梁的腹筋時(shí)，如何根據(jù)剪應(yīng)力圖布置斜筋？梁的彎矩包絡(luò)圖和材料圖應(yīng)滿足什么關(guān)系，才能保證各截面的抗彎要求？一簡(jiǎn)支梁，跨度６米，承受均布荷載150，A3鋼筋，試按單筋截面設(shè)計(jì)該梁的截面及配筋。梁內(nèi)產(chǎn)生裂縫的主要原因有哪些？有哪些措施可以改善？第三章 受壓構(gòu)件的計(jì)算（自學(xué)時(shí)數(shù)：8，第5-6周完成）1、主要內(nèi)容性能，并針對(duì)大、小偏心兩種問(wèn)題介紹了構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算。2、學(xué)習(xí)要求了解縱向鋼筋和箍筋的作用；理解軸心受力構(gòu)件的受力性能和破壞形態(tài)；掌握軸心受壓構(gòu)件和軸心受拉構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算方法。掌握偏心受壓構(gòu)件正截面受力特點(diǎn)和破壞形態(tài)；了解偏心受壓和偏心受拉構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算方法。3、思考題和作業(yè)柱中縱向鋼筋和箍筋分別有何作用？怎樣計(jì)算軸心受拉構(gòu)件的正截面承載力？偏心受壓構(gòu)件如何分類？其破壞特點(diǎn)分別是怎樣的？如何判別大、小偏心受壓構(gòu)件？已知一現(xiàn)澆柱，截面尺寸為220×280ｍｍ，計(jì)算長(zhǎng)度為4米，軸心壓力為608KN，混凝土為200號(hào)，鋼筋為第四章 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（自學(xué)時(shí)數(shù)：6，第7-8周完成）1、主要內(nèi)容態(tài)設(shè)計(jì)方法介紹了受彎構(gòu)件的抗彎和抗剪強(qiáng)度計(jì)算以及偏心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算。2、學(xué)習(xí)要求掌握半概率法的概念；理解極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式的含義；掌握材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值及荷載效應(yīng)組合的應(yīng)用；了解《橋規(guī)》中的主要術(shù)語(yǔ)和符號(hào)的含義；掌握受彎構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的計(jì)算。3、思考題和作業(yè)如何劃分結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)？解釋可靠度的概念。如何防止將受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)成少筋梁和超筋梁？4）T雙筋矩形截面梁正截面承載力計(jì)算時(shí)為什么要引入ｘ≥２ａ＇的條件？受彎構(gòu)件正截面計(jì)算時(shí)，壓區(qū)混凝土的不均勻應(yīng)力分布以等效矩形應(yīng)力圖形代替，其換算條件有哪些？鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面破壞形態(tài)可能有哪些？已知混凝土等級(jí)為，鋼筋等級(jí)為I級(jí)，fcm,b=0.614,梁截面尺寸bh=200400mm，受拉鋼筋25AS

1473mm2,受壓鋼筋16A's

402mm2，試計(jì)算該梁承受的最大彎矩。第五章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（自學(xué)時(shí)數(shù)：6，第9-10周完成）1、主要內(nèi)容本章介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念（包括預(yù)應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力損失、預(yù)應(yīng)力的施加方法等項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算及影響因素；并詳細(xì)介紹預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的各種強(qiáng)度計(jì)算、撓度計(jì)算以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。2、學(xué)習(xí)要求熟悉預(yù)應(yīng)力的概念；掌握預(yù)加應(yīng)力的方法，了解預(yù)加應(yīng)力的設(shè)備；掌握預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)材料的性能要求；掌握預(yù)加應(yīng)力的計(jì)算與預(yù)應(yīng)力損失的分類；掌握有效預(yù)應(yīng)力的計(jì)算；了解預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的應(yīng)力計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算及端部錨固區(qū)計(jì)算；了解變形計(jì)算；3、思考題和作業(yè)什么是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)？預(yù)應(yīng)力的施加方法有哪些？為什么預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)可以提高抗裂度？什么是張拉控制應(yīng)力，為什么不能太大也不能太小？預(yù)應(yīng)力損失主要有哪幾項(xiàng)？如何取值？有效預(yù)應(yīng)力如何計(jì)算？一后張法預(yù)應(yīng)力砼軸拉構(gòu)件，張拉控制應(yīng)力k1200MPa,其錨具變形引起的預(yù)應(yīng)力損失為22.5Mpa，孔道摩擦損失為21.42，砼的收縮徐變損失為70.79第六章 混凝土與石結(jié)構(gòu)（自學(xué)時(shí)數(shù)：1，第11周完成）1、主要內(nèi)容本章介紹了混凝土與石結(jié)構(gòu)的基本概念與相關(guān)的材料及其力學(xué)性能；介紹了混凝土與石結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算的原則和方法。2.6.2學(xué)習(xí)要求1）了解砌體結(jié)構(gòu)的基本砌筑方式、破壞過(guò)程和砌體的強(qiáng)度與變形；2）初步掌握砌體受壓構(gòu)件承載力計(jì)算原則及估算方法。3、思考題和作業(yè)什么是砌體？常見的砌體材料有哪些？砂漿的力學(xué)性能指標(biāo)主要有哪些？受壓構(gòu)件的計(jì)算主要有哪些內(nèi)容？第七章 鋼結(jié)構(gòu)概述（自學(xué)時(shí)數(shù)：1，第11周完成）1、主要內(nèi)容本章通過(guò)低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)圓棒試件一次單向均勻拉伸試驗(yàn)及其他試驗(yàn)，介紹了鋼材的基本力學(xué)性能及其影響因素；據(jù)此介紹了鋼2、學(xué)習(xí)要求掌握鋼材在單向均勻拉伸作用下的工作性能及其主要性能指標(biāo)；了解鋼材的兩種破壞形式及其特點(diǎn)和影響因素；理解疲勞破壞機(jī)理，掌握疲勞驗(yàn)算的方法；了解鋼材性能的影響因素；了解鋼材的種類及牌號(hào)情況，熟悉常用鋼材和型鋼類型、規(guī)格和表示方法；掌握鋼材的選用原則；熟悉鋼材的強(qiáng)度值的采用。3、思考題和作業(yè)）名詞解釋；鋼材的疲勞、塑性、韌性、應(yīng)力集中、脆性斷裂鋼材有哪些力學(xué)性能？分別用什么指標(biāo)來(lái)衡量？鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)鋼材假定是什么材料？影響鋼材性能的主要因素有哪些？影響鋼材疲勞強(qiáng)度的因素有哪些？鋼材發(fā)生疲勞破壞的條件有哪些？疲勞計(jì)算時(shí)，計(jì)算應(yīng)力幅和容許應(yīng)力幅分別是如何得到的？第八章鋼結(jié)構(gòu)的連接（自學(xué)時(shí)數(shù)：10，第12-13周完成）1、主要內(nèi)容本章介紹了常用的連接方法及其受力特點(diǎn)和應(yīng)用情況；重點(diǎn)介紹焊縫連接（包括對(duì)接焊縫、貼角焊縫、普通螺栓連接和高應(yīng)的工程措施。2、學(xué)習(xí)要求了解鋼結(jié)構(gòu)的常用連接方法；了解鋼結(jié)構(gòu)中主要采用的焊接方法；掌握對(duì)接焊縫和貼角焊縫的表示符號(hào)、構(gòu)造要求、受力性能；掌握對(duì)接焊縫連接的設(shè)計(jì)計(jì)算方法；充分理解在各種復(fù)雜外力作用下焊縫的應(yīng)力分布特點(diǎn)；了解焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的產(chǎn)生、種類和分布；掌握螺栓和螺栓連接的種類、排列、構(gòu)造要求，高強(qiáng)度螺栓的強(qiáng)度等級(jí)、螺栓預(yù)拉力和構(gòu)件接觸面處理等技術(shù)要求；理解普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓在受力時(shí)的工作性能和破壞特點(diǎn)；掌握摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的設(shè)計(jì)計(jì)算方法；3、思考題和作業(yè)焊縫計(jì)算時(shí)計(jì)算長(zhǎng)度如何取值？焊縫計(jì)算有哪些計(jì)算假定？焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因是什么？減少焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的措施有哪些？什么不同？要構(gòu)造保證？什么？什么叫內(nèi)力法？什么叫等強(qiáng)度法？接的雙蓋板拼接接構(gòu)鋼材為16MnqN。0已知：d=20mm，d=21.5mm，L0j

=90N/mm2,，

=220N/mm2，c

=200N/mm2N N50 80 80 110 80 80 5016Mn，手工焊，焊條T50系列，焊縫質(zhì)量級(jí)別三級(jí)，試設(shè)計(jì)此托板尺寸L，已知。第九章 軸心受力構(gòu)件（自學(xué)時(shí)數(shù)：6，第14周完成）1、主要內(nèi)容定和局部穩(wěn)定問(wèn)題及其計(jì)算方法；進(jìn)而介紹了實(shí)腹式壓桿和格構(gòu)式壓桿的設(shè)計(jì)方法。2、學(xué)習(xí)要求了解軸心受力構(gòu)件的受力性能；熟練掌握軸心受力構(gòu)件的常用截面形式及構(gòu)件強(qiáng)度和剛度計(jì)算方法；掌握軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的概念、計(jì)算及提高整體穩(wěn)定性的措施；掌握實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法；了解格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法；3、思考題和作業(yè)概念：壓桿的整體穩(wěn)定性、壓桿的局部穩(wěn)定性、格構(gòu)式壓桿的換算長(zhǎng)細(xì)比為什么要限制拉桿的長(zhǎng)細(xì)比以保證其剛度？實(shí)際軸心壓桿與理想軸心壓桿有哪些區(qū)別？影響壓桿整體穩(wěn)定承載力的因素主要有哪些？壓桿局部穩(wěn)定承載力的驗(yàn)算原則是什么？格構(gòu)式軸心壓桿為什么采用換算長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算繞虛軸的總體穩(wěn)定性？=140MPa。xy60708090100=140MPa。xy6070809010011010.7720.7130.6510.5830.5210.4692L140x10,A=54.8cm2,

=4.34cm,

=5.98cm, 鋼材Q235,

100第十章 受彎構(gòu)件及偏心受力構(gòu)件（自學(xué)時(shí)數(shù)：4，第15-16周完成）1、主要內(nèi)容本章敘述了受彎構(gòu)件（梁）的類型、截面種類及其工程應(yīng)用情況；介紹了受彎構(gòu)件的計(jì)算內(nèi)容，重點(diǎn)介紹受彎構(gòu)件的靜力強(qiáng)件的設(shè)計(jì)步驟。2、學(xué)習(xí)要求掌握受彎構(gòu)件強(qiáng)度、剛度的概念及計(jì)算方法；掌握受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定的概念及計(jì)算方法；掌握受彎構(gòu)件局部穩(wěn)定的概念及計(jì)算方法；掌握鋼板梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)；了解提高組合梁整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的措施。了解偏心受力構(gòu)件的應(yīng)用及破壞形式；掌握偏心受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟。理解壓彎構(gòu)件的彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定、彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定以及局部穩(wěn)定的基本概念和設(shè)計(jì)計(jì)算公式的含義。3、思考題和作業(yè)梁的計(jì)算內(nèi)容主要包括哪些方面？為防止梁發(fā)生總體失穩(wěn)，可采取什么措施？工字形截面組合梁的截面高度由哪些條件控制？壓彎構(gòu)件的計(jì)算內(nèi)容主要包括哪些？梁計(jì)算總體穩(wěn)定時(shí)，容許應(yīng)力折減系數(shù)是如何計(jì)算的？某焊接工字形截面梁，跨度5.75米，截面尺寸為1290×240×12×24，跨中截面最大彎矩1510KN·m，梁端剪力805KN，試對(duì)該梁進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。三、考試（考核）的形式及要求，考試題型及給分標(biāo)準(zhǔn)1、形式：考試為閉卷。2、要求：考試卷面100分，占總評(píng)成績(jī)的85%，平時(shí)成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的15%。3、題型概念題0分（其中包括填空、簡(jiǎn)答，計(jì)算題0分。四、需說(shuō)明的問(wèn)題為了便于對(duì)本課程的理解，建議學(xué)生在自學(xué)過(guò)程中，到相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)工程工地參觀。附：部分習(xí)題答案02.4.3（8）解：h ha20040360mm0fAf'A'

2101473210402x y s y sf bcm

8.5200

hb0

0.614360221mmm h 0.614360b 0大于2a'23570mmMf

x/2

'A'

a' 106Nmmcm 0 y s 02.8.3(9)解：1）螺栓所能承受的最大軸心力設(shè)計(jì)值：d2Nl n d2

222/4901/1056.52kN1j j 4 j Nl 1c

lc

21.42201/10kNN1156.52621.72kN鋼板凈