混凝土桥梁设计原理

混凝土桥梁设计原理（精选十篇）

混凝土桥梁设计原理 篇1

关键词：极限状态,混凝土,正常使用极限状态

1 极限状态的定义和分类

当整个结构或结构的一部分超过某一将定状态就不能满足设计规定的某一功能可求，则此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态实质上是结构可靠(有效)或不可靠(失效)的界限，所以也称为“界限状态”。

极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。

当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：

1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆、滑移等);

2)结构构件或其连接因材料强度被超过而破坏(包括疲劳破坏)，或因过度的塑性变形而不适于继续承载;

3)结构转变为机动体系;

4)结构或结构构件丧失稳定(如压屈等)。

疲劳破坏是在使用中由于荷载多次重复作用而使构件丧失承载能力;结构构件由于塑性变形过大而使其几何形状发生风著改变，这时虽未达到最大承载能力，但己彻底不能使用，所以这两种情况均属于达到承载能力极限状态。

承载能力极限状态的出现概率应当很低，因为它可能导致人身伤亡和大量财产损失。

当结构或结构构件出现下列状态之—时，即认为超过了正常使用极限状态。

1)影响正常使用或外观的变形;

2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝);

3)影响正常使用的振动;

4)影响正常使用的其它特定状态。

正常使用极限状态可理解为结构成结构构件使用功能的破坏或受损害，或结构质量的恶化。与承载能力极限状态相比较，由于正常使用极限状态对生命的危害较小，故允许出现概率可高些。

2 极限状态设计表达式

根据设计规范所规定的结构或结构构件时所采用的可靠指标β，作为设计可靠指标，可以直接进行结构设计或进行可靠性校核，可较大面地考虑影响结构可靠度的各有关因素的客观变异性，使所设计的结构比较符合预期的可靠度要求，但是，对于面广量大的一般结构构件，按规定的β值直接进行设计，其计算工作量太大，且设计人员也不太习惯。考虑到设计规范的衔接和实用简便，《规范》将极限状态方程转化为设计人员所习用的以基本变量的标准值和分项系数表达的极限状态实用设计表达式。也就是说，设计表达式中的各分项系数是根据结构构件基本变量的统计特性，以可靠度分析为基础经优选确定的，它们起着相当于β的作用。例如，结构构件的承载力计算应采用下列极限状态设计表达式

式中

γ0———结构重要性系数，对安全等级为一、二、三级的构件，分别取1.1、1.0和0.9;

S———荷载效应设计值，分别表示设计轴向力N、设计弯矩M、设计剪力Q及设计扭矩T等;

R———结构构件抗力

γG———永久荷载(恒载)分项系数，一般情况下可取1.2，当永久荷载效应对强度有利时，宜取1.0;

γQ1、γQi———分别为第一个和第i个可变荷载分项系数，一般情况下可取1.4;

CG、GK———分别为永久荷载的效应系数和标准值;

Q1K———第一个可变荷载的标准值，该标准值的效应大于其它任意第i个可变荷载标准值的效应;

Qi K———其它第i个可变荷载的标准值;

CQ1、CQi———分别为第—个和第i个可变荷载的荷裁效应系数;

ψCi———第i个可变荷载的组合值系数，当风荷载与其它可变荷载组合时，可均采用0.6;

R(.)———结构构件的抗力函数;

fc、fγ———分别为混凝土和钢筋的强度设计值

fCK、fγK———分别为很凝土和钢筋的强度标准值;

γC、γS———分别为混凝土和钢筋的材料强度分项系数;aK———结构构件几何参数的标准值。

对一般排架和框架结构，考虑到要正确地选择出引起最大效应的一个可变荷载可能会增加不少计算工作量，所以对于这类结构，式(2)中的荷载效应设计值可按下列简化式计算

ψ———简化的荷载组合系数，当风荷裁和其它可变荷载组合时，取0.85。

对于各种可变荷载的组合规则，应符合荷教规范GBJ9—87 (3一9)的有关规定。结构的倾覆、滑移验算应采用下列极限状态设计表达式

式中

G1K———对抗倾覆、滑移起有利作用的永久荷载标准值;

G2K———对抗倾覆、滑移起不利作用的永久荷载标准值;

G1K、G2K———分别为G1K、G2K的荷载效应系数。

对于正常使用极限状态，结构构件应分别按荷载的短期效应组合和长期效应组合进行验算，使变形、裂缝等的计算值不超过相应的允许值。

短期效应组合

式中

SK———荷载效应标准值，可为轴向力标难值、弯矩标准值等;

ψCi、Qik———第i个可变荷载的组合值。

长期效应组合

式中

SLK———长期作用的荷载效应标准值;

ψCi、Qik———第i个可变荷载的准永久值，按荷载规范GBJ9—87取用。

荷载准永久值ψqQk(ψq为荷载准永久值系数)是对可变荷载而言的。它反映了可变荷载的—种状态，其取值可按可变荷载出现的频繁程度和持续时间长短确定。准永久值主要用于考虑荷载长期效应的影响。

3 算例分析

某办公楼楼面采用预应力混凝土七孔板，安全等级为二级。板长3.3m，计算跨度3.18m，板宽0.9m，板自重2.04kN/m2，后浇混凝土层厚度40mm，板底抹灰层厚20mm，可变荷载取1.5k N/m2，准永久值系数为0.4.

经计算可已得到永久荷载标准值为3.44 k N/m2，沿板长每延米均布荷载标准值为3.1 k N/m2，可变荷载每延米标准值为1.35kN/m2，则可得到荷载效应为

取γ0=1.0、γG=1.2、γQt=1.4，可以得到按承载能力极限状态设计时，按可变荷载效应控制的弯矩设计值为

按正常使用极限状态设计时弯矩设计值

按荷载的标准组合时为

按荷载的准永久组合时为

上例中仅有一个可变荷载，计算较为简单，当存在两个或两个以上的可变荷载时，则需要确定其中哪一个可变荷载的影响最大，并取之为，即第一个可变荷载，其余可变荷载均为。

参考文献

[1]叶见曙主编.结构设计原理.北京:人民交通出版社, 1997.

混凝土结构原理与设计论文 篇2

引言

混凝土作为目前世界上最大的商品之一是因为混凝土具有较好的延性和较高的强度，因此在结构设计中被广泛使用。

在结构设计时应根据结构的具体设计环境要求选择混凝土强度等级。

由于在设计过程中设计人员的不同而导致设计风格和理念有差异，因此在设计过程中会存在不同的设计方案，结构的质量也会有所差异。

1、钢筋混凝土结构的原理

广义上的钢筋混凝土结构是由在混凝土中配有一定数量的钢筋而形成的新型结构。

在钢筋混凝土结构中钢筋主要承受拉力而混凝土主要承受压力，混凝土和钢筋共同工作使钢筋混凝土结构具有优良的抗压和抗拉性能、延性、耐久性等，使得钢筋混凝土结构达到使用要求。

由于钢筋混凝土结构具有这些优良的性能，尤其在防火性能上远远高于钢结构，因此综合性价比较高，工程造价较低，在工程上被普遍使用。

1． 1 原理

素混凝土结构是由纯混凝土组合而成具有较好的抗压性能，但是抗拉性能和延性较差，因此为改善混凝土结构的抗拉性能和延性需要在混凝土结构中布置钢筋，极大改善混凝土结构的受力性能和使用性能，抵抗外部荷载，增加其耐久性能。

1． 2 特性

钢筋混凝土结构的主要特性表现在其热胀冷缩和延性等反应中。

混凝土结构在水泥水化反应过程和季节交替时的热胀冷缩过程中使得混凝土具有拉应力，混凝土内的钢筋产生压应力，这时应对混凝土材料本身进行设计，改善混凝土结构的收缩性能。

通常混凝土的延性和混凝土的强度有着直接关系，强度越高延性越差，因此在设计时应根据工程具体情况选择不同强度的混凝土。

一般的混凝土在 － 40 ℃ ～ 60 ℃ 时具有较好的、稳定的物理性能，因此在低于或者高于规定环境时应对混凝土结构采取一定措施防止混凝土冻害或者膨胀破坏。

2、设计要求

对于钢筋混凝土结构设计应根据建筑物所在地区和所拥有的建筑材料采用合理的设计，如抗震要求、高度限制、地理环境要求等对混凝土结构进行特殊设计等，但是在结构设计过程中可能会和建筑设计有冲突，因此在结构设计时应和建筑设计综合考虑，对混凝土结构进行优化设计，不失建筑风格的美观又不失结构的安全性能。

相对于建筑设计讲，结构设计主要考虑结构的稳定性和安全度，尤其对于我国而言主要是提高结构的抗震性能。

根据结构的尺寸比例对混凝土结构进行恰当划分，对结构进行精确的横竖向荷载分析，综合考虑结构所承受的多向应力。

3、设计措施

3． 1 结构选择

进行结构设计时，由于建筑所处地势不同、风俗不同，因此在进行设计时会存在不同的风格和设计理念，因此设计的前提是对当地的风土人情、风俗习惯和地理环境进行充分的调查，最后根据结构的设防等级和抗震等级进行设计。

目前在高层设计中主要使用的是剪力墙结构，剪力墙结构具有抗震性能好、工程造价低、施工周期短、隔音效果好等优点而被广泛使用，尽管剪力墙结构房间开间小，房间面积小，但是并不影响剪力墙结构在结构设计中的应用。

3． 2 刚度处理

随着社会的发展和人民的需要，建筑朝着超高层建筑发展，由于建筑高度的增加对建筑物的.整体刚度要求也随之增加，此时应对结构侧移进行一定控制。

众所周知建筑物的竖向荷载对结构的抗震性能有着决定性因素，因此在进行结构设计时应根据结构的具体方案选择是否提高结构的刚度或提高其延性。

在目前的住宅设计中绝大多数采用的是剪力墙结构，由于住宅的房间布置限制使得墙体布置较多，并且在设计时往往采用的剪力墙墙壁较厚，但是并不是所有地区都需要布置较多的剪力墙和较厚的墙壁，因此相对于有些地区的结构设计往往会造成许多浪费，因此在结构设计时可以在满足结构位移的要求下将主体结构设计的相对柔些，不仅满足抗震要求而且将工程造价降到最低。

3． 3 加固方法的应用

钢筋混凝土结构出现质量问题时通常采用两种加固方法进行加固: 1) 碳纤维加固; 2) 预应力加固。

采用碳纤维加固的原理是碳纤维抗拉强度高、加入到混凝土中抗裂性能好等。

通过碳纤维和环氧树脂配合使用可形成一种新型混凝土加固材料，有效提高原混凝土结构的强度和抗裂性能。

限制碳纤维加固应用的条件是采用此种加固方法对外界环境影响较大，施工过后要对加固部分进行防火处理，以免带来火灾隐患。

采用预应力加固的原理是通过在结构外部设置拉杆或撑杆对结构进行加固，从而提高结构承载力，分散结构内力达到应力重分布的状态。

预应力加固法一般广泛应用于大跨度钢筋混凝土结构或大型承重型结构等。

4 、结语

工程建设中钢筋和混凝土成为目前世界上的大宗商品，钢筋和混凝土的质量好坏成为影响结构稳定性和耐久性等的关键因素，加上结构设计师对钢筋和混凝土两种材料合理组合搭配形成一种具有高度抗拉、抗压和抗裂等良好性能的建筑材料，

混凝土桥梁设计原理 篇3

【摘要】本文指出了混凝土结构设计原理课程教学中存在的不足，将目前广泛运用的项目驱动式教学法引入到这门课程中来，研究了其实施方法并从任务分配、任务指导及成果汇报三方面对其进行了详细阐述。

【关键词】混凝土结构设计原理 ； 项目驱动式教学法 ； 研究

【中图分类号】G64 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2015）23-0257-01 《混凝土结构设计原理》作为一门专业基础课，对培养土木工程专业学生的工程能力来说至关重要。目前混凝土结构应用广泛，能否良好地掌握混凝土结构设计方面的知识，一方面关系到学生对于其他学科比如结构力学、土木工程材料等知识的融会贯通，一方面又关系到其能否顺利地从事相关领域的专业工作。

1.混凝土结构设计原理课程教学存在的不足

混凝土结构设计原理课程涉及混凝土及钢筋的材料特性，梁的弯、剪、扭计算和柱的拉、压计算，同时还要与有关规范相结合，需要学生掌握的概念、公式繁多，教学难度较大。教师在讲授的时候，往往只能配合教材内容，通过多媒体教学、布置课程设计等手段将一系列复杂的概念及公式解释给学生听，而这种做法较难达到良好的成效。

其次，混凝土结构设计原理这门课程本身理论性较强，需要具体到某一实际工程案例中来看待某一问题，如果脱离实际直接讲授某个概念或公式，则学生理解起来较为抽象，对课程感到枯燥，同时也增加了课程的教学难度。

再者，虽然在课程结束后，教师会要求学生进行相关的课程设计，希望学生将理论运用到实际中，以加深对理论知识的理解，但仍然存在较多的问题。一是从单纯的概念理解到设计，是一个需要学生主动变化思维的过程。在缺乏对实际工程问题的理解的情况下，学生简单地参照模板、套公式，缺乏自主思考，并没有真正理解所设计内容，也就达不到课程设计的期望；二是缺乏系统、规范的施工图制图训练，学生的图纸质量大都质量不高，达不到专业图纸的要求，造成对学生的制图能力培养脱轨。

2.项目驱动式教学的理念

项目驱动式教学即将课程内容划分成若干个完整的小任务并分配给学生，学生通过查阅资料、自主学习、合作讨论、成果演示完成教师所指定的任务的教学方法，整个过程类似于完成一项项目。这种教学模式旨在引导学生积极主动地分析、解决实际问题，并在此过程中更为深刻地学习和掌握所需知识，提高对课程的学习兴趣。目前这种教学方法已经广泛运用于各类课程，并且收到了良好的成效。朱芳芳[1]采用项目教学的方法对桥梁结构物钢筋混凝土技术课程进行了改革研究，实施后发现效果良好，学生的专业能力和职业综合能力均得到了普遍提高；吴秀峰[2]等对钢结构课程进行了驱动式教学实践研究，同样取得了良好的成效；熊浩[3]将这种项目驱动式教学法运用到了土力学课程中，并进行了实践调查，认为这种教学法能够充分调动学生的学习热情，培养学生的综合能力。可见，已有不少教育工作者将项目驱动式这一新型教学方法应用到土建类学科，并且进行了相应的实践调查。从成效上来看，其均能与课程内容良好地融合和协调，提高学生的自主学习能力以及专业综合能力。在对传统教学方法进行改革时，项目驱动式教学方法具有不可否认的优势，并且这一方法同样也适用于混凝土结构设计原理课程。

3.项目驱动式教学在混凝土结构设计课程中的应用

3.1 任务分配

任务的内容关系到学生在完成项目的过程中所能学到的知识及能够得到的锻炼，因而在整个课程教学中占有主导地位。教师须根据课程核心内容对任务进行详细的规划和设计。在分配任务前，教师可對核心知识和任务过程进行大概的讲解，令学生对整个任务有总体上的认识。

所分配的任务需要满足以下几点要求：首先，每个任务的内容不易太大，可将一章的内容按知识点组成划分为一个个铰小的任务，这样使得任务更有针对性，学生实施起来也更容易。例如，在受弯构件的正截面承载力计算这一章，可布置任务：自学双筋矩形截面的承载力计算。学生须根据不同的受力情形制作学习笔记，分组讨论交流，掌握双筋截面的设计原理及公式的适用条件，完成课后有关计算习题，最后以讲演的形式分组进行成果汇报。

其次，任务内容不宜单一，而应多样化，不同的教学内容采用不同的任务形式。如在学习受弯构件的受力过程时，可安排学生进行相关实验，或观察试验时构件的裂缝开展过程并记录；在进行板或梁的承载力计算时，可给定一套建筑图纸，指定不同分组的学生不同的构件，采用实际的荷载来进行指定板和相邻梁的设计。

3.2 完成任务过程中的辅导

学生在完成不同的任务时，可根据任务性质让学生自行分组。学生以组为单位进行学习交流，讨论完成任务。一般的小问题通过这种方式均能解决，如果不能解决的，教师可以通过收集各个分组遇到的问题进行有针对性的统一讲解。传统的教学方式中，学生往往处于老师教多少就学多少的被动学习状态，而驱动式教学可以引导学生自主地学习，通过这种方式学到的知识往往更为牢固。

3.3 成果汇报

为了对学生任务的完成度进行检验和考核，学生在完成任务后，需要对自己的学习成果进行整理，然后统一向教师汇报。由于任务是分组完成的，学生可以组为单位，分工合作，结合笔记、相关资料、习题等形成讲演大纲，并派代表在讲台上统一汇报，以此作为平时成绩的考核。教师在进行考察时，可根据学生平时作业及笔记整理、成果汇报进行综合评定，对平时认真完成任务、表现出色的同学给予肯定，对于完成任务过程中遇到问题、出现错误的同学及时给予指正。

4.结论及展望

本文对驱动式教学在混凝土结构设计原理课程中的应用进行了初步探索，研究了这一教学方法的实施方案，并进行了详细阐述。但在实际实施时可能还存在一些问题，这种教学方法的实施方案还需多次实践来进一步对其探索和改进。

除了对教学形式的改进，教师在授课过程中还可以引入更多新颖、有效的办法。如部分学校没有让学生参与结构试验的条件，则可将实验过程录制成视频在讲解时进行播放，以让学生实际地了解受弯、受压等构件的从开裂到破坏的详细过程，提高对课程知识的理解。

参考文献

[1]朱芳芳.基于项目教学的钢筋混凝土技术课程改革研究[J].辽宁高职学报， 2010，12 （9）：72-75.

[2]吴秀峰，杨春玲，段晓牧.任务驱动是教学在钢结构课程中的实践研究[J].土木建筑教育改革理论与实践，2010，12：228-230.

关于混凝土结构设计原理的教学探讨 篇4

本课程在混凝土基本构件受力性能、设计计算方法和构造等基本理论的基础上, 阐述梁板结构、单层厂房、多层和高层房屋等的结构设计原理, 具有内容多、符号多、计算公式多、构造规定多的特点。在教学过程中需要突出重点, 并注意难易结合, 以便学生在深刻理解重要概念的基础上, 熟练掌握设计计算的基本功。该课程同时又是一门实践性很强的课程, 要求在加强课程设计等实践性教学环节的同时, 指导学生逐步熟悉和正确运用我国颁布的一些结构设计规范和设计规程。诸如, 《混凝土结构设计规范》 (GB50010) 、《建筑结构可靠度设计统一标准》 (GB50068) 、《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》 (JBJ3-91) 、《建筑抗震设计规范》 (GB50011) 、《建筑结构荷载规范》 (GB5009) 等。课程涉及的知识点面广而且量大, 同时其又是一门发展很快的学科, 应及时关注该学科的新动向和新成就, 以扩大学生的知识面。因此, 本课程的教学具有难度大、实践性强的特点, 需要老师同时具备良好的学术水平和丰富的工程设计经验。

二、目前学生存在的问题

作者就该课程的授课班级有三个, 人数达100人, 该课程开设时间为本科学习阶段的第6学期, 每周4学时的教学时间, 历时12周。根据课堂观察与平时小测验成绩, 发现全身心投入学习的人数不到三分之一, 于是就对该课程的认识与学习兴趣, 作者在课堂上做了问卷调查。调查结果显示, 存在如下几方面的问题: (1) 必备的基础知识不够。该课程需要《结构力学》、《混凝土结构设计 (上) 》、《材料力学》等多门课程的知识做铺垫, 很多学生属于从大一开始就在及格线上挣扎的状态, 不具备应有的基础知识, 造成学习专业必修课非常吃力的结果。 (2) 学习目标错位。有一部分学生本末倒置, 认为考研是目标, 必然要放弃课程学习的时间。为了达到考研目的, 牺牲必修课程的学习, 片面认为学历的重要性, 不注重专业知识和基础知识的学习。 (3) 不具备大学学习模式的能力。从小习惯了老师“填鸭式”的应试教育, 被动接受老师、家长安排, 缺乏独立性、自主性, 进入大学自主学习的模式, 不知道该如何着手, 不懂得如何构建自己的知识体系, 也不懂得如何把自己培养成一个专业性的人才, 为踏入社会做好充分准备。 (4) 对未来迷茫, 具有畏难心理。不少学生认为专业知识枯涩难懂, 认为本科专业的学生无法胜任专业知识要求很高的工作岗位, 只求通过考试, 获得文凭。对本专业方向缺乏全面了解, 对社会缺乏了解, 对自己的未来没有规划, 没有理想, 没有强烈的求知欲。大学是学生人格成熟, 学习专业知识, 使自己成为一名专业技术人才的阶段, 也是踏入社会的一个非常关键的准备阶段。目前大学的培养模式造成大学与社会的衔接不是很紧密, 也是造成学生没有足够的学习动力与学习兴趣, 无法尽快融入社会的原因之一。

三、多途径提高教学质量, 促进学生学习动力, 培养学生技能

针对上述课程特点与学生存在的问题, 作者采取以下几个措施来提高教学质量。

(一) 开拓学生视野, 激发学习兴趣

学生普遍存在对本专业了解甚少, 对未来缺少规划, 强度极高的应试训练造成思维定式, 视野狭窄等问题。针对这个情况, 结合作者本人一直参与不同类型的工程项目的经历, 在讲授专业知识的同时, 结合课堂内容, 拓展知识。在学到混凝土结构体系时, 让学生了解一些组合结构, 如处于发展阶段的混凝土与木结构的组合, 从组合模式、组合优点、组合的应用、组合需要研究的问题等入手, 培养学生从感兴趣到慢慢深入思考问题的习惯。同时还介绍了另一种混合结构, 即型钢混凝土组合结构体系, 展示了我们课题组在100m高层设计大跨结构中应用的型钢混凝土梁, 从应用背景到设计的关键点及审图意见等多方面介绍, 让学生初步具备感性认识, 而不完全是很抽象的理论知识。除了介绍建筑房屋, 还就我们课题组一直从事的大型机电产品包装结构设计的研究, 向学生展示另一个领域的结构专业知识的应用, 便于学生深刻了解交叉学科的综合应用。在介绍大型机电产品包装结构设计软件的研发人员的成果时, 也同时介绍了软件研发人员的另一个研究领域———BIM技术的概况, 消除学生认为只能从事施工、监理、工程管理等比较狭窄的思路, 帮助他们拓宽视野, 激发学习兴趣。

(二) 理论知识联系实际工程, 力求生动有趣

作者在进入每个章节的学习之前都会列出本章需要掌握的重点知识, 在讲授时突出难点、重点, 并难易结合, 重概念设计, 轻手算细节, 避免课堂上大篇幅推算公式。在讲授完理论知识体系后, 再结合一个实际工程, 通过对实际工程的分析、结构布置, 达到综合运用理论知识, 加深对理论知识理解的目的。如在学到楼盖结构的章节时, 首先明确本章重点知识, 然后展示了各种类型的楼盖结构的建筑实物图片、施工现状, 让学生对楼盖有了初步的感性认识。再从理论上分别阐述混凝土单向板、双向板的定义、荷载传递途径、弹性理论、塑性理论、破坏模式、设计要点。接着在这些理论知识的基础上, 讲述工程设计应用中简化处理的方法, 并介绍采用PKPM结构设计软件单独进行板设计时的操作流程, 详细讲解软件计算结果。最后介绍板的配筋施工图的表达方式与注意事项。从复杂理论到工程简化处理, 到结构设计软件的应用, 逐步培养学生的专业技能。最后针对我们课题组曾经设计的一栋在合肥的多层住宅建筑楼板出现裂缝的情况, 介绍当初我们验算楼板配筋设计符合规范要求的详细步骤, 然后分析裂缝出现的原因, 并详述裂缝修补采用的加固处理方法, 引导学生从理论走向实践。同时穿插一些我们在设计工程项目中发生的小故事, 让学生了解实际工程, 体会到设计工作的严肃性、责任性, 树立学生学习的信心。与此同时, 教师在讲授时要力求语言风趣幽默, 避免课堂氛围压抑。

(三) 采用PKPM结构设计软件就某中学教学楼进行结构分析设计, 巩固、综合运用理论知识, 为毕业设计打下基础

随着房地产市场的疲软, 土木工程专业的学生就业也受到了很大影响。目前的形势是岗位少而且竞争激烈。因此多数学生希望在通过考试的同时, 也渴望能熟练运用三维结构设计软件, 并熟练掌握CAD绘图技能, 一方面为下学期的毕业设计打下基础, 另一方面为以后的工作做好储备。因此, 在理论知识全部学习完毕以后, 作者安排2~3周的时间训练学生运用结构设计软件。将课题组曾经设计的某中学教学楼作为工程实例, 指导学生采用PKPM结构设计软件进行三维建模、计算、分析、完成施工图。首先是引导学生如何分析建筑图, 从建筑图中获取我们结构设计需要的信息。该教学楼建筑平面布置属于不规则形状 (参见图1 (a) ) , 指导学生如何将不规则结构划分为规则的结构单元 (参见图1 (b) ) , 图1 (b) 中单元1与2完全一样, 建模分析时只要建单元1或2, 与单元3, 一方面减少了工作量, 另一方面符合结构设计力求简单、规则的要求。

将不规则单元划分为规则单元后就是选择合适的结构体系, 该中学教学楼为5层建筑, 因此选择混凝土框架结构体系比较经济合理;其次是指导学生根据建筑布置图的要求建立几何模型, 并引导学生查看《建筑抗震设计规范》 (GB50011) 获知合肥市的抗震设防烈度及框架抗震等级, 并阐述它们的意义与在结构设计分析中的体现;接着指导学生查阅《建筑结构荷载规范》 (GB5009) , 正确计算荷载, 再次理解恒载与活载的含义及荷载组合的方式, 并将荷载准确输入到几何模型上, 温习框架结构的传力途径、主要结构单元的受力特点。几何模型完成, 荷载输入完毕后, 即可进行结构计算和分析, 指导学生合理选择参数, 理解参数的含义, 并对计算结果进行正确评价, 依据计算结果对结构进行调整。只有通过工程实例的建模分析, 有些设计技巧才能更好地掌握。

四、结论

混凝土结构设计原理是土木工程专业学生的专业基础课程, 通过本课程的学习, 使学生初步具有运用理论知识正确进行混凝土结构设计和解决实际技术问题的能力。所以该课程非常重要, 需要重视理论知识的同时, 重视实践性教学环节, 重视计算机辅助设计在学生工程训练中的应用, 为毕业设计打下良好的基础。

摘要：混凝土结构设计原理是土木工程专业学生的专业基础课程, 其具有内容多, 难度大, 实践性强的特点, 同时存在学生基础薄弱, 学习主动性差, 自主学习能力欠缺的问题。本文从开拓视野, 激发学生学习兴趣, 理论知识联系实际工程应用, 通过计算机结构设计软件就工程实例进行结构分析设计, 综合运用理论知识等, 多途径提高教学质量, 增加学生学习动力, 使学生初步具有运用理论知识正确进行混凝土结构设计和解决实际技术问题的能力。

关键词：混凝土结构设计,理论联系实际,计算机结构设计软件

参考文献

[1]东南大学, 同济大学, 天津大学.清华大学主审.混凝土结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

混凝土桥梁设计原理 篇5

摘要:大跨度预应力混凝土变截面连续箱梁桥具有结构刚度大、变形小、行车平顺舒适、伸缩缝少、抗震能力强等优点，因此无论是公路或城市桥梁、高架道路，还是跨越宽阔河流的大桥，均是首选的桥型方案之一。但作为全预应力混凝土的大跨度连续箱梁，在施工阶段或使用过程中，普遍出现各种不同性质不同类型的裂缝本文分析了大跨度连续梁桥施工控制的方法、对箱形截面的温度场进行了观测，并用观测结果剔除温度对施工控制的影响。

关键词:大跨度 公路桥梁 预应力混凝土 设计 测量

目前桥梁施工控制的结构计算方法主要包括：正装分析法、倒装分析法和无应力状态计算法。正装计算法能较好地模拟桥梁结构的实际施工历程，得到桥梁结构在各个施工阶段的位移和受力状态，同时，能较好地考虑结构的非线性问题和混凝土收缩、徐变等问题。对于大跨度预应力混凝土桥梁，首先必须进行正装计算。施工预拱度应按照桥梁结构实际施工加载顺序的逆过程来进行结构行为计算和予以确定。只有按照倒装计算出的桥梁结构各阶段中间状态去指导施工，才能使桥梁的成桥状态符合设计要求。一般而言，以正装计算结果作为应力监测的依据，以倒装计算结果作为预拱度控制的依据。

一、桥梁结构的理论计算

1、关于压应力控制值问题

如均采用C50混凝土，达到设计强度的80%进行张拉，按三国规范容许压应力比较见表1。

表1 运营及预加力阶段压应力控制比较MPa

规范 运营阶段 预加力阶段

英国BS 5400 20.0 16.0

中国J TJ 023-85 17.5 21.0

美国规范(94) 22.5 22.0

从表1知，运营阶段压应力容许值中国规范偏低，趋于保守。而施工阶段容许压应力仅次于美国，两者仅差4.76%，比英国大出31.25%。签于中国施工水平的实际情况;另还有许多因素在设计中是很难精确计算的，若施工阶段容许压应力取值过高，确实存在着冒险的因素。建议σha=0.65Rba(荷载组合Ⅰ)，即为其两国的平均值较好。在具体进行桥梁设计时，要求结构各截面的应力具有一定的安全储备，对截面正应力，一般要求在不利荷载组合下，还应保持2.0～3.0MPa的压应力储备。

2、剪力滞效应

剪力滞效应在混凝土箱形梁设计中应该考虑，特别是簿壁箱形宽翼缘截面，不能忽视其剪力滞效应。剪力滞效应考虑过多，对钢筋混凝土结构只不过多配筋，造成一些浪费;而对预应力混凝土结构，由于翼缘板上的法向应力不均匀，若按大值取值或按等间距等预应力，不按应力变化的要求设置预应力筋，都有可能造成混凝土开裂。对箱形截面的剪力滞效应问题，比较各国规范现阶段箱形梁桥设计可参考德国规范DIN1075“关于共同作用宽度”的条文规定执行。

二、主梁线形测量

1、主梁挠度、轴线和主梁顶面高程的测量

在每一节段悬臂端梁顶设立2～4个标高观测点和一个轴线点。测点用短钢筋或钢板预埋，并用红色油漆标明编号。标高用水准仪进行测量，根据各节段施工次序，每一节段按三种工况对主梁挠度进行平行独立测量，相互校核。轴线使用全站仪和钢尺等进行测量，采用测小角法或视准法直接测量其前端偏位。视准时，将轴线后视点引至过渡墩，用远点控制近距离点。在主梁顶面混凝土高程测量过程中，同一截面测2～4点，根据其横坡取其平均值，这样可得到主梁顶面的高程值。同时，在不同工况下，由观察得到的主梁挠度(反拱)变化值，与给定立模标高(含预拱度)立模的高程值，也可得到主梁顶面的高程值，两者比较后，可检验施工质量。

2、主梁立模标高的测量

用精密水准仪测量立模标高，立模标高的测量应避开温差较大的时段。施工单位立模到位，测量完毕后，监理单位对施工各节段的.立模标高进行复测，监控单位不定期进行抽测。

3、同跨两边对称截面相对高差的直接测量和多跨线形的通测

当两边施工节段相同时，对称截面的相对高差可直接进行测量和分析比较。当施工节段不同时，对称节段的相对高差不满足可比性，此时，可选择较慢的一边最末端截面和较快的一边已施工的对应截面作为相对高差的测量对象。在测量过程中，同一对称截面可测多点，根据其横坡取其平均值，可得到对称截面的对应点的相对高差。除保证各跨线形在控制范围内外，主梁全程线形应定期或不定期进行通测，确保全桥线形的协调性。

三、线形控制原理与技术

1、预拱度控制

主梁悬浇段的各节段立模标高可按下式确定

Hi=H0+fi+(-fi预)+f篮+fx(1)

式中:Hi为待浇筑段主梁底板前端底模标高;H0为该点设计标高;fi为本施工段及以后浇筑的各段对该点的影响值;fi预为本施工段顶板纵向预应力束张拉后对该点的影响值;f篮为挂篮弹性变形对该施工段的影响值;fx为由徐变、收缩、温度、结构体系转换、二期恒载、活载等影响值。上述各参数在有限元倒向分析基础上，根据实测信息，对计算预拱度进行调整和预测，确定最佳预拱度。

2、预拱度

指令预拱度是主梁线形控制的主要参数，也是决定主跨和边跨能否顺利合拢，应力分布是否合理的关键。施工预拱度指令，一般由监测监控单位拿出方案，经设代组计算审核后，桥梁专业监理工程师签字才能组织施工。施工预拱度指令除保证其合理性、科学性外，下达时间应保证施工的连续性和及时性。

四、主梁结构应变测量与应力分析

1、布点时间

在主梁钢筋布置基本就绪、混凝土浇筑之前，在控制断面预埋传感元件，并做好相应的防护工作。对于预应力混凝土梁桥，主要是测试和控制桥梁结构纵向应力。因此，布点时，传感元件沿纵向(桥的里程或桩号方向)布置，用铁丝捆扎在主梁纵向钢筋的上(下)缘。

2、传感元件测试原理及其应变测量

混凝土应力测试传感元件类型较多，目前通常使用钢弦应变计，其测试效果较好。钢弦传感器应变与频率间的关系通常是以标定表和折线图的形式给出的，用二次曲线或三次曲线进行最小二乘拟合，便能得到较好数学表达式。

混凝土桥梁设计原理 篇6

关键词：混凝土 冬期 冻害 强度

0 引言

《建筑工程冬期施工规程》规范规定，当室外日平均气温连续5天稳定低于5℃即进入冬期施工，在工程建设施工过程中，受自然气候的影响，加之工程建设的进度需要，有时不可避免的要进行冬期施工，若采取的措施不当，会给施工的工程带来不利的影响，极易给工程质量造成隐患或出现质量事故，所以混凝土路面应尽可能在高于5℃的气温条件下施工。因为其强度增长主要靠水化作用，水结冰时，水化作用停止，而且水结冰时，体积会膨胀，促使混凝士结构松散破坏，因此，当昼夜平均气温低于-5℃时，应停止施工。由于我国气候条件的差异，尤其在北方冬季长达数个月的寒冷气候，给施工带来了很多困难，所以，在这种环境的下施工，我们一定要采取一些特殊的施工防护措施，以保证工程的正常的施工，以下的一些办法能够有效的提高在较为恶劣的环境下的施工工效。

1 混凝土冻害及冬期施工原理

冬期施工时，气温低，水泥水化作用减弱，新浇混凝土强度增长明显地延缓，当气温降至0℃以下时，水泥水化作用基本停止，混凝土强度已停止增长。新浇混凝土中的水可分两部分：一是吸附在组成材料颗粒表面和毛细管中的水，这部分水能使水泥颗粒起水化作用，称为“水化水”；二是存在于组成材料颗粒空隙之间的水，称为“游离水”，它只对混凝土浇筑时的和易性起作用，在某种意义上说，混凝土强度的增长取决于在一定温度条件下水化水与水泥的水化作用及游离水的蒸发。因此，混凝土强度增长速度在湿度一定时就取决于温度的变化。特别是气温降至混凝土冰点温度（新浇混凝土冰点温度为-0.3℃—-1.5℃）以下时，混凝土中游离水开始冻结，气温降至-4℃时，水化水开始冻结，水化作用停止，冻结后的水体积膨胀约8%-9%，在混凝土内部形成强大的冰胀应力，将是强度尚低的混凝土内部产生微裂缝，同时降低了水泥与砂石和钢筋间的粘结力，导致结构强度和耐久性降低。新浇混凝土在养护初期遭受冻结，当气温恢复到正温后，即使正温养护到一定的龄期，也不能达到其设计强度，这就是混凝土的早期冻害。研究表明，塑性混凝土终凝前（浇后3-6h）遭受冻结，开冻后后期强度要损失50%以上，凝结后2-3天遭冻，强度损失15%-20%。实验证明，混凝土遭受冻结的危害程度还与冻结前混凝土的强度、水灰比、水泥标号、养护温度等有关。如果混凝土受冻前已经具备抵抗冻胀应力的强度，则混凝土内部结构就不致受冻结的损害。防止混凝土早期冻害的措施有两类：一是早期增强。主要是提高混凝土的早期强度，使之尽早达到混凝土受冻临界强度。具体措施有：使用早强水泥或超早强水泥，掺早强剂或超早强剂，早期保温蓄热，早期短时加热等；二是改善混凝土的内部结构。具体做法是增加混凝土的密实度，排除多余的游离水，或掺入减水型引气剂，提高混凝土的抗冻能力。还可掺防冻剂，降低混凝土的冰点温度。

2 混凝土强度及主要影响因素

混凝土质量的主要指标之一是抗压强度。材料的品种和质量，直接影响混凝土的强度。同等水泥用量的拌合物，水泥标号等级高的，混凝土的强度必然高；骨料的颗粒组成不好，搭配得不密实，含有泥土、杂质等过多，都能降低混凝土的强度。组成材料的配合比，是影响强度的重要因素。比如减少拌合用水和所用水泥的比例，适当增多水泥浆的含量，都能显著提高混凝土的强度，反之则显著降低。在施工中混凝土作业的各个环节，准确称料，适度的拌合和振捣，加强养护等，对混凝土强度的影响也很大。

3 混凝土在冬期施工时应采取的措施

3.1 冬期施工中配制混凝土用的水泥，应优先选用活性高、水化热大的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。水泥的标号不应低425号，最少水泥用量不应少于300Kg/m3。

3.2 拌制混凝土所采用的骨料保证清洁，不得含有冰雪冻结块等其它宜冻裂物质。混凝土拌制采取加热水法，水箱四壁用120mm砖砌体砌筑围护以提高水温，混凝土施工时间每隔半小时测量一次水温、混凝土入模温度及环境温度，并做好温度记录。梁板中的冰雪冻块在混凝土浇筑之前一定要将其熔化并将水放掉；确保无冻块，混凝土在浇注过程中在模板下面间隔6m设一火盆对模板底部进行烘烤，时间要求从混凝土浇筑时间开始制混凝土浇筑完成72小时内不间断。操作人员注意防火！

3.3 严格控制混凝土的水灰比，水灰比不应大于0.6。

3.4 使用超早强剂效果明显，制作同条件试块3天试压强度达到30%，14天达到100%。

3.5 混凝土不宜露天搅拌，搅拌站应搭设暖棚，优先选用大容量的搅拌机，以减少混凝土的热量损失。搅拌前，用热水或蒸汽冲洗搅拌机。混凝土的搅拌时间比常温规定时间延长50%。经加热后的材料投料顺序为：先将水和沙石投入拌和，然后加入水泥。混凝土出机温度不宜低于10℃。

3.6 混凝土的运输过程是热损失的关键阶段，应采取必要的措施减少混凝土的热损失，同时应保证混凝土的和易性。常用的主要措施为减少运输时间和距离；使用大容积的运输工具并采取必要的保温措施。保证混凝土的入模温度不低于5℃。

3.7 混凝土在浇筑前，应清除钢筋和模板上的冰雪和污垢，尽量加快混凝土的浇筑速度，防止热量散失过多。当采用加热养护时，混凝土养护前的温度不得低于2℃。

3.8 冬期施工混凝土振捣应用机械振捣，振捣时间比常温时有所增加。

3.9 混凝土现浇板上的后序工程规定：混凝土初凝后方可进行下道工序的施工，时间由工程项目部人员及监理人员现场确定。班组人员接到“同意下道工序施工”的通知后方可进行施工。凡违反本规定者，责令将施工用品吊离板面并处以一定程度的罚款。

3.10 混凝土的保温措施：①框架柱：混凝土拆模后立即在其表面包裹一层塑料薄膜，在外裹棉毡或草帘，用绑扎丝捆结实。该工序有混凝土施工班组具体执行，项目部施工员负责验收；②梁板混凝土浇筑完毕后，在其上面覆盖一层塑料布、一层毛毡和三层草帘，其间做好测温记录。下道工序开始前有混凝土施工班组组织撤离，击中堆放看管；③对混凝土的保温材料的保护，各施工班组积极配合，人员到位，避免材料和用工的重复。

综上所述，我们应从各个方面控制混凝土质量，以确保整个工程质量，以保证企业信誉和发展。保证工程建设质量和进度，实现工程质量和进度的统一。

参考文献：

[1]祖青山.建筑施工技术[M].中国环境科学出版社.1995.

混凝土桥梁设计原理 篇7

一、混凝土结构设计原理课程特点

1. 实践性强

混凝土结构设计原理是一门实践性强的课程, 学好这门课程除了要有扎实的理论基础外, 还要将建筑工程的各个因素结合实际进行操作, 以此来验证设计的有效性。建筑工程包括材料、施工、造价、结构等, 在教学中, 要加强实践才能够让学生逐渐领会知识, 才能使学生在今后的工作中运用知识。

2. 理论性强

混凝土结构设计原理课程要应用多种知识, 例如, 物理知识、数学知识、设计知识等。这门课程研究的对象是钢筋和混凝土组成的复合型材料, 将各种材料组成一定的结构需要利用到力学方面的知识, 要考虑到材料的弹性对整个设计结构的影响等, 因此课程的理论性很强。[1]钢筋混凝土通过设计原理得出的结果往往与现实存在着较大的差距, 这是由于建筑物受到的影响因素很多, 因此混凝土结构设计原理要考虑多种因素的作用, 并利用多种知识, 使结果更准确, 因此在课程教学中, 要进行深入探讨, 让学生了解本质, 加强学生的理解能力。

3. 涉及面广, 内容多

混凝土结构设计原理涉及的知识面广, 包括材料性质、匹配比例、建筑构造等, 在教学中, 不仅要利用到理论性的知识, 还要经常参与到实践中去, 通过考察建筑工地等了解本课程的实际应用, 因此教学难度大, 学生学起来也相对困难。在建筑行业, 各种设计原理有着严格的规定, 不能随意更改, 以免对建筑工程造成质量危害, 每一个建筑规定有区别, 不同的概念、原理常常会让学生感到凌乱, 且稍不注意就容易出现差错。

二、改进混凝土结构设计原理的教学方法与手段

1. 采用多种教学方法, 提高教学质量

由于混凝土结构设计原理涉及的知识面广, 理论知识多, 因此教师在教学中要善于利用教学方法, 促进学生对知识的理解。在进行教学时, 教师可以利用启发性教学措施, 让学生从简单的知识逐渐深入, 给学生提供一定的帮助, 主要以学生为主体, 激发他们的创造力。例如, 教师可以以学校的教学楼为例, 让学生分析其框架结构, 并画出具体的设计图。之后教师再进一步补充, 从而锻炼学生的思维能力。由于混凝土结构设计原理课程要利用到各种公式进行计算, 且公式多, 涉及的符号、结构要求多, 使学生难以理解, 容易混淆, 因此教师可以通过比较教学, 提高学生知识运用能力。将学生难以理解又容易弄错的公式进行比较, 再利用实例将公式运用到实际计算中, 让学生学会区分, 学会运用。

2. 利用多种教学手段, 培养学生学习兴趣

随着信息化不断发展, 教学手段开始与信息化接轨, 从而提高教学效率。教师可以利用多媒体技术进行教学, 通过优化课件内容, 提供给学生更多的知识。通过多媒体教学, 教师可以将更多的高清工程设计图提供给学生, 并逐步给学生讲解, 利用实例图, 并结合一定的说明性文字, 帮助学生理解, 从而激发出学生的学习兴趣。[2]利用多媒体技术, 还可以将一些典型的混凝土设计原理提供给学生, 让学生了解最新的建筑工业和设计理念, 激发学生的潜能。教师还可以设计网络课程, 让学生选择性地进行学习, 并在学习环节中布置一定的作业, 巩固已学的知识。教师还可以将课堂延伸到课外, 带领学生到建筑工地实地参观, 让有经验的工程师为学生讲解钢筋搭接、弯曲的结构要求, 增强学生的感性认识。

3. 注重前沿知识介绍, 改革教学内容

现代化的建筑风格呈现多样化, 在进行混凝土教学时, 教师要将最新的设计理念传授给学生, 将理论知识创新化, 再结合最新的建筑创新, 使学生处于本学科发展前沿。建筑不分国界, 很多外国的建筑师应用的新技术和新设计都能够在教学中被借鉴, 因此教师在教学时要善于利用这些新知识。

首先, 教师在进行基础知识教学时, 要体现出创新。由于教材较为固定, 有些较新的设计原理不能够在教材内体现出来, 因此教师要利用新的眼光, 创新教材内容, 使学生能够系统地掌握知识, 在学习中获得创新, 获得完整的混凝土设计原理知识。其次, 在教学中, 还要让学生了解本专业和本学科最新的发展趋势, 让学生能够在学习中具备一定的工作竞争意识, 激发学生的学习欲望, 从而主动探索新知识, 提高学生的综合能力。最后, 混凝土结构设计各有优缺点, 要培养学生主动质疑的精神。例如, 钢筋混凝土整体结构大, 自重大, 因此在建筑设计中存在一定的弊端。很多设计师综合这种缺点, 研究出了纤维混凝土、轻集混凝土, 解决了钢筋混凝土的缺陷。随着建筑行业不断发展, 混凝土设计要综合各种设计理念做出创新, 才能够根据符合时代对建筑的新要求。教师只有改革教学内容, 才能够培养出更优秀的学生。

4. 加强教学实践, 培养学生综合能力

混凝土结构设计专业是一项实践性较强的学科, 在教学上普遍重视理论教学, 显然难以实现这门学科的教学目标。只有将理论与实践相结合, 才能使学生的整体能力得到提高。首先, 教师在课堂上要加强理论的指导, 让学生掌握该学科现行的操作规范, 通过教学实例, 初步掌握混凝土结构设计原理在实际中的应用, 从而丰富了学生知识内容。其次, 要注重设计环节。在教学中, 学生只能学到设计的要求和操作规范, 因此在课后, 学生还要经常进行设计练习, 通过设计简单的工程结构, 将知识理解得更深刻, 还可以分析其他建筑物的设计原理, 从而将理论与实际相结合, 提高解决问题的能力。[3]最后, 教师还可以组织学生到实际的建筑工地了解该课程在实际中的应用, 从而增加设计灵感。教师要鼓励学生参与独立设计, 在课程设置时, 布置给每个人不一样的设计作业, 让学生独立完成, 鼓励学生在实践中完成任务, 在实践中将理论与实践相结合, 提高学生的整体实力。

随着建筑行业不断发展, 社会对建筑人才的需求越来越大。混凝土结构设计原理课程是土木工程专业的重要课程, 对培养现代化的建筑设计人才有着重要的意义。因此教师要创新教学方法, 利用多种教学手段, 鼓励学生参与实践, 提高学生的实践能力, 为社会培养出更多的创新性人才。

摘要：随着新课程改革不断深入, 对混凝土结构设计原理的教学目标、教学内容等提出了新的要求。为了培养社会需要的技术人才, 教师要改变其教学方法, 利用多种教学手段, 促进学生学习。本文分析了混凝土结构设计原理课程特点, 并改善教学方法, 结合多种教学手段, 以提高教学效率。

关键词：混凝土结构设计原理,教学方法,教学手段

参考文献

[1]黄明, 陈颖辉.对钢筋混凝土结构课程的教学体会[J].昆明大学学报, 2015 (12) .

[2]杜敏, 李巨文, 赵彦.混凝土结构课程教学方法探讨[J].防灾科技学院学报, 2007 (09) .

混凝土桥梁设计原理 篇8

一、问题的提出

我校土木工程专业本课程教学使用的教材为高等教育出版社由沈蒲生主编《混凝土结构设计原理》第4版。在第7章课后思考题7-17中问到:对称配筋矩形截面偏压构件, 当出现下列情况时: (1) ei>0.3h0且N>α1fcξbbh0; (2) ei≤0.3h0且N<α1fcξbbh0, 应如何判断是哪一种偏心受压情况, 出现上述现象应如何解释[1]在偏心受压构件的截面设计和承载力复核中, 可以发现针对两大类破坏形态有着不同表达形式的判别方法, 如 (1) 用于截面复核所采用的ξ直接判别法:当ξ≤ξb时属于大偏心受压; (2) 用于截面复核的界限承载力判别法, 即N与Nb的关系: (3) 经验公式判别法:当ei≤0.3h0时属于小偏心受压, 反之按大偏心受压进行计算, 确定出ξ, 若ξ≤ξb, 确实是大偏心受压, 反之按小偏心受压。但面对上述看似条件相互矛盾的情况, 相当多的学生感觉思路混乱, 难以把握。那么在教学中必须让学生牢牢掌握两类偏心受压破坏的分界条件和对应的本质上的判别的方法。

教学分析如下:对称配筋矩形截面偏心受压构件:

(1) 当ei>0.3h0且N<α1fcξbbh0时, 应属小偏心受压情况。

(2) 当ei≤0.3h0且N<α1fcξbbh0时, 应属小偏心受压情况。因为ei小于最小的界限偏心距0.3h0, 肯定是小偏心受压。同时出现N<α1fcξbbh0 (或ξ<ξb) 的矛盾情况, 是由于小偏心受压情况下ξ≠N/α1fcbh0, 实际的ξ按教材中所提到的表达式进行计算[2]。

从上述案例看出, 本章截面承载力计算教学中必须从本质出发, 把握3个方面和2条曲线, 那么教学中的难点可迎刃而解, 阐述如下。

二、偏压构件的教学思考

1. 偏压构件原理分析和公式应用的教学引导[2,3,4]。

偏心受压构件公式及条件限制多, 那么如何教学中如何让学生有效地掌握偏压构件计算中那么多的公式呢?我们都知道本章偏心受压构件的计算公式几乎全部都是依据平衡条件建立的, 故教学重点应放在学生对计算图式的理解上。我认为在教学中时注意引导学生注意以下几点:

(1) 在混凝土结构中, 矩形截面短边记作b, 长边记作h, 弯矩沿长边h方向作用, 偏心力所形成的偏心距是到截面形心轴的距离。

(2) 考虑偏心距增大系数, 偏心距不是理论值e0=M/N, 而是考虑附加偏心距ea后的初始偏心距ei。

(3) 离N较远钢筋记作As, 其重心与截面边缘距离为as, 钢筋应力按照受拉画出, 大偏心时为fy, 小偏心时为σs;另一侧钢筋与应力分布分别记作As'和fy', 应力按照受压画出。

(4) 大偏心受压时, 需要满足适用条件x≤ξbh0且x≥2as', 该条件分别用来保证平衡方程中As的应力取fy, As'的应力取fy'的正确性。

(5) 小偏心受压时, 关键是σs的取值。明确σs在坐标图上的表达。

(6) 不管是设计还是复核, 都是依据平衡方程和适用条件解方程组。

(7) 对于小偏心的情况, 当混凝土受压区高度x>h时, 应该取x=h建立平衡方程。

(8) 对于小偏心的情况, 在教学过程中应强调对“反向破坏”的验算, 此时一定要特别注意此时偏心距取值的特殊性。

(9) 对称配筋偏心受压柱, 应按照定义式判别大、小偏心。

(10) 偏心受压构件的承载力除按照前述的弯矩作用平面计算外, 在垂直于弯矩平面还应按照轴心受压构件计算, 且取二者的较小者。

2. 小偏心受压构件教学中钢筋应力曲线的运用[2,3,4]。

教学中, 注意应力曲线的理解和运用。

即As应该取0.002bh和上式的较大者。取定As后方程可解。至此, 必须提醒学生代入计算的As是选定钢筋直径和根数之后的实际钢筋截面积。

有学生可能会问:对反向破坏验算时, 为什么采用e0-ea而不是e0+ea?注意提示:这是按照更不利的情况考虑, 因为ea可正可负, 当取为负值时, 所需要的A更多。如此分析, 学生就很容易理解。

3. 偏心受压构件对称配筋的Nu-Mu相关曲线的教学分析[1,4,5]。

我们都知道, 教材中针对对称配筋偏心受压构件, 将荷载视为轴心压力和弯矩, 将平衡式用相关曲线表达出来, 即为Nu-Mu相关曲线, 如图2所示。显然, 这里的Mu=Nuei。在教学中, 应着重强调学生对相关曲线所反映的规律的理解:

图2对称配筋偏心受压构件的Nu-Mu曲线

(1) 由于M的存在, 对应轴压力N变小了。教学过程中, 可以向学生解释:轴心受力时, 可以承受的压力最大, 若存在偏心, 可以承受的轴心压力N变小了。

(2) 曲线与水平虚线的交点对应于界限破坏, 水平虚线以上为小偏心受压, 以下为大偏心受压。教学过程提示:此处Nb=α1fcbh0ξb, 由此可见x>ξbh0与N>Nb等效, x≤ξbh0与N≤Nb。

(3) 配筋率不同, 曲线相似;配筋率越大, 曲线越排在外侧。

三、结论

从以上可以看出, 通过偏心受压构件教学中3个关键问题的总结和2条曲线应用的教学分析, 使学生对于该类构件两类破坏形态的界限区分、截面设计和截面承载力复核中的判别方法和参数选用有更明确的了解, 可供同行教学参考, 并请商榷指正。

参考文献

[1]沈蒲生, 梁兴文.混凝土结构设计原理[M].第4版.北京:高等教育出版社, 2002.

[2]张庆芳.混凝土结构复习与解题指导[M].北京:人民交通出版社, 2009.

[3]朱玉华, 赵昕.混凝土结构疑难释义及解题指导[M].上海:同济大学出版社, 2006.

[4]马芹永.混凝土结构基本原理学习指导[M].北京:机械工业出版社, 2011.

混凝土桥梁设计原理 篇9

关键词：混凝土结构,T形截面,适筋破坏,超筋破坏,少筋破坏

《混凝土结构设计原理》是土木工程专业的主要专业课, 涉及的知识面较多, 很多理论不是简单的计算, 必须通过实验验证与理论分析相结合, 并进行详细地讲解, 使学生理解计算理论的由来, 才能使学生理解混凝土结构设计的计算理论。该课程的主要特点是公式多、符号多、构造要求多[1], 学习难度相对比较大, 学生较难理解。要求学生把计算公式和适用条件相应地结合起来应用, 更是难上加难。因此, 大多数学生的作业都是机械式地模仿例题, 不能灵活的应用公式, 采取机械的死记硬背的方法, 对知识的运用能力较差。

为了改变这种状况, 提高教学效果, 笔者根据多年的教学经验, 对《混凝土结构设计原理》中T形截面正截面承载力计算的教学作一些探讨。

一、理解基本计算公式的应用条件

通过对矩形截面受弯构件的受力特性的学习可知, 受拉区混凝土开裂后便退出工作, 在计算理论中没有考虑混凝土的受拉强度, 从而造成下部混凝土的作用没有得到充分利用。因此, 对于尺寸较大的矩形截面构件, 可将受拉区两侧的部分混凝土挖去, 形成T形截面 (见图1) , 这样既不会影响构件的受弯承载力, 又可以减轻结构自重, 节省混凝土并取得了良好的经济效果。

T形截面受弯构件的计算理论在工程中的应用比较广泛, 如次梁、T形吊车梁等。T形截面顶部两侧带伸出部分称为翼缘, 其宽度为b'f, 高度为h'f;中间部分称为腹板。对于T形截面的理论计算问题, 很多学生理解为腹板的高度即为受压区截面高度, 主要原因是对基本概念的错误理解而造成的。因此, 教学中需要要求学生注意书上对于T形截面尺寸的定义。

根据混凝土受压区的高度不同, T形截面的计算可分为两类: (1) 第一类为T形截面, 中和轴在翼缘内 (x≤h'f) , 受压区为矩形; (2) 第二类为T形截面, 中和轴在腹板内 (x>h'f) , 受压区为T形[2]。判断T形截面为第一类截面还是第二类截面的标准, 可根据中和轴位置时的平衡方程进行评判 (见图2) , 即:

当x≤h'f时, 则M≤a1fcb'fh'f (h0-h'f/2) 或fyAs≤a1fcb'fh'f, 此时中和轴在翼缘内, 故属于第一类T形截面。

当x>h'f时, 则M>a1fcb'fh'f (h0-h'f/2) 或fyAs>a1fcb'fh'f, 此时中和轴在腹板内, 故属于第二类T形截面。

二、理解应力计算公式的意义

本门课程的公式多、符号多, 让学生记住全部计算公式不太现实, 也没必要。在课堂教学过程中, 教师应教给学生分析问题, 并将问题转化为已知的知识, 从而培养学生分析问题和解决问题的能力。

对于第一类T形截面, 中和轴在翼缘内 (x≤h'f) , 受压区形状为矩形, 计算时不考虑受拉区混凝土的作用, 所以这类截面的受弯承载力与宽度为b'f的单筋矩形截面构件受力相同, 因此第一类T形截面的基本计算公式和方法也与单筋矩形截面构件相同, 仅需将公式中的b改为b'f即可。因此, 其承载力计算公式可表示为:

对于上述计算公式所引出的钢筋截面面积选择的问题, 可以参考文献[3], 这里就不一一赘述了。

对于第二类T形截面, 为了便于分析和计算, 可将T形截面的应力图分解为两部分:第一部分由腹板受压区混凝土的压力与相应受拉钢筋As1的拉力组成, 承担弯矩M1;第二部分由翼缘受压区混凝土的压力与相应受拉钢筋As2的拉力组成, 承担弯矩M'2, 见图3。

若去掉图3中翼缘受压区混凝土与As2对构件的受力影响, 则其受力状态与单筋矩形截面一样。因此, 该部分的应力计算只要将受压区混凝土分为翼缘和腹板两部分, 则其应力计算就能较好地掌握了。因此, 其承载力计算公式可表示为:

对于上述计算公式所引出的钢筋截面面积选择的问题, 可以这样理解:已知截面的弯矩设计值M, 截面尺寸b, h (h0) 、b'f、h'f钢筋的种类和混凝土的强度, 要求确定受拉钢筋的截面面积As。

该问题只需将钢筋的面积划分清楚, 问题就可游刃而解。问题的突破口为图3右侧部分的受力平衡分解图, 根据翼缘平衡的受力分解图可以先求出与翼缘受力平衡的受拉钢筋面积As2, 即As2=α1fc (b'f-b) h'f/fy, 从而可以确定M2=α1fc (b'f-b) h'f (h0-h'f/2) 。因此将公式 (6) 中M2=α1fc (b'f-b) h'f (h0-h'f/2) 移至公式左边, 则M1=Mu-M2=α1fcb'fx (h0-x/2) , 该问题便转化为单筋矩形截面问题, 从而求出As1 (需要考虑最小配筋率的影响) , 最终可求得受弯构件的总配筋面积为AS=AS1+AS2。

以应力图形为中心, 重视应力简图的画法[4], 通过图形分解达到简化分析过程的目的, 从而实现学生对公式更深入地理解, 避免了机械式的死记硬背造成的记不牢靠。

三、比较各类受力构件计算上的相互联系

单筋矩形截面正截面承载力计算是受弯构件正截面承载力这章的第一部分内容, 也是学生学习的基础, 其配筋形式及受力简图见图4。进行单筋矩形截面正截面承载力计算内容与T形截面正截面承载力计算内容的类比分析, 可以增加学生对T形截面正截面承载力计算公式的理解。

通过图4与图2、图3的对比分析可知, 受拉区的应力AS2fy与受压翼缘混凝土的应力α1fc (b'f-b) h'f是一对平衡力系;受拉区的应力AS1fy, 与矩形混凝土受压区的应力α1fcb'fx (h0-x/2) 是一对平衡力系。

单筋矩形截面的承载力公式为ASfy=α1fcbx。据此可以得出以下结论:T形截面正截面承载力只是增加了与受压翼缘混凝土应力平衡的受拉钢筋AS2, 若去掉AS2的配筋, 则其配筋分布与单筋矩形截面一样。

找出它们的不同之处, 即可将T形截面问题转化为单筋矩形截面的问题, 从而使复杂的问题简单化。

四、结论

《混凝土结构设计原理》是土木工程专业最为重要的专业课, 且涉及的知识面较多, 很多理论不是简单的计算, 必须通过详细地讲解, 使学生理解计算理论的由来。T形截面正截面承载力计算为本书教学的难点之一, 计算公式复杂, 学生难以理解。因此, 在该部分的教学过程中, 教师应针对学生学习中存在的困难进行分析, 通过对公式的适用条件、计算公式的意义应用图形分解的方法进行类比分析, 将复杂的问题层层分解转化为已知的知识, 从而使学生对计算公式有更清晰地认识, 并取得良好的教学效果。

参考文献

[1]雷洋, 刘幸.对学生在混凝土结构原理作业中常见问题的探讨[J].东南大学学报 (哲学社会科学版) , 2012, (14) :249-250.

[2]梁兴文, 王社良, 李晓文.混凝土结构设计原理[M].北京:科学出版社, 2003.

[3]李志强, 仝倩倩, 夏多田, 等.混凝土结构设计课程教学改革与实践[J].中国西部科技, 2014, 13 (1) :123-124.

混凝土构件外观质量的形成原理 篇10

混凝土构件的制作过程不外乎为:水泥 (胶凝材料) 加粗细骨料加水再掺加一定的外加剂经过拌和, 拌和物经过浇筑、振捣、养生成型。混凝土内起着填充作用的胶凝材料——水泥包裹着整个骨料, 混凝土构件表面充满了水泥浆, 因此水泥的本色就是混凝土构件表面的颜色, 这是基色。基色的深浅通过用水量、水泥的成分以及施工措施和环境的变化来实施。

混凝土除了基色外还充斥着其它的颜色。混凝土内部存在着很多的毛细孔隙。混凝土构件在脱离整个保护条件后, 长期裸露于自然环境中, 随着硬化过程的进行和多余水分的蒸发, 在其表面渗及内部形成许多的、大小不一的毛细孔隙, 通过光的折射、反射作用, 从毛细孔内反射出骨料, 主要是粗骨料的基岩颜色。

2 混凝土表面颜色形成的原因

2.1 基岩颜色的表观影响

这里将基岩按原始状态分为两种, 一种是经过化学加工前的水泥原料基岩, 一种是只经过物理加工的骨料基岩。水泥制作原料基岩包括烧制前的生料和烧制后的熟料及外加掺合料。由于受地理地质的影响, 各地水泥的制作原料均存在差异性, 原料中所含的矿物成分如铬、铁等含量不一, 因此导致最终同等级的水泥内各种成分含量存在差异性。这样最后形成的是混凝土表面基色存在根本的差异性:白、灰、红、青等各种不同的颜色。

作为混凝土的骨架——骨料, 由于选用的材料有限:粗骨料——石灰岩、花岗岩、石英岩等, 细骨料——河砂、山砂以及岩石破碎的碎砂等。同样受地理地质条件的限制与影响, 成分较为复杂。因此在混凝土内部通过光的折射、反射体现出来的颜色就不尽相同。

2.2 施工工艺颜色的表观影响

2.2.1 模板。

混凝土成型必须使用符合要求的模板。而施工中除了在模板上使用隔离剂外难免会依附其它各种物质, 如:污垢、粉尘、油漆以及金属部分的锈蚀等, 但是在混凝土达到一定强度以后, 这些物质也便依附于混凝土构件表面, 形成各种难看的污点, 严重者将直接影响构件的外观质量。更为糟糕的是如果模板在使用前没有清理干净、光洁, 在每次使用模板后, 混凝土表面将形成毛面, 同时模板上的污垢也越来越厚甚至发生台阶状的尘垢, 致使混凝土构件表面形成难看的台阶状花纹, 严重影响混凝土构件的外观质量。当然在模板比较光洁的情况下, 混凝土表面的颜色不仅表现为基色, 而且由于受隔离剂的影响, 在混凝土构件表面将同时突出地表现出来, 因此对隔离剂的选用尤为重要。

2.2.2 施工措施。

混凝土在施工中, 由于使用工具的不当, 如振动棒接触模板振捣, 将会在混凝土构件表面形成振动棒印, 而影响构件外观效果。由于混凝土的过振造成混凝土离析出现水线状, 形成类似裂缝状影响外观, 同时经常引起不必要的麻烦与怀疑。

由于混凝土的不均匀性或者由于浇筑过程中出现较长的时间间断, 造成混凝土之间形成青白颜色的色差、不均性。

2.2.3 水灰比。

为了便于施工, 混凝土必须具有一定的施工坍落度, 在不掺加外加剂的情况下势必增加用水量和水泥用量;即使掺加外加剂, 在配置高强度混凝土时, 如不掺加掺合料, 同样需要较大的水泥用量。但是随着水泥水化反应和强度的增长以及各种环境的变化影响, 混凝土内的水分蒸发, 在混凝土内形成许多毛细孔, 而在形成毛细孔的同时, 在毛细孔内析出Ca (OH) 2等结晶, 这样透过光的折射, 在混凝土表面形成白或灰白颜色, 析出的晶体越多则颜色越白。

硅酸盐水泥加水后不久, 拌合水即变成氢氧化钙饱和溶液, 确切地说就是碱和氢氧化钙过饱和溶液, 氢氧化钙从过饱和溶液中结晶析出, 同时从水泥中主要成分:C3S和C2S与水的反应可以看出, 生成了较多得氢氧化钙。很明显将会有更多的Ca (OH) 2晶体析出。

水泥用量越大, 晶体越多, 颜色越淡。

3 环境等外在条件

混凝土在施工中, 水泥的水化反应受环境的影响较大, 尤其是受温度德影响较大。当环境温度较低时, 混凝土的原材料:粗细骨料、水的温度较低, 同时受拌和机具、运输机具、容器、模型等的吸热影响, 混凝土最终入模的温度亦较低, 水化反应较慢, 强度增长较慢, 在混凝土达到较高强度则花费的时间较长, 水化反应得充分, 析出的Ca (OH) 2较少, 因此混凝土成型后的外观颜色就呈现青色。相反, 当温度较高时, 混凝土原料吸热较多, 温度较高, 同时受拌和机具、运输机具、容器、模型的影响, 造成混凝土入模温度较高, 水化反应较快, 较高的水化热致使混凝土内部温度迅速升高, 析出的Ca (OH) 2较多, 因此颜色较多的表现为灰白色, 混凝土虽然短时间内可以达到较高的强度, 但后期增长有限。在实际的施工中, 受工期等的影响, 同时为了降低成本, 而采取蒸汽养护或其它保温措施养护, 但值得注意的是:升温不应只对混凝土加热而忽略了原材料的温度, 因此升温的措施应当双管齐下。选择一个合理的混凝土入模温度和养护温度, 对混凝土的强度增长最为有利, 满足整个施工进度的需要。也就是说, 在条件许可的情况下, 尽可能采用自然养护, 在环境温度较低时, 应对原材料和机具加热, 成型后对混凝土加热养护, 保持一定的湿度;在环境温度较高时, 应对原材料、机具等降温, 不需要再对混凝土加热养护, 同时必须加强保水养护。

4 混凝土外观质量的控制对比

混凝土外观质量由于受水泥、粗细集料及施工条件的影响, 是随机变化的、不定的。因此要对外观质量进行控制只能从各种施工条件中以及水泥本身的水化反应中析出的Ca (OH) 2晶体入手。Ca (OH) 2晶体在受到各种外在条件的影响时, 在混凝土内部将形成破坏作用, 导致混凝土结构的破坏。因此控制Ca (OH) 2是最重要的和首要的。

通过对使用专用乳白色的隔离剂产品——桥梁、岔枕、电杆的外观对比, 效果比较统一, 颜色一致, 外观美观, 完全代替了机油和肥皂水作隔离剂。

对自然养护和低温养护的铁路、公路桥梁外观质量颜色的观察对比, 较夏期高温时间段与蒸汽高温养护对比, 自然养护和低温养护的产品颜色较深于高温养护的外观颜色, 基本接近本色。

通过对小流动性 (用水量低) 的混凝土产品与高流动性的混凝土产品外观质量对比, 小流动性的产品外观颜色深于高流动性的产品外观。

5 结论

为了满足施工和混凝土耐久性的要求, 即要保持混凝土的流动性, 又要控制水灰比, 因此在施工中应大量使用高效减水剂, 以达到控制水灰比的良好目的, 减少Ca (OH) 2的析出。在使用减水剂的同时, 要求掺加入粉煤灰或硅粉等, 提高混凝土强度的同时增加混凝土的耐久性, 消耗水泥水化反应中析出的多余的Ca (OH) 2。在混凝土施工前必须对当地的气候环境、温度季节分布进行充分的调查, 以做好加温和降温的准备;同时做好温度的观察记录以及时进行施工措施的调整;控制好混凝土的温度以达到控Ca (OH) 2析出量的目的。通过对模型的清理, 保持其光洁, 使用与混凝土基色一致的无害的隔离剂保持混凝土构件表面颜色的一致性。通过制定并实施详细的施工作业指导方案, 避免混凝土的过振离析。通过制定并实施详细的钢模密贴措施保证混凝土施工中不致发生漏浆、漏水而出现不密实部位和杂色。通过制定和组织实施混凝土施工方案, 减少甚至避免混凝土施工的间断, 避免色差。通过电子计量和增加检测含水率的频次, 控制混凝土的均一性, 避免色差。通过控制粗细集料的杂物含量, 避免不必要的杂色。

通过这种种措施的控制, 达到比较反映混凝土基色的混凝土构件良好的外观质量, 即经济又美观而且耐久。

参考文献

[1]GBJ10, 混凝土结构设计规范标准.

[2]GB175, 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥标准.

[3]GB1596, 用于水泥和混凝土中的粉煤灰标准.