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上篇 水工混凝土结构构件设计 1

第一章 材料 1

第一节 水泥 1

一、常用水泥 1

二、特种水泥 3

第二节 集料 4

一、细集(骨)料 4

二、粗集(骨)料 5

第三节 外加剂与掺合料 7

一、外加剂 7

二、掺合料 11

第四节 混凝土 13

一、混凝土的定义与分类 13

二、水工混凝土的特点 14

三、混凝土配合比设计 16

第五节 钢筋 23

一、热轧钢筋 23

二、余热处理钢筋 23

三、冷加工钢筋 24

四、热处理钢筋 28

五、钢丝及钢绞线 28

二、设计状况 32

一、极限状态 32

三、结构安全等级 32

第一节 极限状态及设计状况 32

第二章 水工混凝土结构设计基本规定 32

第二节 材料强度和作用(荷载)值 34

一、混凝土的强度与其他特性 34

二、钢筋的强度与弹性模量 37

三、作用(荷载)值 40

第三节 设计表达式 43

一、承载能力极限状态设计表达式 43

二、正常使用极限状态设计表达式 47

第四节 结构耐久性要求 51

一、环境条件类别 51

二、对混凝土材料的耐久性要求 51

四、结构形式、表层防护及配筋方式 54

三、混凝土保护层厚度 54

第五节 钢筋混凝土结构的一般构造规定 55

一、建筑物的分缝 55

二、钢筋的锚固和接头 55

三、钢筋的弯钩和弯折 58

四、钢筋混凝土构件的最小配筋率 59

第三章 素混凝土结构构件设计 62

第一节 素混凝土结构构件的设计要求 62

一、一般设计原则 62

二、构造要求 62

第二节 素混凝土结构构件承载力计算 62

一、受压构件 62

二、受弯构件 66

三、局部受压 67

第一节 板、梁的构造尺寸 69

一、板的构造尺寸 69

第四章 钢筋混凝土受弯构件承载力计算及构造规定 69

二、梁的构造尺寸 70

第二节 受弯构件正截面受弯承载力计算公式 73

一、基本公式及其应用 73

二、计算公式及计算表格 75

第三节 板、梁正截面受弯承载力配筋计算用表 79

一、板和单筋矩形截面梁正截面受弯承载力配筋计算用表 79

二、单筋T形截面梁正截面受弯承载力配筋计算用表 150

三、双筋矩形截面梁正截面受弯承载力配筋计算用表 156

第四节 局部(集中)荷载作用时板的承载力计算 161

一、局部(集中)荷载作用时单向板和悬臂板正截面受弯承载力计算 161

二、板的受冲切承载力计算 164

一、计算公式 168

第五节 梁的斜截面受剪承载力计算 168

二、梁的斜截面受剪承载力计算用表 169

三、间接加载时的附加横向钢筋计算 182

第六节 受扭构件承载力计算 184

一、矩形截面纯扭构件受扭承载力计算 184

二、矩形截面剪扭构件受剪扭承载力计算 189

三、弯、剪、扭共同作用下的矩形截面梁设计 196

四、T形(I形)截面纯扭构件受扭承载力计算 197

第七节 板、梁的配筋构造 197

一、板的配筋构造 197

二、梁的配筋构造 207

第八节 短梁、深梁与厚板的设计计算 213

一、概述 213

三、深受弯构件斜截面受剪承载力计算 214

二、深受弯构件正截面受弯承载力计算 214

四、深受弯构件的配筋构造 218

第九节 叠合式受弯构件的设计计算 221

一、施工阶段不加支撑的叠合式受弯构件承载力计算 221

二、施工阶段有可靠支撑的叠合式受弯构件承载力计算 224

三、构造要求 224

第五章 钢筋混凝土受压构件承载力计算及构造规定 228

第一节 钢筋混凝土受压构件的截面形式与尺寸 228

一、受压构件的截面形式与尺寸 228

二、受压构件的计算长度l_0 229

第二节 轴心受压构件受压承载力计算 232

一、轴心受压构件受压承载力计算公式 232

一、不对称配筋矩形截面偏心受压构件受压承载力计算 233

第三节 偏心受压构件受压承载力计算 233

二、轴心受压构件配筋计算用表 233

二、对称配筋矩形截面偏心受压构件受压承载力计算 242

三、I形截面偏心受压构件受压承载力计算 243

第四节 偏心受压构件配筋计算用表 245

一、偏心距增大系数η值计算用表 245

二、对称配筋矩形截面偏心受压构件配筋计算用表 246

三、不对称配筋矩形截面小偏心受压构件配筋计算图表 271

第五节 偏心受压构件斜截面受剪承载力计算 274

一、偏心受压构件斜截面受剪承载力计算公式 274

二、设计步骤 275

第六节 双向偏心受压构件受压承载力计算 275

一、双向偏心受压构件受压承载力验算公式 275

二、对称配筋矩形截面双向偏压构件受压承载力近似计算 276

一、柱中纵向钢筋 279

二、柱中箍筋 279

第七节 偏心受压柱的配筋构造 279

三、纵向受力钢筋的接头 280

四、框架柱节点的配筋构造 282

第六章 钢筋混凝土受拉构件承载力计算及构造规定 283

第一节 受拉构件正截面受拉承载力计算 283

一、轴心受拉构件 283

二、小偏心受拉构件 283

三、矩形截面大偏心受拉构件 285

四、对称配筋受拉构件 287

第二节 受拉构件斜截面受剪承载力计算 287

一、截面尺寸要求 287

二、受剪承载力计算 287

一、抗裂验算的范围 290

二、正截面抗裂验算公式 290

第一节 正常使用极限状态验算的原则 290

第二节 正截面抗裂验算 290

第七章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算 290

三、截面的几何特征计算 293

第三节 正截面裂缝宽度验算 297

一、裂缝宽度验算的原则 297

二、最大裂缝宽度的计算 298

三、正截面裂缝宽度计算用表 300

第四节 受弯构件挠度验算 320

一、受弯构件挠度验算的原则 320

二、钢筋混凝土受弯构件刚度计算公式 320

三、钢筋混凝土受弯构件刚度计算用表 322

四、悬臂梁、简支梁的挠度计算 323

三、材料 329

二、施加预应力的方法 329

第八章 预应力混凝土构件设计 329

第一节 概述 329

一、预应力混凝土的基本概念 329

第二节 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 330

一、预应力钢筋张拉控制应力 330

二、预应力损失及其组合 330

第三节 预应力构件的计算内容与截面应力计算 335

一、预应力混凝土构件的计算内容 335

二、截面应力计算 335

第四节 预应力构件承载力计算 338

一、轴心受拉构件 338

二、受弯构件 338

三、偏心受拉构件 341

二、预应力混凝土构件抗裂验算 342

第五节 预应力混凝土构件的抗裂、裂缝宽度及挠度计算 342

一、预应力混凝土构件裂缝控制的一般规定 342

三、预应力混凝土构件正截面裂缝宽度验算 347

四、预应力受弯构件的挠度验算 348

第六节 预应力混凝土构件的施工阶段验算 349

一、施工阶段截面应力验算 349

二、后张法构件锚区局部受压验算 351

第七节 预应力混凝土构件的构造规定 353

一、一般规定 353

二、先张法构件的构造规定 353

三、后张法构件的构造规定 355

四、框架结构中预应力筋的布置 358

一、先张法预应力混凝土梁设计 360

第八节 设计实例 360

二、后张法预应力混凝土屋架下弦杆设计 367

第九节 预应力混凝土闸墩设计概要 370

一、概述 370

二、弧门预应力闸墩的设计原则 372

第九章 钢筋混凝土结构的抗震设计 375

第一节 工程结构抗震设计的基本原则 375

一、地震的概念 375

二、抗震设防的原则 382

三、结构抗震的概念设计 383

第二节 场地和地基 385

一、场地 385

二、地基 385

一、底部剪力法 388

第三节 地震作用效应的计算 388

二、振型分解反应谱法 394

三、拟静力法 395

四、竖向地震作用的计算 395

第四节 钢筋混凝土结构构件抗震设计的一般规定 397

一、抗震设防要求 397

二、抗震结构的材料 397

三、抗震时钢筋的锚固与连接 397

四、抗震承载力设计表达式 398

第五节 钢筋混凝土框架及铰接排架的抗震设防 398

一、框架结构 398

二、铰接排架柱 404

三、抗震变形验算 405

二、梁式桥跨结构的抗震措施 407

第六节 桥跨结构的抗震设防 407

一、桥跨结构抗震设防的一般规定 407

三、拱式桥跨结构的抗震措施 408

四、竖向支承结构的抗震设防 408

第十章 水工混凝土结构温度作用设计 410

第一节 温度作用设计的原则及参数确定 410

一、温度作用设计的原则 410

二、温度作用的有关参数确定 411

三、混凝土热学特性指标 413

第二节 混凝土的徐变度及应力松弛系数 416

一、徐变度计算 416

二、应力松弛系数的计算 418

一、热传导方程及边值条件 420

第三节 大体积混凝土结构温度计算 420

二、温度场计算 422

第四节 大体积混凝土温度应力计算 435

一、自由板的温度应力 435

二、浇筑块温度应力的近似计算 438

三、温度应力的有限元计算 441

第五节 大体积混凝土温度抗裂验算及温控标准 443

一、大体积混凝土温度抗裂验算 443

二、大体积混凝土温度控制标准 443

第六节 温度钢筋的配置 445

一、温度配筋的计算 445

二、温度钢筋的构造配置 447

第七节 框架结构的温度作用设计 448

一、框架结构温度作用设计的一般概念 448

三、等效刚度法 449

二、框架非线性矩阵位移分析法 449

第十一章 非杆件体系结构的配筋计算 464

第一节 概述 464

一、水工建筑物中的非杆件体系结构 464

二、非杆件体系结构的配筋计算方法 465

第二节 按弹性应力图形配筋 466

一、按弹性应力图形配筋的设计方法 466

二、按弹性应力图形配筋方法存在的问题 467

第三节 按钢筋混凝土有限单元法配筋 467

一、有限单元法的一般分析过程 467

二、钢筋混凝土有限单元法的特点 469

三、按钢筋混凝土有限单元法分析结构时的一般原则 473

一、混凝土的多轴向强度 474

第四节 混凝土的多轴向强度及强度准则 474

二、混凝土强度准则 478

第五节 混凝土的本构关系 484

一、单轴受力时的混凝土本构关系 484

二、复杂应力状态下的非线性弹性本构关系 486

三、Drucker弹塑性模型 490

第六节 钢筋与混凝土的粘结滑移 491

一、钢筋与混凝土间粘结滑移的一般概念 491

二、粘结—滑移关系式 491

第十二章 牛腿与弧门支座 494

第一节 牛腿 494

一、牛腿的作用与分类 494

二、立柱独立牛腿 494

三、壁式连续牛腿 506

第二节 弧形闸门支座 508

一、弧门支座的配筋设计 508

二、弧门支座附近的闸墩受拉区配筋设计 509

第十三章 预埋件与支座 511

第一节 传力预埋件 511

一、传力预埋件的分类 511

二、传力预埋件的一般构造要求 511

三、传力预埋件的计算 514

第二节 吊环 521

一、吊环的型式与材料 521

二、吊环的计算规定及承载力选用表 522

第三节 水工建筑物的止水 522

一、止水的类型 522

二、止水塞 523

三、止水片与止水带 524

四、沥青止水井 529

五、渡槽接缝止水 531

六、闸门止水 533

第四节 接缝灌浆预埋件 538

一、接缝灌浆系统设计的一般原则 538

二、埋管法灌浆预埋件 539

三、拔管法灌浆预埋件 541

第五节 闸门埋件 541

一、闸门埋件的种类 541

二、闸门埋件的安装 544

第六节 支座 546

一、梁式桥跨的支座 546

二、拱的支座 548

第一节 建筑地基设计的一般规定 549

一、建筑物安全等级及地基设计规定 549

第十四章 钢筋混凝土基础设计 549

二、地基土(岩)的分类 550

三、地基土(岩)的工程特性指标 552

四、基础埋置深度 560

第二节 地基计算 564

一、地基承载力计算 564

二、地基变形验算 569

第三节 钢筋混凝土扩展基础 579

一、柱下钢筋混凝土独立基础 579

二、墙下钢筋混凝土条形基础 587

一、柱下钢筋混凝土条形基础及其构造 589

第四节 柱下钢筋混凝土条形基础 589

二、柱下条形基础的简化计算方法 590

三、柱下钢筋混凝土十字交叉基础 592

第五节 筏板基础 595

一、筏板基础的型式 595

二、筏板基础的构造 595

三、筏板基础的计算 596

下篇 结构构件内力计算 597

第十五章 常用设计资料 597

第一节 常用数学公式 597

一、角度和弧度 597

二、代数公式 597

三、三角函数 601

四、双曲函数 602

五、概率与数理统计 603

第二节 常用面积和体积公式 605

一、平面图形面积 605

二、多面体的体积和表面积 606

第三节 常用截面的几何和力学特征 609

一、截面几何力学特征的定义及计算公式 609

二、平面图形的几何力学特征 611

三、矩形截面的几何特征 614

第四节 常用荷载 614

一、建筑物常用材料自重 614

二、水压力 617

三、楼面、屋面及平台活载 619

四、风荷载 622

五、雪荷载 629

六、车辆荷载 631

七、土压力 634

八、冰压力 644

九、桥机和门机荷载 645

第五节 摩擦系数 649

一、挡土墙基底摩擦系数 649

二、材料摩擦系数 650

三、支座摩擦系数 650

第十六章 单跨梁内力与变位计算 652

第一节 等截面单跨梁的内力与变位 652

一、单跨静定梁 652

二、单跨超静定梁 659

三、带悬臂的单跨梁 659

一、简支梁各截面的弯矩 668

第二节 单跨梁的其他计算用表 668

二、矩形截面直线加腋梁的形常数和载常数 669

第三节 水平曲梁的内力计算表 672

一、水平圆弧形及水平折线形梁 672

二、均布荷载下固端水平圆弧梁的实用计算 673

三、连续水平圆弧梁在竖向均布荷载下的内力 674

第十七章 连续梁内力与变位计算 675

第一节 连续梁内力计算 675

一、概述 675

二、弯矩分配法计算连续梁 675

三、三弯矩方程计算连续梁 683

四、五弯矩方程计算柔性支座连续梁 688

一、等跨连续梁在常用荷载作用下弹性阶段的内力及挠度系数表 689

第二节 等截面连续梁弹性内力和挠度系数表 689

二、等代均布荷载表 690

三、不等跨连续梁在均布荷载作用下的最大内力系数表 690

四、等跨连续梁在支座沉陷时的支座弯矩系数表 690

第三节 连续梁的其他计算用表 701

一、梁跨内最大弯矩的计算公式 701

二、梁在均布荷载作用下的跨内最大弯矩系数表 701

三、梁在均布荷载作用下的最大挠度值 702

四、等跨连续梁在移动集中荷载作用下的内力计算 706

第四节 考虑塑性内力重分布的钢筋混凝土连续梁(板)内力计算 710

一、计算原则 710

二、考虑塑性内力重分布的连续梁内力计算 710

三、考虑塑性内力重分布的单向连续板内力计算 712

二、不等跨连续梁弯矩影响线的纵标值 714

一、等跨连续梁弯矩及剪力影响线的纵标值 714

第五节 等截面连续梁影响线的纵标值 714

第十八章 板的内力与变位计算 718

第一节 按弹性理论计算矩形板和斜形板 718

一、矩形板 718

二、斜形板 736

第二节 按弹性理论计算圆形板和环形板 737

一、计算公式 737

二、计算系数表 744

第三节 板按塑性极限平衡法计算时的内力计算表 752

一、均布荷载作用下的矩形板 752

二、均布荷载作用下的圆形板 754

第一节 刚架的内力分析 755

一、弯矩分配法计算等截面刚架 755

第十九章 刚架及排架的内力计算 755

二、迭代法计算刚架 759

三、等截面刚架内力计算公式 766

第二节 用近似法计算多层刚架 775

一、竖向荷载作用下的近似计算——分层法 775

二、水平荷载作用下的近似计算——反弯点法和D值法 775

第三节 考虑刚架剪切变形及节点刚性的刚架计算 782

第四节 排架内力计算 790

一、单阶柱柱顶的反力及位移 790

二、等高铰接排架的内力计算 791

三、不等高铰接排架的内力计算 798

第二十章 拱的内力计算 800

第一节 拱的轴线方程及截面变化 800

一、拱的轴线 800

二、拱的截面变化 803

第二节 拱的内力计算 804

一、三铰拱 804

二、两铰拱 805

三、无铰拱 810

第三节 等截面多跨连续圆拱内力计算 820

一、多跨连续圆拱的数值计算方法 820

二、等截面多跨连续圆拱的内力计算表 821

第二十一章 水池的内力计算 827

第一节 概述 827

一、水池的结构型式 827

二、水池的荷载 827

第二节 矩形水池的内力计算 828

一、矩形水池的计算简图 828

二、挡土(水)墙式矩形水池的内力计算 829

三、双向板式矩形水池的内力计算 831

四、水平框架式矩形水池的内力计算 836

第三节 圆形水池的内力计算 836

一、圆形水池的尺寸及计算简图 836

二、池壁内力计算公式 837

三、圆形水池池壁内力系数表 839

四、计算实例 871

第二十二章 渡槽与涵管的内力计算 879

第一节 渡槽内力计算 879

一、渡槽的结构型式 879

二、按梁理论计算渡槽槽身的纵向内力 881

三、矩形断面槽身横向内力计算 883

四、U形断面槽身横向内力及支座内力计算 889

一、概述 897

第二节 涵管内力计算 897

二、作用于圆管上的荷载 899

三、圆形涵管静力计算 904

四、箱形涵管内力计算 911

五、计算实例 912

第二十三章 常见水工结构的弹性理论计算 915

第一节 水工结构中常用弹性理论计算公式 915

一、无穷大平板中的圆孔 915

二、深孔圆洞 916

三、厚壁圆筒 916

四、压力隧洞 917

五、各种力作用下的半无限平面体 917

第二节 深受弯构件的计算 919

一、单跨简支深(短)梁的应力分布 919

二、多跨连续深(短)梁的内力计算表 920

三、多跨连续梁内力计算表的编制说明 921

第二十四章 弹性地基梁 956

第一节 弹性地基梁的计算公式 956

一、概述 956

二、按地基反力为直线分布的模型计算地基梁 957

三、按文克勒模型计算弹性地基梁 957

四、按弹性连续介质地基模型计算弹性地基梁 964

第二节 基础梁常用计算用表 975

一、郭氏表 975

二、边荷载作用下基础梁计算表 979

三、文克勒假说的基础梁计算表 979

四、基础梁计算表 982

参考文献 1021