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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_0229

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