《结构设计原理》课程教学大纲（审定稿）
一、课程的性质和任务
《结构设计原理》课程是路桥专业的一门必修技术基础课，其任务是介绍各种结构构件设计的基本理论和方法，培养学生设计各种构件的能力，为桥梁课程学习和桥梁结构设计打下一个牢固的基础。它包括钢筋混凝土结构，预应力混凝土结构，砖、石及混凝土结构和钢结构四部分内容是实践性很强的课程。
本课程的目的是使学生了解、掌握结构设计的基本概念、设计理论和计算方法，达到如下基本要求：
１、了解各种结构构件的受力性能、设计的基本理论、计算方法和构造要求；
２、能正确应用《规范》对桥梁结构构件进行设计、绘制施工图；
３、为今后继续学习、适应科学技术发展准备理论基础。
本课程与其它课程的联系：
学习本课程前，学生应具备数学、建筑材料、工程力学、结构力学等基础。本课程主要研究各种具体材料的结构构件的截面设计计算，它借用材料力学的某些公式，通过恰当的近似假定、把某些复杂的公式转化为实用性较强的经验公式。它也要用到结构力学的内力计算方法，用到桥梁工程的内力计算方法、荷载与内力组合方法等。
二、课程的基本内容
第一部分 钢筋混凝土结构
（一）钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能
1．钢筋混凝土结构的基本概念
2．混凝土：混凝土的强度、混凝土的变形
3．钢筋：钢筋的强度与变形、钢筋的成分、级别和品种
4．钢筋与混凝土之间的粘结：粘结的作用、粘结机理及影响粘结强度的因素
（二）结构按极限状态法设计的原则
1．极限状态设计的基本概念：结构的功能要求、结构的极限状态、结构的失效概率与可靠指标
2．我国现行公路桥涵设计规范（JTJ023－85）的计算原则：承载能力极限状态、正常使用极限状态
3．材料的设计强度与荷载效应组合：材料的设计强度、荷载效应组合
（三）受弯构件正截面承载力计算
1．受弯构件的截面形式与构造：截面形式、钢筋构造
2．受弯构件正截面受力全过程和破坏特征：试验研究、正截面破坏的特征。梁的受力阶段，截面应力分布，破坏特征，配筋率的影响
3．受弯构件正截面承载能力计算的基本原则：基本假定、压区混凝土等效矩形应力图形、混凝土受压区高度界限系数
、最小配筋率
4．单筋矩形截面受弯构件：基本计算公式及其适用条件、计算方法
5．双筋矩形截面受弯构件：受压钢筋的应力、基本计算公式及其适用条件、计算方法
6．Ｔ形截面受弯构件：基本计算公式及其适用条件、计算方法
（四）受弯构件斜截面承载力计算
1．受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态：无腹筋简支梁斜裂缝出现前后的受力状态、无腹筋简支梁斜截面破坏形态、有腹筋简支梁斜裂缝出现后的受力状态。
2．影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素
3．受弯构件的斜截面抗剪承载力：计算的基本公式及适用条件、等高度简支梁的腹筋设计
4．受弯构件的斜截面抗弯承载力：计算的基本公式、纵向受拉钢筋的弯起位置
5．梁承载能力校核与构造要求：斜截面抗剪强度的复核、有关的构造要求、钢筋混凝土简支梁设计例题
（五）受扭构件承载力计算
1．纯扭构件的受力特征和强度计算：矩形截面纯扭构件的开裂扭矩、矩形截面纯扭构件的破坏特征、纯扭构件的强度计算理论、《公路桥规》对矩形截面纯扭构件的强度计算
2．纯扭构件的承载力
3．弯剪扭构件的承载力
4．构造要求
（六）轴心受压构件的强度计算
1．配有纵向钢筋和普通钢筋的轴心受压构件：破坏形态、纵向弯曲系数
、构件强度计算、构造要求。
2．配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件：受力特点与破坏特性、正截面强度计算、构造要求。
（七）偏心受压构件的强度计算
1．正截面受力特点和破坏形态：偏心受压构件的破坏形态、大、小偏心受压的界限、偏心受压构件的M－N相关曲线。
2．长柱的纵向弯曲：偏心受压构件的破坏类型、偏心距增大系数。
3．矩形截面偏心受压构件：矩形截面偏心受压构件正截面强度计算的基本公式及适用条件、矩形截面偏心受压构件非对称配筋的计算方法、矩形截面偏心受压构件的构造要求、矩形截面偏心受压构件对称配筋的计算方法。
4．工字形和T形截面偏心受压构件：正截面强度基本计算公式、计算方法。
5．圆形截面偏心受压构件：正截面强度计算的基本假定、正截面强度计算的基本公式、计算方法。
（八）受拉构件的强度计算
1．概述
2．轴心受拉构件的强度计算
3．偏心受拉构件的强度计算：小偏心受拉构件的强度计算、大偏心受拉构件的强度计算
（九）钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形计算
1．概述
2．换算截面
3．应力计算
4．受弯构件裂缝宽度验算：受弯构件弯曲裂缝宽度计算理论和方法简介、《公路桥规》关于裂缝最大宽度计算方法和裂缝宽度限值。
5．受弯构件的变形（挠度）验算：受弯构件的刚度及挠度、预拱度的设置
（十）局部承压
1．局部承压的破坏形态和破坏机理
2．混凝土局部承压强度提高系数
3．局部承压区的计算
第二部分 预应力混凝土结构
（十二）预应力混凝土结构的基本概念及材料
1．概述：预应力混凝土结构的基本原理、加筋混凝土结构的分类、预应力混凝土结构的优缺点、预应力混凝土在桥梁中的应用
2．预加应力的方法与设备：预加应力的主要方法、锚具、千斤顶、预加应力的其他设备
3．预应力混凝土结构的材料：混凝土、预应力钢材
（十三）预应力混凝土受弯构件的设计与计算
1．概述：施工阶段、使用阶段
2．预加力的计算与预应力损失的估算：钢筋的张拉控制应力、钢筋预应力损失的估算、组合和钢筋的有效预应力计算
3．预应力混凝土受弯构件的应力计算：正应力剪应力验算、主应力的验算
4．预应力混凝土受弯构件的强度计算：正截面强度计算、斜截面强度计算
5．端部锚固区计算：后张法构件锚下局部承压计算、先张法构件预应力钢筋的传递长度与锚固长度
6．变形计算：预加力引起的上挠度、使用荷载作用下的挠度、预应力混凝土受弯构件的总挠度
、预拱度的设置
7．预应力混凝土简支梁设计：设计计算步骤、预应力混凝土简支梁的截面设计、混凝土截面尺寸和预应力钢筋数量的选定、预应力钢筋的布置、非预应力钢筋的布置、锚具的防护
8．预应力混凝土简支梁计算示例：设计资料、主梁尺寸、主梁毛截面几何特征、主梁内力计算、预应力钢束面积的估算及钢束的布置、主梁截面几何特性计算、钢束布置位置（束界）的校核、钢束预应力损失估算、预加应力阶段的正截面应力验算、使用阶段的主应力验算、使用阶段的主应力验算、截面强度计算、锚固区局部承压验算、主梁变形（挠度）计算
（十四）部分预应力混凝土受弯构件
1．部分预应力混凝土结构的受力特性
2．部分预应力混凝土结构的发展与特点
3．部分预应力混凝土结构受弯构件的计算：B类构件在使用阶段的截面正应力计算、裂缝宽度计算、变形计算、疲劳计算
4．部分预应力混凝土结构受弯构件的设计：截面配筋设计的名义拉应力法
5．构造要求
（十五）其它预应力混凝土结构简介（自学内容）
1．无粘结预应力混凝土受弯构件：无粘结预应力混凝土受弯构件的受力性能、无粘结部分预应力混凝土受弯构件的计算、无粘结部分预应力混凝土受弯构件的截面设计、无粘结部分预应力混凝土受弯构件的构造
2．双预应力混凝土梁：压、拉双作用预应力的原理、预压应力方法、双预应力混凝土梁的计算
第三部分 砖、石及混凝土结构
（十六）砖、石及混凝土结构的基本概念与材料
1．概述
2．材料种类：砖、石材、混凝土、砂浆、砌体。
3．砌体的材料与变形：砌体的抗压强度、砌体的抗拉、抗弯与抗剪强度、砌体的变形。
（十七）砖、石及混凝土结构的强度计算
1．计算原则
2．轴心受压构件正截面强度计算
3．偏心受压构件正截面强度计算：强度计算、稳定验算、偏心距验算。
4．受弯、直接受剪和局部承压的强度计算：受弯构件、直接受剪构件局部承压强度计算。
第四部分 钢结构
（十八）钢结构的基本概念
1．钢结构特点及其在工程中的应用
2．钢结构计算基本原则：钢结构设计的基本要求、钢结构计算的基本原则。
（十九）钢结构的材料
1．钢材的主要机械性能：钢材的破坏形式、钢材的主要性能、受复杂应力时钢的强度极限
2．影响钢材性能的主要因素：化学成分的影响、钢材缺陷的影响、钢材的硬化、温度的影响、应力集中和钢材疲劳
3．钢材种类及其选用：钢材的品种、钢材的规格、钢材的选用
（二十）钢结构的连接
1．概述
2．焊缝连接：钢结构中常见的焊接方法、焊缝形式及焊接计算、焊接应力及焊接变形、焊接的疲劳强度
3．普通螺栓和铆钉连接：普通螺栓连接的构造和计算、铆钉连接的构造和计算特点
4．高强螺栓连接：高强螺栓连接的工作原理、高强螺栓连接的构造、高强螺栓连接的计算、高强螺栓连接的施工
（二十一）钢结构基本构件
1．钢桁架构件截面形式：主桁架杆件的截面型式、主桁架杆件的截面尺寸、组合构件
2．实腹式轴心受拉构件：构件的截面选择、强度验算、刚度验算
3．实腹式轴心受压构件：轴心受压构件的承载能力、杆件的自由长度、轴心受压构件的局部稳定、刚度验算、截面设计步骤
4．组合式受压构件：截面型式、换算长细比、组合式压杆的剪力、缀条及缀板的计算
5．偏心受力构件：偏心受拉构件、偏心受压构件
（二十二）钢板梁（自学内容）
1．钢板梁构造
2．钢板梁截面设计：拟定梁的高度、确定腹板尺寸、确定翼缘尺寸、强度验算、刚度验算、梁的总体稳定性验算
3．钢板梁截面沿跨长的变化：钢板梁截面改变的方式及位置确定、换算应力的验算
4．焊接钢板梁翼板和腹板的连接焊缝
5．钢板梁的局部稳定性和腹板加劲肋的布置：钢板梁局部稳定性的概念、腹板加劲肋的设置
6．钢板梁的支承加劲肋：稳定计算、端面承压应力计算
第五部分 钢－混凝土组合构件
（二十三）钢－混凝土组合梁
1．钢－混凝土组合梁的基本概念
2．计算原理及一般规定：受压混凝土板的计算宽度
、换算截面、不同施工方法的组合梁计算、组合梁中温差应力、混凝土收缩应力及徐变影响
3．组合梁的截面设计：截面型式、截面验算
4．抗剪连接件设计：抗剪连接件的常用种类、组合梁抗剪连接件的弹性设计法、对抗剪连接件的构造要求
5．设计计算示例
（二十四）钢管混凝土构件
1．钢管混凝土的基本概念
2．钢管混凝土受压构件的工作性能：轴心受压短柱的荷载－应变曲线、轴心受压长柱和偏心受压构件
3．受压构件的计算：钢管混凝土轴心受压短柱的极限分析、钢管混凝土受压构件的承载力计算
4．构造要求
三、大纲的使用说明
第一部分 混凝土结构
（一）钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能
1．理解关于混凝土结构的基本概念及其特点。了解混凝土结构的发展简况、应用及本课程的学习方法。
2．深入理解混凝土抗压强度与横向变形条件的关系。理解轴心抗拉强度、复合受力强度之间的关系。理解混凝土应力应变关系曲线的上升段，弹性模量与变形模量。了解混凝土徐变、收缩的性能及其对混凝土构件的影响。
3．理解钢筋的应力应变关系，了解钢筋冷加工后力学性能的变化。了解钢筋的品种和级别。
4．理解保证钢筋和混凝土共同工作的机理。
（二）结构按极限状态法设计的原则
· 1．了解结构两种极限状态的基本概念，了解我国现行公路桥涵设计规范（JTJ023－85）的计算原则：承载能力极限状态计算原则、正常使用极限状态计算原则、概率极限状态设计方法的基本概念。
2．掌握材料的设计强度与荷载效应组合：材料的设计强度、荷载效应组合。
（三）受弯构件正截面承载力计算
1．了解受弯构件的截面形式与构造。
2．理解受弯构件正截面受力全过程和破坏特征。
3．掌握受弯构件正截面承载能力计算的基本原则。
4．熟练掌握单筋矩形截面受弯构件：基本计算公式及其适用条件、计算方法；双筋矩形截面受弯构件：受压钢筋的应力、基本计算公式及其适用条件、计算方法。
5．熟练掌握Ｔ形截面受弯构件：基本计算公式及其适用条件、计算方法
（四）受弯构件斜截面承载力计算
1．理解受弯构件斜截面的受力特点和破坏形态；影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素。
2．熟练掌握受弯构件的斜截面抗剪承载力：斜截面抗剪承载力计算的基本公式及适用条件、等高度简支梁的腹筋初步设计。
3．掌握受弯构件的斜截面抗弯强度：斜截面抗弯强度计算、纵向受拉钢筋的弯起位置；全梁承载能力校核与构造要求：斜截面抗剪强度的复核、有关的构造要求
（五）受扭构件强度计算
1．理解钢筋混凝土纯扭构件的破坏形态，理解截面限制条件及构造配筋界限的意义；掌握弯、剪、扭构件的计算方法及构造要求。
2．深入理解轴心受压构件的受力特点及破坏特征；熟练掌握轴心受压构件正截面承载力计算方法及构造要求；掌握螺旋箍筋柱的应用。
（七）偏心受压构件的强度计算
1．深入理解偏心受压构件正截面受力特点和破坏形态：偏心受压构件的破坏形态、大、小偏心受压的界限、偏心受压构件的M－N相关曲线；偏心受压构件的纵向弯曲：偏心受压构件的破坏类型、偏心矩增大系数。
2．熟练掌握矩形截面偏心受压构件：矩形截面偏心受压构件正截面强度计算的基本公式及适用条件、矩形截面偏心受压构件非对称配筋的计算方法、矩形截面偏心受压构件的构造要求、矩形截面偏心受压构件对称配筋的计算方法。
3．理解工字形和T形截面偏心受压构件：正截面强度基本计算公式、计算方法；圆形截面偏心受压构件：正截面强度计算的基本假定、正截面强度计算的基本公式、计算方法。
（八）受拉构件的强度计算
掌握轴心受拉构件及偏心受拉构件正截面承载力计算方法。
（九）钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形计算
理解受弯构件变形及裂缝宽度验算的基本概念及计算原理。掌握有关计算方法。
（十）局部承压
理解局部承压的破坏形态和破坏机理；掌握混凝土局部承压强度提高系数；局部承压区的计算。
（十一）深梁
了解深梁的破坏形态；深梁的配筋及构造要求；深梁的计算。
第二部分 预应力混凝土结构
（十二）预应力混凝土结构的基本概念及其材料
1．理解预应力混凝土结构的基本原理；预加应力的方法与设备。
2．掌握预应力混凝土结构的材料：混凝土、预应力钢材。
（十三）预应力混凝土受弯构件的设计与计算
1．理解施工阶段、使用阶段概念。
2．掌握预加力的计算与预应力损失的估算：钢筋的张拉控制应力、钢筋预应力损失的估算、钢筋的有效预应力计算。
3．掌握预应力混凝土受弯构件的应力计算：正应力验算、主应力的验算。
4．掌握预应力混凝土受弯构件的强度计算：正截面强度计算、斜截面强度计算。
5．掌握端部锚固区计算：后张法构件锚下局部承压计算、先张法构件预应力钢筋的传递长度与锚固长度。
6．理解变形计算：预加力引起的上挠度、使用荷载作用下的挠度、预应力混凝土受弯构件的总挠度
、预拱度的设置。
7．了解预应力混凝土简支梁设计：设计计算步骤。
（十四）部分预应力混凝土受弯构件
1．了解部分预应力混凝土结构的受力特性。
2．了解部分预应力混凝土结构受弯构件的计算内容。
3．了解部分预应力混凝土结构受弯构件的设计方法
4．了解构造要求
（十五）其它预应力混凝土结构简介
不作要求
第三部分 砖、石及混凝土结构
（十六）砖、石及混凝土结构的基本概念与材料
了解砖、石及混凝土结构的基本概念，材料种类，砌体的材料与变形。
（十七）砖、石及混凝土结构的强度计算
1．了解计算原则。
2．掌握轴心受压构件正截面强度计算。
3．掌握偏心受压构件正截面强度计算：强度计算、稳定验算、偏心矩验算。
4．了解受弯、直接受剪和局部承压的强度计算：受弯构件、直接受剪构件局部承压强度计算。
第四部分 钢结构
（十八）钢结构的基本概念
1．了解钢结构特点。
2．理解钢结构计算基本原则：钢结构设计的基本要求、钢结构计算的基本原则。
（十九）钢结构的材料
1．理解钢材的主要机械性能：钢材的破坏形式、钢材的主要性能、受复杂应力时钢的强度极限。
2．了解影响钢材性能的主要因素：化学成分的影响、钢材缺陷的影响、钢材的硬化、温度的影响、应力集中和钢材疲劳。
3．掌握钢材种类及其选用：钢材的品种、钢材的规格、钢材的选用。
（二十）钢结构的连接
1．掌握钢结构中常见的焊接方法、焊缝形式及焊接计算
2．掌握普通螺栓连接的构造和计算、铆钉连接的构造和计算特点。
3．理解高强螺栓连接的工作原理、高强螺栓连接的构造、高强螺栓连接的计算、高强螺栓连接的施工。
（二十一）钢结构基本构件
1．了解钢桁架构造及其联结系：钢桁架梁桥的组成、联结系的构造。
2．了解钢桁架构件截面形式：主桁架杆件的截面型式、主桁架杆件的截面尺寸、组合构件。
3．掌握实腹式轴心受拉构件：构件的截面选择、强度验算、刚度验算；截面设计步骤。
4．了解组合式受压构件：截面型式、换算长细比、组合式压杆的剪力、缀条及缀板的计算。
5．了解偏心受力构件：偏心受拉构件、偏心受压构件。
6．了解钢桁架节点设计：节点设计的要求、节点构造、杆件端部连接的计算、节点板强度的验算。
（二十二）钢板梁
1．了解钢板梁构造
2．了解钢板梁截面设计的内容。
第五部分 钢－混凝土组合构件
（二十三）钢－混凝土组合梁
1．了解钢－混凝土组合梁的基本概念
2．了解计算原理及一般规定：受压混凝土板的计算宽度
、换算截面、不同施工方法的组合梁计算、组合梁中温差应力、混凝土收缩应力及徐变影响。
3．了解组合梁的截面设计内容。
（二十四）钢管混凝土构件
1．了解钢管混凝土的基本概念
2．了解钢管混凝土受压构件的工作性能：轴心受压短柱的荷载－应变曲线、轴心受压长柱和偏心受压构件。
3．了解受压构件的计算内容。
4．了解构造要求
四、本课程的学习方法
１、钢筋混凝土的计算方法是建立在大量科学实验的基础上的，因此在学习时要重视构件的受力性能，理解建立计算公式的基本假定和考虑的主要因素。在应用公式时要特别注意其适用范围和限制条件。
２、本课程要解决的不仅是承载力和变形的计算问题，而是要进一步解决构件和结构的设计问题，包括结构方案、构造选型、材料选择及配筋构造等。要逐步学习综合考虑使用、经济以及便于施工等因素的设计方法。
３、构造处理是长期科学试验和工程实践经验的总结，是对计算必不可少的补充。在设计中构造与计算同样重要。要充分重视对构造要求的学习。
４、本课程是一门实践性很强的课程，要重视习题、作业、课程设计和必要的现场参观。
五、学时分配(第四、五学期)
|
教学内容 |
学时 |
电视 学时 |
面授 学时 |
习题课 |
|
第一学期 |
72 |
|
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第一部分 钢筋混凝土结构 |
54 |
6 |
|
20 |
|
（一）钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能 |
4 |
|
4 |
|
|
（二）结构按极限状态法设计的原则 |
2 |
|
2 |
|
|
（三）受弯构件正截面强度计算 |
16 |
2 |
8 |
6 |
|
（四）受弯构件斜截面强度计算 |
10 |
2 |
2 |
6 |
|
（五）受扭构件强度计算 |
2 |
|
2 |
|
|
（六）轴心受压构件的强度计算 |
6 |
1 |
3 |
2 |
|
（七）偏心受压构件的强度计算 |
12 |
1 |
5 |
6 |
|
（八）受拉构件的强度计算 |
2 |
|
2 |
|
|
（九）钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形计算 |
4 |
|
4 |
|
|
（十）局部承压 |
4 |
|
4 |
|
|
（十一）深梁 |
2 |
|
2 |
|
|
第二部分 预应力混凝土结构 |
28 |
2 |
22 |
4 |
|
（十二）预应力混凝土结构的基本概念及其材料 |
4 |
|
4 |
|
|
（十三）预应力混凝土受弯构件的设计与计算 |
10 |
1 |
5 |
4 |
|
（十四）部分预应力混凝土受弯构件 |
12 |
1 |
11 |
|
|
（十五）其它预应力混凝土结构简介 |
2 |
|
2 |
|
|
第二学期 |
36 |