工程结构设计理论

介绍

主要解决工程结构产生的各种作用效应与结构材料抗力之间的关系,涉及到有关结构上的作用、结构抗力、结构可靠度和结构设计方法及优化设计等方面的问题。

发展过程 　人类为谋生存，自穴居、筑巢以至进行筑路架桥等营造活动以来，凭借直接的实践经验，利用各种天然材料构筑了无数工程结构物。通过千百年的工程实践，积累经验，编成工作口诀与成规，在工匠或行会中流传沿用，经过漫长的重复实践的历程，才逐步认识和总结出一些结构建造的规律，并编写了同技术条例一样的一些成文和著作。中国宋朝的《营造法式》就是一部很宝贵的从经验中总结出来的古代木结构规范，具有一定的设计理论萌芽，其部分内容沿用至今。

人们公认现代工程结构设计理论的奠基人是意大利学者伽利略，他的《关于两门新科学的谈话和数学证明》论文被公认为是材料力学的开端。从此，结构设计开始由定性的评述转移到定量的分析，理论分析与试验研究也开始被自觉地应用到结构设计中。

工程结构设计理论的发展经历了种种演变。最早以承载能力直接试验开始。19世纪以来，由于较理想的弹性材料（钢材）的广泛应用和弹性分析的力学方法的发展，采用容许应力设计法，这种方法在工程结构设计中统治了100余年。直至20世纪30年代,人们注意到结构的破坏分析和材料的塑性性能与结构破坏强度有直接关系，因而破坏强度设计法受到重视，并得到发展和应用。在此基础上,从50年代初期起,随着对荷载、材料性能、结构抗力的研究不断深入，在对荷载值与材料强度值分别考虑以概率取值的情况下，结构极限状态设计理论和多系数极限状态设计方法渐渐得到发展和应用。从70年代起，以考虑作用效应与结构抗力联合概率分布为特点的，以概率理论为基础的极限状态设计法逐步得到发展，并陆续进入实用阶段；目前仍在继续完善与发展中。中国从50年代以来,在发展应用结构极限状态设计中,系统地进行了建筑结构设计方法和结构可靠度分析的研究，并在各种建筑结构方面制定了建筑结构设计统一标准和结构设计规范等一系列技术文件。

工程结构实践的需要是设计理论发展的主要推动力。中国自1949年以来，大量工业与民用建筑及桥梁、港口、水坝等工程的兴建，有力地推动了结构设计理论的发展；唐山地震促进了中国的工程抗震设计理论的研究和发展；近海石油的开发推动了海洋工程结构设计理论的研究与发展。

展望 　由于现代电子计算机技术与测试技术的广泛应用，工程结构设计理论也将更快的发展。以下是几个值得重视的方面：①随机分析。荷载、地震、波浪等都是某种与时间有关的随机过程，而材料抗力的诸因素也大部分是某种随机变量。因此，今后结构的设计理论将愈来愈多地应用概率论进行分析计算，结构可靠度研究也将不断地向更高水准深入。②动态分析。严格地说，结构上的作用都是随时间而变化的。动态作用是绝对的。由于动态作用既与时间又与结构的动力特性有关，因而像抵抗地震、爆炸、波浪荷载等的结构采用静态设计已不能反映结构的真实情况。③非线性分析。结构在反复荷载作用下或在大变形条件下需要考虑材料进入非线性阶段的性能。此外，结构在较大变形条件下还有几何非线性问题，以及对抗震结构需考虑结构利用的延性以消耗动能等问题。④结构的整体分析。目前结构设计常是将结构分解为单个构件或单个平面结构后进行计算。随着电子计算机技术的发展，要求对整个结构连同地基基础进行分析，以使结构的内在联系更符合实际。⑤结构优化设计。整体工程结构优化设计方案将越来越显示出经济意义和价值。2100433B

内容简介

《采空区工程结构抗采动设计理论及加固新技术》主要分析了：矿山开采对建（构）筑物的影响，研究了矿山采空区地表变形规律和建（构）筑物及其基础变形与对应地表变形的关系；进行了相似材料模拟试验研究；研究了矿山采空区上部结构—地基—基础共同作用问题，建立了矿山采空区上部结构—地基—基础共同作用力学模型；分析了建筑物受采动影响的程度和使用的安全性，研究了矿山采空区已有建筑物的保护以及采空区新建条形基础建筑物的设计方法；提出了可移动及升降点式基础房屋抗采动设计理论和概念加固思想，结合工程实例进行了应用研究。《采空区工程结构抗采动设计理论及加固新技术（精）》可供从事岩土工程、建筑工程、结构工程、矿山建设工程等的教学、科研人员及工程技术人员参考，也可作为高等学校相关专业高年级本科生和研究生的教学参考书。2100433B

工程结构新材料的发现

一个工程结构的完成是在满足人们和社会需要的前提下,以建筑材料、设备为中心,以相应的结构力学理论与建筑施工技术为依据，配合当地的环境状况和建筑艺术而相辅相成的综合性创作。因此，建筑材料特别是轻质高强和耐环境介质侵蚀的建筑材料的探索；充实和提高测试手段和测试技术；发展与材料性能紧密结合的结构力学理论和高效能的新颖施工技术等四个方面，是工程结构进一步发展的主要动力。目前双层薄膜充气结构，已开始用作大跨度轻质保温屋面；金属蒙皮结构不仅在飞机库上应用,也开始在悬挑大跨屋面上应用;海洋平台也开始采用钢筋混凝土空间结构。此外，纤维混凝土、铝合金、玻璃钢等建筑材料的诞生，也是工程结构新变革的前奏。

工程结构计算机的运用

在电子计算机技术的配合下，工程结构中的许多力学问题能够得到精确解，可改变目前一些不合理的假定，并使工程结构的空间作用、动态反应、延性设计与周围介质的相互作用、系统优化等获得新的发展，工程结构形式也会发生相应的变化。

工程结构施工技术和设备的提高

施工技术和设备是促进工程结构发展的重要手段，平面运输、垂直运输、构件制作、现场施工、装修粉刷、设备安装等各种施工工具和设施的改进以及施工方法的机械化、电子化，也可在保证质量和降低成本的目标下，加速工程结构的发展进程。

该专业要求学生掌握工程结构分析与仿真、工程结构分析软件设计、工程结构计算机辅助设计、大型结构分析应用方面的基本技能，旨在培养应用与发展计算机技术进行工程结构设计与分析方面的高级专门人才。