认证主体：曹**（实名认证）
IP属地：上海
下载本文档
1、第一节第一节 建筑结构的一般概念建筑结构的一般概念 1.1.建筑结构的定义建筑结构的定义 在工业与民用建筑中，由屋架、梁、板、柱、墙体和基础等构件组成的能够满足预定功能要求的承力体系称为建筑结构。 2.2.建筑结构的分类建筑结构的分类 （1 1）混凝土结构：）混凝土结构：以混凝土为主要材料，并根据需要在其中放置钢材制成的结构，包括： 素混凝土结构: 指不配置钢材或不考虑钢筋受力的混凝土结构（图a 混凝土基础）；第1页/共252页 钢筋混凝土结构: 指配有普通受力钢筋的混凝土结构（图b 钢筋混凝土梁）； 预应力混凝土结构: : 指具有预应力纲筋，通过张拉预应力钢筋或其他方法建立预加应力的混凝土结
2、构（图c 预应力混凝土空心楼板）； 钢骨架混凝土结构: : 指由型钢作为配筋的混凝土结构（图d 钢骨混凝土柱）；第2页/共252页 纤维混凝土结构: 在混凝土中掺入钢纤维、合成纤维等纤维材料构成的结构。 钢管混凝土结构: 由钢管和混凝土组成的结构（图e 钢管混凝土柱）；第3页/共252页 工程应用较多的是钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构。 （2 2）砌体结构）砌体结构: 以砌体材料为主，并根据需要配置钢筋而构成的结构。 （3 3）钢结构）钢结构: : 指主要由钢材制成的结构。 （4 4）木结构）木结构: 指全部或大部分承力构件由木材制成的结构。第4页/共252页第二节第二节 钢筋混凝土结构的特
3、点钢筋混凝土结构的特点 1.1.混凝土和钢筋结合在一起形成钢筋混凝土的目的混凝土和钢筋结合在一起形成钢筋混凝土的目的 分析比较相同跨度、相同截面尺寸和相同材料等级的素混凝土简支梁（图a）和钢筋混凝土简支梁（图b）的受力和破坏过程，可得二者的受力特点：第5页/共252页1）素混凝土梁：变形很小，一裂即坏，承载力很低，开裂荷载Fcr 与破坏荷载Fu基本相等，破坏无明显的预兆，属于脆性破坏，混凝土抗压强度高的性能未被充分利用。2）钢筋混凝土梁：变形较大，梁的受拉区出现裂缝，但并未破坏，破坏荷载Fu显著的高于开裂荷载Fcr，混凝土抗压强度较高和钢筋抗拉强度高的性能均得到充分的利用，且具有明显的破坏预兆
4、，属于延性破坏。第6页/共252页 2. 2.钢筋和混凝土能够结合在一起共同工作的原因钢筋和混凝土能够结合在一起共同工作的原因l 钢筋和混凝土的接触面上存在着良好的粘结力，可 以保证两者协调变形，整体工作。l 钢筋与混凝土的温度线膨胀系数基本相同，两者不会因温度变化导致粘结力破坏。l 钢筋的混凝土保护层可以防止钢筋锈蚀，保证结构的耐久性。第7页/共252页3. 3. 钢筋混凝土结构的优点钢筋混凝土结构的优点 1）合理用材。可充分发挥钢筋和混凝土材料的力学 性能，结构具有较高的承载力。 2）耐久性好。因混凝土的强度随时间的增加有所提高；钢筋因混凝土的保护而不锈蚀。 3）耐火性好。因混凝土是不良的
5、热导体；钢筋不致因升温过快而丧失承载力，故较木结构和钢结构耐火性好。 4）整体性好。现浇钢筋混凝土结构的整体性好，有利于抗震、抗爆、防辐射。 5）可模性好。可根据使用需要，将混凝土浇筑成各种形状和尺寸的结构。 6）便于就地取材。混凝土所用原材料一般为地方材料。第8页/共252页4.4.钢筋混凝土缺点与发展方向钢筋混凝土缺点与发展方向 1）自重大，不适用于建造高层、大跨度结构。目前 正在大力研究与发展轻质高强、高性能混凝土。 2）普通钢筋混凝土结构抗裂性差，影响结构的耐久性，不适用于对防渗、防漏要求较高的结构。采用预应力混凝土结构是解决混凝土开裂的有效途径。 3）现浇钢筋混凝土施工复杂，工序多，
6、工期长，受季节、气候影响大。采用早强混凝土、泵送混凝土、免振自密实混凝土和多种先进的施工技术，可极大的提高施工效率。第9页/共252页第三节第三节 混凝土结构的发展及应用简况混凝土结构的发展及应用简况 混凝土结构的实际应用和发展历史大体可分为如混凝土结构的实际应用和发展历史大体可分为如下三个阶段：下三个阶段： 第一阶段:19世纪50年代到20世纪20年代，其主要特征为：l 钢筋和混凝土的材料强度比较低。l 仅用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。l 设计计算采用以弹性理论为基础的容许应力法。第10页/共252页 第二阶段:20世纪20年代至20世纪50年代，其主要特征为：l 钢筋和混凝土
7、的材料强度不断提高，且在1928年出现了预应力混凝土。l 用于建造大跨度结构、高层建筑以及对抗震、防裂等有较高要求的结构。l 设计计算方法采用考虑混凝土塑性的破坏阶段法。同时，提出了更为科学合理的极限状态设计法。第11页/共252页 第三阶段:20世纪50年代至现在，其主要特征为：l 出现了轻质、高强、高性能的混凝土和高强、高延性、低松弛的钢筋与钢丝等新型结构材料。l 用于建造大量的超高层建筑、大跨度桥梁、高耸结构（图a、b、c、d）l 结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计法。 目前，混凝土结构的发展及应用进入了现代混凝土结构的新时期 。第12页/共252页（a a）上海金茂大厦（b b
8、）马来西亚吉隆坡双塔大厦第13页/共252页（c c）上海扬浦大桥（d d） 上海电视塔第14页/共252页第四节第四节 课程内容及教学中注意的问题课程内容及教学中注意的问题1.1.学习本课程的目的学习本课程的目的 掌握混凝土结构和砌体结构的基本概念、基本理论和设计计算方法以及有关构造要求，具备结构构件设计计算、验算和处理工程结构问题以及质量验收的能力。第15页/共252页2. 2. 本课程的学习内容本课程的学习内容（1 1）混凝土结构和砌体结构的基本知识、基本理论及）混凝土结构和砌体结构的基本知识、基本理论及构件的承载力计算。构件的承载力计算。 包括材料性能、设计计算原则、基本构件（受弯构件
9、、受剪构件、受扭构件、受压构件和受拉构件）的受力性能与承载力计算方法及构造要求。（2 2）结构设计）结构设计 包括梁板结构、单层厂房排架结构、多层结构房屋及砌体结构的结构布置、荷载计算、受力体系、内力分析与组合以及配筋构造等，是基本理论在实际工程中的应用与延伸。第16页/共252页 3. 3.学习本课程注意的问题学习本课程注意的问题 1）材料力学的理论分析方法，同样适用于本课程。 2）注意试验研究结果，重视受力性能分析，掌握计算公式的适用范围和限制条件，能正确的应用公式解决实际工程问题。 3）加强实训环节教学，培养工程素质和职业能力。 4）重视工程构造措施。 5）深入工程现场，增加感性认识，积
10、累工程经验，加深对基本知识的理解。 6）注意熟悉规范，能正确的应用规范。第17页/共252页 8）光圆钢筋的粘结强度较低，除直径12mm以下的受压钢筋外，其余光圆钢筋末端均应设置如图所示的机械或人工弯钩。第18页/共252页第一章第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋和混凝土材料的力学性能 1.1.掌握土建工程中常用钢筋的品种、强度等级和表示掌握土建工程中常用钢筋的品种、强度等级和表示符号。符号。 2.2.掌握钢筋的强度性能和变形特点及设计强度取值。掌握钢筋的强度性能和变形特点及设计强度取值。 3.3.了解冷加工钢筋的性能和工程结构对钢筋性能的要了解冷加工钢筋的性能和工程结构对钢筋性能的要求。
11、求。 4.4.了解混凝土的强度等级及其他强度指标的确定方法。了解混凝土的强度等级及其他强度指标的确定方法。理解混凝土在荷载作用和温湿度变化时的变形特点以及理解混凝土在荷载作用和温湿度变化时的变形特点以及对工程结构的影响。对工程结构的影响。 5.5.了解钢筋与混凝土之间的粘结性能，理解保证黏结了解钢筋与混凝土之间的粘结性能，理解保证黏结的工程构造措施。的工程构造措施。第19页/共252页第一节 钢 筋第二节 混凝土第三节 钢筋与混凝土的粘结第20页/共252页一、钢筋的品种、等级与形式一、钢筋的品种、等级与形式1 1、钢筋的品种及等级、钢筋的品种及等级（1）按化学成分不同分类1）碳素结构钢 低碳
12、钢（含碳量小于0.25%）； 中碳钢（含碳量0.25%0.6%）； 高碳钢（含碳量0.6%1.4%）。 特点：随着含碳量增加，强度提高，塑性降低。2）普通低合金钢 在碳素钢化学元素的基础上，再加入少量的 合金元素，如锰（Mn）、硅（Si）、钒（V）、钛 （Ti） 等组成。 目的：提高钢筋的强度，保证其塑性和可焊性。第一节第一节 钢钢 筋筋第21页/共252页( (2) )按生产加工工艺不同分类 1) 1) 热轧钢筋 加工工艺：由低碳钢、普通低合金钢在高温下直接 轧制而成。 2) 2) 热处理钢筋加工工艺：由普通低合金钢40Si2Mn、48Si2Mn、 45Si2Cr经淬火和回火处理后制成。力学
13、性能；强度高（强度标准值1470MPa）, ,塑性较好。 强度等级及符号： HPB235 、HRB335 、 HRB400 和RRB400 R。 工程应用：钢筋混凝土结构或预应力混凝土结构中 的非预应力钢筋。第22页/共252页 表示符号：HT； 工程应用：预应力混凝土结构。 3）钢丝 钢丝品种：光面钢丝、螺旋肋钢丝和三面刻痕的 消除应力钢丝。 力学性能：强度高（强度标准值1570MPa1770MPa）。 表示符号：相应符号分别为P、H、I。 工程应用：预应力混凝土结构。 4）钢绞线 加工工艺：由光面钢丝绞织而成。 力学性能: : 强度高 （强度标准值1570MPa-1860MPa）。第23页
14、/共252页表示符号：s。工程应用：预应力混凝土结构。2. 2. 钢筋的形式钢筋的形式 外形分类：光圆钢筋（图a）和变形钢筋（图 ）。 变形钢筋：包括月牙肋钢筋、等高肋钢筋等，其特点是与混凝土黏结性好。工程中常用月牙肋钢筋。第24页/共252页二二 、钢筋的强度和变形、钢筋的强度和变形 按钢筋受拉的应力应变关系不同分: 有明显屈服点钢筋，例如热轧钢筋。 无明显屈服点钢筋，例如钢丝和热处理钢筋。1 1、有明显有明显屈屈服点钢筋服点钢筋（1）受拉应力应变曲线 a点对应的应力称为比例极限，a点之前的应力与应变关系为ES,钢筋处于弹性阶段。第25页/共252页 b点对应的应力称为屈服强度fy ，b点到
15、c点的水平段称为流幅或屈服阶段，此时钢筋的应力保持不变，应变急剧增加。 d 点的应力称为极限强度fu，cd段称为强化阶段；d点后，试件产生颈缩现象，断面减小，变形迅速增大，应力明显降低，直至e点试件断裂。（2）钢筋强度设计取值的依据 有明显屈服点钢筋的应力达到屈服强度后，将在 荷载基本不变的情况下产生较大的塑性变形，引起钢筋混凝土构件产生很大的变形与不可闭合的裂缝。因此，对有明显屈服点的钢筋，在构件设计中以屈服强度作为钢筋强度设计取值的依据。第26页/共252页（3）钢筋塑性性能 伸长率和冷弯性能是反映钢筋塑性性能的基本指标。 1）伸长率是钢筋试件拉断后标距间的伸长值与拉伸前相应标距间长度的比
16、值。钢筋的伸长率越大，则塑性性能越好，破坏前的预兆越明显，属于延性破坏 2）冷弯是将钢筋围绕规定直径D的钢辊弯曲达到规定的角度后，钢筋无裂纹或断裂现象。钢筋绕过的钢辊直径D越小，弯曲角度越大，表明其塑性性能越好。第27页/共252页（4 4）钢筋质量检验的主要力学技术指标 屈服强度、极限强度、伸长率和冷弯性能是对钢筋进行质量检验的主要指标。 说明：钢筋受压的压应力与压应变的变化曲线在屈服阶段之前与钢筋受拉基本相同。2 2、无明显屈服点钢筋无明显屈服点钢筋（1）受拉应力应变曲线 由图可见，钢筋无屈服阶段，强度较高，最大拉应力 b称为极限抗拉强度，伸长率很小，塑性变形能力较差。第28页/共252页
17、（2）钢筋强度设计取值的依据 一般取相应于残余应变为0.2%时的应力0.2作为钢筋强度设计取值的依据，称为条件屈服强度。规范对预应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋，取条件屈服强度为0.85b。（3）钢筋质量检验的主要力学技术指标 极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能作为质量检验的指标。3、钢筋的弹性模量、钢筋的弹性模量 钢筋的强度相差较大，但其弹性模量较为接近。用于工程设计的钢筋弹性模量Es见表1-1。 第29页/共252页三、钢筋的冷加工三、钢筋的冷加工1 1、冷加工钢筋概念、冷加工钢筋概念 为提高钢筋的强度，节约钢材，在常温下通过拉伸等方法对热轧钢筋进行机械加工制成的钢筋。2 2、冷加工钢筋品种及性能
18、、冷加工钢筋品种及性能（1 1）冷拉钢筋 加工工艺：将热轧钢筋拉伸超过其屈服阶段进入强 化阶段的某一应力，然后卸荷至零所得 到的钢筋。 力学性能：抗拉强度有一定的提高，抗压强度维持 不变，伸长率减少，塑性降低。第30页/共252页（2）冷拔钢丝 加工工艺：将热轧钢筋用强力拔过比其直径小的硬质合金拔丝模而成的。 力学性能：多次冷拔后，抗拉强度和抗压强度都有大幅度的提高，伸长率显著的减小。（3）冷轧钢筋 加工工艺：指以热轧圆盘条为母材，经冷拉或冷拔减径后，在其表面轧制具有两面或三面月牙纹横肋的冷轧带肋钢筋。 力学性能：与冷拔钢丝的强度基本接近，但塑性较好。第31页/共252页（4）冷轧扭钢筋 加工
19、工艺：将低碳钢热轧圆盘条经专用钢筋冷轧 扭机调直、冷轧并冷扭一次成型，具 有规定截面形状和节距的连续螺旋状 钢筋。 力学性能：抗拉强度比轧制前母材的强度有很大 的提高，但伸长率也减少较多。 近年来已生产出多种新品种钢筋，例如，环氧树脂涂层钢筋。第32页/共252页四、结构对钢筋性能的要求四、结构对钢筋性能的要求（1）选用强度较高的钢筋 目的：l减少构件的配筋量，节约钢材。l避免配筋密集给设计、施工造成困难。l减少钢筋的运输、加工、现场绑扎等工作量。 要求：优先选用HRB400级和HRB335级，也可采用 HPB235级和RRB400级钢筋。（2）有足够大的塑性变形能力 目的：l便于钢筋施工制作
20、。l有利于提高结构构件的延性，增强结构的抗震 性能。第33页/共252页（3）与混凝土的粘结好 目的：保证钢筋和混凝土有效地共同工作。 要求：对强度较高的钢筋，一般均在其表面轧制月牙 纹横肋、螺旋肋或者刻痕等，以提高粘结强度。（4）良好的可焊性能 目的：保证钢筋焊接后的质量。 钢筋的可焊性：HRB400、HRB335级主导钢筋均具 有较好的焊接性能，RRB400级钢筋 焊接受热回火后强度可能降低。 注意：在严寒地区尚应考虑对钢筋低温性能方面 的要求。第34页/共252页第二节第二节 混凝土混凝土 一、混凝土的强度一、混凝土的强度1. 1. 立方体抗压强度立方体抗压强度 规范根据立方体抗压强度标
21、准值确定混凝土强度等级。 立方体抗压强度标准值是指按照标准方法制作养护（202、相对湿度为95%以上）的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度，以fcu,k表示，单位N/mm2(也可记作MPa)。第35页/共252页 混凝土强度等级用符号C和混凝土立方体抗压强度标准值表示。例如C20，即表示fcu,k=20MPa。 规范根据立方体抗压强度标准值，按级差5MPa，将混凝土从C15到C80共划分为14个强度等级。C60级以上的混凝土为高强度混凝土。 对边长100mm的非标准立方体试件须将其抗压强度实测平均值乘以系数=0.95换算为标准立方体试件的强
22、度；边长为200mm的立方体试件，取=1.05。第36页/共252页2. 2. 轴心抗压强度轴心抗压强度 采用棱柱体试件（100100300mm或150150450mm），按照测定立方体抗压强度的条件和方法测得的抗压强度，称为棱柱体抗压强度或轴心抗压强度。 棱柱体抗压强度能较好地反映实际工程中混凝土的实际受压强度。 棱柱体抗压强度因受摩擦力的横向约束影响较小，故较立方体强度小。 第37页/共252页3.3.轴心抗拉强度轴心抗拉强度 轴心抗拉强度是确定混凝土构件的抗裂度和变形等的重要力学性能指标。（1）轴心拉伸试验法 （2）劈拉试验法 混凝土轴心抗拉强度较立方体抗压强度小的多。因此，混凝土主要用
23、于承受压力。第38页/共252页4.4.混凝土强度等级的选择混凝土强度等级的选择 规范对混凝土强度等级规定的最低限值要求见表1-2所列。 注意表中规范用语“不应”、“不宜”、“不得”。 用于基础垫层的混凝土强度等级可采用C10。二、混凝土的变形二、混凝土的变形混凝土的变形分 受力变形：由荷载作用产生。 体积变形：温湿度变化引起。1.1.混凝土在一次短期荷载下的变形混凝土在一次短期荷载下的变形 棱柱体试件在一次短期压力荷载作用下的应力应棱柱体试件在一次短期压力荷载作用下的应力应变曲线。变曲线。第39页/共252页(1)(1)上升段OC 1）压应力0.3fc 的OA段，应力与应变关系基本为直线，混
24、凝土表现为弹性性质；混凝土中的骨料和水泥结晶体的弹性变形起决定因素。 2）压应力接近0.8fc，即B点时，应变增加更快；混凝土表现出明显的塑性性质。主要是混凝土内部微裂缝的扩展延伸和水泥凝胶体的粘性流动所致。第40页/共252页 3）压应力达到最大值fc，即C 点时 ，混凝土内部微裂缝不断产生，并相互贯通，试件表面出现明显的纵向裂缝而开始破坏。相应于最大压应力值fc的应变0一般为0.002。(2)(2)下降段CE 1）应变过C点后，随着缓慢的卸荷，应力逐渐减小而应变却持续增加，在D点出现反弯点，相应的应变称为混凝土的极限压应变cu。cu值越大，表示混凝土的塑性变形能力越大，构件的延性越好，抗震
25、能力较强。cu值一般可取0.0033。 2）反弯点D之后，因试件压碎后各块体间存在咬合力或摩擦力，故曲线仍能继续延伸。第41页/共252页（3 3）影响受压应力与应变曲线的因素 1）混凝土的强度越高，曲线越陡，cu越小。 2）受侧向约束的混凝土，随着约束作用的增大，混凝土的强度有较大的提高，cu亦增大。第42页/共252页2.混凝土在重复荷载作用下的变形混凝土在重复荷载作用下的变形 混凝土棱柱体试件在多次重复荷载作用下的应力- -应变关系曲线与加荷时的应力大小有关。 当应力不超过某一限值时，经过多次重复加荷后，试件如同弹性体一样工作而不破坏，则此限值称为混凝土的疲劳强度。用 表示。 混凝土的强
26、度等级越高，疲劳强度也越高；荷载重复次数越多，疲劳强度越低；疲劳应力比值越小，疲劳强度越低。fcf第43页/共252页 计算混凝土构件的变形、预应力混凝土构件的预应力以及超静定结构的内力等时，需要确定混凝土的弹性模量。混凝土的受压变形模量可按如下方法确定： 1）原点切线模量。又称混凝土的弹性模量。在混凝土棱柱体受压应力应变曲线的原点作一切线，则该切线的斜率即为原点切线模量，用Ec表示。即 Ec=tan0 3.3.混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量第44页/共252页 2）割线模量。又称混凝土的变形模量。即通过混凝土棱柱体受压应力应变曲线上任一点A的割线斜率，用Ec表示。 Ec=Ec 称为混凝土的
27、受压弹性系数，一般在0.51.0之间变化。 3）切线模量。指混凝土棱柱体受压应力应变曲线上任一点A的切线斜率, 用 表示。即cE cdEd 第45页/共252页规范采用对棱柱体试件重复加荷卸荷后的直线斜率作为混凝土的受压弹性模量Ec，通过试验统计分析得出5,1034.742.2Ccu kEf 规范给定的混凝土受压弹性模量Ec值见表1-3。混凝土的受拉弹性量模取值同受压弹性模量。 混凝土的剪变模量Gc取0.4Ec。 第46页/共252页4. 4. 混凝土的徐变混凝土的徐变(1)(1)徐变的定义 混凝土在荷载长期作用下，应力不变，应变 随时间不断增长的现象称为混凝土的徐变。(2)(2)徐变应变cr
28、与时间t的变化曲线 混凝土棱柱体试件在荷载长期作用下，应变与 时间t的变化曲线。第47页/共252页 徐变在初期发展较快，经过很长时间后趋于稳定。 徐变应变cr与弹性应变ce的比值可达24。( (3)3)徐变的分类 当0.5 fc时，cr与成正比，称为线性徐变； 当0.5 fc时，cr较增长更快，称为非线性徐变。 当0.8 fc时，徐变变形将导致试件破坏，因此 =0.8 fc可作为混凝土的长期抗压强度。 (4)(4)徐变产生的主要原因 混凝土中水泥凝胶体的粘性流动和内部微裂缝的发 展所致。第48页/共252页(5) (5) 影响徐变大小的因素l 加荷应力越大，徐变越大；l 水泥用量多或水灰比大
29、，徐变就增大；l 骨料的弹性模量大，徐变就小；l 养护条件好，龄期长，则徐变就小；l 使用环境干燥、高温，则徐变就较大。(6) (6) 徐变对结构的影响l 使混凝土结构的变形增大；l 在预应力混凝土构件中产生较大的预应力损失；l 可引起构件的截面应力重分布。 第49页/共252页5.5.混凝土的收缩和温度变形混凝土的收缩和温度变形(1)(1)混凝土的收缩混凝土的收缩 混凝土在空气中结硬时体积会缩小的现象称为混凝混凝土在空气中结硬时体积会缩小的现象称为混凝 土的收缩。土的收缩。 混凝土的收缩变形早期发展较快，之后逐渐减慢，混凝土的收缩变形早期发展较快，之后逐渐减慢， 较长时间后趋于稳定。较长时间
30、后趋于稳定。 当混凝土的收缩变形受到约束时，将在混凝土中产当混凝土的收缩变形受到约束时，将在混凝土中产生拉应力，可导致混凝土构件开裂或使预应力混凝土构生拉应力，可导致混凝土构件开裂或使预应力混凝土构件产生预应力损失。件产生预应力损失。 为减小混凝土的收缩，应采取增加混凝土的密实度、为减小混凝土的收缩，应采取增加混凝土的密实度、加强对混凝土的早期养护或设置施工缝等措施。加强对混凝土的早期养护或设置施工缝等措施。第50页/共252页(2)(2)混凝土的温度变形 混凝土在温度变化时，体积热胀冷缩，称为温度变形。混凝土的温度线膨胀系数一般可取110-5/。 当混凝土的温度变形受到约束时，将产生温度应力
31、，可使结构产生裂缝。故可采取在结构的适当部位设置伸缩缝等措施减小温度变形的不利影响。钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距见规范。第51页/共252页 第三节第三节 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结一、粘结的作用及产生的原因一、粘结的作用及产生的原因1. 1. 粘结的作用粘结的作用 保证混凝土与钢筋共同受力变形的最基本条件。2. 2. 粘结产生的原因及组成粘结产生的原因及组成l 混凝土中水泥凝胶与钢筋表面之间的胶结力。l 混凝土收缩，将钢筋紧紧握裹而产生的摩擦力。l 钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合 力。机械咬合力较大，约占总粘结力的50%以上。 光圆钢筋的机械咬合力较变形钢筋要小。 第
32、52页/共252页二、粘结强度的测定及影响因素二、粘结强度的测定及影响因素1.1.粘结强度的测定粘结强度的测定 钢筋与混凝土之间的粘结强度可用拔出试验测定。2.2.粘结应力的分布粘结应力的分布 粘结应力的分布为曲线，最大粘结应力发生在距拔出端一定距离处；当钢筋埋入混凝土中较长时，埋入的尾部区段上粘结应力为零；第53页/共252页3. 3. 影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素l 变形钢筋的粘结强度高；l 混凝土的强度等级高，则粘结强度也高；l 钢筋周围的混凝土越厚，则粘结强度也越高； 实际工程中为保证钢筋与混凝土能够共同工作，必须采取可靠的工程构造措施。第54页/共252页三、保证粘结的构造措
33、施三、保证粘结的构造措施 1.1.钢筋的基本锚固长度钢筋的基本锚固长度 基本锚固长度是指钢筋的拉应力s达到屈服强度fy时，尚未产生粘结破坏所需的锚固长度。 规范规定，当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时（如悬壁梁的上部受力钢筋），受拉钢筋的基本锚固长度la为第55页/共252页yatfldfpyatfldf对普通钢筋对预应力钢筋式中 fy普通钢筋的抗拉强度设计值； ft 混凝土的轴心抗拉强度设计值，当 混凝土强度等级大于C40时，按C40级 取值； d 钢筋的公称直径； 钢筋的外形系数，按表1-5采用。 第56页/共252页2. 基本锚固长度基本锚固长度la的修正的修正 按公式计算出的基本锚固长度
34、la应乘以如下修正系数： 1) 当HRB335、HRB400和RRB400级钢筋的直径大于25mm时，锚固长度应乘以修正系数1.1。 2) 具有环氧树脂涂层的HRB335、HRB400和RRB400级钢筋，锚固长度应乘以修正系数1.25。 3) 在混凝土施工过程中钢筋易受扰动（如滑模施工）时，锚固长度应乘以修正系数1.1。 4) 当HRB335、HRB400和RRB400级钢筋在锚固区的混凝土保护层厚度大于钢筋直径的3倍且配有箍筋时，其锚固长度可乘以修正系数0.8。第57页/共252页 5) 除构造需要的锚固长度外，当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于设计计算面积时，如有充分依据和可靠措施，锚固长
35、度可乘以设计计算面积与实际配筋面积的比值。对有抗震设防要求及直接承受动力荷载的结构构件，不得考虑此项修正。 上述各项修正系数可以连乘，但经以上修正后的锚固长度不应小于按公式计算出的基本锚固长度la的0.7倍，且不应小于250mm。 6) 当HRB335、HRB400和RRB400级纵向受拉钢筋末端采用如下图所示机械锚固措施时，包括附加锚固端头在内的锚固长度可取基本锚固长度la的0.7倍。第58页/共252页 在计算中充分利用钢筋的抗压强度时，受压钢筋的锚固长度不应小于受拉钢筋基本锚固长度la的0.7倍。第59页/共252页3.3.钢筋的连接钢筋的连接 钢筋连接接头的类型 绑扎搭接接头 机械连接
36、接头 对焊接头 电压焊接头 规范对钢筋连接的主要规定为： 1）受力钢筋的接头宜设置在构件受力较小的部位，同一根钢筋上宜少设接头。 第60页/共252页 2) 轴心受拉构件及小偏心受拉构件（如桁架或拱的拉杆）的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头。当受拉钢筋的直径大于28mm及受压钢筋的直径大于32mm时，不宜采用绑扎搭接接头。 3) 在同一构件中，相邻纵向受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开。第61页/共252页 绑扎搭接接头的连接区段长度取1.3倍的搭接长度ll，凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段。位于同一连接区段内的受力钢筋搭接接头的面积百分率：对梁、板及墙类构件，不宜
37、大于25%；对柱类构件，不宜大于50%。 纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度ll按下式计算： ll = la la式中 纵向受拉钢筋的锚固长度； 纵向受拉钢筋搭接长度修正系数，根据位 于同一连接区段内的钢筋搭接接头的面积 百分率按表1-6取用。第62页/共252页 在任何情况下，纵向受力钢筋绑扎搭接接头的搭接长度ll均不应小于300mm。 4) 当构件中的纵向受压钢筋采用搭接接头时，其受压搭接长度不应小于纵向受拉钢筋搭接长度ll的0.7倍，且任何情况下不应小于200mm。 5) 在纵向受力钢筋搭接长度范围内，应配置直径不小于搭接钢筋较大直径0.25倍的箍筋。当钢筋受拉时，箍筋的间距不应大于搭接
38、钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm；当钢筋受压时，箍筋的间距不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不大于200mm。 第63页/共252页 6) 纵向受力钢筋采用机械连接接头（直螺纹、锥螺纹）时，接头应相互错开。其连接区段的长度取35倍的纵向受力钢筋的较大直径，凡接头中点位于该连接区段长度内的机械连接接头均属于同一连接区段。在受力较大处设置机械连接接头时，位于同一连接区段内的纵向钢筋接头面积百分率不宜大于50%；纵向受压钢筋的接头面积百分率可不受限制。 7) 当纵向受力钢筋采用焊接接头时，接头位置也应相互错开。其连接区段的长度、接头面积百分率等规定基本同机械连接接头。第64页/共252页第
39、二章 结构设计基本原则 1.1.了解结构上的作用、作用代表值、作用效应、了解结构上的作用、作用代表值、作用效应、结构抗力及结构可靠度的概念。结构抗力及结构可靠度的概念。 2.2.理解结构极限状态的概念、极限状态设计表理解结构极限状态的概念、极限状态设计表达式及荷载、材料强度的标准值、设计值的意义。达式及荷载、材料强度的标准值、设计值的意义。 3.3.了解混凝土结构耐久性的有关规定。了解混凝土结构耐久性的有关规定。第65页/共252页第一节 基本概念第二节 结构功能和可靠度第三节 极限状态设计法第四节 混凝土结构耐久性规定第66页/共252页第一节 基本概念一、结构上的作用一、结构上的作用1.1
40、.作用的概念作用的概念 作用是指使结构产生内力或变形的原因,一般用Q表示,可分为 直接作用：指施加在结构上的集中力或分布力，如结构自重、楼（屋）面活荷载、风荷载等。 间接作用：指能够引起结构外加变形或约束变形的原因，如温度变化、地基变形、地震等原因引起的作用。第67页/共252页2. 2. 作用按时间的变异分类作用按时间的变异分类 永久作用又称永久荷载（恒荷载），是指在设计基准期内量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。例如，结构自重、土压力等。 设计基准期是为确定作用及与时间有关的材料性能取值而选定的时间参数，我国采用的设计基准期为50年。 可变作用又称可变荷载（活荷载），
41、是指在设计基准期内量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。例如，楼（屋）活荷载、吊车荷载、风荷载等。第68页/共252页 偶然作用是指在设计基准期内不一定出现，而一旦出现，则其量值很大，且持续时间很短的作用。例如，地震作用、爆炸力、撞击力等。二、作用的代表值二、作用的代表值 作用代表值是在结构设计中采用的作用数值，包括：标准值、组合值、频遇值和准永久值1.1.作用标准值作用标准值 作用标准值是指设计基准期内最大作用概率分布的其一分位值。它是作用的基本代表值。 作用标准值通过统计分析确定，对一般的作用，其标准值Qk可取第69页/共252页Qk=Qm+Q 式中Qm作用的平均值； 作用的
42、保证率系数，当=0时，保证 率为50%，分位数为0.5；当=1.645 时，保证率为95%，分位数为0.95： Q作用的标准差。 结构自重按结构构件的设计尺寸和材料重力密度计算确定（钢筋混凝土的重力密度可取25kN/m3）。作用在结构上的各种可变荷载标准值按荷载规范的规定采用。第70页/共252页2.2.作用组合值作用组合值 作用组合值是指当两种或两种以上可变作用同时作用在结构上时，考虑到它们同时达到其标准值的可能性较小，故除产生最大作用效应的主导作用外，其他可变作用标准值均乘以小于1.0的组合值系数c作为代表值，称为组合值。c可查荷载规范。3.3.作用频遇值作用频遇值 对可变作用，在设计基准
43、期内，其被超越的总时间仅为设计基准期一小部分的作用值；或其超越频率为某一给定频率的作用值。可变荷载频遇值由可变荷载标准值乘以频遇系数 f得到。f可查荷载规范。第71页/共252页4.4.作用准永久值作用准永久值 对可变作用，在设计基准期内，其被超越的总时间为设计基准期一半的作用值。它对结构的影响相当于永久作用。可变荷载准永久值由可变荷载标准值乘以准永久值系数q得到。q可查荷载规范。三、作用效应三、作用效应 作用效应是指由各种作用引起的结构或构件的反应，用表示。例如，内力、变形和裂缝等。第72页/共252页 作用效应应通过统计分析进行确定。一般情况下，结构上的作用为荷载，荷载效应与荷载Q之间可近
44、似按线性关系考虑，即 CQ C 为荷载效应系数，可通过结构力学分析确定，对承受均布荷载作用的简支梁2018Cl 结构抗力是指结构或构件承受作用效应的能力，用 R R 表示。例如，构件的承载力、刚度等。四、结构抗力四、结构抗力第73页/共252页 影响结构抗力的因素：结构的材料性能、几何尺寸、配筋情况和抗力的计算假定、计算公式等。通常，结构抗力主要取决于材料性能。 材料强度标准值是材料性能的基本代表值。一般取符合规定质量的具有不小于95%保证率的材料强度下分位值作为材料强度标准值，即fk=fm（11.645f） 式中 fk材料强度标准值； fm材料强度平均值； f材料强度变异系数，f =f /
45、fm； f材料强度标准差。第74页/共252页 钢筋强度标准值取钢材质量控制标准的废品限值。因废品限值具有97.73%的保证率，已满足保证率不小于95%的要求。 对热轧钢筋根据屈服强度确定，并用符号fyk表示，按表2-1采用； 对预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋根据极限抗拉强度确定，用符号fptk表示，按表2-2采用。 混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k的保证率是95%，即第75页/共252页fcu,k=fcu,m（11.645f） 式中 fcu,m混凝土立方体抗压强度平均值； f 混凝土立方体抗压强度变异系数，对 C40级以下的混凝土f =0.12；对 C60级，f =0.10；对C80级，
46、f =0.08。 规范给出各级混凝土轴心抗压强度标准值fck和轴心抗拉强度标准值ftk见表2-3。第76页/共252页第二节 结构功能和可靠度一、结构的功能一、结构的功能 建筑结构在规定的设计使用年限内（表2-4）应满足的各种要求，称为结构的功能。 表2-4 结构设计使用年限分类类别类别结构的设计使用年结构的设计使用年（年）（年）示例示例15临时性结构临时性结构225易于替换的结构构件易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑纪念性建筑和特别重要的建筑结构结构第77页/共252页 结构的功能包括以下三个方面的内容：1）安全性 建筑结构在正常施工和
47、正常使用时能够承受可能出现的各种作用，以及在设计规定的偶然事件（如强烈地震、爆炸等）发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。2）适用性 建筑结构在正常使用时具有良好的工作性能，不出现影响正常使用的过大变形和过宽裂缝。第78页/共252页3）耐久性 建筑结构在正常维护下具有足够的耐久性能，不发生钢筋锈蚀和混凝土风化等影响结构使用寿命的现象。 安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性。即结构在规定的设计使用年限内，在正常设计、正常施工、正常使用和正常维护条件下，完成预定功能的能力。结构的可靠性可用概率来度量，即结构完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。第79页/共252页二、结构的可靠概率和失效
48、概率二、结构的可靠概率和失效概率 结构完成预定功能的工作状态用结构的功能函数Z来描述，即 Z = RS 当Z0时，即结构抗力R大于作用效应S时，则结构能完成预定的功能，处于可靠状态； 当Z0时，即结构抗力R小于作用效应S时，结构不能完成预定的功能，处于失效状态； 当Z=0时，即结构抗力R等于作用效应S时，则结构处于极限状态。第80页/共252页因此，结构可靠工作的基本条件为： Z0 或 R 结构的功能函数Z Z的分布曲线如图所示。图中，纵坐标轴以左（Z Z0 0的阴影面积即为结构的失效概率f f纵坐标轴以右（0）的分布曲线与横坐标Z轴所围成的面积即为结构的可靠概率Ps。第81页/共252页 结
49、构的失效概率Pf与可靠概率S的关系为PS +f =1 或PS =1f 因此，可采用结构的失效概率f或者是结构的可靠概率PS来度量结构的可靠性。一般采用失效概率f来度量结构的可靠性，只要失效概率f足够小，则结构的可靠性必然高。三、结构的可靠指标三、结构的可靠指标 计算失效概率f较复杂，故引入可靠指标代替失效概率f来度量结构的可靠性。第82页/共252页 可靠指标为结构的功能函数Z的平均值z与其标准差z之比，即zz 即z=z 由此可见，可靠指标值越大，失效概率f值就越小，即结构就越可靠。故将称为可靠指标。可靠指标和失效概率f对应的数值见表25。第83页/共252页四、结构的安全等级与目标可靠指标四
50、、结构的安全等级与目标可靠指标1. 1. 安全等级的确定和划分安全等级的确定和划分 根据结构破坏可能产生的后果，即危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等严重性，采用不同的安全等级。建筑结构安全等级的划分应符合表26的要求。2. 2. 目标可靠指标目标可靠指标 为使结构既安全可靠，又经济合理，则结构的失效概率Pf应小到人们可以接受的程度，用可靠指标表示时，则为 第84页/共252页 结构的目标可靠指标主要与结构的安全等级和破坏类型有关：l 结构的安全等级愈高，其目标可靠指标应愈大。l 结构构件破坏前有明显的变形或其他预兆，即属于延性破坏时，则其目标可靠指标可取得小一些；l 结构构件破坏前无明
51、显的变形或其他预兆，具有突发性，即属于脆性破坏时，则其目标可靠指标应取得大一些。 结构构件承载能力极限状态设计时采用的目标可靠指标见表27。第85页/共252页 对一般的结构构件，直接根据目标可靠指标进行设计仍然比较繁杂。因此规范采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计。即结构构件设计时不直接计算可靠指标，而是按规范给定的各分项系数进行计算，则所设计的结构构件隐含的可靠指标可以满足不小于目标可靠指标的要求。第86页/共252页第三节第三节 极限状态设计法极限状态设计法一、结构极限状态的定义和分类一、结构极限状态的定义和分类1. 1.
52、 定义定义 结构能完成预定功能的可靠状态与其不能完成预定功能的失效状态的界限，称为极限状态。或者说，结构或构件超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，则此特定状态称为该功能的极限状态。2.2.分类分类（1）承载能力极限状态 当结构或其构件达到最大承载力，或达到不适于继续承载的变形时，称该结构或其构件达到承载能力极限状态。第87页/共252页 结构或其构件出现下列状态之一时，就认为超过了承载能力极限状态。 1 ) )结构发生滑移、倾覆或漂浮等不稳定情况。 2 ) )结构构件因材料强度（包括疲劳强度）不足而发生破坏。 3 ) )结构或构件因产生过大的塑性变形而不适用于继续承载。 4 )
53、)结构形成机动体系而丧失承载能力。 5 ) )结构或构件丧失稳定。第88页/共252页（2）正常使用极限状态 当结构或其构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值时，称该结构或其构件达到正常使用极限状态。 结构或其构件出现下列状态之一时，就认为超过了正常使用极限状态。 1 ) )变形过大，影响正常使用和外观。 2 ) )裂缝较宽，影响耐久性或使人心理上产生不可接受的感觉。 3 ) )振动过大，影响正常使用。第89页/共252页二、结构设计要求二、结构设计要求1.1.设计要求设计要求 1）对所有结构构件均应进行承载力计算，必要时尚应进行结构的滑移、倾覆或漂浮验算。 2）对使用上需要控制变形的结构构
54、件，应进行变形验算。 3）对使用上要求不出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算；对使用上允许出现裂缝的构件，应进行裂缝宽度验算。第90页/共252页2.结构设计程序结构设计程序 一般先按承载能力极限状态要求设计结构构件，然后再按正常使用极限状态要求进行验算。三、承载能力极限状态设计表达式三、承载能力极限状态设计表达式1.设计表达式设计表达式 混凝土结构构件的承载能力极限状态设计表达式为0SR 0结构重要性系数； S 承载能力极限状态的荷载效应组合设计值； 结构构件的承载力设计值，即结构构件抗力设计值。第91页/共252页2.结构重要性系数结构重要性系数0 结构重要性系数0的取值： 安全等级为一
55、级或设计使用年限为100年及以上的结构构件，0不应小于1.1； 安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，0不应小于1.0； 安全等级为三级或设计使用年限为5年及以下的结构构件，0不应小于0.9。3.荷载效应组合设计值荷载效应组合设计值 荷载效应组合设计值是指由可能同时出现的各种荷载设计值产生的轴力组合设计值、弯矩组合设计值、剪力组合设计值或扭矩组合设计值等。第92页/共252页 荷载设计值是指荷载标准值与其相应的荷载分项系数的乘积。当两种或两种以上可变荷载同时作用在结构上时，除主导可变荷载外，其他可变荷载标准值还应乘以组合值系数，即采用荷载组合值。荷载分项系数及组合值系数由可靠度分析，
56、并结合工程经验确定。(1)荷载效应组合设计值的确定 从下列组合值 1)和 2)中取最不利值确定： 1)由可变荷载效应控制的组合112nGGKQQ KQiciQikiSSSS 第93页/共252页式中 G永久荷载的分项系数，对由可变荷载效 应控制的组合， G取1.2；对由永久 荷载效应控制的组合，G取1.35； Qi第i个可变荷载的分项系数，一般情况 下，Qi取1.4；对标准值大于4kN/m2 的工业房屋楼面结构的活荷载Qi取1.3 GK按永久荷载标准值GK计算的荷载效应 值； SQiK按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应 值，其中SQ1K为各可变荷载效应中起 主导作用者；第94页/共252页
57、ci可变荷载Qi的组合值系数，按荷载规范 的规定采用； n参与组合的可变荷载数。 当对SQ1K无法明显判断时，可轮次以各可变荷载效应为SQ1K，选其中最不利的荷载效应组合。 2)由永久荷载效应控制的组合1nGGKQiciQikiSSS 当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载。第95页/共252页(2) 荷载效应组合设计值的简化确定 对一般的排架结构、框架结构，可采用简化规则，并按下列组合值中取最不利值确定： 1) 由可变荷载效应控制的组合S=GGK +Q1 SQ1K 10.9nGGKQ iQiiSSS2)2)由永久荷载效应控制的组合同前。 第96页/共252页
58、4.4.结构构件抗力设计值结构构件抗力设计值R R 1）结构构件抗力设计值R是指按材料强度设计值和构件几何参数标准值等计算的截面所能抵抗的轴力、弯矩、剪力设计值等。 2）材料强度设计值是材料强度标准值除以对应的材料分项系数。 HPB235级、HRB335级、HRB400级和RRB400级钢筋的材料分项系数S=1.1； 预应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋的材料分项系数S=1.2， 混凝土的材料分项系数C=1.4。第97页/共252页 普通钢筋的抗拉强度设计值fy及抗压强度设计值fy按表2-8采用； 预应力钢筋的抗拉强度设计值fpy及抗压强度设计值fpy按表2-9采用。 混凝土的轴心抗压强度设计值 f
59、c 和轴心抗拉强度设计值 ft 按2-10采用。3）结构构件抗力设计值R的一般表达式为 R=R（）R（fc, fs, ak）式中R（）结构构件的承载力函数； fc、fs 混凝土、钢筋的强度设计值； ak 几何参数的标准值。 结构构件抗力设计值的具体计算公式，将在以后各章中叙述。第98页/共252页四、正常使用极限状态设计表达式四、正常使用极限状态设计表达式 结构构件达到或超过正常使用极限状态，对人们生命财产的影响程度比承载能力极限状态小得多，因此，在正常使用极限状态验算中，材料强度采用标准值；计算荷载效应时，采用荷载的标准值、组合值、频遇值或准永久值。 对于正常使用极限状态，结构构件应分别按荷
60、载效应的标准组合、准永久组合或标准组合并考虑长期作用的影响，验算其是否超过正常使用规定的限值。 第99页/共252页相应的极限状态设计表达式为 Sc 式中 S正常使用极限状态的荷载效应组合值； c 结构构件达到正常使用要求所规定的 变形、应力和裂缝宽度等的限值。 对于标准组合，其荷载效应组合值S的表达式为12nGKQ KciQikiSSSS第100页/共252页对于频遇组合，其荷载效应组合值S的表达式为112nGKfQ KciQikiSSSS式中 f1 可变荷载Q1频遇值系数； qi可变荷载Qi的准永久值系数。对于准永久组合，其荷载效应组合值S的表达式为1nGKqiQikiSSS第101页/共
0/150
联系客服
本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接被用户下载，本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人(含作者)所有。人人文库仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对上载内容本身不做任何修改或编辑。若文档所含内容侵犯了您的版权或隐私，请立即通知人人文库网，我们立即给予删除！