钢筋混凝土结构总复习.ppt

,复习,第1章,第1章 钢筋混凝土结构的材料1.1 钢筋的品种和力学性能1.1.1 钢筋的品种1、分类按用途分：普通钢筋 热轧钢筋。预应力钢筋 钢丝、钢绞线、螺纹钢筋及钢棒。按化学成分区分：碳素钢钢筋的碳素钢主要是低碳钢和中碳钢。HPB235。普通低合金钢碳素钢基础上加入少量合金元素而成。强度高、塑性好，应用广泛。HRB335、HRB400,复习,按外形分：光圆钢筋带肋钢筋。目前常用的是月牙肋钢筋。按力学性能分：软钢硬钢冷拉钢筋。不提倡采用。,第1章,复习,2、常用钢筋 HPB235：光圆低碳钢，塑性好、强度低。多作为厚度不大楼板的受力钢筋和箍筋、架立钢筋、分布钢筋。HRB335、HRB400月牙肋、低合金钢，强度较高。多作为钢筋混凝土构件受力钢筋。尺寸较大的构件，为增强与混凝土的粘结可用HRB335钢筋作箍筋。HRB500我国新生产的热轧钢筋种类，强度高，强度价格比好。,第1章,复习,钢丝：直径6mm，外形有光面、刻痕和螺旋肋三种。一般用于预应力混凝土结构。钢绞线由多根高强光圆或刻痕钢丝捻制成，分为2股、3股和7股三种。用于预应力混凝土结构。螺纹钢筋 主要用作为预应力锚杆。钢棒 螺旋槽钢棒和螺旋肋钢棒两种。公称直径614mm之间。用于预应力混凝土结构。,第1章,复习,1.1.2 力学性能1、软钢力学性能：应力应变曲线强度越高、塑性越差受拉强度限值以屈服强度为准，为什么？2、硬钢力学性能：应力应变曲线协定流限以协定流限为设计标准,第1章,复习,3、钢筋的疲劳强度 疲劳强度与应力特性（重复荷载作用时钢筋受到的最小应力与最大应力的比值）有关。应力特性越低，疲劳强度越低。当荷载重复作用二百万次以上时，钢筋的疲劳强度约为静力拉伸强度的44%55%。这时使用荷载作用下的材料应力就不能过高。,第1章,复习,1.2 混凝土物理力学性能1、fcu和混凝土强度等级影响 fcu 的因素：内因：水泥标号、水泥用量、水灰比、龄期、施工方法、养护条件外因：试验方法、试件尺寸、加载速度标准：边长150mm立方体、养护28天、表面不涂油。混凝土强度等级：95%保证率的fcu，即fcuk。,第1章,复习,对混凝土的要求：钢筋混凝土：不应低于C15；HRB335：不宜低于C20；HRB400、RRB400钢筋或承受重复荷载：混凝土强度等级不应低于C20；预应力混凝土：不应低于C30；钢绞线、钢丝作预应力钢筋：不宜低于C40。,第1章,复习,2、混凝土各单轴强度之间关系,3、混凝土多轴强度双压：抗压强度提高双拉：基本不变一拉一压：抗拉强度与抗压强度下降剪应力存在降低法向抗压强度压应力不大时，抗剪强度提高；压应力过大时，抗剪强度降低。,第1章,复习,4、混凝土短期一次加载曲线应力应变曲线强度越低，曲线越平缓；强度越高，曲线越陡，cu越小。加载速度越快，0提高（但不多），0、cu有较大减小。配置了横向钢筋，0、cu提高，对抗震有利。弹性模量，取0.3fc。,第1章,复习,5、混凝土重复荷载下的应力应变曲线应力应变曲线疲劳强度弹性模量，取0.4fc，重复加载卸载5次。,第1章,复习,6、混凝土受压极限应变：和混凝土本身性质有关；和试验方法有关（速度）；和应力状态有关：轴压构件小，偏压构件大。7、混凝土受拉极限应变：数值小；抗拉强度高，极限拉应变大；潮湿养护大于干燥养护。,第1章,复习,第1章,8、混凝土长期荷载下应力应变曲线应力应变曲线线性徐变、0.50.55fc；非线性徐变、0.5 0.55fc,复习,第1章,9、徐变与塑性变形区别徐变：混凝土受力后，水泥石中的凝胶体产生的粘性流动要持续一段时间引起的；不管应力大小均会发生；徐变能恢复一部分（徐回）。塑性变形：混凝土中的裂缝面裂缝扩展引起的；只有当应力超过材料弹性极限后才发生；塑性变形不可恢复。,复习,第1章,10、徐变特点龄期越短、徐变越大；外界相对湿度越高，内部水分不易外逸，徐变减小；结构越薄，徐变越大。徐变恢复一部分。11、松驰与徐变利弊应变不变，应力减小；减小温度应力，减小应力集中；结构挠度增大；预应力损失。,复习,第1章,12、温度与干缩温度变形对水工是十分重要。当变形受到约束时，温度变化就会引起温度应力。温度应力与温差及线胀系数有关。线胀系数与混凝土骨料有关。干缩是混凝土水分散失（湿度降低）引起，当变形受到约束时，干缩就会引起干缩应力。湿度的变化规律与温度是相同的，但变化缓慢，因而干缩一般只引起表面裂缝。对薄壁结构，干缩的危害就大了。,复习,第1章,干缩的主要影响因素是：外界相对湿度，水灰比。水灰比越大，干缩越大。在大体积混凝土中，企图用钢筋来防止温度裂缝或干缩裂缝的出现是不可能的。在素混凝土一旦出现裂缝，则裂缝的数目不多，但裂缝宽度很大。适当配置钢筋，能有效使裂缝分散，限制裂缝宽度。,复习,第1章,1.3 钢筋与混凝土粘结1、光面钢筋与变形钢筋粘结组成区别水泥凝胶体与钢筋表面之间的胶着力；混凝土收缩将钢筋紧紧握固产生的摩擦力（握裹力）；钢筋表面不平整与混凝土之间产生的机械咬合力；钢筋表面横肋对混凝土的挤压力。2、钢筋锚固长度的确定原则 钢筋达到设计强度，钢筋正好被拨动的条件确定。3、钢筋搭接时力如何传递？搭接长度与锚固长度之间关系？4、光面钢筋作为受力钢筋时，两端要做弯钩。,钢筋砼设计理论经历了三个阶段：容许应力法：线弹材料，要求使用荷载作用下的钢筋与砼应力小于各自容许应力。破损阶段法：荷载引起的内力值不大于极限内力值除以安全系数。极限状态法：二种极限状态，目前多用概率极限状态设计方法。,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,第2章 钢筋砼结构设计计算原理2.1 钢筋砼结构设计理论的发展,第2章,结构设计要保证结构的可靠性。可靠性安全性、适用性和耐久性的总称。安全性 正常工况：能承受可能出现的各种作用。偶然工况：结构仍能保持必要的整体稳定。即，要求结构仅产生局部损坏而不致发生整体倒塌。适用性 结构在正常使用荷载下，具有良好的工作性能。,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,2.2 结构的功能要求，荷载效应与结构抗力 2.2.1 结构的功能要求,第2章,耐久性 在正常维护、规定的环境条件下，预定设计使用年限内，材料性能的劣化不导致结构正常使用的失效。,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,第2章,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,2.2.2 作用（荷载）与荷载效应1、荷载分类：按作用的性质分：直接作用、间接作用。为了方便，统称为荷载。按随时间的变异分类：永久荷载、可变荷载、偶然荷载。按随空间位置的变异分类：固定荷载、移动荷载按结构的反应分类：静态荷载、动态荷载2、荷载效应（S）：荷载在结构构件上引起的内力和变形、裂缝。荷载都是不确定的随机变量，荷载效应也是一个随机变量。,第2章,2.2.3 结构抗力（R）结构抗力：指结构构件的抵抗作用效应的能力。包括构件截面的承载力、构件的刚度、截面的抗裂度等。如：受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度f、容许裂缝宽度w。截面尺寸和材料强度是决定结构抗力的主要因素。由于材料强度的离散性、构件几何特征的不定性和计算模式的不定性，结构抗力是一个随机变量。,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,第2章,复习,第2章,2.3 按概率极限状态设计的基本概念可靠度：指结构的可靠度程度。失效概率：，结构可靠。可靠指标：实用表达式：电口：五个分项系数，只要五个系数按规范取用，就能满足可靠度要求。水口：安全系数,复习,第2章,可靠指标不同安全要求的构件（结构安全级别），目标可靠指标不同。不同破坏形态的构件，目标可靠指标不同。延性破坏，要求低；脆性破坏，要求高。不同极限状态，可靠指标不同。承载能力极限状态高，正常使用极限状态低。因为：承载能力关系到结构安全。正常使用是承载能力得到满足的前提下进行的验算，只影响到结构的正常使用。若不满足造成的危害小于承载能力极限状态。,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,2.4 荷载的标准值和材料强度标准值,1、荷载代表值有：永久荷载或可变荷载标准值可变荷载组合值、频遇值及准永久值2、荷载标准值Sk（Gk、gk、Qk、qk）结构构件在使用期间的正常情况下可能出现的最大荷载值。由水工建筑物荷载规范给出。,第2章,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,荷载标准值应由设计基准期内荷载最大值概率分布的某一分位值来确定。但，水利工程中能对其概率分布作出估计的荷载还只是很小一部分，大部分荷载都缺乏或根本无法取得正确的实测统计资料，所以其标准值主要还是根据历史经验确定或由理论公式推算得出的。即：对有统计资料的荷载，取最大值概率分布一个分位值表示。对无统计资料的荷载，凭经验取。,第2章,3、材料强度标准值,材料强度的标准值由其概率分布的某一分位值来确定，具有95%的保证率。,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,第2章,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,混凝土立方体抗压强度标准值 fcuk 与强度等级。受拉热轧钢筋采用国家标准规定的屈服强度（出厂检验的废品限值）作为标准值 fyk，其保证率不小于95%。对于无明显屈服点的钢筋，采用国标规定的极限抗拉强度作为标准值 fstk，其保证率也不小于95%。,第2章,复习,第2章,2.5水工混凝土结构设计规范的实用设计表达式一、DL/T5057-20091、分项系数0：结构重要性系数水工建筑物级别水工建筑物结构安全级别 01 1.12、3 1.04、5 0.9：结构设计状况系数持久状况，1.0；短暂状况，0.95；偶然状况，0.85。,复习,第2章,G、Q：G=1.05；Q=1.2（一般可变荷载）Q=1.1（可控制可变荷载）区别永久与可变荷载的参数是时间。不随时间变化或变化很小的为永久荷载；随时间变化的为可变荷载。c、s：c=1.40，s=1.1。延性破坏可靠指标脆性破坏，使c s。脆性破坏是受压破坏，破坏开始于受压混凝土。d：结构系数，RC、PC：d=1.2。,复习,第2章,2、设计表达式承载能力极限状态表达式,基本组合：持久状况或短暂状况下永久荷载与可变荷载产生的荷载效应组合。,偶然组合：偶然状况下永久载荷、可变载荷与一种偶然荷载效应的组合。,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,正常使用极限状态的设计表达式,第2章,二、SL191-2008规范1、承载能力极限状态设计表达式,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,K安全系数（1）K 的确定：,综合系数,K 安全系数,虽然、K都等于d 0，但数值是不相等的。,第2章,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,结构重要性系数三个结构安全级别对应的结构重要性系数：DL：1.10、1.0、0.90 SL：1.10、1.0、0.95,设计状况系数DL：1.0、0.95、0.85（持久、短暂、偶然）SL：1.0、1.0、0.85（持久、短暂、偶然）SL规范考虑到：5%的差别在配筋允许误之差，没有必要将以分别；施工期失事的概率反而高，安全度也不宜降低；将持久状况和短暂状况的均取为1.0，对偶然状况则按传统仍取为0.85。,第2章,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,结构系数DL：1.20（钢筋混凝土与预应力混凝土结构）SL：1.20（钢筋混凝土与预应力混凝土结构）将这些分项系数具体数值代入K=dd，取整，并考虑到安全系数不宜小于1.0，得安全系数。,注意：当荷载效应由永久荷载控制时应增加0.05。这是因为：永久荷载的分项系数取值较小当永久荷载效应与可变荷载效应相比很大时，结构的安全度就偏低。,第2章,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,当结构受力情况复杂，施工特别困难，荷载不能准确计算，缺乏成熟设计方法或结构有特殊要求时，承载力安全系数宜适当提高。这是因为：1、表2-7所列的是最低限度的数值，2、与国际主流规范相比，我国的安全度总体上是偏低。使用、施工、检修期：基本组合地震或校核洪水：偶然组合,第2章,（2）S 的计算,DL规范的荷载分项系数过于繁琐：SL规范根据荷载的变异性的差异，将荷载分为4类：结构构件的自重、设备等永久荷载G1k：1.05 土压力、淤沙压力及围岩压力等永久荷载 G2k：1.20 一般可变荷载 Q1k：1.20 可控制其不超出规定限值的可变荷载 Q2k：1.10,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,第2章,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,如此：1）基本组合当永久荷载对结构起不利作用时：,当永久荷载对结构起有利作用时：,2）偶然组合,第2章,2、正常使用极限状态的设计表达式,与DL相比较，不同之处仅在于它不再列入结构重要性系数。在国际主流混凝土结构设计规范及我国国标混凝土结构设计规范（GB50010-2002）中，在正常使用极限状态验算时，都不考虑结构重要性系数。,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,第2章,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,总结：1、承载极限状态能力：DL规范：五个分项系数结构重要性系数0设计状况系数荷载分项系数G、Q材料分项系数c、s，由于直接给出了强度设计值，设计值并不接触材料分项系数。结构系数d 为与SL规范衔接，教材引入综合系数：d 0,第2章,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,SL规范：安全系数K K d 0 虽然是表面上看是一个安全系数K，但,隐含了荷载分项系数。在材料强度设计值中，隐含了材料分项系数。实际上，SL规范相当于采用了三个分项系数。材料分项系数与荷载分项系数隐含，d、0、则归到 K 中。,第2章,第2章 钢筋砼结构设计计算原理,安全系数 K 与综合系数 的数值大小不同。K 大于等于。SL规范没有设计状况这一术语。2、正常使用极限状态DL规范考虑结构重要性系数 0 SL规范不考虑结构重要性系数0,第2章,复习,第3章,3 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算3.1 截面形式与构造1、受弯构件设计内容弯矩正截面破坏正截面设计纵向受力钢筋剪力、弯矩斜截面破坏斜截面设计腹筋（箍筋、弯起钢筋）有弯起钢筋或负弯矩切断钢筋斜截面受弯承载力MR2、保护层作用：粘结力、防止钢筋生锈；量度：混凝土外表面到钢筋表面。,复习,第3章,3、梁中钢筋直径：12mm28mm；直径差2mm，46mm间距：净距25mm、d 需一排以上时，先布满下排，不能呈梅花型布置。4、板受力钢筋直径和间距直径：一般厚度板：612mm 厚板：1225mm两种直径相差2mm以上。间距：最小间距70mm，每米14根；最大间距与板厚有关，h200mm，s250mm。,复习,第3章,5、板分布钢筋作用：将荷载更均匀传给受力钢筋；固定受力钢筋，抵抗温度收缩引起的，垂直于受力钢筋方向的拉应力。面积：15%受力钢筋面积，分布荷载 25%受力钢筋面积，集中荷载直径：68mm（一般板），1016mm（厚板）间距：3根/m，200400mm 光面钢筋，放置在受力钢筋内侧。,复习,第3章,3.2 正截面试验研究1、适筋梁三个破坏阶段未裂阶段：特征点：混凝土拉应变达到tu；图形：受压区线性，受拉区非线性；用途：抗裂验算。裂缝阶段：特征点：开始于混凝土tu，终于钢筋fy；图形：受压非线性，最大应力在截面边缘；受拉区局部混凝土受拉，裂缝混凝土不承受拉力；用途：裂缝宽度计算。,复习,第3章,破坏阶段：特征点：开始钢筋 fy，终于混凝土 cu；图形：受压非线性，最大应力移至截面内部；受拉区局部混凝土受拉，裂缝混凝土不承受拉力；用途：承载力计算。2、受弯构件破坏特征适筋、超筋、少筋破坏过程，特征，Mf 曲线。,复习,第3章,3.3 正截面受弯构件承载力计算原则1、基本假定：内容：平截面假定不考虑受拉混凝土的工作混凝土受压应力-应变曲线钢筋受拉应力-应变曲线用途：应力图形变化、界限高度。2、适筋与超筋的界限超筋：s y，c=cu 界限：s=y，c=cu,复习,第3章,3、实际应力图形矩形应力图形x=0.8x0，应力强度=fc4、受压区计算界限xb，xb与xb0的关系平截面假定，与钢筋强度设计值有关。3.4 单筋承载力计算计算简图基本公式及适用范围（公式推导）截面设计与复核的步骤,复习,第3章,3.5 双筋承载力计算双筋截面的用途单筋时超筋，无法改变截面尺寸与强度；承受正负弯矩。钢筋抗压强度设计值由混凝土 cu=0.002决定，s 400MPa。基本公式及适用范围（公式推导）截面设计与复核的步骤,复习,第3章,3.4 T形承载力计算何时按T形截面计算：翼缘在受压区。翼缘计算宽度：在翼缘计算宽度 bf 内，混凝土应力=fc。计算简图 基本公式与适用范围（二种情况）xhf 分成宽度为 b 的矩形与(bf-b)hf 二块。二种情况的判别条件取x=hf 写平衡方程。截面设计与复核的步骤,复习,第4章,4 钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算4.1 无腹筋梁斜截面应力状态及破坏形态1、剪切破坏时隔离体上的作用力外力：弯矩、剪力内力：纵向钢筋拉力、混凝土剪压面承担剪力与压力骨料咬合力、纵筋的销栓力2、斜裂缝出现后应力的变化混凝土：剪力主要由余留截面混凝土来承担，剪应力增大。钢筋：斜裂缝出现前，钢筋拉力由该截面弯矩决定；出现裂缝后，钢筋拉力由该斜裂缝端的弯矩决定，拉力增大。引起斜截面抗弯问题。,复习,第4章,3、三种破坏形态、破坏出现的条件、引起的原因斜拉破坏：特征：斜裂缝一出现就临界斜裂缝，临界斜裂缝指向、到达荷载作用点，梁裂通成二半。条件：a/h03原因：主拉应力超过抗拉强度而破坏。剪压破坏：特征：临界斜裂缝指向、未到达荷载作用点，梁顶保留一部分剪压区，剪压区在正应力与剪应力作用下达到混凝土强度，梁破坏。条件：1a/h03原因：斜裂缝端混凝土压碎而破坏。,复习,第4章,斜压破坏：特征：斜裂缝将梁腹分成若干斜压柱体，梁腹压坏梁破坏。条件：a/h01原因：梁腹压坏破坏。4、影响斜截面承载力的主要因素，为什么？剪跨比立方体强度配筋率,复习,第4章,4.2 有腹筋梁斜截面受剪承载力计算1、剪切破坏时隔离体上的作用力外力：弯矩、剪力内力：纵向钢筋拉力、混凝土剪压面承担剪力与压力 骨料咬合力、纵筋的销栓力、箍筋与弯起钢筋拉力2、破坏形态、特征与条件条件：斜拉破坏，a/h0大且腹筋过少斜压破坏，a/h0小或腹筋过多剪压破坏，腹筋适当特征：,复习,第4章,3、影响斜截面承载力的主要因素，为什么？腹筋数量：占决定性地位剪跨比立方体强度配筋率4、箍筋作用直接承担剪力阻止斜裂缝过宽、过长，余留混凝土截面增大，Vc与Va 限制纵向钢筋位移，阻止混凝土沿纵向撕裂，Vd,复习,第4章,5、Vcs的计算公式,水口：,对于重要的承受集中力为主的独立梁，0.7应降为0.5；1.25应降为1.0。,电口：,对集中荷载作用下的矩形截面独立梁（包括剪力值占总剪力值75以上的情况），0.7应改为0.5。,复习,第4章,6、弯起钢筋计算剪力取值：支座力或前一排弯起钢筋下弯点处剪力弯起点要求、角度：S1Smax、SSmax面积：,复习,第4章,7、为什么规定截面尺寸和混凝土强度下限一般梁：防止斜压破坏及避免构件在使用阶段过早地出现斜裂缝及斜裂缝开展过大。8、为什么要规定Smax和svmin防止腹筋过稀过少。,复习,第4章,4.3 钢筋梁斜截面抗弯承载力计算1、为什么为进行斜截面抗弯承载力验算斜裂缝前，钢筋拉力决定于该截面弯矩；斜裂缝出现后钢筋拉力决定于斜裂缝端的弯矩。如钢筋只能满足该截面正截面弯矩，则斜裂缝出现后，钢筋不能满足斜截面上弯矩的要求。2、MR的画法充分利用点、考虑弯起钢筋抗弯作用、理论切断点,复习,第4章,3、如何保证斜截面抗弯弯起钢筋：起弯点至充分利用点距离 a0.5h0。切断钢筋：实际切断点至理论切断点距离 20d且 h0或 20d且 1.3h0，实际切断点至充分利用点1.2la或1.2lah0或1.7lah0。,复习,第4章,4.4 梁的构造1、箍筋作用：承担剪力、固定纵向钢筋形式：开口：无受压钢筋、不受扭、无动力荷载 封闭式：一般采用封闭式肢数:双肢：受压钢筋4根 b400mm，受压钢筋3根 四肢：,复习,第4章,直径h800mm，d8mm h=250-800mm，d6mmh250mm，d4mm布置一般均匀布置，也可在两端剪力较大部位布置得密一些。SSmax 纵向钢筋搭接范围内要加密。,复习,第4章,2、纵向钢筋锚固3、架立钢筋直径要求与梁有关。4、腰筋与拉筋腰筋：梁高700mm时布置，d10mm，每隔300-400mm。拉筋：直径与箍筋相同；间距取箍筋倍数，500-700mm。5、弯起钢筋弯起角度、水平长度10d，受压区；20d，受拉区,复习,第4章,受弯构件设计步骤截面验算：防止斜压破坏正截面计算：b，防止超筋 min，防止少筋 x 2a，保证受压钢筋达到强度斜截面计算：SSmax，sv svmin，防止腹筋过稀过少。选择Vcs计算公式 KVVc+Vsv，弯起钢筋。斜截面抗弯：有弯起钢筋与切断钢筋,复习,第5章,第五章钢筋混凝土受压弯构件承载力计算5.1 受压钢筋构造1、混凝土受压构件承载力主要取决于混凝土强度，应采用强度等级较高的混凝土，如C20、C25、C30或更高。2、钢筋不宜用高强钢筋，不宜用冷拉钢筋。直径12mm，常用直径1232mm。现浇时纵筋净距50mm，最大间距350mm。长边600mm，中间设1016mm纵向构造钢筋,复习,第5章,3、箍筋作用：阻止纵筋受压向外凸，防止混凝土保护层剥落；约束混凝土；抗剪。形式：箍筋应为封闭式。基本箍筋和附加箍筋，内角180。,布置：纵筋绑扎搭接长度内箍筋要加密。,复习,第5章,5.2 轴心受压构件1、破坏时特征及应力图形钢筋与混凝土均达到强度。2、应力重分布混凝土发生徐变，钢筋应力，混凝土应力。3、纵向弯曲系数作用：用于考虑长柱的二次弯矩。长柱与短柱分界：l0/b8 或 l0/r 8短柱，14、计算公式,复习,第5章,5.3 偏心受压构件正截面承载力计算1、受拉破坏与受压破坏过程、特点、应力图形受拉破坏：受拉钢筋先fy，然后受压混凝土cu。破坏时s=fy，c=cu，s=fy受压破坏：受压混凝土cu，受拉钢筋 fy。破坏时sfy，c=cu，s=fy2、大偏压e0较大，e0较大不一定发生大偏压,复习,第5章,3、偏压构件的基本假定和公式平截面假定、不考虑受拉区混凝土参加工作、x=0.8x0应力图形、能推导、能应用注意偏心矩增大系数4、偏心受压构件纵向弯曲为什么要纵向弯曲？,长细比增加，附加弯矩增大，长柱承载力Nu降低。,复习,第5章,考虑纵向弯曲的方法偏心距增大系数法、非线性有限单元法偏心距增大系数法用偏心距乘一个大于1的偏心距增大系数来考虑二阶效应。偏心矩增大系数法也称为l0法。,由两端铰支的标准受压柱得到的。对实际工程中的受压构件，规范根据实际受压柱的挠度曲线与标准受压柱挠度曲线相当的原则，通过调整计算长度，将实际受压柱转化为两端铰支、计算长度为的标准受压柱来考虑二阶效应。,l0/h 8，为短柱，=1。,复习,第5章,非线性有限单元法同时考虑钢筋混凝土结构材料的非线性与几何非线性。可简化为“考虑二阶效应的弹性分析方法”。考虑钢筋混凝土结构的几何非线性，但假定材料为弹性，采用折减刚度。折减刚度取为弹性抗弯刚度EcI0与折减修正系数的乘积。如梁的折减修正系数取0.4。,复习,第5章,5、截面设计大小偏心判别：e00.3h0，大偏压；e00.3h0，小偏压。大偏压计算：令=b，求As；若As minbh0，则直接求As。若As minbh0，则As=minbh0 s x 若x 2a（平衡方程）若x2a（对受压钢筋取矩）和双筋截面类似。,复习,第5章,小偏压计算：令As=minbh0 由三个方程求 若 1.6-b，为真值，求As 若 1.6-b，不为真值，取s=-fy，=1.6-b，（当h/h0时，取h/h0），重新计算。受拉钢筋、受压钢筋均应满足最小配筋率。,复习,第5章,6、截面复核假设为大偏压，对荷载作用点取矩，求b，大偏压；分二种情况：x2a，由平衡方程求Nu x2a，对受压钢筋取矩求Nu b，小偏压；以小偏压图形重求。分二种情况：1.6-b，为真值，由平衡方程Nu 1.6-b，不为真值，取 s=-fy，重新计算x，再由平衡方程求Nu。,复习,第5章,5.4 对称配筋偏心受压构件1、为什么要对称配筋承受数量相近的正负弯矩，施工方便2、大偏压公式、计算过程令As=As，fy=fy，大小偏心可直接用 判断。,复习,第5章,5.5 NM关系规律大偏压：M 相同，N 越小越危险；N 相同，M 越大越危险。小偏压：M 相同，N 越大越危险；N 相同，M 越大越危险。原因：大偏压是受拉破坏，破坏开始受拉边，拉应力越大越危险。大偏压是受压破坏，破坏开始受压边，压应力越大越危险。,复习,第5章,5.6 偏压构件受剪承载力计算 N 的存在能限制斜裂缝开展，增加骨料咬合力，扩大混凝土剪压区高度，受剪承载力提高。在受弯构件斜截面承载力计算公式中增加了N项。,复习,第7章,第7章钢筋混凝土受扭构件承载力计算扭转可分两类：平衡扭转：荷载直接引起的扭转，可利用静力平衡条件求得，与构件的抗扭刚度无关。协调扭转：变形的协调使构件产生的扭转，大小与构件所受的扭矩及连接处构件各自的抗扭刚度有关。过去对协调扭转的受扭构件常不作专门的计算，而仅仅以适当增配若干构造钢筋来处理。目前国标也一些规定。受扭构件通常还同时受到弯矩和剪力的作用。,复习,第7章,7.1 钢筋混凝土受扭构件的破坏形态及开裂扭矩1、纯扭构件斜裂缝方向、起始位置和破坏面裂缝一般先出现在截面长边中点，与构件轴线成45，破坏面为空间扭曲面。,2、配筋形式最有效的配筋应沿主拉应力迹线成螺旋形布置；但施工复杂，且不能适应变号扭矩作用。箍筋与纵筋形成的空间配筋，两者缺一不可。,复习,第7章,3、矩形截面纯扭构件的破坏形态少筋破坏:特征：长边斜裂缝一出现就沿45向邻近两个短边发展，在第四边出现裂缝后破坏，破坏面为空间扭曲面。条件：配筋数量过少承载力：取决于混凝土的抗拉强度。破坏性质：脆性破坏，在设计中应予避免。防止方法：满足受扭钢筋的最小配筋率和构造等要求。,复习,第7章,适筋破坏:特征：与临界（斜）裂缝相交的抗扭钢筋都能达到屈服，然后在第四边上混凝土压坏。条件：箍筋和纵筋配置都合适。承载力：取决于配筋数量。破坏性质：具有一定的延性和明显的预兆。防止方法：进行受扭承载力计算。钢筋混凝土受扭构件的承载力计算以该种破坏为依据。,复习,第7章,超筋破坏:完全超筋特征：抗扭钢筋屈服前，相邻两条45斜裂缝间混凝土先压坏。条件：配筋数量过多 部分超筋特征：破坏时一种抗扭钢筋屈服，另一种抗扭钢筋没屈服。条件：抗扭箍筋与抗扭纵筋数量相差过大。承载力：取决于混凝土的抗压强度。破坏性质：脆性破坏，在设计中也应予以避免。防止方法：控制截面尺寸及混凝土强度，即限制受扭钢筋的最大配筋率。控制箍筋和纵筋合适的比例。,复习,第7章,4、矩形截面构件在弯、剪、扭共同作用下的破坏形态弯型破坏：剪力很小、扭矩不大、弯矩相对较大，配筋量适中，破坏由弯矩起控制作用。扭型破坏：剪力较小，弯矩不大，扭矩相对较大，顶部钢筋少于底部钢筋时，破坏由扭矩起控制作用，称为扭型破坏。剪扭型破坏：弯矩很小，剪力和扭矩比较大，破坏由剪力和扭矩起控制作用。,Tcr(弹性理论)主拉应力stp=tmax=ft,Wte 截面受扭弹性抵抗矩,复习,第7章,5、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩,Tcu(塑性理论)截面各点应力均达到ft,Wt截面受扭塑性抵抗矩,开裂扭矩几乎相同，与配筋量无关,计算开裂扭矩忽略钢筋作用。,混凝土材料既非完全弹性，也不是理想塑性，开裂扭矩Tc介于Tcr和Tcu之间。按塑性应力分布计算，引入修正降低系数0.7，考虑应力非完全塑性分布的影响。,复习,第七章,复习,第7章,7.2 钢筋混凝土纯扭构件的承载力计算1、受扭构件配筋形式和构造要求配筋形式：抗扭纵筋与抗扭箍筋共同组成,箍筋：封闭型，末端弯折135，弯折直线长度不小于10倍箍筋直径。SSmax。能否采用四肢箍筋?,复习,第7章,纵筋：抗扭纵筋应沿截面周边均匀对称布置，截面四角处必须放置，其间距不应大于200mm或截面宽度。,复习,第7章,2、矩形截面纯扭构件承载力,模型试验表明：钢筋混凝土实心与空心截面构件极限受扭承载力基本相同。,开裂后箱形截面构件受力空间桁架模型：纵筋为受拉弦杆，箍筋为受拉腹杆，斜裂缝间的混凝土为斜压腹杆。,复习,第7章,水口公式：,Acor截面核心部分面积,配筋强度比z 纵筋和箍筋的体积比和强度比的乘积。,Ast 沿截面周边均匀对称布置的全部纵筋面积；Ast沿截面周边布置的单肢箍筋面积；ucor 截面核心部分的周长。,试验表明，0.5z 2.0，破坏时纵筋和箍筋基本都能屈服。规范建议取0.6z 1.7，设计中通常取z=1.2。,避免超筋脆性破坏,避免少筋脆性破坏,公式适用范围,复习,第7章,复习,第7章,7.3 钢筋混凝土构件在弯、剪、扭共同作用下的承载力计算,1、矩形截面构件在剪、扭作用下的承载力计算剪扭相关性：受剪承载力因扭矩的存在而降低；受扭承载力因剪力的存在而降低。,图7-11剪、扭承载力相关图,复习,第7章,对于有腹筋的剪扭构件，采用以两项式的表达形式来计算。第一项为混凝土的承载力（考虑剪扭的相关作用），第二项为钢筋的承载力（不考虑剪扭的相关作用）。同时，假定有腹筋构件在剪、扭作用下混凝土部分所能承担的扭矩和剪力的相互关系与无腹筋构件一样服从曲线1的关系。,复习,第7章,剪扭构件抗扭承载力Tc：,混凝土受扭承载力降低系数t：,无腹筋梁纯扭作用抗扭承载力Tc0：,范围0.51.0。,剪扭构件抗剪承载力Vc：,无腹筋梁纯剪作用抗剪承载力Vc0：,一般剪扭构件承载力计算,混凝土部分承载力剪扭相关,复习,第7章,复习,第7章,2、矩形截面构件在弯、扭作用下的承载力计算分别按受弯构件的正截面受弯承载力和纯扭构件的受扭承载力计算，不考虑弯扭承载力相关性。钢筋分别按弯、扭对纵筋和箍筋的构造要求配置，位于相同部位处的钢筋可进行面积叠加后配筋。3、弯、剪、扭共同作用下的承载力计算弯扭承载力不相关，剪扭混凝土承载力相关。,复习,第8章,第8章钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算概 述1、正常使用极限状态的内容抗裂验算（抗裂设计）：承受水压的轴心受拉、小偏心受拉构件要求抗裂；开裂后会引起渗漏的构件要求抗裂；开裂会渗漏但采取有效防渗措施的构件不要求抗裂。即，是否抗裂取决于是否会渗漏。裂缝宽度验算（限裂设计）：大多构件带裂缝工作，对钢筋混凝土结构而言，只有混凝土开裂，钢筋才能起作用。但由美观、耐久性、抗渗性等要求，要求裂缝宽度小于一定值。变形验算：严格限制变形的构件。,复习,第8章,2、抗裂验算与裂缝宽度验算之间的关系一个构件能满足抗裂验算，但裂缝宽度计算值也许会很大。抗裂公式与裂缝宽度公式并不配套。对一般的抗裂构件，满足抗裂验算后，不必进行裂缝宽度验算。对特别重要的抗裂构件，确有必要，满足抗裂缝验算后，还须进行裂缝宽度验算，即所谓“双控”。但取ct=0.55仍能满足，则不需计算裂缝宽度。,复习,第8章,3、正常使用极限状态可靠度小于承载能力极限状态承载能力极限状态：计算正常使用极限状态：验算原因是：正常使用极限状态是在承载能力得到保证前提的验算。正常使用极限状态不满足所造成的危害小于承载能力极限状态。,表现在：承载能力 正常使用荷载：设计值标准值 强度：设计值标准值结构系数：1.2 无（DL）设计状况系数：1.0、0.95 无（DL）重要性系数：1.1、1.0、0.90 相同（DL）安全系数：1.35、1.20、1.15 无（SL）,第八章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,8.1 概 述,复习,第8章,4、荷载组合理应考虑短期组合及长期组合。但目前无法确定长期组合，所只计算标准组合，即短期组合。抗裂验算：标准组合裂缝宽度与挠度验算：标准组合（并考虑部分荷载的长期作用的影响）,复习,第8章,8.2 抗裂验算一、轴心受拉构件,混凝土即将开裂时钢筋的拉应力2030N/mm2，可见此时的钢筋应力是很低的。用增加钢筋面积的方法来提高构件的抗裂能力是极不合理的。提高构件抗裂能力的措施主要有：加大构件截面尺寸；提高混凝土抗拉强度，但并不是提高强度等级；在局部混凝土中掺入钢纤维；最根本的方法则是采用预应力混凝土构件。,复习,第8章,二、受弯构件1、应力图形,实际的应力与应变图形,假定的应力图形,复习,第8章,2、思路应用材料力学公式；材力公式适用于均质、线性材料。做二方面的工作：将钢筋与混凝土二种材料的构件转化成均质材料。将钢筋转化成位置上的混凝土。根据开裂弯矩不变的原则，引入塑性影响系数，将非线性应力图形简化成线性应力图形。根据平衡，得极限方程。将抗拉强度采用标准值，引入拉应力限制系数，来考虑可靠度。,复习,第8章,三、偏拉构件把钢筋换算为混凝土截面面积，引入塑性影响系数，用材料力学公式进行计算。,由：轴拉构件的应变梯度=0，塑性影响系数=1；受弯构件的应变梯度0，塑性影响系数1；得到：,复习,第8章,偏拉随截面平均拉应力的大小，按线性规律在1与m之间变化。=0时（受弯），偏拉=m；=ft时（轴拉），偏拉1。,复习,第8章,四、偏压构件 偏压大于m，为简化计算并偏于安全取偏压m：,第八章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,8.2 抗裂验算,SL191-2008规范与DL/T5057-2009规范的抗裂验算公式形式相同。荷载效应（Mk、Mk）计算方法不同的。在SL191-2008规范的正常使用极限状态设计表达式中，不考虑结构重要性系数。（Mk、Mk）就是荷载标准值产生的内力总和。DL/T5057-2009规范的正常使用极限状态设计表达式中，考虑了结构重要性系数。（Mk、Mk）就是荷载标准值产生的内力总和与结构重要性系数的乘积。,复习,第8章,8.2 裂缝宽度验算一、概述1、裂缝分荷载和非荷载因素引起的两类；水工钢筋混凝土中的裂缝主要由非荷载因素引起。非荷载因素：温变与干缩2、只有杆系结构，由弯矩、轴心拉力、偏心拉(压)力等引起的垂直裂缝（正截面裂缝）规范才可计算。非杆系结构的裂缝，规范是无法计算的；杆系结构中的，由剪力或扭矩引起的斜裂缝，规范是无法计算的。,复习,第8章,3、允许最大裂缝宽度是根据外观、耐久性、抗渗性等要求确定。与环境类别有关，与水力梯度有关；4、裂缝宽度公式分数理统计的经验公式与半理论半经验公式二种；理论又可分为三类：粘结滑移理论、无滑移理论与综合理论；我国采用半理论半经验公式（综合理论）；,复习,第8章,5、粘结滑移理论的特点裂缝开展是由于钢筋和混凝土之间不再保持变形协调而出现相对滑移造成的。在一个裂缝区段(裂缝间距lcr)内，钢筋与混凝土伸长之差是裂缝开展宽度，lcr越大，越大。lcr取决于钢筋与混凝土之间的粘结力大小及分布。混凝土表面的裂缝宽度与内部钢筋表面处是一样的。,复习,第8章,6、无粘结滑移理论的特点假定裂缝开展后，混凝土截面在局部范围内不再保持为平面，钢筋与混凝土之间的粘结力不破坏，相对滑移忽略不计。表面裂缝宽度是受从钢筋到构件表面的应变梯度控制的，与保护层厚度c大小有关。7、综合理论建立在前两种理论基础上，既考虑保护层厚度c的影响，也考虑钢筋可能出现的滑移。,复习,第8章,8.2 裂缝开展宽度的验算1、裂缝开展前后的应力状态裂缝出现后，沿构件长度方向，钢筋与混凝土的应力随裂缝位置变化，中和轴随裂缝位置呈波浪形起伏。,由于混凝土质量不均，裂缝间距有疏有密。最大间距可为平均间距的1.32倍。荷载超过开裂荷载50以上时，裂缝间距才趋于稳定。裂缝开展宽度有大有小，实际设计考虑的是最大宽度。,复习,第8章,2、平均裂缝宽度m把问题理想化，裂缝是等间距的，同时发生的。荷载增加只加大裂缝宽度，不产生新的裂缝。各条裂缝宽度，在同一荷载下相等。,由粘结滑移理论得,裂缝宽度主要取决于裂缝截面钢筋应力s，裂缝间距lcr、钢筋应变不均匀系数。,复习,第8章,粘结滑移理论推求出的 lcr 与钢筋直径 d 及有效配筋率teAsAte有关。为什么？无滑移理论认为保护层厚度 c 是影响构件表面裂缝宽度的主要因素。,复习,第8章,=sm/s，反映裂缝间受拉混凝土参与工作的程度。1。越小，混凝土参与承受拉力的程度越大；越大，混凝土承受拉力的程度越小，1，混凝土脱离工作。,8.3 裂缝开展宽度的验算,3、最大裂缝宽度max混凝土质量不均匀，裂缝间距有疏有密，宽度有大有小