钢筋混凝土结构小结.ppt

钢筋混凝土结构复习提纲,第一章 钢筋混凝土的一般概念及材料的主要力学性能,几个指标：屈服强度：是钢筋强度的设计依据，因为钢筋屈服后将发生很大的塑性变形，且卸载时这部分变形不可恢复，这会使钢筋混凝土构件产生很大的变形和不可闭合的裂缝。屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度。延 伸 率：钢筋拉断后的伸长值与原长的比率，是反映钢筋塑性性能的指标。延伸率大的钢筋，在拉断前有足够预兆，延性较好。,屈 强 比：钢筋屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值，反映钢筋的强度储备，fy/fu=0.60.7。,混凝土的立方抗压强度fcu,k,用边长为150mm的标准立方体试件，在标准养护条件下（温度203，相对湿度不小于90%）养护28天后，按照标准试验方法（试件的承压面不涂润滑剂，加荷速度约每秒0.150.3N/mm2）测得的具有95%保证率的抗压强度，作为混凝土的立方抗压强度标准值，用符号fcu,k表示。,一类是受力变形；另一类是体积变形，包括收缩、膨胀和温度变形。徐变 定义：混凝土在长期不变荷载作用下，应变随时间继续增长的现象，叫做混凝土的徐变。对结构构件的不利影响：增大混凝土构件的变形；在预应力混凝土构件中引起预应力损失等。,混凝土的变形,收缩,在常温下体积缩小的现象。在实际工程中，要采取一定措施减小收缩应力的不利影响施工缝。,粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础。,钢筋和混凝土这两种材料结合在一起，在荷载、温度、收缩等外界因素作用下，能够共同工作，除了两者具有相近的线膨胀系数外，主要是由于混凝土硬化后，钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结能力。,产生钢筋和混凝土粘结强度的主要原因：,混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；混凝土颗料的化学作用产生的混凝土与钢筋之间的胶合力；钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的咬合力；钢筋端部加弯钩、弯折或在锚固区焊短钢筋、焊角钢等来提供锚固能力。,光面钢筋的粘结能力来源于胶结和摩擦。,变形钢筋的粘结能力主要来源于摩擦力和机械咬合力。,保证粘结力的措施：,（1）钢筋的锚固长度和搭接长度；（2）钢筋周围的混凝土应有足够的厚度；（3）钢筋末端的弯钩；（4）混凝土的浇筑。,结构的功能要求,第二章 钢筋混凝土结构计算的基本原理,安全性结构在正常施工和正常使用的条件下，能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件（如强烈地震、爆炸、车辆撞击等）发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。适用性结构在正常使用时具有良好的工作性能。例如，不会出现影响正常使用的过大变形或振动；不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。耐久性结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。,建筑结构安全等级的划分 建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级。根据破坏后果的严重程度，建筑结构划分为三个安全等级。,定义：房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的持久年限。,结构的设计使用年限,按随作用时间的长短和性质，结构上的作用可分为以下三类：永久作用 永久作用亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或者其变化与平均值相比可忽略不计的作用（荷载）。如结构自重、土压力、预应力等。可变作用 可变作用也称为活荷载，是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载。,结构上的作用,偶然作用 在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短的作用称为偶然作用。,荷载标准值、荷载设计值、荷载分项系数,材料强度标准值、分项系数、材料强度的设计值,作用效应 结构上的各种作用，在结构内产生的内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）和变形（如挠度、转角、裂缝等）的总称，用S表示。结构抗力 结构或构件承受作用效应的能力，如构件的承载力、刚度、抗裂度等，用R表示。结构抗力是结构内部固有的，其大小主要取决于材料性能、构件几何参数及计算模式的精确性等。,作用效应和结构抗力,结构的功能函数,按极限状态方法设计建筑结构时，要求所设计的结构具有一定的预定功能，这可用包括各有关变量在内的结构功能函数来表达，即,极限状态方程,功能函数,当功能函数中仅包括作用效应 和结构抗力 两个基本变量时，可得,当 时，结构处于可靠状态,当 时，结构处于失效状态,当 时，结构处于极限状态,结构的极限状态,承载能力极限状态 这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。承载能力极限状态主要考虑关于结构安全性的功能。,正常使用极限状态 正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。正常使用极限状态对应于适用性或耐久性的功能。,第三章 受弯构件承载力计算与构造,梁中通常配置纵向受力钢筋、弯起钢筋、箍筋、架立钢筋等，构成钢筋骨架。,梁的配筋,纵向受力钢筋,作用：配置在受拉区的纵向受力钢筋主要用来承受由弯矩在梁内产生的拉力，配置在受压区的纵向受力钢筋则是用来补充混凝土受压能力的不足。,架立钢筋,作用：一是固定箍筋位置以形成梁的钢筋骨架；二是承受因温度变化和混凝土收缩而产生的拉应力，防止发生裂缝。受压区配置的纵向受压钢筋可兼作架立钢筋。,弯起钢筋,作用：弯起钢筋在跨中是纵向受力钢筋的一部分，在靠近支座的弯起段弯矩较小处则用来承受弯矩和剪力共同产生的主拉应力，即作为受剪钢筋的一部分。,箍筋,作用：承受由剪力和弯矩在梁内引起的主拉应力，并通过绑扎或焊接把其他钢筋联系在一起，形成空间骨架。,梁的配筋,板的配筋,板通常只配置纵向受力钢筋和分布钢筋。,受力钢筋,作用：用来承受弯矩产生的拉力。,分布钢筋,作用：一是固定受力钢筋的位置，形成钢筋网；二是将板上荷载有效地传到受力钢筋上去；三是防止温度或混凝土收缩等原因沿跨度方向的裂缝。,板的配筋,混凝土保护层厚度,作用：一是保护钢筋不致锈蚀，保证结构的耐久性；二是保证钢筋与混凝土间的粘结；三是在火灾等情况下，避免钢筋过早软化。,钢筋的锚固,定义：钢筋混凝土构件中，某根钢筋若要发挥其在某个截面的强度，则必须从该截面向前延伸一个长度，以借助该长度上钢筋与混凝土的粘结力把钢筋锚固在混凝土中，这一长度称为锚固长度。钢筋的锚固长度取决于钢筋强度及混凝土强度，并与钢筋外形有关。,钢筋的连接,单筋矩形截面的破坏特征,根据梁纵向钢筋配筋率的不同，钢筋混凝土梁可分为适筋梁、超筋梁和少筋梁三种类型，不同类型梁的具有不同破坏特征。,适筋梁延性破坏；超筋梁脆性破坏；少筋梁脆性破坏。,配筋率：,纵向受拉钢筋总截面面积与正截面的有效面积的比值，成为纵向受拉钢筋的配筋百分率，或简称配筋率。随着配筋率的由小到大变化，梁的破坏由少筋破坏转变为适筋破坏以致于超筋破坏。,单筋矩形截面正截面承载力计算,（1）平截面假定；,（2）钢筋的应力 等于钢筋应变 与其弹性模量 的乘积，但不得大于其强度设计值，即,（3）不考虑受拉区混凝土的抗拉强度；,基本假定：,（4）受压混凝土采用理想化的应力应变关系曲线；,平截面假定,混凝土应力应变曲线,等效矩形应力图,简化原则：受压区混凝土的合力大小不变；受压区混凝土的合力作用点不变。,等效矩形应力图形的混凝土受区高度，等效矩形应力图形的应力值为。,等效原则：合力大小C相等，形心位置yc一致,相对界限受压区高度,相对受压区 高度,相对界限受 压区高度,相对界限受压区高度仅与材料性能有关，与截面尺寸无关。,截面最小配筋率：,最小配筋率的确定原则：配筋率 为的钢筋混凝土受弯构件，按a阶段计算的正截面受弯承载力应等于同截面素混凝土梁所能承受的弯矩Mcr（Mcr为按a阶段计算的开裂弯矩）。,对于受弯构件，按下式计算：,是否超筋破坏的判断：,若，构件破坏时受拉钢筋不能屈服，表明构件 超筋破坏；若，构件破坏时受拉钢筋已经达到屈服强度，表明发生的破坏为适筋破坏或少筋破坏。,基本公式,式中:M 弯矩设计值；fc 混凝土轴心抗压强度设计值；fy钢筋抗拉强度设计值；x混凝土受压区高度。,截面设计 P78页 习题1,已知：、求：未知数：、。基本公式：,（3）当 时，用基本公式直接计算；,（4）如果，说明是少筋梁，取。,（1），,（2）当 时，说明是超筋梁，改用双筋梁或增大截面尺寸重新计算；,截面复核 P44页 例题3-3,（1）当 且 时，用基本公式直接计算；,（2）当 时，说明是超筋梁，取，；,（3）当 时，说明是少筋梁，分别按素混凝土构件和钢筋 混凝土构件计算，取小值。,双筋矩形截面正截面承载力计算,双筋截面是指在受压区配置较多受压钢筋，在正截面受压承载力计算中必须考虑受压钢筋的受压作用的情况。,单筋部分,纯钢筋部分,双筋矩形截面计算简图,基本公式,T型截面,第一类T形截面,第二类 T 形截面,界限情况,两类T型截面判别,钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算,斜截面三种破坏形态,斜拉破坏,剪压破坏,斜压破坏,当剪跨比较大(3)时，或箍筋配置不足时出现。特点是斜裂缝一出现梁即破坏。,当剪跨比较小(1)时，或箍筋配置过多时易出现。此破坏系由梁中主压应力所致。,当剪跨比一般(13)时，箍筋配置适中时出现。此破坏系由梁中剪压区压应力和剪应力联合作用所致,剪压破坏通过计算避免，斜压破坏和斜拉破坏分别通过采用截面限制条件与按构造要求配置箍筋来防止。剪压破坏形态是建立斜截面受剪承载力计算公式的依据。,斜截面承载力影响因素,（1）剪跨比越大，有腹筋梁的抗剪承载力越低；（2）随着混凝土强度等级的提高而提高；（3）随纵向钢筋配筋率的提高而增大；（4）在配箍最适当的范围内，梁的受剪承载力随配箍量的增多、箍筋强度的提高而有较大幅度的增长。,Vu,Vc,Vsv,Vsb,计算原则,假定梁的斜截面受剪承载力Vu由斜裂缝上剪压区混凝土的抗剪能力Vc，与斜裂缝相交的箍筋的抗剪能力Vsv和与斜裂缝相交的弯起钢筋的抗剪能力Vsb三部分所组成。由平衡条件Y=0可得：Vu=Vc+Vsv+Vsb,受剪承载力的组成,抵抗弯矩图,概念：按构件实际配置的钢筋所绘出的各正截面所能承受的弯矩图形称为抵抗弯矩图，也叫材料图。,第四章 钢筋混凝土构件的变形与裂缝计算,提高受弯构件的弯曲刚度的措施,（1）提高混凝土强度等级；（2）增加纵向钢筋的数量；（3）选用合理的截面形状（如形、形等)；（4）增加梁的截面高度，此为最有效的措施。,影响裂缝宽度的主要因素,（1）纵向钢筋的应力 裂缝宽度与钢筋应力近似成线性关系；（2）纵筋的直径 当构件内受拉纵筋截面相同时，采用细而密的钢筋，则会增大钢筋表面积，因而使粘结力增大，裂缝宽度变小。(3）纵筋表面形状 带肋钢筋的粘结强度较光面钢筋大得多，可减小裂度宽度。(4）纵筋配筋率 构件受拉区的纵筋配筋率越大，裂缝宽度越小。,减小裂缝宽度的主要措施,（1）增大钢筋截面积；（2）在钢筋截面面积不变的情况下，采用较小直径的钢筋；（3）采用变形钢筋；（4）提高混凝土强度等级；（5）增大构件截面尺寸；（6）减小混凝土保护层厚度。,其中，采用较小直径的变形钢筋是减小裂缝宽度最有效的措施。需要注意的是，混凝土保护层厚度应同时考虑耐久性和减小裂缝宽度的要求。除结构对耐久性没有要求，而对表面裂缝造成的观瞻有严格要求外，不得为满足裂缝控制要求而减小混凝土保护层厚度。,第五章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,受压构件（柱）往往在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。,受压构件的类型,纵向受力钢筋,协助混凝土承受压力；承受可能的弯矩，以及混凝土收缩和温度变形引起的拉应力；防止构件突然的脆性破坏。,配筋方式,对称配筋：在柱的弯矩作用方向的两对边对称布置相同的纵向受力钢筋。非对称配筋：在柱的弯矩作用方向的两对边布置不同的纵向受力钢筋。,箍筋,保证纵向钢筋的位置正确；防止纵向钢筋压屈，从而提高柱的承载能力。对于截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋。其原因是，内折角处受拉箍筋的合力向外。,长柱、短柱的区别,按照长细比 l 的大小，轴心受压柱可分为短柱和长柱两类。对方形和矩形柱，当 l 8 时属于短柱，否则为长柱。其中l为柱的计算长度，为矩形截面的短边尺寸。,细长轴心受压构件承载力降低的现象,初始偏心距,附加弯矩和侧向挠度,加大了原来的初始偏心距,构件承载力降低,轴心受压普通箍筋柱的正截面承载力计算,轴心受压短柱,轴心受压长柱,稳定系数,稳定系数j 主要与柱的长细比 l0/i 有关,截面设计 P96页 例题5-1,截面复核 P96页 例题5-2,已知：轴心压力设计值N，材料强度等级fc、fy，构件计算长度l0，截面面积bxh 求：纵向受压钢筋面积As,偏心受压普通箍筋柱的正截面承载力计算,破坏特征,按照轴向力的偏心距和配筋情况的不同，偏心受压构件的破坏可分为受拉破坏和受压破坏两种情况。,偏心距e0较大,偏心距e0/h0较小,As太多,破坏特征：受拉钢筋首先达到屈服强度，最后受压区混凝土达到界限压应变而被压碎，构件破坏。此时，受压区钢筋也达到屈服强度。破坏性质：延性破坏,受拉破坏,受压破坏,破坏特征：临近破坏时，构件截面压应力较大一侧混凝土达到极限压应变而被压碎。构件截面压应力较大一侧的纵向钢筋应力也达到了屈服强度；而另一侧混凝土及纵向钢筋可能受拉，也可能受压，但应力较小，均未达到屈服强度。破坏性质：脆性破坏,界限破坏：在受拉钢筋达到受拉屈服强度时，受压区混凝土也达到极限压应变而被压碎，构件破坏，这就是大小偏心受压破坏的界限。判断条件：当 b，属于大偏心受压构件 当 b，属于小偏心受压构件,受拉破坏与受压破坏的界限,f,y,A,s,f,y,A,s,N,ei,e,由（1）式,大偏心受压构件承载力计算,当x xb时,由于施工误差、荷载作用位置的不确定性及材料的不均匀等原因，实际工程中不存在理想的轴心受压构件。为考虑这些因素的不利影响，引入附加偏心距ea，即在正截面受压承载力计算中，偏心距取计算偏心距e0=M/N与附加偏心距ea之和，称为初始偏心距ei,参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距ea取20mm与h/30 两者中的较大值，此处h是指偏心方向的截面尺寸。,附加偏心距：,当x xb时,受压破坏(小偏心受压),小偏心受压构件承载力计算,第七章 钢筋混凝土受拉构件承载力计算,与受压构件相似，受拉构件可分为轴心受拉构件和偏心受拉构件；当轴向力N的作用线与构件截面形心轴线重合时，称为轴心受拉构件；当轴向拉力N的作用线与构件截面形心轴线不重和或构件上既有拉力，又作用有弯矩时，称为偏心受拉构件。,轴心受拉构件承载力计算,轴心受拉构件破坏时，混凝土早已被拉裂，全部外力由钢筋来承受。轴心受拉构件的承载力计算公式如下：,N 为轴向拉力的设计值；Fy 为钢筋抗拉强度设计值；As 为全部受拉钢筋的截面面积，应满足As(0.9ft/fy)A，A为构件截面面积。,偏心受拉构件承载力计算,偏心受拉构件的计算，按纵向力N的位置不同，可分为两种情况：1.当纵向力N作用在钢筋As合力点及As的合力点范围以外时，属于大偏心受拉；2.当纵向力作用在钢筋As合力点及As的合力点范围以内时，属于小偏心受拉；,e,0,N,f,y,A,s,f,y,A,s,小偏心受拉构件,e,e,小偏心受拉构件承载力计算,大偏心受拉构件承载力计算,适用条件：x xbx2a,作业：P79页 习题4；P118页 习题1、3。,第八章 预应力混凝土构件,预应力混凝土的基本原理,为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，可以设法在结构构件承受使用荷载前，预先对受拉区的混凝土施加压力，使它产生预压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而将结构构件的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态，以推迟混凝土裂缝的出现和开展，从而提高构件的抗裂性能和刚度。,预应力混凝土的分类,全预应力混凝土、部分预应力混凝土、有限预应力混凝土,预应力混凝土的特点,1.构件的抗裂性能较好。2.构件的刚度较大。3.构件的耐久性较好。4.工序较多，施工较复杂，且需要张拉设备和锚具等设施。,预应力混凝土不能提高构件的承载能力。,按照张拉钢筋与浇筑混凝土的先后关系，施加预应力的方法可分为先张法和后张法两类。,1.先张法定义：先张拉预应力钢筋，然后浇筑混凝土的施工方法，称为先张法。主要工艺过程是：穿钢筋张拉钢筋浇筑混凝土并进行养护切断钢筋。2.后张法定义：先浇筑混凝土，待混凝土硬化后，在构件上直接张拉预应力钢筋，这种施工方法称为后张法。主要工艺过程：浇筑混凝土构件（在构件中预留孔道）并进行养护穿预应力钢筋张拉钢筋并用锚具锚固往孔道内压力灌浆。,张拉控制应力,在张拉预应力钢筋时所达到的规定应力,用con表示。张拉控制应力取得高些，不但可以提高构件的抗裂性能和减小挠度，而且可以节约钢材。因此，con值适当取高一些是有利的。但con值不能过高。,预应力损失,由于张拉工艺和材料特性等原因，从张拉钢筋开始直到构件使用的整个过程中，经张拉所建立起来的钢筋预应力将逐渐降低，这种现象称为预应力损失。,第十一章 多层及高层房屋结构概论,常用结构体系,结构构件受力与传力的结构组成方式称为结构体系。目前，钢筋混凝土多层及高层房屋常用的结构体系有框架体系、框架-剪力墙体系、剪力墙体系和筒体体系等。,框架结构,由梁和柱为主要承重构件组成的承受竖向和水平作用的结构称为框架结构。,框架结构分类,框架结构按施工方法可分为全现浇式框架、半现浇式框架、装配式框架和装配整体式框架四种形式。,承重框架的三种布置方案,（1）横向布置方案；（2）纵向布置方案；（3）纵横向布置方案。,剪力墙结构,利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构称为剪力墙结构。,框架-剪力墙结构,在框架结构中的适当部位增设一定数量的钢筋混凝土剪力墙，形成的框架和剪力墙结合在一起共同承受竖向和水平力的体系叫做框架-剪力墙体系简称框-剪体系。,由筒体为主组成的承受竖向和水平作用的结构称为筒体结构体系。,筒体结构,