钢筋混凝土结构.doc
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1、2013 至2014 学年第 二 学期 铁路信号与通信设备_课程教案总学时周学时: 36 /周学时 开课时间: 2014 年 3 月 8 日第 一 周至第 十八 周 授课年级、专业、班级:_13级乘务系_使用教材:_授课教师:_ 吕百超 _ 钢筋混凝土结构_课程教案课次1授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目:第二章 第二节 联锁及联锁图表教学目的、要求:1、熟悉认识混凝土结构的常见类型。2、掌握钢筋混凝土的一般概念及特点,国内外钢筋混凝土的发展简况及其应用。3、了解学习本门课程的基本方法。教学重点及难点:钢筋混凝土的概念、优缺点,本课程的特点及要解决的问题。教 学 基
2、 本 内 容方法及手段第一章建筑物结构设计的基本原则一、建筑结构的一般概念建筑结构是指建筑物中用来承受各种作用的受力体系。结构上的作用是指能使结构产生效应(内力、变形)的各种原因的总称。主要以混凝土材料,并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管等,作为主要承重材料的结构,均可称为混凝土结构(Concrete Structure)。分类1、按材料 混凝土结构 砌体结构 钢结构 木结构 2、按受力和构造特点分:多层与高层建筑:混合结构体系 框架结构体系 剪力墙结构体系(包括框一剪、全剪、筒体结构)单层大跨度建筑(屋盖结构):平面结构体系:门式刚架、薄腹梁结构、绗架结构、拱结构。 3、空间结构体系:
3、壳体结构、网架结构、悬索结构。 二、混凝土结构的概念及优缺点概念:仅仅或主要以混凝土为材料的结构称为混凝土结构。分类:素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、钢骨混凝土结构钢管混凝土结构、FRP筋混凝土、钢 -混凝土混合结构、纤维混凝土混凝土与钢筋的配合混凝土结构的优点: 材料利用合理:钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥,结构承载力与刚度比例合适,基本无局部稳定问题,单位应力价格低,对于一般工程结构,经济指标优于钢结构。 可模性好:混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸,适用于各种形状复杂的结构,如空间薄壳、箱形结构等。 耐久性和耐火性较好,维护费用低:钢筋有混凝土的保护层,不易产生
4、锈蚀,而混凝土的强度随时间而增长;混凝土是不良热导体,30mm厚混凝土保护层可耐火2小时,使钢筋不致因升温过快而丧失强度。 现浇混凝土结构的整体性好,且通过合适的配筋,可获得较好的延性,适用于抗震、抗爆结构;同时防振性和防辐射性能较好,适用于防护结构。 刚度大、阻尼大,有利于结构的变形控制。 易于就地取材:混凝土所用的大量砂、石,易于就地取材,近年来,已有利用工业废料来制造人工骨料,或作为水泥的外加成分,改善混凝土的性能。混凝土结构的缺点: 自重大:不适用于大跨、高层结构。(轻质、高强和预应力) 抗裂性差:普通RC结构,在正常使用阶段往往带裂缝工作,环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久
5、性;也限制了普通RC用于大跨结构,高强钢筋无法应用。(预应力混凝土) 承载力有限:在重载结构和高层建筑底部结构,构件尺寸太大,减小使用空间。(高强、钢骨、钢管混凝土) 施工复杂,工序多(支模、绑钢筋、浇筑、养护),工期长,施工受季节、天气的影响较大。(钢模、飞模、滑模等,泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等) 混凝土结构一旦破坏,其修复、加固、补强比较困难。三、混凝土结构的发展简况四、 混凝土结构课程学习中应注意的问题1、构件和结构设计是一个综合性问题设计过程包括结构方案、构件选型、材料选择、配筋构造、施工方案等还需要考虑安全适用和经济合理。设计中许多数据可能有多种选择方案,因此设计结
6、果不是唯一的。最终设计结果应经过各种方案的比较,综合考虑使用、材料、造价、施工等各项指标的可行性,才能确定较为合适的一个设计结果。2、工程项目的建设是国家的重要工作,必须依照国家颁布的法规进行设计人员必须遵照各种结构类型的设计规范或规程进行设计。各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件,其目的是使工程结构的设计在符合国家经济政策的条件下,保证设计的质量和工程项目的安全可靠。注意在学习中,有关基本理论的应用最终都要落实到规范的具体规定。由于工程结构类型很多,不同的结构类型有不同的设计规范或规程,但混凝土结构的基本理论是一致的,应重点学好基本理论。本学期以基本理论为主,并结合主要用于建筑结构的
7、混凝土结构设计规范GB500010学习。后续课程将结合各种结构类型,介绍有关的设计方法和设计规范。3、设计工作是一项创造性工作一方面在设计工作中必须按照规范进行另一方面只有深刻理解规范的理论依据,才能更好地应用规范,充分发挥设计者的主动性和创造性。规范是给傻瓜设计师编写的,注意学习中的创造性。本学科还在不断的发展和更新,因此设计工作不应被规范束缚,在经过各方面的可靠性论证后,应积极采用先进的理论和技术。规范一般十年左右修订一次,就是为了反映学科最新发展的成果。多媒体讲解音像讲解等举例讲解多媒体讲解举例讲解图例讲解作业、讨论题、思考题:1、混凝土结构的常见类型有哪些?2、钢筋混凝土的一般概念及特
8、点?课后小结:1、混凝土结构的常见类型。2、钢筋混凝土的一般概念及特点,国内外钢筋混凝土的发展简况及其应用。3、学习本门课程的基本方法。课次2授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目:第二章混凝土结构材料的力学性能教学目的、要求:1、理解混凝土结构主要用钢筋和混凝土材料制作而成。2、认识合理地进行混凝土结构设计的必要性。3、了解混凝土和钢筋的受力性能。4、掌握对混凝土和钢筋力学性能、相互作用和共同工作5、掌握混凝土结构构件性能并对其进行分析与设计的基础。教学重点及难点:混凝土的强度、混凝土的疲劳强度、钢筋的强度。教 学 基 本 内 容方法及手段一、钢筋的分类1、化学成分:
9、2、外形:4、供货形式3、加工方法二、钢筋的强度和变形钢材的力学性能(1) 应力-应变曲线:(2) 屈服强度s 钢筋强度设计计算的依据对于有明显屈服点的钢材,由于钢材的屈服将产生明显的,不可恢复的塑性变形,从而导致构件可能在钢材尚未进入强化阶段就发生破坏或产生过大的变形和裂缝,因此在正常使用情况下,构件中的钢材应力小于其屈服强度。故屈服强度是钢筋关键性的强度指标。(3)混凝土对钢筋性能的要求:(4) 伸长率和冷弯性能钢材的塑性性能指标三、混凝土的强度1、立方体抗压强度普通砼力学性能试验方法(GBJ8185)以边长为150mm的立方体在203C的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天,
10、依照标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度(以N/mm2计)作为混凝土的强度等级,并用符号2、轴心抗压强度 采用150mmx150mmx300mm棱柱体作为轴心抗压强度的标准试件 3、轴心抗拉强度混凝土的双向受力强度 混凝土在正应力和剪应力作用下的复合强度三向受压时,混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高四、混凝土的变形混凝土的变形分为两类:混凝土的受力变形 混凝土的非受力变形1、混凝土在一次短期加荷时的变形应力应变曲线1)混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量2)混凝土的横向变形系数2、混凝土在多次重复加荷时的变形疲劳现象强度值和弹性模量均有下降。3、徐变:在荷载保持不变的情况下随时间而
11、增长的变形 五、粘结力组成:粘结力的定义及组成粘结力的定义 若钢筋和混凝土有相对变形(滑移),就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力,这种力称为钢筋与混凝土的粘结力粘结力的组成 1化学胶结力:混凝土凝结时,由于水泥的水化作用在钢筋与混凝土接触面上产生的化学吸附作用力2摩擦力:混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住而产生的力 3机械咬合力:钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用而产生的力 4钢筋端部的锚固力:采取锚固措施后所造成的机械锚固力 多媒体讲解音像讲解等图例讲解图例讲解举例讲解多媒体讲解作业、讨论题、思考题:1、混凝土和钢筋的受力性能有哪些?2、混凝土和钢筋有哪些力学性能?
12、课后小结:1、混凝土结构主要用钢筋和混凝土材料制作而成。2、合理地进行混凝土结构设计的必要性。3、混凝土和钢筋的受力性能。课次3授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目:第三章受弯构件正截面承载力计算教学目的、要求: 1、理解一般钢筋混凝土梁正截面工作的三个阶段、钢筋混凝土梁正截面的破坏形态、正截面受弯承载力的一般计算方法。2、掌握受弯构件正截面的构造要求教学重点及难点:适筋梁的破坏特征、正截面各阶段应力状态、双筋矩形截面和单筋T形截面受弯构件正截面强度计算教 学 基 本 内 容方法及手段一、概 述梁的受弯性能(Test Research Analysis )1、平截面假
13、定对于配筋合适的RC梁,破坏阶段(III)承载力基本保持不变,变形可以持续很长,表明在完全破坏以前具有很好的变形能力,有明显的预兆,这种破坏称为“延性破坏”a状态:计算Mcr的依据阶段:计算裂缝、刚度的依据a状态:计算My的依据a状态:计算Mu的依据ecu=0.003 0.005,超过该应变值,压区混凝土即开始压坏,梁达到极限承载力。该应变值的计算极限弯矩Mu的标志。 2、受力特点:(适筋梁)破坏特征:Failure Mode受拉钢筋先屈服,然后受压区混凝土压坏,中间有一个较长的破坏过程,有明显预兆,“塑性破坏Ductile Failure”,破坏前可吸收较大的应变能。配筋率的影响 3、“超筋
14、梁(Over reinforced) ”。 当配筋率小于一定值时,钢筋就会在梁开裂瞬间达到屈服强度,少筋梁的这种受拉脆性破坏比超筋梁受压脆性破坏更为突然,很不安全,而且也很不经济,因此在建筑结构中不容许采用。4、截面应力分析几何关系 平衡条件 物理关系正截面受弯承载力计算的基本规定二、基本假定 Basic Assumptions(1) 截面应变保持平面;(2) 不考虑混凝土的抗拉强度;(3) 混凝土的受压应力-应变关系;(4) 钢筋的应力-应变关系,受拉钢筋的极限拉应变取0.01。三、等效矩形应力图 Equivalent Rectangular Stress Block四、最小配筋率多媒体讲解
15、音像讲解等举例讲解图例讲解作业、讨论题、思考题: 1、请画出等效矩形应力图? 2、受弯构件正截面的基本假定?课后小结:1、一般钢筋混凝土梁正截面工作的三个阶段、钢筋混凝土梁正截面的破坏形态、正截面受弯承载力的一般计算方法。2、受弯构件正截面的构造要求课次4授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目:第三章单筋矩形截面积算与配筋教学目的、要求:1、掌握受弯构件正截面的构造要求2、了解单筋、双筋矩形截面和单筋T形截面受弯构件正截面强度计算。重点及难点:单筋、双筋矩形截面和单筋T形截面受弯构件正截面强度计算。教 学 基 本 内 容方法及手段一、基本公式 1、适用条件 防止超筋脆性
16、破坏 防止少筋脆性破坏 2、截面复核已知:截面尺寸b,h(h0)、截面配筋As,以及材料强度fy、fc求:截面的受弯承载力 MuM未知数:受压区高度x和受弯承载力Mu3、截面设计已知:弯矩设计值M求:截面尺寸b,h(h0)、截面配筋As,以及材料强度fy、fc 未知数:受压区高度x、 b,h(h0)、As、fy、fc没有唯一解二、 双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算双筋截面是指同时配置受拉和受压钢筋的情况。 1、适用条件 防止超筋脆性破坏保证受压钢筋强度充分利用双筋截面一般不会出现少筋破坏情况,故可不必验算最小配筋率。2、截面复核已知:b、h、a、a、As、As 、fy、 fy、fc求:Mu
17、M未知数:受压区高度 x 和受弯承载力Mu两个未知数,有唯一解。3、截面设计已知:弯矩设计值M,截面b、h、a和a,材料强度fy、 fy 、 fc求:截面配筋已知:M,b、h、a、a,fy、 fy 、 fc、As求:As未知数:x、 As 三、T型截面受弯构件正截面承载力计算翼缘处的压应力与腹板处受压区压应力相比,存在滞后现象(Hysterisis), 有效翼缘宽度也称为翼缘计算宽度 第一类T形截面计算公式与宽度等于bf的矩形截面相同为防止超筋脆性破坏,相对受压区高度应满足x xb。对第一类T形截面,该适用条件一般能满足。第二类T形截面适用条件:只需验算超筋两类T形的判别多媒体讲解图例讲解举例
18、讲解多媒体讲解图例讲解举例讲解作业、讨论题、思考题: 1、单筋矩形截面积算与配筋的基本公式有哪些? 2、双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算需要注意什么?课后小结:1、基本公式 2、双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算3、T型截面受弯构件正截面承载力计算课次5授课方式理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时安排2授课题目:第四章受弯构件斜截面承载力计算教学目的、要求:1、 理解梁斜截面破坏的主要形态。2、 理解无腹筋梁、有腹筋梁的抗剪性能。3、 熟练掌握梁斜截面受剪承截力的一般计算方法。4、掌握保证梁斜截面受弯承载力的构造措施。教学重点及难点:抵抗弯矩图、纵筋的弯起和切断。教 学 基 本 内
19、容方法及手段一、概述在受弯构件的剪弯区段,在M、V作用下,有可能发生斜截面破坏。 斜截面破坏: 斜截面受剪破坏通过抗剪计算来满足受剪承载力要求; 斜截面受弯破坏通过满足构造要求来保证受弯承载力要求。1、斜裂缝的形成当主拉应力超过混凝土复合受力下的抗拉强度时,就会出现与主拉应力迹线大致垂直的裂缝。 抵抗主拉应力的钢筋: 弯起钢筋箍筋。2、无腹筋梁的斜截面受剪性能3、 斜裂缝的类型 4、 剪跨比的定义广义剪跨比: 应力状态发生变化:(1)剪压区剪应力和压应力明显增大 (2)与斜裂缝相交的纵筋应力突然增大 破坏时的受力模型: 拉杆拱结构5、无腹筋梁斜截面受剪破坏的主要形态斜拉破坏、剪压破坏、斜压破坏
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