砼设计原理施工员培训11.ppt

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1、混凝土结构设计原理,绪论粘结、锚固与耐久性钢筋和砼材料力学性能受弯构件正截面承载力受弯构件斜截面承载力拉压构件的承载力,第一章 绪论,一、混凝土结构的概念和特点 1.一般概念,素混凝土梁承载力小，破坏突然。,钢筋混凝土梁承载力大，变形性能好，破坏有预告。,一、混凝土结构的概念和特点 1.一般概念,钢筋混凝土结构（构件）,钢筋混凝土结构不是钢筋和混凝土之间的任意组合。,组合原则：发挥钢筋抗拉、抗压强度高的特点；发挥混凝土抗压强度高，避免抗拉强度低的弱点。,一、混凝土结构的概念和特点 1.一般概念,素混凝土梁,钢筋混凝土梁：受拉区配220钢筋,F=13.4KN 截面开裂并破坏,Fcr=15 KN

2、截面开裂;,Fu=87KN 截面破坏。,梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。,示例,一、混凝土结构的概念和特点 2.混凝土和钢筋共同工作的原因,*混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形；,*两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：1.01.510-5，钢筋：1.2 10-5；,*混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化；,一、混凝土结构的概念和特点 3.混凝土结构的组成,一、混凝土结构的概念和特点 4.常见混凝土构件形式,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

3、部稳定问题，对于一般工程结构，单位应力价格低。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。,一、混凝土结构的概念和特点 5.混凝土结构的优点,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

4、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。,一、混凝土结构的概念和特点 6.混凝土结构的优点,自重大：不适用于大跨、高层结构。,抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差时会影响耐久性；也限制了普通RC用于大跨结构。,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。,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。,混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。,一、混凝土结构的概念和特点 7.混凝土结构的缺点,(6)隔热隔声性能差,随着科技不断发展，正逐渐被克服。,二、混凝土结构的发展 1

5、.钢筋混凝土结构的诞生,*1824年，英国人J.Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混凝土；,*1849年，法国人Joseph Louis Lambot 用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船-最早的钢筋混凝土结构；,*1861年，法国花匠J.Monier 用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后又申请了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利-尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的发明者；,*1884年，德国人Wayss,Bauschingger和Koenen等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推

6、广应用。,1895年在俄国首先提出砼强度和水灰比关系；1920年美国人发明了在圆形结构上施加预应力的方法；19301960年之间，英国人提出和发展了部分预应力的概念。,二、混凝土结构的发展 2.材料方面的发展,强度不断提高 美国60年代混凝土抗压强度平均值：28N/mm2，70年代：42N/mm2，有特殊需要时：40N/mm2100 N/mm2，试验室中：266 N/mm2；,轻质混凝土的应用 容重一般为：14kN/m318kN/m3(普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等；,无砂混凝土 只有粗骨料，无细骨料；,FRP筋的应用 用FRP(Fiber R

7、einforced Plastic)筋代替钢筋。,二、混凝土结构的发展 3.结构方面的发展,预应力混凝土结构的应用 在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，减轻构件的自重,结构体系的丰富 不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构、FRP混凝土及预应力混凝土结构等,二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展,设计方法,允许应力设计法,破坏阶段设计法,极限状态设计法,半经验半概率法,近似概率法,全概率法,生命全过程设计法,材料力学的方法,按经验法确定安全系数,二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展,结构基本理论-如何设计一个新结构,荷载的确定

8、方法,结构的力学分析：线性和非线性,构件的承载力计算、设计方法和构造措施,未来的方向：计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用,二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展,结构基本理论-旧结构的维护、改造与加固（80年代中期发展起来）,承载力计算,耐久性评估,寿命预测,损伤分析,加固理论,修复理论,灾害评估等,二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展,结构基本理论-计算机仿真技术的应用,二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展,结构基本理论-结构试验技术的完善,三、混凝土结构的应用 1.房屋工程,我国超过100m高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结

9、构,三、混凝土结构的应用 2.交通工程,隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。如1994年建成的上海内环线浦西段高架公路，以及与之相连的南浦大桥、杨浦大桥的塔架，1995年建成英吉利海峡隧道等。,三、混凝土结构的应用 3.水利工程,大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构；,瑞士大狄克桑期坝，1962年，高285m，世界最高的混凝土重力坝；,我国湖北宜昌三峡大坝，高186m，装机容量1786千瓦；,三、混凝土结构的应用 4.特种工程,核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋石油平台、电视塔等,四、本课程的目的和学习方法 1.目的,是土木工程专业的一门主要专业

10、基础课,混凝土结构构件的受力性能和力学分析方法；,混凝土结构构件的设计方法；,现有混凝土结构构件的性能评估；,四、本课程的目的和学习方法 2.学习方法,注意本课程与相关课程尤其是“材料力学”、“结构力学”课程的异同点，正确运用已有的力学知识解决实际问题；,混凝土结构理论大都建立在试验研究的基础之上，目前还缺乏完善的理论体系。很多公式不能有严密的逻辑推导得出，只能由试验结果回归而成。学习和应用时要注意思维方式的转变；,结构设计单靠理论分析还不够，还要辅以一定的构造措施，才能保证安全可靠；,注意理论联系实际，积累一定的感性认识，对学习本课程十分有益。,第二章 粘结、锚固与耐久性,粘结和锚固是钢筋和

11、混凝土形成整体、共同工作的基础。,钢筋与混凝土之间粘结应力示意图（a）锚固粘结应力（b）裂缝间的局部粘结应力,一、粘结作用与粘结机理 1.粘结意义,一、粘结作用与粘结机理 2.粘结作用,裂缝出现后的粘结作用,锚固粘结,保证钢筋和混凝土共同工作,缝间粘结,改善钢筋混凝土的耗能性能,一、粘结作用与粘结机理 3.粘结机理,光圆钢筋,粘附力,摩擦力,机械咬合力（钢筋表面不平、微锈时可显著提高咬合力）,有滑移时粘附力即消失,钢筋受力较大时粘结力主要由此二部分组成,一、粘结作用与粘结机理 3.粘结机理,变形钢筋,粘附力,摩擦力,机械咬合力,主要作用,一、粘结作用与粘结机理 4.粘结试验,拔出试验,半梁试验

12、,搭接长度试验,延伸长度试验,一、粘结作用与粘结机理 5.粘结破坏形态,光圆钢筋,钢筋拔出,一、粘结作用与粘结机理 5.粘结破坏形态,变形钢筋,一、粘结作用与粘结机理 5.粘结破坏形态,变形钢筋,混凝土撕裂,混凝土局部挤碎,刮出式破坏,二、钢筋与混凝土间粘结强度,一般用拔出试验测出钢筋与混凝土间的平均粘结强度,钢筋周长,埋置长度,拔出拉力,二、钢筋与混凝土间粘结强度,影响因素,混凝土强度,浇注位置（水平浇注、竖向浇注）,钢筋的外形特征,保护层厚度和钢筋的净距,三、锚固、搭接长度 1.锚固长度的理论分析,原则,钢筋屈服时正好发生锚固破坏,对象,以直径为2c的混凝土试件内配直径为d的变形钢筋为例,

13、假定,纵裂发生在刮出式破坏以前,三、锚固、搭接长度 1.锚固长度的理论分析,假定由于p引起的混凝土中的拉应力按线形分布,三、锚固、搭接长度 1.锚固长度的理论分析,当变形钢筋肋倾角为45时,三、锚固、搭接长度 1.锚固长度的理论分析,当c2d时，la的数值比上式的数值要小。,三、锚固、搭接长度 2.实用锚固长度的计算公式,基本锚固长度（GB50010）：,锚固钢筋的外形系数，见有关规范,对不同的情况还要作修正,三、锚固、搭接长度,受拉钢筋的锚固当计算中充分利用钢筋的强度时，混凝土结构中纵向受拉钢筋的锚固长度应按下列公式计算：,三、锚固、搭接长度,当符合下列条件时，锚固长度应加以修正：对于直径大

14、于25mm的HPB335、HRB400和RRB400时，其锚固长度应取计算结果乘以修正系数1.1 为了减少锚固长度，可在受拉钢筋末端采用机械锚固措施。对于HRB335、HRB400和RRB400级钢筋，当采用机械锚固措施时，其锚固长度（包括附加锚固端头在内）可取按公式计算的锚固长度的0.7倍。,三、锚固、搭接长度,采用机械锚固措施时，在锚固长度范围内的箍筋不应少于3个，其直径不应小于锚固钢筋直径的0.25倍；间距不应小于锚固直径的5倍。当锚固钢筋的混凝土保护层厚度不小于钢筋公称直径的5倍时，可不配置上述箍筋。受压钢筋的锚固当计算中充分利用纵向钢筋的受压强度时，其锚固长度不应小于受拉钢筋锚固长度

15、的0.7倍。必须注意，对于光面钢筋（受拉或受压），其末端均应做180o标准弯钩。焊接骨架、焊接网中的光面钢筋可不做弯钩。,三、锚固、搭接长度,绑扎搭接 绑扎搭接的工作原理是通过钢筋与混凝土之间的粘结强度来传递内力的。因此，钢筋的绑扎接头要有足够的搭接长度。规范规定：纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据位于同一连接区段内(1.3ll)的搭接钢筋面积百分率按下列公式计算，但任何情况下均不应小于300mm。,三、锚固、搭接长度,式中 ll 受拉钢筋的搭接长度；la受拉钢筋的锚固长度，按前面公式计算。纵向受拉钢筋搭接长度修正系数，按下表规定取用。,表:纵向钢筋搭接长度修正系数,三、锚固、搭接长度,

16、混凝土结构的耐久性是指在设计使用年限内，在正常维护条件下，维持其适用性的能力。混凝土的碳化和钢筋受侵蚀是影响混凝土结构耐久性的综合原因。耐久性设计依据主要是结构的环境类别、设计使用年限及考虑对混凝土材料的基本要求。,四、混凝土结构的耐久性,四、混凝土结构的耐久性,四、混凝土结构的耐久性,四、混凝土结构的耐久性,四、混凝土结构的耐久性,四、混凝土结构的耐久性,减少混凝土碳化的措施：,合理设计混凝土配合比，合理采用掺合料提高混凝土的密实性、抗渗性规定钢筋保护层的最小厚度采用覆盖面防止钢筋锈蚀的重要措施：混凝土降低水灰比，保证密实度，具有足够的保护层厚度，严格控制含氯量采用覆盖层，防止CO2、O2、

17、Cl-侵入采用物理方法使钢筋表面氧化膜更完整，更稳定,四、混凝土结构的耐久性,规定最小保护层厚度；满足混凝土的基本要求：控制最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量及最大碱含量。裂缝控制：一级：严格要求不出现裂缝的构件；二级：一般要求不出现裂缝的构件；三级：允许出现裂缝的构件。其他措施对环境较差的构件，宜采用可更换或易更换的构件；对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋环氧涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。采用有利提高耐久性的高强混凝土。,四、混凝土结构的耐久性,第三章 钢筋和混凝土材料力学性能,钢筋的 曲线,一、钢筋的强度和变形 1.钢筋的应力-应变曲线,钢筋受压和受拉时

18、的应力-应变曲线几乎相同,软刚和硬刚钢筋的强度和变形性能主要由单向拉伸测得的应力应变曲线来表征。试验表明，钢筋的拉伸应力应变曲线可分为两类：有明显的流幅的钢筋（也称软钢），没有明显流幅的钢筋（也称硬钢）。,比例极限 有明显流幅的钢筋应力 应变曲线，轴向拉伸时，在达到比例极限a点之前，材料处于弹性阶段，软钢应力与应变的比值为常数，即为钢筋的弹性模量Es，a为应力应变成比例的极限状态，它所对应的应力称为比例极限。,a,b,c,d,e,屈服极限 当应力达到b点后，材料开始屈服，b点称屈服的上限点，过点后，应力与应变曲线出现上下波动，形成一个明显的屈服台阶，屈服台阶的下限c点所对应的应力称为“屈服强度

19、。,极限强度当钢筋屈服塑流到一定程度，即到达点以后，应力 应变曲线又开始上升，抗拉能力有所提高，随着曲线上升到最高点d，相应的应力称为钢筋的极限强度，cd段称为钢筋的强化阶段。过了d点以后，钢筋在薄弱处的断面将显着缩小，发生局部颈缩现象，变形迅速增加，应力随之下降，直到过点时试件被拉断。,应力应变关系,一、钢筋的强度和变形 1.钢筋的应力-应变曲线,0.85 b,b,0.2%,条件屈服强度（硬刚）高碳钢与低碳钢不同，见图1.3，它没有明显的屈服台阶，塑性变形小，延伸率亦小，但极限强度高。通常用残余应变为0.2%的应力，约0.85b作为假想屈服点(或称条件屈服点)，用0.2表示，0.85b 作为

20、条件屈服强度。b 极限抗拉强度值。,-曲线,一、钢筋的强度和变形 1.钢筋的应力-应变曲线,钢筋的伸长率 除强度指标外，钢筋还应具有一定的塑性变形能力。反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。所谓伸长率即钢筋拉断后的伸长值与原长的比率：,式中：伸长率（%）L-试件受力前的标距长度（有5d、10d、100d）L1-试件拉断后的标距长度 伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸长，使构件的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而呈现脆性。,钢筋的冷弯性能 为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋具有一定的冷弯性能。冷弯是将直径为d的钢筋绕某一规定直径为D的钢辊进行弯曲，在达到规定的冷弯角

21、度（180）时钢筋不发生裂纹、鳞落或断裂，就表示合格。见表1,表1：各种钢筋伸长率及冷弯试验要求,5表示试件长度为5d的钢筋的伸长率,一、钢筋的强度和变形 2.钢筋的成分、级别和品种,碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）,低碳钢（含碳量0.25%）,中碳钢（含碳量0.250.6%）,高碳钢（含碳量0.61.4%）,普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）,按化学成分分类:,按加工方式分类:,我国常见钢筋外形,(1)冷拉：冷拉是将钢筋拉到超过钢筋屈服强度的某一应力值，以提高钢筋的抗拉强度，达到节约钢材的目的。冷拉能提高钢筋抗拉强度，但不能提高抗压强度。冷拉能使钢筋伸长，能节省钢材，调直钢筋，自

22、动除锈，检查焊接质量的作用。(2)冷拔：冷拔是将68的HPB235级钢筋，用强力从直径较小的硬质合金拔丝模拔出使它产生塑性变形，拔成较细直径的钢丝，以提高其强度的冷加工方法。冷拔后钢筋的强度得到了较大的提高，但塑性却有较大的降低。经过冷拔加工的低碳钢丝，须逐盘检验，分为甲、乙两级，甲级用作预应力钢筋，乙级用作非预应力钢筋。(3)冷轧：钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳丝接近，塑性好一些。,一、钢筋的强度和变形 3.钢筋的冷加工和热处理,o,冷拉控制应力,(N/mm2),冷拉率,o,a,b,c,c,d,d,冷拉无时效,冷拉经时效,(a),(b),一、钢筋的强度和变形 3.钢筋的冷加工和热处理,热处

23、理,对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理,强度提高，塑性降低,不降低强度的前提下，消除由淬火产生的内力，改善塑性和韧性,一、钢筋的强度和变形 5.混凝土结构对钢筋的要求,强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比,塑性要求：伸长率和冷弯要求,可焊性,与混凝土的粘结性,一、钢筋的强度和变形 6.钢筋应力-应变曲线的数学模型,有明显流幅的钢筋,无明显流幅的钢筋,二、混凝土的强度和变形 1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度,立方体抗压强度fcu,我国规范的方法：不涂润滑剂,压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力,另影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等,二、混凝土的强度和

24、变形 1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度,标准试块：150150 150,非标准试块：100100 100 换算系数 0.95 200200 200 换算系数 1.05,立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80,表示混凝土Concrete,立方体抗压强度,立方体抗压强度fcu,二、混凝土的强度和变形 1.单轴受力状态下混凝土的抗压强度,棱柱体抗压强度fc,标准试块：150150 300,非标准试块：100100 300 换算系数 0.95 200200 4

25、00 换算系数 1.05,考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu(试验结果)考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu,二、混凝土的强度和变形 2.单轴受力状态下混凝土的抗拉强度,直接受拉试验ft,试验结果：ft=0.26fcu 2/3考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷速度等的影响，取ft=0.23fcu 2/3,应力小,近似线性关系；应力大,非线性关系；近峰值,不稳定非线性；下降段,反弯点后平缓。,二、混凝土的强度和变形 4.混凝土的变形性能,二、混凝土的强度和变形 4.混凝土的变形性能,混凝土的收缩-结硬过程中混凝土体积缩小的性质,水

26、泥品种：等级越高，收缩越大,水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大,骨料：骨料越硬，收缩越小,养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等,混凝土在空气中结硬体积减小的现象。,收缩：,二、混凝土的强度和变形 4.混凝土的变形性能,混凝土在受到荷载作用后，在荷载(应力)不变的情况下，变形(应变)随时间而不断增长的现象。,徐变：,二、混凝土的强度和变形 4.混凝土的变形性能,二、混凝土的强度和变形 4.混凝土的变形性能,长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变,c0.5fc，线性徐变,c0.8fc，非线性徐变,原因之一，胶凝体的粘性流动,原因之二，混凝土内部微裂缝不断发展,二、混凝土的强度

27、和变形 4.混凝土的变形性能,长期荷载作用下混凝土的变形性能-影响徐变的因素,应力：c0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定,加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大,水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大,骨料越硬，徐变越小,二、混凝土的强度和变形 4.混凝土的变形性能,徐变对混凝土结构的影响,P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂,徐变：s，c,二、混凝土的强度和变形 4.混凝土的变形性能,收缩对混凝土结构的影响,收缩：钢筋受压，混凝土受拉,混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。

28、一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为(0.52.7)10-4,收缩随时间变化曲线,第四章 受弯构件正截面承载力,一、工程实例,主要截面形式,二、受弯构件的配筋形式,弯筋,箍筋,架立,三、截面尺寸和配筋构造 1.梁,净距25mm 钢筋直径d,净距30mm 钢筋直径d,净距30mm 钢筋直径d,三、截面尺寸和配筋构造 2.板,分布钢筋,板厚的模数为10mm,四、受弯构件的试验研究 1.试验装置,纵向受力钢筋截面面积As与截面有效面积的百分比。,四、受弯构件的试验研究 2.试验结果,当配筋很少时-少筋梁的破坏过程,少筋梁：,一裂即断,由砼的抗拉强度控制,承载力很低。,破坏

29、很突然,属脆性破坏。,砼的抗压承载力未充分利用。,设计不允许。,min,四、受弯构件的试验研究 2.试验结果,四、受弯构件的试验研究 2.试验结果,当配筋适中时-适筋梁的破坏过程,适筋梁：,一开裂,砼应力由裂缝截面处的钢筋承担,荷截继续增加,裂缝不断加宽。受拉钢筋屈服,压区砼压碎。,破坏前裂缝、变形有明显的发展,有破坏征兆,属延性破坏。,钢材和砼材料充分发挥。,设计允许。,min max,四、受弯构件的试验研究 2.试验结果,要保证设计成适筋梁，则：,min max,As,min=min bh,经济配筋率:对截面高宽比适当的梁，设计时应尽可能使配筋率在经济配筋率范围内，使总的造价最经济。根据设

30、计经验，钢筋混凝土常用构件经济配筋率：实心板 0.4%0.8%；矩形截面梁 0.6%1.5%；T形截面梁 0.9%1.8%。,四、受弯构件的试验研究 2.试验结果,当配筋很多时-超筋梁的破坏过程,超筋梁：,开裂,裂缝多而细，钢筋应力不高,最终由于压区砼压碎而崩溃。,裂缝、变形均不太明显,破坏具有脆性性质。,钢材未充分发挥作用。,设计不允许。,max,四、受弯构件的试验研究 2.试验结果,五、正截面受弯构件受力全过程,跨中弯矩M/Muf点等曲线图,第I阶段（整体工作阶段）范围：受力开始-开裂 Ia 特征：荷载与挠度、材料应变呈线性 中和轴位于换算截面的形心处 受压区混凝土处于弹性而受拉区混凝土有

31、明显塑性。应用：抗裂计算依据,五、正截面受弯构件受力全过程,第II阶段（带裂缝工作阶段）范围：开裂-受拉钢筋屈服 II a特征：刚度降低，变形加快，荷载与挠度呈非线性，裂缝处 受拉区混凝土大部分退出工作中和轴上移，受压区混凝土的塑性特征明显。应用：使用阶段变形和裂缝的计算依据。,五、正截面受弯构件受力全过程,第III阶段（破坏阶段）范围：受拉钢筋屈服混凝土压碎III a特征：刚度迅速下降，挠度急剧增加，中和轴迅速上移，受压高度迅速减小，塑性明显。应用：按极限状态设计法承载力计算依据。,五、正截面受弯构件受力全过程,少筋截面：没有第二阶段；适筋截面：三阶段，第三阶段过程长，延性越好；超筋截面：没

32、有第三阶段。,五、正截面受弯构件受力全过程,1、基本假定平截面假定 不计砼的抗拉 本构关系,六、正截面承载受弯力计算原理1、单筋截面,2、等效应力图形基本方程 cbdy=fyAs；Mu=cb(h0-xc+y)dy；c=g(c)c/y=cu/xc 矩形应力分布等效的原则 合力作用点不变 合力大小不变 等效结果：矩形应力值=1fc 受压区高度 x=1xc,六、正截面承载受弯力计算原理,3、适筋截面的界限条件(1)超筋和适筋的界限界限破坏：钢筋屈服时，边缘混凝土达到其极限压应变界限破坏时受压区高度实际值：计算值：分析 当xbh0 超筋破坏；当x=bh0，界限破坏，相应配筋率为最大配筋率 当xbh0

33、破坏时受拉钢筋屈服；b与混凝土（强度等级）和钢筋屈服应变有关。,六、正截面承载受弯力计算原理1、单筋截面,（2）少筋和适筋的界限界限破坏：开裂时（Ia）立即达到极限状态（IIIa）最小配筋率的确定理论上：开裂荷载=极限荷载应用时：考虑温度收缩等影响，按规范规定的。（3）适筋梁的判别条件避免超筋破坏：x bh0 避免少筋破坏：=As/bhmin,六、正截面承载受弯力计算原理1、单筋截面,4、单筋受弯构件正截面承载力计算（1）基本设计公式计算公式合力为零：合弯矩为零：公式适用条件避免超筋：，或 MMmax，或=As/bh0max 避免少筋：=As/bhmin,六、正截面承载受弯力计算原理1、单筋截

34、面,（2）设计计算方法截面设计已知荷载效应，求材料、截面尺寸和配筋等第一步：选择混凝土等级和钢筋品种第二步：确定截面尺寸按照配筋率确定：按照跨度（刚度）确定：第三步：求受压区高度x：第四步：验算：x?b h0 第五步：计算As：第六步：选择钢筋并验算最小配筋率,六、正截面承载受弯力计算原理1、单筋截面,截面复核已知材料、截面尺寸和配筋等,求承载力设计值第一步：计算x：第二步：判别并选择公式 x b h0：x b h0：Asminbh：Mu=Mcr,六、正截面承载受弯力计算原理1、单筋截面,受拉钢筋,六、正截面承载受弯力计算原理2、双筋截面,5双筋受弯构件正截面承载力计算(1)双筋矩形截面的形成

35、截面尺寸受限制，单筋截面超筋截面上承受的弯矩可能改变符号构造与抗震,（2）基本计算公式,六、正截面承载受弯力计算原理2、双筋截面,适用条件保证受拉钢筋屈服：保证受压钢筋屈服：fy当 时的近似计算近似取内力臂得：当不满足 时 截面尺寸不足，增加受压钢筋或截面尺寸。,（3）设计计算方法截面设计类型I:已知弯矩、截面和材料求受压和受拉钢筋。三个未知数，两个方程 无穷组解 第一步：令x=bh0（充分利用材料）第二步：求受压钢筋 第三步：求受拉钢筋 第四步：验算最小配筋率,六、正截面承载受弯力计算原理2、双筋截面,类型II：已知弯矩、截面、材料及受压钢筋，求受拉钢筋。第一步：解方程求受压区高度：第二步：

36、验算：x?b h0,x?2a 第三步：计算As：满足条件时：x bh0时：增加（设As未知）重算 当x 2a时：第四步：验算最小配筋率,六、正截面承载受弯力计算原理2、双筋截面,截面复核：已知截面、材料和钢筋，求受弯承载力 第一步：计算x 第二步：判别并选择公式 2a x b h0时：Mu=1fcbx(h0-x/2)+fyAs(h0-a)x b h0时：Mu=1fcbxb(h0-xb/2)+fyAs(h0-a)x 2a时：Mu=fyAs(h0-a),六、正截面承载受弯力计算原理2、双筋截面,T型截面的形成受拉区混凝土效果不大；减轻结构自重；受压区高度小，内力臂大现浇梁板结构,六、正截面承载受弯

37、力计算原理3、T型截面,T形梁翼缘上的压应力分布；有效翼缘宽度：与跨度（l/3），净距（b+s），翼缘厚度（b+12hf）有关。,六、正截面承载受弯力计算原理3、T型截面,基本计公式 T形梁的分类：第一类T形截面，其中和轴位于翼缘内第二类T形截面，其中和轴通过腹板。,六、正截面承载受弯力计算原理3、T型截面,两种T形截面的鉴别方法1：（设为I类截面）x fy As=1fc bfx？成立否？方法2：令x=hf，则 M（I类）？M（II类）？,六、正截面承载受弯力计算原理3、T型截面,第一类T形截面的计算公式计算公式与宽度等于bf的矩形截面相同：,注意：公式的使用条件为防止超筋脆性破坏，x xb。

38、为防止少筋脆性破坏，Asrminbh，b为T形截面的腹板宽度。,六、正截面承载受弯力计算原理3、T型截面,第二类T形截面的计算公式,=,+,六、正截面承载受弯力计算原理3、T型截面,第五章 受弯构件斜截面承载力,一、概述,弯剪段,统称腹筋-帮助混凝土梁抵御剪力,有腹筋梁-既有纵筋又有腹筋无腹筋梁-只有纵筋无腹筋,箍筋肢数,二、简支无腹筋梁的抗剪机制 1.构件的开裂,当tpmaxft时，梁的剪弯段开裂，出现斜裂缝,根据a的不同(M和V比值不同),裂缝可能由截面中部开始出现（腹剪裂缝）裂缝可能由截面底部开始出现（弯剪裂缝）,二、简支无腹筋梁的抗剪机制 1.构件的开裂,二、简支无腹筋梁的抗剪机制 1

39、.构件的开裂,引入概念：剪跨比,反映了集中力作用截面处弯矩M和剪力V的比例关系,计算剪跨比,广义剪跨比,二、简支无腹筋梁的抗剪机制 2.裂缝的发展及破坏形态,1时斜压破坏,二、简支无腹筋梁的抗剪机制 2.裂缝的发展及破坏形态,1 3时剪压破坏,二、简支无腹筋梁的抗剪机制 2.裂缝的发展及破坏形态,3时斜拉破坏,二、简支无腹筋梁的抗剪机制 2.裂缝的发展及破坏形态,所有的破坏均表现为脆性,二、简支无腹筋梁的抗剪机制 3.抗剪机制,以剪压破坏为例(相对于斜压破坏和斜拉破坏，它更能给人以破坏预告),销栓力，随着裂缝的发展逐渐增大,咬合力，随着裂缝的发展逐渐减小,数值很难估计,三、影响无腹筋梁抗剪承载

40、力的因素 1.剪跨比,三、影响无腹筋梁抗剪承载力的因素 2.混凝土的强度与纵筋的配筋率,混凝土的强度提高,纵筋配筋率增大,抗剪承载力提高,四、有腹筋梁的抗剪机制 1.构件的开裂,开裂前构件的受力性能与无腹筋梁相似，腹筋中的应力很小,当tpmaxft时，梁的剪弯段开裂，出现斜裂缝,开裂后，腹筋的应力增大，限制了斜裂缝的发展，提高了抗剪承载力,四、有腹筋梁的抗剪机制 2.裂缝的发展及破坏形态,1或较大但腹筋配置较多时，斜压破坏，腹筋在破坏时未屈服,四、有腹筋梁的抗剪机制 2.裂缝的发展及破坏形态,1 3时，剪压破坏，腹筋屈服后，剪压区混凝土压碎,四、有腹筋梁的抗剪机制 2.裂缝的发展及破坏形态,3

41、且腹筋配置量较小时，斜拉破坏，腹筋用量太少，起不到应有的作用,四、有腹筋梁的抗剪机制 2.裂缝的发展及破坏形态,设计时应避免出现此二种破坏形态,所有的破坏均表现为脆性,四、有腹筋梁的抗剪机制 3.抗剪机制,以剪压破坏为例,Vd,五、影响有腹筋梁抗剪承载力的因素 1.剪跨比-和无腹筋梁类似,五、影响有腹筋梁抗剪承载力的因素 2.混凝土的强度与腹筋的配筋量,混凝土的强度提高,在一定的范围内，腹筋配筋率增大,抗剪承载力提高,抗剪承载力提高,六、受弯构件抗剪承载力分析1.无腹筋梁的抗剪承载力,六、受弯构件抗剪承载力分析2.有腹筋梁的抗剪承载力,考虑到混凝土的抗剪贡献，则有,由试验确定,七、实用抗剪承载

42、力计算公式,混凝土结构设计规范（GB50010）取试验结果的下包值：,集中荷载下或集中荷载引起的支座边缘的剪力占总剪力75%以上的独立梁,矩形、T形、I形截面的一般受弯构件,七、实用抗剪承载力计算公式,七、实用抗剪承载力计算公式,不配箍筋的一般板类受弯构件的抗剪承载力,七、实用抗剪承载力计算公式,配置弯筋和箍筋的受弯构件的抗剪承载力,考虑到弯筋位于斜裂缝顶端时达不到屈服强度而引入的修正系数,（1）截面的最小尺寸或截面抗剪承载力的上限值,当hw/b 4时,矩形截面取h0；T形取h0-hf；I形取h-hf-hf,当hw/b6时,当4hw/b6时,按线性插值,防止梁发生斜压破坏,七、实用抗剪承载力计

43、算公式,计算公式的适用范围,（2）箍筋的最小含量或截面抗剪承载力的下限值,防止梁发生斜拉破坏,七、实用抗剪承载力计算公式,八、箍筋的形式和构造要求 1.箍筋的形式,单肢箍n=1,双肢箍n=2,四肢箍n=4,箍筋形式：封闭式 箍筋间距：在绑扎骨架中不应大于15d；在焊接骨架中则不应大于20d（d为纵筋最小直径），且不应大于400mm，也不大于构件横截面的短边尺寸 箍筋直径：不应小于 d4(d为纵筋最大直径)，且不应小于 6mm。,截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋,当纵筋配筋率超过 3时，箍筋直径不应小于8mm，其间距不应大于10d，且不应大于200mm。当截面短边不大于400mm，且

44、纵筋不多于四根时，可不设置复合箍筋(附加箍筋)；当截面短边大于400mm且纵筋多于3根时，应设置复合箍筋。,八、箍筋的形式和构造要求 2.最小配箍率和箍筋的最大间距,最小配箍率,最大箍筋间距（和梁高、剪力大小有关，参照规范）,原则,九、基本公式的应用 1.设计,若不满足调整截面尺寸,按最小配箍率配箍筋,预先选定,九、基本公式的应用 2.已有构件的承载力,九、基本公式的应用 3.计算截面的位置,*支座边缘处截面1-1,*纵筋弯起点处截面2-2,*箍筋面积或间距改变处截面3-3,*腹板宽度改变处截面,十、保证斜截面受弯的措施 1.基本概念,斜截面受弯承载力总能满足,支座处纵筋锚固不足,纵筋弯起、切

45、断不当,需采取构造措施,（1）定义：按实际截面确定的各正截面所能抵抗的弯矩。（2）绘制要点 按As分割Mu 钢筋与中轴相交前部分作用 钢筋切断后应满足锚固要求（3）示例无弯起和切断时示例分析 A充分利用点 B部分利用区 C不需要区,十、保证斜截面受弯的措施 2.抵抗弯矩图,十、保证斜截面受弯的措施 2.抵抗弯矩图,抵抗弯矩,抵抗弯矩图,设计时，应尽量使抵抗弯矩图包住弯矩图，且两者越近越经济,十、保证斜截面受弯的措施 3.纵向受力钢筋在支座处的锚固,开裂前A处的弯矩为MA开裂后斜截面的弯矩为MB,开裂后钢筋的拉力Ts明显增大。若las不够则容易发生锚固破坏,十、保证斜截面受弯的措施 3.纵向受力

46、钢筋在支座处的锚固,简支板或连续板下部纵筋伸入支座的长度,纵向钢筋的直径,十、保证斜截面受弯的措施 3.纵向受力钢筋在支座处的锚固,简支梁或连续梁简支端下部纵筋伸入支座的长度,纵向钢筋的直径,如梁内支座处的锚固不能满足上述要求，应采取加焊锚固钢板等有效措施,十、保证斜截面受弯的措施 4.纵向受力钢筋的弯起,纵筋的弯起必须满足三方面的要求：,*保证正截面的受弯承载力,*保证斜截面的受剪承载力,*保证斜截面的受弯承载力,计算确定,构造确定,计算及构造确定,十、保证斜截面受弯的措施 4.纵向受力钢筋的弯起,d在2点以外保证正截面受弯,保证斜截面受弯(S1 弯起点到充分利用点距离),十、保证斜截面受弯

47、的措施 4.纵向受力钢筋的弯起,未弯起时,弯起后,十、保证斜截面受弯的措施 4.纵向受力钢筋的弯起,弯终点的位置：弯终点到支座边或到前一排弯起钢筋弯起点之间的距离都不应大于箍筋的最大间距,以确保每条可能的斜裂缝处均有弯起钢筋通过。,十、保证斜截面受弯的措施 4.纵向受力钢筋的弯起,十、保证斜截面受弯的措施 4.纵向受力钢筋的截断,跨中受拉钢筋一般不宜截断，支座负筋的截断应符合下列规定,延伸长度，具体数值可参阅有关规范,十、保证斜截面受弯的措施 4.纵向受力钢筋的截断,十、保证斜截面受弯的措施 4.纵向受力钢筋的截断,第六章 拉压构件承载力,一、工程实例,二、轴心受拉构件的受力分析 1.受拉构件

48、的配筋形式,纵筋,纵筋,箍筋,二、轴心受拉构件的受力分析 2.试验研究,钢筋屈服,混凝土开裂,二、轴心受拉构件的受力分析 2.试验研究,二、轴心受拉构件的受力分析 2.试验研究,结论,三个工作阶段：开裂前，线弹性；开裂至钢筋屈服，裂缝不断发展；钢筋屈服后，Nt基本不增加,首根裂缝出现后还会继续出现裂缝，但裂缝增至一定数量后便不在增加,极限承载力取决于钢筋的用量和强度,二、轴心受拉构件的受力分析 3.混凝土和钢筋的应力-应变关系,混凝土,钢筋,二、轴心受拉构件的受力分析 3.极限承载力,混凝土退出工作,应用：设计、截面复核,三、轴心受压构件的受力分析 1.短柱试验研究,第一阶段：加载至钢筋屈服,

49、第二阶段：钢筋屈服至混凝土压碎,四、轴心受压构件的受力分析 1.长柱试验研究,长柱的承载力短柱的承载力（相同材料、截面和配筋）,原因：长柱受轴力和弯矩（二次弯矩）的共同作用,四、轴心受压构件的受力分析 2.稳定系数,和长细比l0/b（矩形截面）直接相关,（1）受力全过程近似弹性阶段：应力按照弹性材料分配、发展非线性阶段：由于混凝土非线性产生应力重分布钢筋屈服阶段：由于钢筋的非线性产生应力重分布,五、普通箍筋柱的受力分析 1.普通箍筋柱的计算,极限荷载下截面的应力分析标志：当混凝土达到极限压应变钢筋的应力：低强度等级钢筋，钢筋达到屈服强度；高强度等级钢筋，钢筋仍未屈服，截面的承载能力：（3）正截

50、面受压设计方法设计公式 截面设计步骤：确定截面和材料；求稳定系数；确定钢筋面积；选钢筋并验算截面复核步骤：求稳定系数；代入公式验算,五、普通箍筋柱的受力分析 1.普通箍筋柱的计算,七、偏心受压构件,七、偏心受压构件,混凝土开裂,混凝土全部受压不开裂,构件破坏,破坏形态与e0、As、As有关,小偏心受压破坏,大偏心受压破坏,七、偏心受压构件,偏心受力,七、偏心受压构件,界限破坏：当受拉钢筋屈服的同时，受压边缘混凝土应变达到极限压应变。,大小偏心受压的分界：,b 小偏心受压 ae,=b 界限破坏状态 ad,b,c,d,e,f,g,h,a,a,a,Q&A：问答,谢谢各位！Email:电话：025-8