混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理(課件)

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章第 2 章 混凝土結(jié)構(gòu)的材料混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章本章重點(diǎn)熟悉混凝土在各種受力狀態(tài)下的強(qiáng)度與變形性能及其選用原則； 熟悉土木工程所用鋼筋的品種、級(jí)別、性能及其選用原則； 了解鋼筋與混凝土的共同工作原理?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章2.1.1 建筑用鋼筋的品種按化學(xué)成分2.1鋼 筋碳素鋼 普通低合金鋼按生產(chǎn)工藝熱軋鋼筋；中高強(qiáng)鋼絲；鋼絞線； 冷加工鋼筋按表面形狀光圓鋼筋帶肋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章 1.碳素鋼 碳素鋼除含有鐵元素，還含有少量的碳、

2、錳、硅、磷、硫等。Mn 錳，Si 硅，P 磷，F(xiàn)e 鐵，S 硫， C 碳低 碳：C0.6%20MnSiV含碳萬(wàn)分?jǐn)?shù)含錳、硅、釩的百分?jǐn)?shù)，取整?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章 2.普通低合金鋼 碳素鋼中加入少量的合金元素，如：錳、鎳、鈦、釩等。Mn 錳，Ni 鎳， V 釩，Nb 鈮，Ti 鈦， C 碳20MnSiV20MnSiNb20MnTi20MnSiV含碳萬(wàn)分?jǐn)?shù)含錳、硅、釩的百分?jǐn)?shù)，取整。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章2.1.1 建筑用鋼筋的品種熱軋鋼筋400840RRB400(K20MnSi)400650HRB400(20MnSiV, 2

3、0MnSiNb,20MnTi)335650HRB335(20MnSi)235820HPB235(Q235)fyk/(N/mm2)d/(mm)符號(hào)種 類(lèi)2.1鋼 筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章 HPB 熱軋光面鋼筋，強(qiáng)度最低； HRB 熱軋帶肋鋼筋； RRB 余熱處理鋼。H 代表熱軋，P 光圓，R 帶肋，R 余熱處理，B 代表鋼筋 目前，混凝土結(jié)構(gòu)中縱向受力鋼筋優(yōu)先采用HRB400級(jí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章中、高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線做預(yù)應(yīng)力筋用。中強(qiáng)：8001370MPa高強(qiáng)：14701860MPa混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2章主 頁(yè)目 錄幫 助

4、上一章下一章熱處理鋼筋 經(jīng)淬火處理得，fptk=1470MPa，無(wú)明顯屈服點(diǎn)。冷加工鋼筋 冷加工工藝：冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭。 目的：提高強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。但塑性減小。冷拉鋼筋仍有屈服臺(tái)階。2.1.2 鋼筋的力學(xué)性能ABBCDE上屈服點(diǎn)不穩(wěn)定下屈服點(diǎn)出現(xiàn)頸縮拉斷BC段為屈服平臺(tái)CD段為強(qiáng)化段0.2%0.2標(biāo)距有明顯流幅的鋼筋無(wú)明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎相同一.鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線鋼筋的冷加工1）.冷拉BKZZK殘余變形冷拉伸長(zhǎng)率無(wú)時(shí)效經(jīng)時(shí)效K點(diǎn)的選擇：超過(guò)屈服強(qiáng)度溫度的影響：溫度達(dá)700C時(shí)恢復(fù)到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉特性：只提高抗拉強(qiáng)度，不提高抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)度提高，塑性

5、下降鋼筋的冷加工2）.冷拔經(jīng)過(guò)冷拔后鋼筋沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)和流幅冷拔既能提高抗拉強(qiáng)度又能提高抗壓強(qiáng)度二.鋼筋的強(qiáng)度和變形指標(biāo)ABBCDE0.2%0.2強(qiáng)度指標(biāo)* 明顯流幅的鋼筋：下屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)。* 無(wú)明顯流幅的鋼筋：殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為條件屈服強(qiáng)度 ?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章 變形指標(biāo) 用延伸率和冷彎性能衡量。延伸率同一根鋼筋延伸率大，鋼筋的塑性性能好，破壞前有明顯預(yù)兆。： ： :混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2 章反復(fù)彎曲要求：冷彎過(guò)程中無(wú)裂縫、脫皮或斷裂。D愈小，愈大，塑性愈好。反復(fù)次數(shù)愈多，塑性愈好。主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一

6、章冷彎冷彎是檢驗(yàn)鋼筋變形能力的指標(biāo)。 鋼筋塑性愈好，構(gòu)件破壞前預(yù)兆愈明顯。 三. 鋼筋的徐變和松弛徐變應(yīng)力不變，隨時(shí)間的增長(zhǎng)應(yīng)變繼續(xù)增加松弛長(zhǎng)度不變，隨時(shí)間的增長(zhǎng)應(yīng)力降低對(duì)結(jié)構(gòu)，尤其是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不利的影響，需采取必要的措施2.1.3 鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的理論模型sss=Essys,hfyss s=Essys,hfyfs,us,usss=Essyfys,ufs,u有明顯流幅的鋼筋無(wú)明顯流幅的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章2.1.4 鋼筋的選用原則 強(qiáng)度高熱軋鋼筋鋼絲、鋼絞線、各種冷加工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章 變形性能好

7、 保證延伸率和冷彎性能滿足要求。： ： 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章可加工性好與混凝土粘結(jié)錨固性好經(jīng)濟(jì)性混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)： 宜用HRB400和HRB335鋼筋 可用HPB235、RRB400鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)： 宜用鋼鉸線、鋼絲、可用熱處理鋼筋 不主張推廣應(yīng)用冷加工鋼筋，其延性差。鋼筋的選用原則混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章2.2混凝土2.2.1 組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)主要材料：水泥、水、砂、石 混凝土: 普通混凝土是由水泥、石子和砂用水經(jīng)攪拌、養(yǎng)護(hù)和硬化后形成的一種復(fù)合材料，具有多相特性

8、。 2.2.1 混凝土的組成結(jié)構(gòu) 通常把混凝土的結(jié)構(gòu)分為三種基本類(lèi)型：微觀結(jié)構(gòu)：也即水泥石結(jié)構(gòu)，包括水泥凝膠體、晶體骨架、 未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成；亞微觀結(jié)構(gòu)：混凝土中的水泥砂漿結(jié)構(gòu)；宏觀結(jié)構(gòu)：砂漿和粗骨料組合結(jié)構(gòu)?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章2.2.2 單軸向應(yīng)力狀態(tài)下混凝土強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度 fcu,k（強(qiáng)度等級(jí)） 1.標(biāo)準(zhǔn)尺寸：150mm150mm150mm 2.養(yǎng)護(hù)條件：20 3，濕度90%；28d 3.試驗(yàn)方法：恒定的加載速度，墊板不涂潤(rùn)滑劑 4.強(qiáng)度保證率：95%承壓板試塊摩擦力不涂潤(rùn)滑劑涂潤(rùn)滑劑單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試塊：15015

9、0 150非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100100 100 換算系數(shù) 0.95 200200 200 換算系數(shù) 1.05立方體抗壓強(qiáng)度是區(qū)分混凝土強(qiáng)度等級(jí)的指標(biāo)，我國(guó)規(guī)范混凝土的強(qiáng)度等級(jí)有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方體抗壓強(qiáng)度立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu,k與強(qiáng)度等級(jí)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章軸心抗壓強(qiáng)度 fc,k 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的平均值立方體抗壓強(qiáng)度的平均值 棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比值承壓板試塊混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章混凝土強(qiáng)度等級(jí)C4

10、0C45C50C55C60C65C70C75C80 c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82 c1 的取 值劈裂試驗(yàn)FdF 抗拉強(qiáng)度是混凝土的基本力學(xué)指標(biāo)之一?？刹捎弥苯訙y(cè)試法來(lái)測(cè)定，但由于試驗(yàn)比較困難，目前國(guó)內(nèi)外主要采用圓柱體或立方體的劈裂試驗(yàn)來(lái)間接測(cè)試混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度。拉壓壓軸心抗拉強(qiáng)度 ft混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章軸心抗拉強(qiáng)度軸心抗拉強(qiáng)度的平均值 立方體抗壓強(qiáng)度的平均值 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章復(fù)合應(yīng)力下的強(qiáng)度雙向受力1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc拉壓混凝土結(jié)

11、構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章復(fù)合應(yīng)力下的強(qiáng)度雙向受力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章圖中：fc 混凝土單軸抗壓強(qiáng)度；此圖說(shuō)明： 壓-壓：強(qiáng)度提高； 拉-拉：強(qiáng)度不變； 拉-壓：抗拉和抗壓強(qiáng)度都低?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章法向應(yīng)力與剪力組合時(shí)：拉-剪：抗拉、抗剪強(qiáng)度都降低；壓-剪：當(dāng) 時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力提高而增大； 當(dāng) 時(shí)，內(nèi)部裂縫增加，抗剪抗壓強(qiáng)度 均降低。 復(fù)合受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強(qiáng)度三向受壓時(shí)混凝土的強(qiáng)度：1=fcc1=fcc2= 3= fLfL-側(cè)向約束壓應(yīng)力（加液壓）圓柱體試驗(yàn)有側(cè)向約束時(shí)的抗壓強(qiáng) 度無(wú)側(cè)向

12、約束時(shí)圓柱體的單軸抗壓強(qiáng)度混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章2.2.3 混凝土的變形（1）一次加載時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系0A:近似彈性 AB:非線性 BC:體積增大 CF:破壞 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章2.2.3 混凝土的變形一次加載時(shí)高強(qiáng)混凝土： ， 2.2.3 混凝土的變形（2）.單軸受壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的數(shù)學(xué)模型cu=0.00380=0.002ocfcc0.15fccu=0.00350=0.002ocfcc美國(guó)Hognestad模型德國(guó)Rsch模型混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章混凝土的變形模量彈性模量變形模量切線

13、模量混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章混凝土的變形模量原點(diǎn)彈性模量變形模量 彈性系數(shù)（隨應(yīng)力增大而減小，0.51.0）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章混凝土的剪切模量 剪切模量與彈性模量及泊松比的關(guān)系如下：泊松比 = 橫向應(yīng)變/縱向應(yīng)變剪切模量：Gc= 0.4 Ec混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章 長(zhǎng)期荷載作用下的變形：徐變 定義：在荷載保持不變的情況下，變形隨時(shí)間推移 繼續(xù)增大的現(xiàn)象。 特點(diǎn)：早期發(fā)展快，但可以延續(xù)數(shù)年?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第 2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章 徐變 徐變的分類(lèi)線性徐變：初應(yīng)力 c 0.

14、5fc ， 徐變與初應(yīng)力呈正比。非線性徐變：初應(yīng)力c 0.5fc，徐變與初應(yīng)力不呈正比， 徐變的增長(zhǎng)應(yīng)力的增長(zhǎng)。 當(dāng)應(yīng)力過(guò)高時(shí)（c 0.8 fc ），徐變會(huì)急劇增加而不收斂，發(fā)展最終導(dǎo)致破壞。 一般把 0.75 fc 0.8fc作為混凝土的長(zhǎng)期極限強(qiáng)度。 應(yīng)避免構(gòu)件經(jīng)常處于不變的高應(yīng)力狀態(tài)。 影響徐變的因素：應(yīng)力： c0.5fc，徐變變形與應(yīng)力成正比-線性徐變 0.5fcc0.8fc，徐變急劇增長(zhǎng)，造成混凝土破壞加荷時(shí)混凝土的齡期，越早，徐變?cè)酱笏嘤昧吭蕉?，水灰比越大，徐變?cè)酱蠊橇显接?，徐變?cè)叫?養(yǎng)護(hù)條件：溫度高，濕度大，水泥水化作用充分 徐變?cè)叫?。徐變?duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響PAsPAs s1c

15、1Ps2As s2P拆去，鋼筋受壓混凝土受拉，可能會(huì)引起混凝土開(kāi)裂徐變： s， c混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2 章主 頁(yè)目 錄幫 助上一章下一章徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響：使構(gòu)件變形增大；在軸壓構(gòu)件中，使鋼筋應(yīng)力增加， 混凝土應(yīng)力減小；在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中，使預(yù)應(yīng)力發(fā)生損失；在超靜定結(jié)構(gòu)中，使內(nèi)力發(fā)生重分布。 徐變產(chǎn)生的原因：0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)c0.5fc，線性徐變c0 時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； Z=R-S =0時(shí)，結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)； Z=R-S0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。 極限狀態(tài)方程可推廣為：3.2 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 3.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度 鑒于結(jié)構(gòu)抗力

16、和荷載效應(yīng)的隨機(jī)性，安全可靠應(yīng)該屬于概率的范疇，應(yīng)當(dāng)用結(jié)構(gòu)完成其預(yù)定功能的可能性（概率）的大小來(lái)衡量，而不是一個(gè)定值來(lái)衡量?？煽啃裕航Y(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件 下，完成預(yù)定功能的能力稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的 可靠性?？煽慷龋航Y(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件 下，完成預(yù)定功能的概率稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的 可靠度。 可靠度是可靠性的概率度量。概 念以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 由于實(shí)際結(jié)構(gòu)中的不確定性，因此無(wú)論如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，都會(huì)有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。 為了科學(xué)定量的表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小，采用概率方法是比較合理的。3.2.3 可靠指標(biāo)與失效概率 失效概率越小，表示結(jié)構(gòu)可靠性越大。因此，可以用失

17、效概率來(lái)定量表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小。 設(shè)：Pf 失效概率 Ps 可靠概率Pf = 1.0 Ps (Z 0)設(shè)：S 構(gòu)件的荷載效應(yīng)； R 結(jié)構(gòu)的抗力 Z = R SR-S 概率密度分布曲線Sk f(S)，f (R)S，RRkSk f(S)，f (R)S，RRkSk f(S)，f (R)S，RRkSk f(S)，f (R)S，RRk設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)S*=R*usuRuR - uS3.2 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 3.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度 鑒于結(jié)構(gòu)抗力和荷載效應(yīng)的隨機(jī)性，安全可靠應(yīng)該屬于概率的范疇，應(yīng)當(dāng)用結(jié)構(gòu)完成其預(yù)定功能的可能性（概率）的大小來(lái)衡量，而不是一個(gè)定值來(lái)衡量。可靠性：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條

18、件 下，完成預(yù)定功能的能力稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的 可靠性。可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件 下，完成預(yù)定功能的概率稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的 可靠度。 可靠度是可靠性的概率度量。概 念以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 由于實(shí)際結(jié)構(gòu)中的不確定性，因此無(wú)論如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，都會(huì)有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。 為了科學(xué)定量的表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小，采用概率方法是比較合理的。3.2.3 可靠指標(biāo)與失效概率 失效概率越小，表示結(jié)構(gòu)可靠性越大。因此，可以用失效概率來(lái)定量表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小。 設(shè)：Pf 失效概率 Ps 可靠概率Pf = 1.0 Ps (Z 0)設(shè)：S 構(gòu)件的荷載效應(yīng)； R 結(jié)構(gòu)的抗力 Z = R SR-S 概率密度分布曲線Sk f(S)，f (R)S，RRkSk f(S)，f (R)S，RRkSk f(S)，f (R)S，RRkSk f(S)，f (R)S，RRk設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)S*=R*usuRuR - uS承載能力