鋼筋混凝土結構演示文稿

鋼筋混凝土結構演示文稿目前一頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點鋼筋混凝土結構目前二頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點1材料的力學性能1.1鋼筋的類別及力學性能1.1.1鋼筋的種類和級別1）熱軋鋼筋HPB235,HRB335,HRB400,RRB4002）冷軋帶肋鋼筋3）預應力混凝土用鋼棒、螺紋鋼筋4）消除預應力鋼絲和鋼絞線目前三頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點1.1.2鋼筋的力學性能

軟鋼s

s—es理想彈塑性本構模型

硬鋼應力—應變曲線

目前四頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點1.1.3混凝土結構對鋼筋性能的要求1）鋼筋的強度2）鋼筋的塑性3）鋼筋的可焊性4）鋼筋的耐火性5）鋼筋與混凝土的粘結力目前五頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點1.2混凝土的強度、變形及其影響因素1.2.1混凝土的強度1）混凝土立方體抗壓強度及混凝土強度等級2）混凝土軸心抗壓強度3）混凝土抗拉強度

A.直接拉伸法

B.劈裂法4）復合應力狀態(tài)下混凝土的強度目前六頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點1.2.2混凝土的變形1）一次短期荷載下的混凝土應力—應變曲線2）混凝土單軸受壓應力—應變曲線的簡化模型3）混凝土的彈性模量4）混凝土重復荷載下的變形性能5）荷載長期作用下混凝土的變形性能

6）混凝土的收縮——混凝土在空氣中結硬時體積減小的現(xiàn)象

目前七頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點混凝土的徐變混凝土的徐變是指混凝土在長期荷載作用下應變或變形隨時間而增長的現(xiàn)象。影響混凝土徐變的因素很多，可主要歸結為三個方面：加載史；混凝土內在因素；環(huán)境因素。（1）應力越大徐變越大，當混凝土應力較大時（sc＞0.5fc），產(chǎn)生非線性徐變，徐變變形比應力增長要快。荷載持續(xù)的時間越長，徐變越大。（2）混凝土齡期越小，徐變越大。（3）混凝土強度高，密實度高徐變小。（4）水灰比越大徐變越大，當水灰比不變時，水泥用量越多徐變越大。（5）構件的厚度小，徐變大。（6）養(yǎng)護條件好（高溫高濕）徐變小。目前八頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點1.2.3鋼筋與混凝土共同工作的基礎（1）鋼筋與混凝土有大體相同的溫度膨脹系數(shù)，鋼材線膨脹系數(shù)為1.2×10-5，混凝土為（1.0～1.5）×10-5。這樣，在溫度變化時，溫度應力的影響一般可不予考慮。（2）混凝土對鋼筋起到很好的保護作用，可避免鋼筋過早銹蝕，提高耐久性。（3）鋼筋與混凝土之間有很好的粘結作用。目前九頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點2鋼筋混凝土結構基本計算原則2.1現(xiàn)行水工混凝土結構設計規(guī)范（SL191-2008）采用的計算方法采用極限狀態(tài)設計方法，在規(guī)定的材料強度和荷載取值條件下，采用在多系數(shù)分析基礎上以安全系數(shù)表達的方式進行設計。2.1.1結構功能的極限狀態(tài)及其分類1.極限狀態(tài)的定義

2.極限狀態(tài)的分類承載力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)目前十頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點2.1.2荷載分類及荷載標準值1）荷載分類結構上的荷載，按其隨時間的變異性不同可分為以下三類;（1）永久荷載（恒荷載）；（2）可變荷載（活荷載）；（3）偶然荷載；2）荷載標準值

荷載的標準值的取值

目前十一頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點2.1.3材料強度的標準值與設計值1）材料強度的標準值

mf——材料強度平均值；sf——材料強度標準差；af——材料強度標準值的保證率系數(shù)；df——材料強度變異系數(shù)。2）材料的強度設計值混凝土γc=1.4

軟鋼取γs=1.1硬鋼取γs=1.4材料強度標準值、設計值

目前十二頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點2.2.1承載力極限狀態(tài)設計表達式設計表達式：1基本組合當永久荷載對結構起不利作用時：

當永久荷載對結構起有利作用時：2.2極限狀態(tài)設計的實用設計表達式

目前十三頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點2偶然組合混凝土結構構件的承載力安全系數(shù)KSAk—偶然荷載標準值產(chǎn)生的荷載效應水工建筑物級別12、34、5荷載效應組合基本組合偶然組合基本組合偶然組合基本組合偶然組合鋼筋混凝土、預應力混凝土1.351.151.201.001.151.00素混凝土按受壓承載力計算的受壓構件、局部承壓1.451.251.301.101.251.05按受拉承載力計算的受壓、受彎構件2.201.902.001.701.901.60目前十四頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點2.2.2正常使用極限狀態(tài)設計表達式

Sk(·)——正常使用極限狀態(tài)的荷載效應組合值函數(shù)C——結構的功能限值（裂縫寬度或撓度限值）

fk——材料強度標準值

ak——結構構件幾何參數(shù)的標準值目前十五頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3承載能力極限狀態(tài)計算3.1鋼筋混凝土受彎構件正截面承載力計算

受彎構件截面形式受彎構件正截面試驗研究目前十六頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點

梁的工作階段A.試驗結果分析B.梁的工作階段Ⅰ.第Ⅰ階段——拉區(qū)混凝土未裂階段

Ⅱ.第Ⅱ階段——裂縫階段

Ⅲ.第Ⅲ階段——破壞階段

C.梁正截面破壞形態(tài)Ⅰ.適筋破壞

Ⅱ.超筋破壞

Ⅲ.少筋破壞目前十七頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3.1.3正截面受彎承載力計算1）基本假定

(1)平截面假定。

(2)不考慮受拉區(qū)混凝土參加工作，拉力完全由鋼筋承擔。

(3)采用理想化的混凝土的應力—應變（sc~ec）關系曲線作為計算的依據(jù)。

(4)鋼筋ss~es關系曲線采用理想彈塑性模型。目前十八頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點2）界限破壞及界限受壓區(qū)高度適筋、超筋、界限破壞時的截面平均應變圖目前十九頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點Asx0bh0hbes=eyMus0fyAsMufcx0bh0xbx0bfyAsecu圖4.3.11界限破壞時的截面受壓區(qū)高度及混凝土等效應力圖形界限破壞時截面實際相對界限受壓區(qū)高度x0b:目前二十頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點在實際設計計算中，用矩形等效應力圖代替實際應力圖，并近似取xb=bx0b，故：水工規(guī)范取b=0.8,ecu=0.0033,則：(3.5)

式中xb——相對界限受壓區(qū)計算高度；

xb——界限受壓區(qū)計算高度；

h0——截面有效高度；

fy——鋼筋抗拉強度設計值；

Es——鋼筋彈性模量；理論上講，計算高度x=x/h0≤xb，則為適筋破壞；若x=x/h0>xb，則為超筋破壞。新規(guī)范SL191-2008與規(guī)范SL/T191-96相比給出更嚴格的規(guī)定，即：x≤0.85xb（x≤0.85xbh0）從式(4.3.5)可以看出，相對界限受壓區(qū)計算高度xb和鋼筋等級有關。對于沒有明顯屈服點的鋼筋，因ey=fy/Es+0.002,帶入式(3.5)，可得：

(3.6)

目前二十一頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點4.3.1.4單筋矩形截面構件正截面承載力計算基本公式：（3.7）

（3.8）1）截面配筋設計（1）由式（3.8）計算（2）由，求x。（3）若x≤0.85xb，則求r=xfc/fy，As=rbh0。若As<rminbh0，則取As=rminbh0；若x>0.85xb，則梁會發(fā)生超筋破壞，應增大梁截面尺寸或提高混凝土強度或采用后面介紹的雙筋截面。2）承載力復合（1）由式（）計算x。（2）如果x≤0.85xb，則由式（3.8）計算K；如果x>0.85xb，則取x=0.85xb，仍由式（3.8）近似計算K。（3）如果K≤[K]，則梁正截面承載力符合要求，否則梁正截面承載力不符合要求。[K]為規(guī)范規(guī)定的承載力安全系數(shù)目前二十二頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3.2鋼筋混凝土受彎構件斜截面承載力計算3.2.1概述3.2.2無腹筋梁的斜截面受剪破壞形態(tài)1）斜拉破壞2）剪壓破壞3）斜壓破壞目前二十三頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3.2.3影響梁斜截面承載力的主要因素1）剪跨比2）混凝土強度3）箍筋配筋率r目前二十四頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3.2.4有腹筋梁斜截面受剪承載力計算1）腹筋作用2）有腹筋梁的破壞形態(tài)3）有腹筋梁斜截面受剪承載力計算公式A.僅配箍筋對于承受集中力為主的重要的獨立梁，上式中的系數(shù)0.7改為0.5；1.25改為1.0。目前二十五頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點B.同時配有箍筋和彎起鋼筋4）公式的適用范圍A.上限當hw/b≤4時當hw/b≥6時當4

<hw/b<6時，按線性內插法確定。

B.下限（最小配筋率）對HPB235級鋼筋，對HRB335級鋼筋，目前二十六頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3.3受扭構件承載力計算3.3.1概述3.3.2純扭構件承載力計算

1）變角空間桁架理論目前二十七頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點2）規(guī)范給出的矩形截面純扭構件承載力計算公式K—承載力安全系數(shù)；T—設計扭矩；Tc—混凝土受扭承載力；Ts—箍筋及受扭縱筋受扭承載力；

ft—混凝土受拉強度設計值；

Wt—截面抗扭塑性抵抗矩，Wt

=b2(3h-b)/6，b為矩形截面短邊；

fyv—箍筋抗拉強度設計值；ζ—受扭縱筋與箍筋的配筋強度比，ζ尚應符合0.6≤ζ≤1.7的要求；目前二十八頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點純扭構件承載力計算步驟如下：（1）假定ζ值，例如令ζ

=1.0或1.2；（2）由式求出箍筋（可假定直徑求出間距）；（3）由求出抗扭縱筋Ast；（4）抗扭縱筋Ast沿周邊均勻布置，至少應在四角布置。目前二十九頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3.3.3剪扭構件承載力計算

1）剪、扭相關性

2）矩形截面剪扭構件承載力計算剪扭構件的受剪承載力：剪扭構件的受扭承載力：bt——剪扭構件混凝土受扭承載力降低系數(shù)，0.5≤bt≤1.0

目前三十頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3.3.4彎剪扭構件承載力計算

1）矩形截面彎剪扭構件

2）T形、工字形截面彎剪扭構件彎剪扭構件截面配筋示意圖T形、工字形截面劃分矩形截面的方法1/3Ast1/3AstAs+1/3Astb’fb’fbbbfhh’fhh’fhf目前三十一頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3.4鋼筋混凝土結構受壓構件承載力的計算3.4.1軸心受壓構件的承載力普通箍筋柱的設計計算

式中K——承載力安全系數(shù)N——軸力設計值A——構件截面面積，當縱向鋼筋配筋率r’>3%時，A應改為凈截面面積An，An=A-As’；

As’——全部縱向鋼筋的截面面積；

fc——混凝土的軸心抗壓強度設計值；

fy’——縱向鋼筋的抗壓強度設計值；

j——軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)。目前三十二頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3.4.2偏心受壓構件的承載力1）偏心受壓構件的的破壞形態(tài)和分類

A、大偏心受壓破壞

B、小偏心受壓破壞

C、界限破壞2）矩形偏心受壓構件的基本計算公式OCM(M3，N3)B(Mb，Nb)(M1，N1)AND(M2，N2)偏心受壓構件的彎矩軸力關系目前三十三頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3）不對稱配筋矩形偏心受壓構件的截面設計與承載力復合4）對稱配筋矩形偏心受壓構件的截面設計A、對稱配筋大偏心受壓構件截面設計如果2as'≤x≤xbh0如果x<2as'目前三十四頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點B、對稱配筋小偏心受壓構件截面設計目前三十五頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點C、對稱配筋矩形截面偏心受壓構件設計步驟先假定大偏壓計算x如果A’s<rminbh則取A’s=rminbh是否是否目前三十六頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3.4.4矩形、T形和工字形截面的偏心受壓構件，其斜截面受剪承載力應按下式計算：式中:N——與剪力設計值V相應的軸向壓力設計值，當N>0.3fcA時，取N=0.3fcA，此處A為構件的截面面積。目前三十七頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3.5鋼筋混凝土受拉構件承載力計算

3.5.1概述3.5.2軸心受拉構件承載力計算3.5.3大偏心受拉構件正截面承載力計算3.5.4小偏心受拉構件正截面承載力計算目前三十八頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點3.5.5矩形、T形和工字形截面的偏心受拉構，其斜截面受剪承載力應按下式計算：當式中右邊的計算值小于時，取等于

且箍筋的受剪承載力Vsv值不小于0.36ftbh0。式中N——與剪力設計值V相應的軸向拉力設計值；aaPPNN目前三十九頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點4正常使用極限狀態(tài)驗算4.1鋼筋混凝土構件裂縫控制驗算4.1.1裂縫控制（1）抗裂驗算：（2）裂縫寬度驗算：

水工規(guī)范根據(jù)水工混凝土結構所處的環(huán)境可分為下列五個類別：一類——室內正常環(huán)境；二類——室內潮濕環(huán)境、露天環(huán)境、長期處于地下或水下的環(huán)境；三類——淡水水位變動區(qū)或有侵蝕性地下水的地下環(huán)境，海水水下區(qū)；四類——海上大氣區(qū)，海水水位變動區(qū)；五類——使用除冰鹽環(huán)境，海水浪濺區(qū)，嚴重化學侵蝕性環(huán)境。目前四十頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點4.1.2裂縫的成因及對策1）直接由荷載引起的裂縫2）非荷載因素引起的裂縫A、由于溫度變化引起的裂縫B、由于混凝土收縮引起的裂縫C、由于基礎不均勻沉降所引起的裂縫D、由于混凝土塑性塌落所引起的裂縫E、由于冰凍所引起的裂縫F、由于鋼筋銹蝕所引起的裂縫G、由于堿骨料反應引起的裂縫生銹引起膨脹沿筋開裂在鋼筋表面上由于生銹膨脹引起的裂縫、最后下部保護層脫落目前四十一頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點4.1.3正截面抗裂驗算4.1.4裂縫寬度計算按荷載效應的標準組合所求得的最大裂縫寬度wmax不應超過規(guī)范規(guī)定的限值。（1）軸心受拉構件：（2）受彎構件：目前四十二頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點4.2鋼筋混凝土構件變形驗算4.2.1受彎構件的短期剛度Bs（1）不出現(xiàn)裂縫的構件（2）出現(xiàn)裂縫的構件4.2.2受彎構件的長期剛度B受彎構件的撓度計算按荷載效應的標準組合，根據(jù)構件的剛度B用結構力學方法計算，應滿足：

[f]為規(guī)范給出的限值。目前四十三頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點5預應力混凝土結構5.1預應力混凝土的基本概念所謂預應力混凝土結構，就是在結構受外荷載作用之前，預先人為的對混凝土預加壓力，造成人為的應力狀態(tài)，它所產(chǎn)生的預壓應力能抵消外荷載所引起的大部分或全部拉應力。這樣，在外荷載作用下，裂縫就能延緩發(fā)生或不致發(fā)生，即使發(fā)生了，裂縫寬度也比較小。5.2施加預應力的方法5.2.1先張法5.2.2后張法目前四十四頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點5.3預應力鋼筋張拉控制應力及預應力損失5.3.1預應力鋼筋張拉控制應力scon張拉控制應力scon是指張拉鋼筋時預應力鋼筋達到的最大應力值5.3.2預應力損失1）張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失sl12）預應力鋼筋與孔道壁之間的摩擦引起的預應力損失sl23）受張拉的鋼筋與承受拉力的設備之間的溫度差引起的預應力損失sl34）預應力鋼筋的應力松弛引起的預應力損失sl45）混凝土收縮和徐變引起的預應力損失sl56）環(huán)形構件采用螺旋式預應力筋時局部擠壓引起的預應力損失sl6目前四十五頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點5.3.3預應力損失組合

各項預應力損失是按不同張拉方式和不同時間分批發(fā)生的。水工規(guī)范將預應力損失分為兩批：

先張法預應力損失不小于100，后張法不小于80項次預應力損失值的組合先張法后張法12混凝土預壓前的（第一批）損失混凝土預壓后的（第二批）損失sl1+sl2+sl3+sl4sl5sl1+sl2sl4+sl5+sl6各階段預應力損失值的組合目前四十六頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點5.4混凝土預壓應力spc的計算5.4.1軸心受拉構件當混凝土由于徐變發(fā)生時，對非預應力筋產(chǎn)生壓應力，假定壓應力為sl5，其反作用力Assl5使混凝土產(chǎn)生拉應力，因此在求spc時，將扣掉所有損失的預應力鋼筋回彈力Ap（scon-sl）和非預應力筋反作用力Assl5視作外力共同作用在截面上，按材料力學的方法求混凝土應力。與受彎構件不同的是軸心受拉構件預壓應力spc沿截面是均勻分布的。而受彎構件預壓應力spc沿截面是不均勻分布的。spcAP(scon-sl)Assl51)先張法：2)后張法：目前四十七頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點5.4.2受彎構件1）先張法混凝土壓應力：(s’con-s’l)A’p=s’p0A’p(scon-sl)Ap=sp0ApA’ss’l5Assl5ep0Np0spcy0y’py’sysyp目前四十八頁\總數(shù)五十五頁\編于十九點2）后張法(s’con-s’l)A’p=s’pA’p(scon-sl)Ap=spApA’ss’l5Assl5