《混凝土與砌體結構》教案

《混凝土與砌體結構》教案

系建筑工程技術系

任課教師：武芳___________

授課專業(yè)：14土木工程甲、乙

課程學分：5學分

課程總學時：80學時

1-4、6-9周每周8學時

課程周學時：

2016年9月3日

《混凝土與砌體結構》W發(fā)學進程

周課計劃教學教學

章節(jié)

次次學時手段環(huán)境

21第一章緒論2學時講授教室

22第二章混凝土結構材料的物理力學性能2學時講授教室

2.1

23第二章混凝土結構材料的物理力學性能2學時講授教室

2.2；2.3

31第十章混凝土結構設計的一般原則和方2學時講授教室

法10.1；10.2；

32第十章混凝土結構設計的一般原則和方2學時講授教室

法10.3

33第三章受彎構件正截面承載力計算2學時講授教室

3.1；3.2

41第三章受彎構件正截面承載力計算2學時講授教室

3.3

42第三章受彎構件正截面承載力計算2學時講授教室

3.4

43第三章受彎構件正截面承載力計算2學時講授教室

3.4

51第三章受彎構件正截面承載力計算2學時講授教室

3.5

52第三章受彎構件正截面承載力計算2學時講授教室

3.6

53第四章受彎構件的斜截面承載力4學時講授教室

4.1；4.2；4.3

61第四章受彎構件的斜截面承載力4學時講授教室

4.4

62第四章受彎構件的斜截面承載力4學時講授教室

4.5；4.6

63第五章受壓構件的截面承載力2學時講授教室

5.1；5.2；

81第五章受壓構件的截面承載力2學時講授教室

5.3；5.4

82講解第3章、第4章作業(yè)2學時講授教室

83第五章受壓構件的截面承載力2學時講授教室

5.5；5.6

91第五章受壓構件的截面承載力2學時講授教室

5.6

92第五章受壓構件的截面承載力2學時講授教室

1.7；5.8

93第五章受壓構件的截面承載力2學時講授教室

5.9：5.10

講解期中試卷

101第六章受拉構件的截面承載力2學時講授教室

6.1;6.2

102第七章受扭構件的扭曲截面承載力2學時講授教室

7.1；7.2；7.3

103第七章受扭構件的扭曲截面承載力2學時講授教室

7.4；7.5；7.6；7.7

111第八章?lián)隙?、裂縫寬度驗算及延性和耐2學時講授教室

久性8.1

112第八章?lián)隙?、裂縫寬度驗算及延性和耐2學時講授教室

久性8.2

141第八章?lián)隙?、裂縫寬度驗算及延性和耐2學時講授教室

久性8.3；8.4

142第九章預應力混凝土構件2學時講授教室

9.1

151第三章受彎構件正截面承載力2學時實驗實驗室

152第四章受彎構件的斜截面承載力2學時實驗實驗室

161第四章受彎構件的斜截面承載力2學時實驗實驗室

162答疑2學時講授教室

第1次課2學時

課程安排：

1、課程安排：總學時64,學分4。1-2周每周6學時：3T5周每周4學時。

2、教學內容安排：第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十章內容。

3、課堂作業(yè)：隨堂布置作業(yè)。

4、考核成績：期中考試、課堂考察、課堂提問、實驗占30%,期末考試占70%。

本次課題(或教材章節(jié)題目)：第一章緒論

教學要求：1掌握混凝土結構的定義和分類；熟悉配筋的作用與要求。

2了解鋼筋碎結構的特點，混凝土結構的發(fā)展與應用概況，學習本課程應注意的問題。

重點：掌握混凝土結構的定義和分類

難點：配筋的作用與要求

教學手段及教具：講授

講授內容及時間分配：

1、課程介紹和要求：10分鐘；

2、導入：5分鐘；

3、講授：65分鐘；

4、小結:5分鐘;

5、提醒學生需注意的事項：5分鐘。

課后作業(yè)思考題全部；課下瀏覽本課程教材上冊和中冊的內容。

《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》

參考資料(GB50068)

《混凝土結構基本原理》顧祥林主編同濟大學出版社

第一章緒論

自我介紹：

課程導入：

1.首先回顧前面課程所學的主要內容

(1)材料力學：以單個桿件為研究對象,理想桿件,主要研究研究在外力和其它外界因素作用

下桿件的強度、剛度、穩(wěn)定性。

(2)結構力學：以桿件結構為研究對象,理想桿件,主要研究在外力和其它外界因素作用下結

構的內力和變形，結構的強度、剛度和動力反應以及結構的組成規(guī)律。

(3)鋼筋混凝土：是考慮材料特性的材料力學，同樣以桿件為對象，但桿件非理想的桿件。

讓學生思考以下幾個問題：

(1)在什么建筑里面見過混凝土結構？見過哪些混凝土構件？(由此引出：混凝土結構的應用

范圍一混凝土構件應用范圍)

(2)什么是混凝土？什么是混凝土結構？(由此引出：混凝土定義-混凝土結構的定義-設計

混凝土結構需掌握的知識f本課程的知識點)

(3)本課程的主要內容：①構件設計一上冊(特殊的材料力學)②結構設計一中冊(特殊結構

力學)③橋梁設計一下冊(專業(yè)內容拓展)

2.本節(jié)課的主要內容：第一章(教學要求：掌握混凝土結構的定義和分類；熟悉配筋的作用與要求；

了解鋼筋碎結構的特點，混凝土結構的發(fā)展與應用概況。)

1.1一般概念：講述混凝土結構的定義及分類

1.2發(fā)展概況：介紹一下混凝土的發(fā)展歷史及前景

1.3注意幾個問題：學習過程中應注意的幾個問題

3.本次課的重點：

(1)鋼筋與混凝土共同工作的原理

(2)混凝土結構的優(yōu)缺點

4.帶著以下問題學習：

(1)混凝土結構常用于哪些建筑？混凝土常用于哪些構件？

(2)為什么建筑都是采用由鋼筋和混凝土組成的鋼筋混凝土構件呢？而不采用素混凝土構件或

者混凝土與其它材料組成的構件呢？

§1.1一般概念

一、混凝土結構的定義及分類

1.定義：以碎為主制成的結構成為硅結構。(注意與結構力學中結構的概念相結合)

2.分類：

(1)素混凝土：定義及應用范圍

(2)鋼筋混凝土：定義及應用范圍；

①普通鋼筋混凝土構件：解釋課件上圖中各字母的含義。

②新型混凝土構件：鋼骨混凝土構件、型鋼混凝土構件、纖維增強混凝土構件。

(3)預應力混凝土：由配置受力的預應力鋼筋或其它方法建立預應力結構。(讓同學們思考：施

加預應力有什么好處？)

二、鋼筋與混凝土共同工作的原理：(同學們思考：配置鋼筋的好處，共同工作的原理)

1.實例：素混凝土梁與鋼筋混凝土梁作對比，

(1)素混凝土梁：跨度為4m,截面尺寸為200mm義300mm,混凝土強度等級為C20。簡支梁，在

跨中施加集中荷載。當集中荷載F=8KN時，素混凝土梁破壞。

(2)鋼筋混凝土梁：截面尺寸、跨度、支承條件均同素混凝土梁。配筋條件如圖上所示(解釋

圖中各配筋的含義)在跨中施加集中荷載，當集中荷載F=35KN時，鋼筋混凝土梁發(fā)生破壞。

(3)結果對比：

①承載力：鋼筋混凝土梁相對于素混凝土梁承載力大大提高f配置鋼筋可大大提高構件承載

力f為什么？

②破壞形態(tài)：素混凝土梁破壞前無征兆，發(fā)生的是脆性破壞；鋼筋混凝土梁破壞前有征兆，

發(fā)生的是延性破壞。

（4）原因分析：混凝土宜于抗壓，鋼筋宜于抗拉（共同工作的前提）一充分利用材料特性。思

考：是不是所有宜于受拉的材料均可以與混凝土組成構件使用呢？

2.共同工作的條件：

（1）二者材料的特性

（2）可靠連接一兩種材料共同變形共同受力的前提。

（3）線膨脹系數接近：比如碳纖維（同時還有造價要求）

（4）混凝土對鋼筋的保護作用：玻璃纖維一需處理堿腐蝕的問題。

3.鋼筋與混凝土組合的原則：注意二者的放置位置。

（1）位置：注意材料特性一鋼筋宜于抗拉；混凝土宜于抗壓。

（2）骨架：鋼筋必須綁扎著骨架的形式。

三、混凝土結構的優(yōu)缺點

1.組成：放錄像一放錄像的過程中穿插講解，加深學生去混凝土結構的理解。

2.優(yōu)點：（主要與目前常見的木結構、鋼結構、砌體結構作對比）

（1）取材容易；（2）合理用材；（3）較長的耐久性；（4）較好的耐火性；（5）良好的可模性；

（6）很好的整體性。注意與其它結構形式相比進而得到。

3.缺點（及改進措施）：

（1）自重較大：不適用于高層、大跨度建筑中，對抗震不利一輕質高強混凝土

（2）抗裂性差：不適宜用于裂縫等級要求高的建筑，如大壩等一預應力混凝土

（3）施工速度慢：施工需使用大量的模板，且受季節(jié)的影響較大一預制構件工廠化

（4）隔聲隔熱差：其隔熱隔聲性能低于砌體結構等一保溫或隔熱的砂漿。

4.拓展內容：目前常用的四種結構形式（根據材料劃分，讓同學們根據日常所見的建筑進行回答）

（1）鋼結構：造價高；防火差；防腐蝕能力差一工業(yè)與大型的公共建筑中，如國家大劇院等。

（2）木結構：造價高；防火、防蟲能力差；一景區(qū)建筑

（3）混凝土結構：一應用實例，目前建筑的主要結構形式，多用于多高層的工業(yè)與民用建筑中。

（4）砌體結構：整體性差；抗震性能差；一多用于低多層的民用建筑中，如住宅。

§1.2發(fā)展概況：了解，主要從五個方面講述

一、混凝土結構的誕生

1.1824年英國人阿斯普?。↗.Aspdin）發(fā)明硅酸鹽水泥。

2.1849年法國人朗波（LLambot）制造了第一只鋼筋混凝土小船。

3.1861年，法國花匠J.Monier用鋼絲作為配筋制作了花盆并申請了專利，后由申請了鋼筋混

凝土板、管道、拱橋等專利一一盡管他不懂鋼筋混凝土結構的受力原理，甚至將鋼筋配置在板的中部，

他卻被認為是鋼筋混凝土結構的發(fā)明者；

4.1872年在紐約建造第一所鋼筋混凝土房屋。

5.1884年，德國人Wayss,Bauschingger和Koenen等提出了鋼筋應配置在構件中受拉力的部位

和鋼筋混凝土板的計算理論。后來，鋼筋混凝土結構逐漸得到了推廣應用。

二、材料方面的發(fā)展

普通混凝土一高強度混凝土一輕質混凝土一無砂混凝土一FRP

三、結構方面的發(fā)展

普通混凝土結構一預應力結構（提高結構的抗裂度，降低自重）一結構體系進一步豐富（預應力混

凝土結構、鋼筋與混凝土的組合結構）

四、理論方面的發(fā)展：《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2002）

1.設計方法方面的發(fā)展

（1）允許應力法：材料力學的方法一材料的不均勻性、荷載的情況均未考慮。

（2）破壞階段設計法：又稱安全系數法，引入安全系數做為安全儲備。

（3）極限狀態(tài)法：考慮到材料不均勻、工作環(huán)境、荷載等情況的影響。

2.基本理論的發(fā)展：規(guī)范中設計方法有所改善，可考慮材料的非線性；對舊結構的維護、改造與

加固理論的完善；計算機仿真技術的應用；結構試驗技術的完善。

3.試驗技術的進一步提高

五、應用方面

1.房屋工程：（圖片）

（1）臺北101大廈，世界第一高，508米，20XX年

（2）上海金茂大廈，世界第四高，421米，1998年

（3）吉隆坡的石油雙塔

（4）迪拜塔：全高828m,世界第一高。

2.交通工程：圖片（此處需查資料進行補充）

3.水利工程：圖片（此處需查資料進行補充）

4.特種工程：圖片（此處需查資料進行補充）

§1.3學習當中應該注意的問題

一、特殊的材料力學：學習此門課的立足點

1.二者之間的聯(lián)系

（1）基本原理完全相同：物理關系；幾何關系；平衡關系。

（2）基本受力狀態(tài)相同:受彎、受扭、受拉、受壓。

（3）基本構件劃分相同：受彎構件；受扭構件；受拉構件；受壓構件。

（4）截面的基本應力狀態(tài)相同：正截面；斜截面；扭曲截面。

2.二者之間的區(qū)別：

（1）材料力學：理想材料（連續(xù)性、均勻性假定）

（2）混凝土結構：①由兩種材料組成，非勻質的理想構件；②兩種材料的配比決定構件的受力

改性能；③兩種材料的相同之間的作用影響構件的整體性能。

3.本課程的主要研究內容

（1）材料的物理力學性能：（第2章）

（2）構件設計：上冊內容

①強度：構件承載力計算（根據構件的截面應力狀態(tài)進劃分）。受彎構件（第3、4章）、受

壓構件（第5章）、受拉構件（第6章）、受扭構件（第7章）、預應力構件（第9章）。

②剛度：變形和裂縫限值（第8章）

（3）結構設計：

①樓蓋設計：本學期末的課程設計

②單層廠房設計：下學期初的課程設計

③多高層建筑結構設計：另外一門新的課程

④砌體結構：下學期講解。

本門課程：結構設計原理=基礎知識+構件設計基本原理

二、實驗性：大多數理論均是從實驗中得到，而非有嚴密推理得到。

三、實踐性：多觀察身邊的建筑，多學習，很多理論均是由經驗得到的。

四、應注意的事項

1.考勤：達到兩次不交作業(yè)或者三次曠課，平時成績均按0計算，請務必按時上課和交作業(yè)。

2.期中考試：安排在第4章學習完之后進行，重在考慮對基本概念的理解。目的是加強對前面的

知識的掌握，為后面知識的學習打下基礎。

3.成績考核：期中考試、課堂考察、課堂提問、實驗占30%,期末考試占70隊

4.預習第二章的內容：我們下次課的內容是第2章的第1節(jié)和第2節(jié)。

第2次課學時

上次課復習：

1、混凝土結構的定義和分類；

2、配筋的作用與要求；

3、鋼筋碎結構的特點，混凝土結構的發(fā)展與應用概況。

本次課題(或教材章節(jié)題目)：第二章混凝土結構材料的物理力學性能2.1

教學要求：1掌握混凝土的強度和變形性能

重點：混凝土的強度

難點：混凝土的應力-應變曲線

教學手段及教具：多媒體、板書

講授內容及時間分配：

1、導入：5分鐘；

2、講授：75分鐘；

3、小結：5分鐘；

4、布置作業(yè)和課下內容及下課安排：5分鐘。

課后作業(yè)思考題第1、2題；預習下節(jié)課要學習的內容

《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》

參考資料(GB50068)

《混凝土結構基本原理》顧祥林主編同濟大學出版社

第二章混凝土結構材料的物理力學性能

引入：

上次課講到，混凝土結構的構件是由鋼筋和混凝土兩種材料組成，要進行混凝土的構件設計和結

構設計，首先有必要知道：

(1)鋼筋和混凝土兩種材料各自的物理力學性能

(2)鋼筋和混凝土兩種材料在同一個構件中如何共同工作

1.本章的主要內容：§2.1

(1)混凝土的物理力學性能：本次課內容

(2)鋼筋的物理力學性能

(3)混凝土與鋼筋的粘結

(4)鋼筋的錨固與連接

2.本章的重點：

(1)混凝土與鋼筋的物理力學性能

(2)鋼筋與混凝土共同工作的原理

§2.1混凝土的物理力學性能

一、混凝土的結構組成：

1.混凝土的定義：是由水泥、砂、石和水按一定比例配合而成人工石材。

2.結構組成：微觀，

(1)砂、石、未水化的水泥顆粒組成的骨料一骨架一彈性變形的基礎

(2)水泥結晶體f骨架一彈性變形的基礎

(3)水泥凝膠體：其中的空隙、界面初始裂縫一塑形變形的基礎一受力性能一徐變

二、混凝土的強度：種類比較多；標準的問題

1.立方體抗壓強度fwk：

(1)測定方法：標準試件在標準條件下養(yǎng)護28天,用標準試驗方法測得的測得的破壞時的平均

壓應力稱為混凝土的立方體抗壓強度。按上述規(guī)定所測得的具有95%保證率的抗壓強度稱為混凝土的

立方體抗壓強度標準值力注意力1a的表示含義，/：強度；cube(立方體)；k:標準值。

①標準試件：邊長為150mm的立方體試件。

②標準條件：溫度為20±3匕，濕度在90%以上。

③標準試驗方法：試件兩端不涂潤滑劑，加載速度C30以下是0.3so.5Mpa/sec,C30心上

為0.5so.8N/mm'/sec

(2)影響因素：端部約束情況(是不中涂滑劑)；齡期；加載速率；試塊尺寸；

(3)強度等級劃分：根據力將混凝土劃分為14個等級,C15、C20……C80(C：concrete(混

凝土)；15：立方體抗壓強度標準值)，其中C50-C80屬于高強度混凝土范疇(注意并非混凝土強度

等級越高越好)

(4)選擇要求：《混凝土結構設計規(guī)范》專業(yè)術語解釋

《混凝土結構設計規(guī)范》4.1.2：

鋼筋混凝土結構的混凝土強度等級不應低于C15；當采用HRB335級鋼筋時，不宜低于C20；當

采用HRB400、RRB400級鋼筋以及承受重復荷載的構件，混凝土強度等級不得低于20；預應力混凝土

結構，不應低于C30；當采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時，不宜低于C40。

不得、不應：正常情況下均不應這樣做的情況；不且：允許稍有選擇，但在允許條件下首先不應

該選擇這樣做的用詞；可：條件允許情況下可選擇；嚴禁：在任何情況下均不得這樣做的情況。

(5)立方體抗壓強度的意義：可衡量混凝土的強度水平和品質標準，但不代表實際構件中的應

力狀態(tài)。原因：實際的構件一般情況下第三邊的尺寸要遠遠大于其余兩個邊的尺寸；但立方體抗壓強

度測得的標準試件是三個方向尺寸相等的立方體，與實際的構件應力狀態(tài)有所差別。

2.軸心抗壓強度力/混凝土宜于抗壓，因此在結構中主要利用混凝土的抗壓性能，所以工是

混凝土的主要性能參數

（1）測定方法：用棱柱體試件測得的抗壓強度稱為棱柱體抗壓強度標準值或軸心抗壓強度標準

值。通常棱柱體的高寬h/b取2?3,常用試件尺寸為150mmX150mmX300mm。

（2）與立方體抗壓強度標準值的對比：采用的試驗試件更接近構件的實際尺寸，比立方體抗壓

強度標準值人.更能反應實際構件的應力狀態(tài)。因此規(guī)范中均采用力,*來表示材料的性能。

（3）軸心抗壓強度設計值fc：f0=3/Y（可得到每種強度等級混凝土的抗壓強度值、

力，匯總得到教材上附表2-1和2-2）

3.軸心抗拉強度混凝土在有的情況下處于受拉的情況，所以也必須掌握混凝土的抗壓性能

（1）必要性：混凝土構件的開裂、變形、沖切等均取決于混凝土的抗拉性能。

（2）測定方法：

①直接測試法:用lOOmmX100mmX500mm的柱體試件，兩端埋設長為150nlm的變形鋼筋，試

驗機夾住兩端伸出的鋼筋使試件受拉，破壞時平均應力即為混凝土的軸心抗拉強度標準值

存在的問題：材料不均勻，施工偏差影響較大。

②間接測試法（劈拉試驗）：用立方體或圓柱體試件的劈拉試驗來間接測定混凝土的抗拉強

度。對立方體或圓柱體施加線荷載。其劈拉強度為:f,=2p/ndl（可得到每種強度等級混

凝土的抗壓強度值flk.ft,匯總得到教材上附表2-1和2-2）

4.復合應力狀態(tài)下：在實際建筑中，大多數構件處于復合應力狀態(tài)下，通常承受M、N、V共同

作用，因此研究復合應力狀態(tài)下，混凝土的強度非常必要。混凝土復合應力狀態(tài)下的強度以單向應力

狀態(tài)下的強度為基礎。

（1）雙向應力狀態(tài)下：觀看雙向應力狀態(tài)下混凝土強度的破壞包絡圖，注意解釋各象限以及各

字母的含義。

①雙向受拉：位于第一象限。從圖上可以看出，接近于單向受拉的抗拉強度；

②雙向受壓：位于第三象限。混凝土受到側向約束的影響，強度均高于單向受壓時的強度。

③一拉一壓：位于第二、第四象限。拉應力的存在加速了混凝土內側裂縫的開展，抗壓和抗

拉強度均有所降低。

（2）剪壓復合應力狀態(tài)下：從圖上看出

①x軸左側：隨著拉應力增大，混凝土的抗剪強度逐漸降低；

②x軸右側：隨著壓應力的增大，混凝土的抗剪強度逐漸增大；當壓應力超過0.6￡后，

抗剪強度隨壓應力增大而減小。

（3）三向應力狀態(tài)下:隨著側向約束的逐漸增大，混凝土的強度逐漸增大。

￡=力'+（4.5~7.0）力

三、混凝土的變形

混凝土的變形由混凝土的受力變形和混凝土的體積變形兩部分組成。

1.混凝土的受力變形

（1）單調短期加載下混凝土的變形性能：

①應力-應變曲線：0A段：彈性變形階段，水泥凝膠體粘流動和初始裂縫變形影響較小，接

近直線，此時接近于彈性材料。A：比例極限點，名=0.3-0.4/°

AB段：裂縫穩(wěn)定發(fā)展階段，4=0.8工°,B：臨界點。

BC段：裂縫開始相互貫通，進入裂縫不穩(wěn)定發(fā)展時期，由第二圖可以看

出體積應變由壓縮變?yōu)榕蛎?。橫向應變繼續(xù)增大。C：峰值點，￡0；

峰值應變，一般取為0.002

CD段：形成破壞面，進入下降段。出現縱向裂縫，橫向變形急劇增大，

承載力明顯下降。

DE段：超過D點后，只靠骨料之間咬合力及摩擦力及殘余承壓面來承受

荷載，應力-應變曲線指向水平軸。超過E點之后，裂縫很寬，

已無意義。

②對于高強度混凝土：由圖中曲線可以看出，應力-應變曲線彈性段越長；峰值應變有所

增大，脆性越顯著，下降段越陡。由此可以看出，混凝土隨著強度的

增大，材料會越來越脆。即并不是混凝土強度越高越好。

③應力-應變模型：試驗測得的應力-應變曲線相對比較復雜，并且用于實際工程沒有必要。

因此各國均采用對其簡化的模型。

美國Hognestad模型：二次拋物線+斜直線（下降段）模型

德國Rusch模型：二次拋物線+直線模型

中國規(guī)范：曲線+直線，如圖所示，注意圖中各字母的含義

峰值應變，對應應力-應變曲線中的C點；邑：混凝土的極限壓應

變，對應應力-應變曲線中的E點。同時考慮了混凝土的強度等級的影

響，而引入工?（前面分析混凝土的強度等級越高，應力-應變曲線越

陡峭）。

④變形模量：應力與應變之間的橋梁，材料力學中的物理關系：=由圖中可得：請

同學們思考，幾種彈性模量分別由什么得到，并且用于什么地方。同時混凝土采用的模量應即簡便，

又能反應材料的實際性能。

初始彈性模量紇：過原點切線的斜率，用于彈性階段，&.=3％（用于材料力學的

研究，或者當荷載較小時，用于混凝土構件的研究）

割線模量耳：任意一點的變形模量，為該點與原點連線的斜率，又稱為變形模量或彈塑

性模量。（對應每個應力均對應不同的變形模量，使用起來不方便）

切線模量耳：任意一點的切線模量，為過該點切線所對應的斜率。（能真實反應材料任

意一種情況下對應的模量，僅于理論研究，用于工程中，既不方便,

也完全沒有必要。）

1（）5

規(guī)范中采用的混凝土變形模量：耳=—-（N/mm2）

c一c34.7

（2）長期荷載作用下混凝土的變形性能：

由生活當中的實例引入：比如建筑中的梁，從開始使用到50年后，梁上承受的荷載相同，但隨

著時間的增長，荷載沒有變，但梁的變形越來越大，為什么？（荷載不變，但建筑的反應卻越來載大）

請同學們舉其余相似的例子。原因就是：徐變

①徐變的定義：結構或材料承受的荷載或應力不變，而應變或變形隨時間而增長的現象。

②徐變的特點：由混凝土徐變的圖上可以看出，混凝土的徐變隨著時間增加，開始增長較快,

以后逐漸減慢，最后趨于穩(wěn)定。

③徐變的原因：水泥凝膠體的黏性流動，使骨料應力增大；混凝土中內部裂縫的發(fā)展。

。影響徐變的因素：內在因素：混凝土的組成和配比，骨料的剛度越大，體積比越大，徐變

就越小，水灰比越小，徐變也越小。環(huán)境因素：養(yǎng)護條件和使用條件，

受荷載前養(yǎng)護的溫濕度越高，徐變就越?。菏芎珊笏幍沫h(huán)境溫度越高,

相對濕度越小，徐變就越大。應力因素：應力越大，徐變就越大。

⑤徐變對結構設計的影響：使鋼筋混凝土構件截面產生內力重分布；使受彎構件和偏壓構件

的變形加大；使預應力混凝土構件產生預應力損失。注意引導學生思考

為什么會造成這些影響呢？

(3)在重復荷載作用下的混凝土的變形性能：疲勞破壞(引導同學們思考：一是哪些地方會出

現重復荷載作用的情況；二是重復荷載下的構件與靜荷載作用下的構件反應有什么差別？)

①實例：廠房里面的吊車梁；道路；橋梁

②應力-應變曲線特征：與單調短期荷載作用下的差別，裂縫小，變形大。從重復荷載作用

下的應力-應變曲線圖上可以看出，一開始加載，再卸載，會產生殘

余變形，即塑性變形，反復加載卸載之后構件會因裂縫過寬或變形

過大而破壞。

2.混凝土的體積變形：

(1)體積變形的特征：在空氣中凝結硬化，體積收縮；在水中凝結硬化，體積膨脹。

(2)影響混凝土收縮的因素:①水泥的品種：②水泥用量；③骨料的性質；④養(yǎng)護條件；⑤磴

制作方法；⑥使用環(huán)境；⑦構件體積與表面積比值

講課過程中需注意的問題：混凝土的應力-應變曲線比較難以理解，注意放慢速度，結合圖片、實驗

講解。

下課前需提醒內容：預習下次課，第二章的剩余內容；注意對混凝土的強度以及應力應變曲線的理解。

第3次課學時

上次課復習：混凝土的物理力學性能

1.混凝土的組成：(1)宏觀：多相復合材料f非勻質非完全彈性材料

(2)微觀：骨架、水泥結晶體一彈性變形的基礎

水泥凝膠體一塑性變形的基礎

2.混凝土的強度：(1)單向應力狀態(tài)：①力”.一確定混凝土強度等級

②力kf混凝土抗壓強度

③7;“一混凝土抗拉強度

(2)雙向應力狀態(tài)：

(3)三向應力狀態(tài)：約束混凝土

3.混凝土的變形：(1)受力變形：①單向短期荷載作用下：應力-應變曲線；應力-應變模型；

變形模量

②長期荷載作用下：徐變

③重復荷載作用下：疲勞破壞

(2)體積變形：混凝土凝結硬化

本次課題(或教材章節(jié)題目)：第二章混凝土結構材料的物理力學性能2.2；2.3

教學要求：掌握鋼筋的物理力學性能；了解混凝土與鋼筋的粘結的意義和原理

重點：鋼筋的力學性能

難點：混凝土與鋼筋的粘結

教學手段及教具：多媒體、板書

講授內容及時間分配：

1、導入：5分鐘；

2、講授：73分鐘；

3、本章小結：10分鐘；

4、布置作業(yè)和布置課下內容：2分鐘。

課后作業(yè)第二章課后思考題；預習第十章的內容

《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010—2002)《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》

參考資料(GB50068)

《混凝土結構基本原理》顧祥林主編同濟大學出版社

§2.2鋼筋的物理力學性能

引入：上次課已經學過了混凝土的物理力學性能，這次課我們就主要來學習鋼筋混凝土構件中另外一

種材料的物理力學性能，以及二者是如何共同工作的。

本次課內容：

(1)鋼筋的物理力學性能

(2)鋼筋與混凝土共同工作的原理

在學習過程中需要注意的問題：鋼筋的物理力學性能分析的思路與混凝土的物理力學性能分析思路完

全一樣。

一、鋼筋常見的種類和符號說明：(提問：生活中同學們都見到哪些鋼筋)

1.鋼筋按化學成分的不同分為：碳素結構鋼和普通低合金鋼。

2.鋼筋按生產加工工藝的不同分為：

(1)熱軋鋼筋：注意圖片(包括HPB235、HRB335,HRB400,RRB400)

(2)熱處理鋼筋：圖片，多用于預應力混凝土結構。它是將特定強度的鋼筋通過加熱、淬火和

回火等調質工藝處理，使鋼筋強度大大提高，而延伸率降低不多得到的鋼筋。

(3)鋼絲：圖片，多用于預應力混凝土結構中，鋼筋拉拔后，校直，經中溫回火消除就力并穩(wěn)

定化得到。有光面、刻痕和螺旋肋三種形式。

(4)鋼較線：圖片，多用地預應力混凝土結構中。高強鋼絲捻制在一起，經過低溫回火處理，

消除內應力后制成，有3股和7股兩種形式。

3.鋼筋按其外形的不同分為：(注意各字母的含義)

(1)光面鋼筋：如HPB235(此處鋼筋強度較低，多作為樓板的受力鋼筋、分布鋼筋以便其它構件

的箍筋使用)

(2)變形鋼筋：如HRB335、HRB400、RRB400(變形鋼筋，多作為鋼筋混凝土構件受力鋼筋使用)

生產工藝：hotrolledremainedheattreatment

ribbed

bar

RRB400

4.鋼筋按力學性能的不同分為：(1)有物理屈服點的鋼筋(軟鋼)(2)無物理屈服點的鋼筋(硬鋼)

二、強度與變形

1.強度：《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定：具有不小于95%保證率的強度標準值。根據鋼筋種類的

不同，其強度標準值按上值確定。

(1)熱軋鋼筋：屈服強度一&

(2)預應力鋼筋：抗拉強度一fplk

2.應力-應變曲線：

(1)熱軋鋼筋：有明顯流幅的鋼筋

A：比例極限點；B:屈服上限，不穩(wěn)定；B：屈服卜限，穩(wěn)定。

AB：基本位于彈性階段，發(fā)生的是彈性變形。

BC：過B點之后，開始塑流，BC：屈服平臺，此時鋼筋應力基本不增加，應變急劇增長。

CD：強化階段，應力逐漸上升，D：鋼筋應力達到最大值，即為極限抗拉強度。

DE：破壞階段，過D點之后，開始頸縮，E：拉斷，到達極限拉應變。

分析：過B點以后，構件出現過大的變形或者裂縫，不適宜繼續(xù)使用，因此采用下屈服點B作為

強度標準值，表示為4“，相應的參數值請查看教材上面附表2-6。

（2）預應力鋼筋：無明顯流幅的鋼筋

條件屈服強度D點：0.85x0/以耳0.85X%或者殘余應變的0.2%->fplk（由極限抗拉強度得到）

—附表2-7

三.簡化模型：

1.完全彈塑性模型：中國規(guī)范（適用于流幅較長的低強度鋼材），&定值一附表2-10

2.三段線性模型：適用于流幅較短的鋼材

3.雙斜線模型：沒有明顯流幅的鋼材

四、疲勞破壞

1.特性：在重復荷載作用下，鋼筋的強度遠遠小于靜載作用下的強度

2.試驗方法：單根鋼筋的軸拉疲勞；鋼筋埋入混凝土上重復受拉或受彎

五、對鋼筋的要求

1.鋼筋的強度：

2.塑性：

3.可焊性：

4.鋼筋與混凝土的粘結：

§2.3混凝土與鋼筋的粘結

引入：由前面分析,二者共同組成構件，共同受力的前提是二者之間連接，既粘結和錨固的構造措施。

一、粘結：粘結是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎。

1.定義：鋼筋與混凝土接觸面上產生的沿鋼筋縱向有剪應力。

2.粘結強度：

（1）定義：粘結失效時的最大（平均）粘結應力

（2）測試方法：如圖所示，由平衡條件可以得到。粘結強度粘結強度的測定通常采用拔出試驗

方法；粘結應力等于鋼筋的拉力與鋼筋表面積的比。

3.分布情況：

（1）開裂前：只有錨部附近的粘結應力（注意啟發(fā)學生思考原因）

（2）開裂后：錨步粘結力+裂縫間的局部粘合力一使鋼筋與混凝土共同變形，共同受力（注意引

導學生分析原因）

二、粘結力的組成：

L化學膠結力：水泥漿體對鋼的表面氧化層的滲透及水化過程中水泥晶體的生長和硬化，化學膠

結力比較小，當鋼筋發(fā)生滑移時，此力消失。

2.摩阻力：混凝土在凝結硬化過程中，發(fā)生收縮，從而對鋼筋表面產生壓力。當在受力過程中，

鋼筋相對混凝土發(fā)生相對移動，從而在鋼筋表面產生限制其滑動的靜摩擦力。

3.機械咬合力：變形鋼筋的原理，（注意對照PPT上圖片進行講解）

4.粘結力的組成：光面鋼筋的粘結力由化學膠結力和摩擦力組成；變形鋼筋的粘結力由以上三部

分組成。

三、粘結力的影響因素

1.混凝土強度：粘結力隨著混凝土強度的提高而逐漸增大，但實驗證明，二者的增長并不成正

比。

2.鋼筋外形：由粘結力的組成可以看出，變形鋼筋的粘結力增大了機械咬合力，相對光面鋼筋

而言，粘結應力較大，但注意因此而產生的劈裂裂縫。

3.保護厚度及鋼筋間距：注意在黑板上繪制梁的斷面圖。(并根據圖形此導學生分析原因)鋼筋

根數越多，凈間距越小,粘結強度越低。

4.橫向鋼筋:可限制構件的橫向變形，從而限制裂縫的開展，從而提高混凝土與鋼筋之間的粘結

力。

5.橫向壓力：原理等同于上者

6.澆注時鋼筋所處位置：

四、鋼筋的錨固與搭接

1.指導思想：保證混凝土與鋼筋共同工作，共同變形，采用粘結力和構造措施共同執(zhí)行的方式。

在《混凝土結構設計規(guī)范》中規(guī)定：對構件不進行粘結力計算，只通過構造措施來進行保證。

2.保證混凝土和鋼筋粘結力的構造措施：此處采用引導的方式講解，不用記憶，僅需理解

(1)保證鋼筋的最小錨固長度與搭接長度：

①最小搭接長度的定義：

②最小搭接長度的計算公式：P102,公式(4-25)

③常見鋼筋的搭接方式：綁扎連接；焊接連接；機械連接

④搭接的構造要求：搭接百分率限制；搭接長度限制；具體參看《混凝土結構設計規(guī)范》

f

⑤最小錨固長度：意義；計算公式：./；,/“=

(2)滿足鋼筋最小間距和碎最小保護層厚度的要求:原因同前面。

(3)在鋼筋搭接接頭范圍內應加密箍筋:提高混凝土與鋼筋的粘結力，使連接處，二者能夠共同受

力，共同變形。同時應注意搭接位置，由于接頭處，構件整體性相對于其余位置較差，因此應盡可能

選擇受力較小區(qū)域進行鋼筋的搭接。

(4)鋼筋端部設置彎鉤：

本章內容小結：

一、混凝土的物理力學性能

1.混凝土的組成：(1)宏觀：多相復合材料一非勻質非完全彈性材料

(2)微觀：骨架、水泥結晶體一彈性變形的基礎

水泥凝膠體一塑性變形的基礎

2.混凝土的強度：(1)單向應力狀態(tài)(本章重點)：①￡“"一確定混凝土強度等級

②人*一混凝土抗壓強度一人一附表2-1、2-2

③/?一混凝土抗拉強度一力一附表2-1、2-2

(2)雙向應力狀態(tài)：

(3)三向應力狀態(tài)：約束混凝土

3.混凝土的變形：(1)受力變形：①單向短期荷載作用下：應力-應變曲線；應力-應變模型；變形模

量附表2-3

②長期荷載作用下：徐變

③重復荷載作用下：疲勞破壞

二、鋼筋的物理力學性能

1.鋼筋的種類及符號說明：著重掌握熱軋鋼筋

2.鋼筋的強度與變形：(1)熱軋鋼筋：有明顯流幅一屈服平臺一屈服強度一＜*―/,-附表2-6

(2)預應力鋼筋：無明顯流幅一無屈服平臺一極限抗拉強度-fplk-力“f附

(3)鋼筋的彈性模量：

3.鋼筋的疲勞破壞：特性

4.對鋼筋的要求

三、粘結

1.意義；2.組成；3.影響因素；4.構造要求

下課前需提醒內容：由于教材的問題，將課程調整

1.課下預習混凝土中冊第十章的內容，比較難以理解，所以一定要課下提前預習。

2.下次課記得帶中冊書。

第4次課2學時

上次課復習：

一、鋼筋的物理力學性能

1.鋼筋的種類及符號說明：著重掌握熱軋鋼筋

2.鋼筋的強度與變形：重點

(1)熱軋鋼筋：有血顯域詞一屈服平臺一屈服強度-￡*一￡-附表2-6

(2)預應力鋼筋：無明顯流幅一無屈服平臺一極限抗拉強度―/““f￡”一附表2-6

(3)鋼筋的彈性模量：

3.鋼筋的疲勞破壞：特性

4.對鋼筋的要求

二、粘結

意義；2.組成；3.影響因素；4.構造要求

本次課題(或教材章節(jié)題目)：第十章混凝土結構設計的一般原則和方法10.1；10.2

教學要求：1掌握結構的極限狀態(tài)；2掌握按近似概率的極限狀態(tài)設計法

重點：近似概率極限狀態(tài)設計方法

難點：近似概率極限狀態(tài)設計方法

教學手段及教具：講授

講授內容及時間分配：

1、導入：5分鐘；

2、講授：80分鐘：

3、小結：3分鐘；

4、布置作業(yè)和課下內容安排：2分鐘。

課后作業(yè)課后思考題

《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》

參考資料(GB50068)

《混凝土結構基本原理》顧祥林主編同濟大學出版社

第十章按近似概率的極限狀態(tài)設計方法

引入：前面講到，總的設計方法經歷了三個階段，容許應力法f破除階段設計方法f近似概率極限狀

態(tài)設計方法。近似概率極限狀態(tài)設計方法，是總的設計原則，因此在講述具體的構件設計之前，必須

先學習本知識的內容。

1.學習本章主要從三個問題入手

(1)什么是極限狀態(tài)？

(2)什么是近似概率的極限狀態(tài)設計方法？

(3)實用設計表達式？

2.本章的重點：實用表達式

3.感性分析：

結構工作，其實就是抗力R與荷載產生的效應S共同作用有結果，因此可得以下結論：

(1)若R>S：外部荷載產生的影響S,當小于結構可以承擔的范圍R,則可以看出，結構安全

(2)若R<S：外部荷載產生的影響S,當大于結構可以承擔的范圍R,則可以看出，結構不安全

(3)若口=5：外部荷載產生的影響S,等于結構正好可以承擔的范圍R,則結構處于極限情況。

則可以作如下推導：取2=15,

(1)Z>0:R>S則，結構安全；(2)Z<0：R<S,結構不安全；(3)Z=0：R=S,結構處于極限狀態(tài)

則Z可表示出來結構所處的狀態(tài)，稱為功能函數。可見Z的大小跟R和S相關。

一、極限狀態(tài)

1.結構上的作用及其效應

(1)定義：凡能使結構產生內力或變形的原因稱為“作用”

(2)分類:

①直接作用：又稱為荷載。

荷教根據作用時間的長短和性質：

永久荷載：是指荷載的大小隨著時間推移不發(fā)生變化或者變化較小可以忽略的荷載，包括結

構或構件的自重以及恒荷載；

可變荷載：是指荷載的大小隨著時間的推移而發(fā)生變化，并且其變化不可以忽略的荷載。主

要是指建筑上面所作用的活荷載；

偶然荷載：指一般情況不會發(fā)生，一旦發(fā)生便會產生嚴重性的后果，比如爆炸力等。

荷載根據結構的反應特點：

靜荷載：荷載作用的位置不發(fā)生改變的情況，如結構自重、住宅或辦公樓的樓面活荷載等。

動荷載：荷載作用的位置隨著時間而改變的情況，如吊車荷載、風荷載、地震等。

永久荷載的標準值和永久荷載分項系數均可以通過《建筑結構荷載規(guī)范》查到。

②間接作用：混凝土的收縮、溫度變化、基礎的差異沉降、地震等引起結構外中變形或約束

的原因。

(3)荷載代表值：

①永久荷載的代表值：荷載標準值；荷載設計值

永久荷載標準值：按結構設計規(guī)定的尺寸和材料容重(可由《混凝土結構設計規(guī)范》查得)

平均值確定；

永久荷載設計值：設計值=恒荷載分項系數X永久荷載標準值。

②可變荷載代表值：標準值；設計值；組合值；準永久值：頻遇值。

可變荷載標準值：荷載標準值可由設計基準值最大荷載概率分布的某一分位值確定.

可變荷載設計值：設計值=可變荷載分項系數X可變荷載標準值。

可變荷載準永久值：準永久值=準永久系數X可變荷載標準值；

可變荷載頻遇值：頻遇值=頻遇值系數X可變荷載標準值

可變荷載組合值：組合值=組合值系數X可變荷載標準值。

可變荷載的標準值和荷載分項系數(可變荷載分項系數、組合值系數、頻遇值系數、準永久值系

數均可以查《建筑結構荷載規(guī)范》中查到)

(4)實例：河北科技大學新校區(qū)公共教學樓，請試利用規(guī)范確定樓面恒荷載標準值、樓面恒荷

載設計值、樓面活荷載的組合值、樓面活荷載設計值、樓面活荷載的組合值、樓面活荷載的準永久值、

樓面活荷載的頻遇值。樓面的構造層次如下圖所示：(補充圖形)

2.結構的抗力R：結構抗力是指結構或構件承受作用效應的能力。如構件的承載力、剛度等，用只R

表示。

(1)影響因素：材料性能的不定性；構件幾何參數的不定性。

(2)材料強度設計值：

材料強度標準值：混凝土強度標準值的保證率為9