《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課件2

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理本課件旨在系統(tǒng)講解混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理和方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握混凝土材料的性能、構(gòu)件的受力特性以及各種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。本課程內(nèi)容涵蓋了混凝土結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面，從材料性能到構(gòu)件設(shè)計(jì)，再到整體結(jié)構(gòu)的分析，力求為學(xué)生提供一個(gè)全面而深入的了解。課程簡(jiǎn)介：課程目標(biāo)與內(nèi)容課程目標(biāo)使學(xué)生掌握混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本理論，熟悉各種構(gòu)件的受力性能和計(jì)算方法，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初步能力。課程內(nèi)容包括混凝土材料性能、鋼筋材料性能、受彎構(gòu)件、軸心受力構(gòu)件、偏心受力構(gòu)件、裂縫控制與變形驗(yàn)算等。教學(xué)方法采用課堂講授、案例分析、作業(yè)練習(xí)等多種教學(xué)方法，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。參考書目與學(xué)習(xí)方法參考書目《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》清華大學(xué)出版社《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》同濟(jì)大學(xué)出版社學(xué)習(xí)方法認(rèn)真聽講，做好筆記課后復(fù)習(xí)，完成作業(yè)多做習(xí)題，掌握計(jì)算方法查閱規(guī)范，理解設(shè)計(jì)要求第一章緒論：混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1材料組成由水泥、骨料、水和外加劑等材料組成。2力學(xué)性能抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低，脆性大。3耐久性能具有一定的耐久性，但易受環(huán)境因素的影響。4適用性適用于各種建筑結(jié)構(gòu)和工程結(jié)構(gòu)?；炷两Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)強(qiáng)度高，承載力大耐久性好，壽命長(zhǎng)防火性能好可模性好，適應(yīng)性強(qiáng)造價(jià)相對(duì)較低缺點(diǎn)自重較大抗拉強(qiáng)度低易開裂現(xiàn)場(chǎng)施工周期較長(zhǎng)質(zhì)量受施工影響較大混凝土結(jié)構(gòu)的適用范圍高層建筑利用其高強(qiáng)度和耐久性，可建造高層建筑。橋梁適用于各種橋梁結(jié)構(gòu)，如梁橋、拱橋、斜拉橋等。水工建筑物如水壩、碼頭、船閘等，利用其耐久性和抗?jié)B性。工業(yè)廠房適用于各種工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)，如框架結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)等?；炷两Y(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程1古代古羅馬時(shí)期開始使用，主要用于建造大型建筑物。2近代19世紀(jì)末，鋼筋混凝土出現(xiàn)，大大提高了結(jié)構(gòu)的承載力。3現(xiàn)代隨著科技的發(fā)展，高性能混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土等新型材料和結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則安全性確保結(jié)構(gòu)在正常使用條件下不發(fā)生破壞。適用性滿足結(jié)構(gòu)在使用過程中的各項(xiàng)功能要求。耐久性保證結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)具有良好的耐久性能。經(jīng)濟(jì)性在滿足安全、適用和耐久的前提下，盡量降低工程造價(jià)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性要求1承載力要求結(jié)構(gòu)具有足夠的承載力，能夠承受各種荷載的作用。2穩(wěn)定性要求結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性，不會(huì)發(fā)生傾覆或失穩(wěn)。3抗震要求在地震作用下，結(jié)構(gòu)能夠保持一定的承載能力，避免倒塌。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的適用性要求正常使用要求結(jié)構(gòu)在使用過程中，不會(huì)產(chǎn)生過大的變形或裂縫，影響使用功能。耐久性要求結(jié)構(gòu)具有良好的耐久性，能夠抵抗各種環(huán)境因素的侵蝕。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性要求材料選擇選擇具有良好耐久性的混凝土和鋼筋材料。構(gòu)造措施采取合理的構(gòu)造措施，防止鋼筋銹蝕和混凝土開裂。防護(hù)措施采取必要的防護(hù)措施，如涂刷防腐涂料、設(shè)置排水系統(tǒng)等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法概述容許應(yīng)力法以容許應(yīng)力為控制指標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。極限狀態(tài)法以極限狀態(tài)為控制指標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。概率極限狀態(tài)法考慮各種不確定因素的影響，采用概率方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。我國(guó)現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范體系1通用規(guī)范《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB500682混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500103其他結(jié)構(gòu)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等規(guī)范第二章混凝土的材料性能強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度1變形彈性模量、泊松比、收縮、徐變2耐久性抗?jié)B性、抗凍性、抗腐蝕性3混凝土的組成材料及配合比水泥提供膠結(jié)作用，是混凝土的主要組成材料。骨料分為粗骨料和細(xì)骨料，起骨架作用。水參與水泥的水化反應(yīng)，影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。外加劑改善混凝土的性能，如提高強(qiáng)度、改善和易性等。混凝土的強(qiáng)度等級(jí)C15抗壓強(qiáng)度為15MPaC20抗壓強(qiáng)度為20MPaC25抗壓強(qiáng)度為25MPaC30抗壓強(qiáng)度為30MPa混凝土的變形性能：彈性模量與泊松比彈性模量反映混凝土抵抗彈性變形的能力，與混凝土的強(qiáng)度等級(jí)有關(guān)。泊松比反映混凝土在單向受力時(shí)，橫向變形與縱向變形的比值。混凝土的收縮與徐變1收縮混凝土在硬化過程中，體積逐漸減小的現(xiàn)象。2徐變?cè)诔掷m(xù)荷載作用下，混凝土的變形隨時(shí)間緩慢增加的現(xiàn)象。混凝土的耐久性1抗?jié)B性抵抗水或其他液體滲透的能力。2抗凍性抵抗凍融循環(huán)破壞的能力。3抗腐蝕性抵抗化學(xué)物質(zhì)侵蝕的能力。提高混凝土耐久性的措施選擇優(yōu)質(zhì)材料選擇抗?jié)B性、抗凍性、抗腐蝕性好的水泥和骨料。優(yōu)化配合比降低水灰比，提高混凝土的密實(shí)性。加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)保證混凝土充分水化，提高強(qiáng)度和耐久性。采取防護(hù)措施涂刷防腐涂料，設(shè)置排水系統(tǒng)等。高性能混凝土高強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于普通混凝土。高耐久性具有優(yōu)異的抗?jié)B性、抗凍性和抗腐蝕性。高工作性具有良好的和易性和流動(dòng)性。纖維混凝土123改善抗裂性能纖維能夠阻止裂縫的擴(kuò)展。提高韌性纖維能夠吸收能量，提高混凝土的韌性。提高耐久性纖維能夠減少裂縫，提高混凝土的耐久性。輕骨料混凝土1降低自重輕骨料混凝土的密度較低，能夠降低結(jié)構(gòu)自重。2提高保溫性能輕骨料混凝土具有良好的保溫性能。3提高抗震性能由于自重較輕，能夠提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。第三章鋼筋的材料性能1強(qiáng)度屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度2伸長(zhǎng)率反映鋼筋的塑性變形能力3冷彎性能反映鋼筋的冷加工性能4焊接性能反映鋼筋的焊接質(zhì)量鋼筋的種類與規(guī)格光圓鋼筋表面光滑，強(qiáng)度較低，主要用于受力較小的構(gòu)件。帶肋鋼筋表面帶有肋，與混凝土的粘結(jié)力較好，是主要的受力鋼筋。鋼筋規(guī)格按直徑分為6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、25mm、28mm、32mm、36mm、40mm等。鋼筋的力學(xué)性能：強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率屈服強(qiáng)度鋼筋開始發(fā)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力。抗拉強(qiáng)度鋼筋能夠承受的最大應(yīng)力。伸長(zhǎng)率鋼筋斷裂時(shí)的塑性變形占原長(zhǎng)度的百分比。鋼筋的冷彎性能與焊接性能冷彎性能鋼筋在常溫下彎曲而不發(fā)生斷裂的能力，反映鋼筋的塑性和韌性。焊接性能鋼筋焊接接頭的強(qiáng)度和塑性，反映鋼筋的可焊性。鋼筋的腐蝕與防護(hù)腐蝕原因鋼筋與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致銹蝕。腐蝕危害降低鋼筋的強(qiáng)度和粘結(jié)力，影響結(jié)構(gòu)的承載力。防護(hù)措施采用防腐涂料、增加混凝土保護(hù)層厚度等。第四章受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算1受力特點(diǎn)梁在豎向荷載作用下，產(chǎn)生彎矩和剪力。2破壞形態(tài)受拉鋼筋屈服、受壓區(qū)混凝土壓碎等。3計(jì)算方法根據(jù)正截面承載力計(jì)算公式，確定梁的配筋。鋼筋混凝土梁的受力全過程彈性階段混凝土和鋼筋均處于彈性狀態(tài)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。帶裂縫工作階段混凝土出現(xiàn)裂縫，鋼筋承擔(dān)大部分拉力。破壞階段鋼筋屈服或混凝土壓碎，梁發(fā)生破壞。正截面承載力基本假定平截面假定梁的橫截面在變形后仍然保持為平面?；炷潦芾还ぷ骱雎曰炷恋目估瓘?qiáng)度。鋼筋與混凝土之間無(wú)滑動(dòng)鋼筋與混凝土協(xié)同工作。正截面承載力計(jì)算公式推導(dǎo)平衡條件受拉鋼筋的拉力等于受壓區(qū)混凝土的壓力。幾何條件根據(jù)平截面假定，確定鋼筋和混凝土的應(yīng)變。材料本構(gòu)關(guān)系確定鋼筋和混凝土的應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。單筋矩形截面梁的計(jì)算計(jì)算步驟確定梁的截面尺寸確定荷載計(jì)算彎矩計(jì)算所需的鋼筋面積選擇鋼筋雙筋矩形截面梁的計(jì)算適用情況當(dāng)單筋梁無(wú)法滿足承載力要求時(shí)，采用雙筋梁。計(jì)算步驟確定受壓鋼筋的面積計(jì)算受拉鋼筋的面積選擇鋼筋T形截面梁的計(jì)算1翼緣的作用提高梁的抗彎剛度和承載力。2計(jì)算方法根據(jù)翼緣的有效寬度，將T形截面梁轉(zhuǎn)化為等效的矩形截面梁進(jìn)行計(jì)算。超筋梁與適筋梁的概念超筋梁受拉鋼筋面積過大，破壞時(shí)混凝土先壓碎，屬于脆性破壞。適筋梁受拉鋼筋面積適中，破壞時(shí)鋼筋先屈服，具有較好的延性。提高梁正截面承載力的措施增加截面尺寸增加梁的有效高度，提高承載力。提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，提高承載力。增加鋼筋面積增加受拉鋼筋面積，提高承載力。第五章受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算1斜裂縫受彎構(gòu)件由于剪力作用而產(chǎn)生的斜向裂縫。2斜截面與梁軸線斜交的截面。3腹筋用于抵抗斜裂縫的鋼筋。斜裂縫的形成與發(fā)展受剪應(yīng)力梁中存在著剪應(yīng)力，是引起斜裂縫的主要原因。彎剪共同作用彎矩和剪力共同作用，加速了斜裂縫的形成和發(fā)展。斜截面破壞形態(tài)剪壓破壞斜裂縫向上延伸，壓碎受壓區(qū)混凝土。斜拉破壞斜裂縫發(fā)展到受拉區(qū)，拉斷鋼筋。斜截面承載力計(jì)算公式計(jì)算公式根據(jù)平衡條件和材料本構(gòu)關(guān)系，推導(dǎo)斜截面承載力計(jì)算公式。影響因素混凝土強(qiáng)度、鋼筋強(qiáng)度、截面尺寸等。腹筋的設(shè)置與構(gòu)造要求1設(shè)置原則在剪力較大的區(qū)域設(shè)置腹筋。2構(gòu)造要求腹筋應(yīng)與受拉鋼筋可靠連接，并錨固在受壓區(qū)。提高梁斜截面承載力的措施增加截面尺寸增加梁的截面寬度和高度，提高抗剪能力。提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，提高抗剪能力。增加腹筋增加腹筋的面積和數(shù)量，提高抗剪能力。第六章軸心受力構(gòu)件承載力計(jì)算123受力特點(diǎn)構(gòu)件只承受軸向壓力或拉力。破壞形態(tài)受壓構(gòu)件壓碎，受拉構(gòu)件拉斷。計(jì)算方法根據(jù)軸向力的大小和構(gòu)件的材料性能，計(jì)算承載力。軸心受力構(gòu)件的受力特點(diǎn)軸心受壓壓力作用在截面的中心，使構(gòu)件產(chǎn)生壓縮變形。軸心受拉拉力作用在截面的中心，使構(gòu)件產(chǎn)生拉伸變形。軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算計(jì)算公式根據(jù)混凝土和鋼筋的強(qiáng)度，計(jì)算構(gòu)件的承載力。影響因素混凝土強(qiáng)度、鋼筋強(qiáng)度、截面尺寸、長(zhǎng)細(xì)比等。軸心受拉構(gòu)件承載力計(jì)算1計(jì)算公式根據(jù)鋼筋的強(qiáng)度，計(jì)算構(gòu)件的承載力。2影響因素鋼筋強(qiáng)度、鋼筋面積等。提高軸心受力構(gòu)件承載力的措施提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，提高受壓構(gòu)件的承載力。增加鋼筋面積增加鋼筋的面積，提高受拉和受壓構(gòu)件的承載力。減小長(zhǎng)細(xì)比減小構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比，提高受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性。第七章偏心受力構(gòu)件承載力計(jì)算受力特點(diǎn)構(gòu)件同時(shí)承受軸向力和彎矩。1破壞形態(tài)受壓區(qū)混凝土壓碎，受拉區(qū)鋼筋屈服或拉斷。2計(jì)算方法根據(jù)軸向力和彎矩的大小，以及構(gòu)件的材料性能，計(jì)算承載力。3偏心受壓構(gòu)件的受力特點(diǎn)大偏心受壓彎矩較大，軸向力較小，破壞時(shí)受拉區(qū)鋼筋先屈服。小偏心受壓軸向力較大，彎矩較小，破壞時(shí)受壓區(qū)混凝土先壓碎。偏心距的影響偏心距增大彎矩增大，軸向力減小，構(gòu)件的承載力降低。偏心距減小彎矩減小，軸向力增大，構(gòu)件的承載力提高。偏心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算1計(jì)算公式根據(jù)平衡條件和材料本構(gòu)關(guān)系，推導(dǎo)承載力計(jì)算公式。2影響因素混凝土強(qiáng)度、鋼筋強(qiáng)度、截面尺寸、偏心距等。偏心受拉構(gòu)件承載力計(jì)算計(jì)算公式根據(jù)鋼筋的強(qiáng)度和軸向拉力的大小，計(jì)算構(gòu)件的承載力。提高偏心受力構(gòu)件承載力的措施1提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，提高構(gòu)件的承載力。2增加鋼筋面積增加鋼筋的面積，提高構(gòu)件的承載力。3減小偏心距減小偏心距，提高構(gòu)件的承載力。第八章構(gòu)件的裂縫控制與變形驗(yàn)算12裂縫控制限制裂縫的寬度，保證結(jié)構(gòu)的使用功能和耐久性。變形驗(yàn)算驗(yàn)算構(gòu)件的撓度，保證結(jié)構(gòu)的使用功能。裂縫的危害與控制要求裂縫的危害影響結(jié)構(gòu)的美觀、降低結(jié)構(gòu)的耐久性、加速鋼筋銹蝕等。控制要求限制裂縫的寬度，保證結(jié)構(gòu)的使用功能和耐久性。裂縫寬度計(jì)算計(jì)算公式根據(jù)鋼筋的應(yīng)力、混凝土的變形等因素，計(jì)算裂縫寬度。影響因素鋼筋的應(yīng)力、混凝土的變形、保護(hù)層厚度等。構(gòu)件的撓度計(jì)算1計(jì)算方法根據(jù)荷載、