橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計原理.ppt

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,課程簡介：,本課程是土木工程（道路與橋梁工程方向）專業(yè)的主干專業(yè)基礎(chǔ)理論課（必修）。本課程主要介紹鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和圬工結(jié)構(gòu)的各種基本構(gòu)件受力特性、設(shè)計原理、計算方法和構(gòu)造設(shè)計。,1、知識目標(biāo)： 掌握鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和圬工結(jié)構(gòu)概念、構(gòu)造及計算原理和計算方法。 2、能力目標(biāo)： 能夠應(yīng)用所學(xué)知識進行簡單構(gòu)件截面設(shè)計、承 載力計算及校核，能對簡單的鋼筋混凝土構(gòu)件進 行配筋計算。,GENERAL INSTRUCTIONAL OBJECTIVE,總體教學(xué)目標(biāo),1、課堂教學(xué)： 以選用的孫元桃主編的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理為 首選教材，采用多媒體教學(xué)為主、結(jié)合板書的教 學(xué)手

2、段。 2、課堂討論： 對知識重點以及難點進行課堂討論。 3、課程設(shè)計： 針對重點內(nèi)容的課程設(shè)計（大作業(yè)）。,擬采用的教學(xué)方法,課前預(yù)習(xí)是關(guān)鍵： 在學(xué)習(xí)本門課程之前同學(xué)們最好提前瀏覽教 材，對即將要進行的課程有所熟悉。 學(xué)習(xí)各環(huán)節(jié)要積極主動： 聽課、課堂討論、課后作業(yè)、課程設(shè)計都要積極主動并且認真完成。 勤奮學(xué)習(xí)的精神： 學(xué)習(xí)本門課程以及今后事業(yè)成敗的關(guān)鍵。,學(xué)習(xí)方法,LEARNING METHOD,1、先行課程： 建筑力學(xué)道路建筑材料。本門課程 必須是在學(xué)習(xí)了以上兩門課程的基礎(chǔ)之上進行 的。 2、后續(xù)課程： 橋梁工程。學(xué)習(xí)本門課程是為了今后學(xué) 習(xí)橋梁工程打下基礎(chǔ)。橋梁工程是道橋?qū)I(yè)非常 重要的

3、一門專業(yè)課，因此本課程的重要性可見一 斑。,與本門課程有關(guān)課程：,主要內(nèi)容,COURSE MATERIALS,0 總 論,第一章 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,第二章 結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計的原則,第三章 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力計算,第四章 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面承載力計算,第五章 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在施工階段應(yīng)力計算,第六章 鋼筋混凝土構(gòu)件的變形與裂縫驗算,第七章 軸心受壓構(gòu)件承載力計算,第八章 偏心受壓構(gòu)件承載力計算,第九章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料,第十章 受彎構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計計算,第十一章 受彎構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計計算,第十二章 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁設(shè)計,第十

4、三章 圬工結(jié)構(gòu)設(shè)計計算簡介,課時分配：,SCORING SYSTEM,成績評定,葉見曙主編：結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，人民交通出版社， 2005年12月 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力 混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004），2004年， 北京：人民交通出版社。 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圬工橋涵設(shè)計規(guī)范2004 年，北京：人民交通出版社。 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范 （JTG D60-2004），2004年，北京：人民交通出版社。,REFERENCES,參考書目,學(xué)期第一課,課堂三不許、三必須,不許睡覺 不許玩兒手機、聽音樂 不許說話 必須按時上下課 必須按時完成作業(yè)

5、必須養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣,課前提問：,請問中國的“橋梁之都”是那個城市？ 這座城市是那年被評為中國的“橋梁之都”的？ 茅以升橋梁委員會2005年年會認定：重慶是中國惟一的 “橋都”。重慶現(xiàn)有各類橋梁4500多座，主城嘉陵江和長江 上已有大橋14座，數(shù)量和密度遠遠超過中國其他城市，建 設(shè)密度和施工難度世所罕見。,總論,結(jié)構(gòu)設(shè)計原理三大學(xué)習(xí)任務(wù)： 1、學(xué)會設(shè)計構(gòu)件： 確定合理截面尺寸，如：構(gòu)件截面形狀、大小 等；了解構(gòu)件的具體構(gòu)造，為施工打基礎(chǔ)。 2、驗算所設(shè)計構(gòu)件可靠度： 根據(jù)所設(shè)計構(gòu)件的截面尺寸，在外部荷載已知的 情況下，驗算其承載力、穩(wěn)定性、剛度、裂縫。 3、為學(xué)習(xí)橋梁工程打好基礎(chǔ)。,結(jié)構(gòu)組成

6、及其分類,結(jié)構(gòu)：建筑物中承受作用和傳遞作用的各個部件 的總和稱為結(jié)構(gòu)。因此，結(jié)構(gòu)是由若干基本構(gòu)件 組成。 基本構(gòu)件按受力特點分為： 受拉構(gòu)件 受壓構(gòu)件 受彎構(gòu)件 受扭構(gòu)件,構(gòu)件承載力,承載力：構(gòu)件抵抗破壞和抵抗變形的能力。 影響承載力的因素有： 1、組成材料的性質(zhì) 2、截面的幾何形狀 3、截面尺寸 4、受力特點及工作條件 5、施工因素等,結(jié)構(gòu)的分類,結(jié)構(gòu)按照組成材料的分類： 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 圬工結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu) 木結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的研究對象： 就是組成橋梁結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件（梁、板、柱）,各結(jié)構(gòu)的特點及適用范圍,國內(nèi)外橋梁發(fā)展趨勢：輕型化、標(biāo)準(zhǔn)化、機械化。 三種結(jié)構(gòu)特點對比： 1、

7、結(jié)構(gòu)質(zhì)量： 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)適用于大跨度結(jié)構(gòu)。 2、使用性能： 延性、耐久性、耐火性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)好；鋼結(jié) 構(gòu)強度高。 3、建筑速度 鋼結(jié)構(gòu)建筑速度最快。,各種結(jié)構(gòu)的適用范圍： 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)： 應(yīng)用最廣泛：橋梁、涵洞、擋土墻、路 面、房屋建筑、水工結(jié)構(gòu)等 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)： 多用于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)中 圬工結(jié)構(gòu)： 砌筑拱圈、墩臺、基礎(chǔ)、擋土墻等結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則及基本要求：,設(shè)計原則：安全、適用、經(jīng)濟、美觀 設(shè)計要求：具有足夠的可靠度。 承載力：設(shè)計使用期內(nèi)各構(gòu)件有足夠安全儲備 穩(wěn)定性：結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在荷載作用下處于穩(wěn)定的 平衡狀態(tài)。 剛度：變形控制在運行范圍內(nèi)。 耐久性：結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)不得

8、過早發(fā)生破壞,第一章,鋼筋混凝土材料的基本概念及力學(xué)性能,定義：鋼筋混凝土是由兩種力學(xué)性能不同的材 料鋼筋和混凝土結(jié)合成整體，共同發(fā)揮作用 的一種建筑材料。,第一節(jié) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念,一、素混凝土構(gòu)件和鋼筋混凝土構(gòu)件受力和破壞形態(tài)比較：,現(xiàn)將素混凝土梁和配置鋼筋的梁進行荷載試驗：,a) 素砼梁 極限荷載 P=8kN 由砼抗拉強度控制 破壞形態(tài)：脆性,b) 鋼筋砼梁 極限荷載 P=36kN 由鋼筋受拉、砼受壓而破壞 破壞形態(tài)：延性,由此得出鋼筋和混凝土結(jié)合的有效性：, 大大提高結(jié)構(gòu)的承載力, 結(jié)構(gòu)的受力性能得到改善,荷載試驗結(jié)果表明：,例：一跨度為4m，跨中作用集中荷載的簡支梁，梁截面尺

9、寸200300mm，混凝土為C20。如圖所示：,鋼筋與混凝土合理的組合原則,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不是鋼筋和混凝土之間的任意組合。,其組合的原則：發(fā)揮鋼筋抗拉、抗壓強度高的特點；發(fā)揮混凝土抗壓強度高，而避免抗拉強度低的弱點。,鋼筋與混凝土長期共同工作的原因,1. 混凝土結(jié)硬后，能與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起，傳遞應(yīng)力。,2. 二者具有相近的線脹系數(shù)，不會由于溫度變化產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和相對變形而破壞粘結(jié)力。,鋼筋 st = 1.2 105,混凝土 ct = 1.0 1.5 105,3. 呈堿性的混凝土可以保護鋼筋，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的耐久性。,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)缺點,優(yōu)點：,1. 就地取材，節(jié)約鋼

10、筋；,2. 耐久性好，耐火性好；,3. 可模性好，便于結(jié)構(gòu)型式的實現(xiàn)；,4. 現(xiàn)澆或裝配整體式結(jié)構(gòu)的整體性好，剛大。,缺點：,1. 自重大 g=25kN/m3,輕骨料砼。,2. 抗裂性差,施加預(yù)應(yīng)力。,第二節(jié) 混凝土,混凝土的組份：,水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等級的砼。,骨料,水泥結(jié)晶體,水泥凝膠體,彈性變形的基礎(chǔ),塑性變形的基礎(chǔ),砼的強度及變形隨時間、隨環(huán)境的變化而變化。,一、 混凝土的強度,1. 立方體抗壓強度 fcu,影響立方體強度的因素：試件尺寸、溫度、濕度、試驗方法。,由于尺寸效應(yīng)的影響：fcu(150) = 0.95 fcu(100),fcu(150) = 1.05 f

11、cu(200),混凝土強度等級：,用標(biāo)準(zhǔn)制作方式制成的150150mm的立方體試塊，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得具有95保證率的抗壓強度。,常用等級：C15, C20, C25, C30, C35, C40, C45, C55, C60，C65，C70，C75，C80,2.軸心抗壓強度 fck,真實反映以受壓為主的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗壓強度。,為消除端部約束的影響,用立方體強度反映：,考慮實際情況(施工狀況、養(yǎng)護條件等),混凝土的抗拉強度比抗壓強度小得多，為抗壓強度 。,3. 軸心抗拉強度 ftk,直接測試方法,間接測試方法(彎折，劈裂),考慮施工因素，取,二、混凝土的變形,混

12、凝土的變形,體積變形（收縮、膨脹）,受力變形（由荷載引起）,（一）混凝土的受力變形,1、混凝土在一次短期荷載作用下的的受力變形,曲線中最大應(yīng)力值及其對應(yīng)的應(yīng)變值,應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀,破壞時的極限應(yīng)變值,A,0,cu,a,fcd,C,c,c,max,混凝土一次短期加荷時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,混凝土棱柱體一次短期加荷軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線,c=0.00080.003（計算時取0.002）,0 max：上升段,max C：下降段,cu=0.0020.006（有時可達0.008）,規(guī)范取cu=0.0033,幾點說明：,影響混凝土塑性變形大小的因素：,加荷速度,荷載持續(xù)的時間（少于0.001s時變形為直線）

13、,混凝土短期受拉曲線特征：,類似于受壓曲線，區(qū)別在于曲率變化小。,c=0.00010.00015，僅為受壓極限應(yīng)變的120 115,混凝土受拉易開裂,2、混凝土在多次重復(fù)荷載作用下的變形,如果我們將混凝土棱柱體試塊加荷使其壓應(yīng) 力達到某個數(shù)值，然后卸荷至零，并把這 一循環(huán)多次重復(fù)下去，就稱為多次重復(fù)荷載。,我們通常把能使試件循環(huán)200萬次或次數(shù)稍多 時發(fā)生破壞的壓應(yīng)力稱為混凝土的疲勞強度, 用符號fp表示。（=0.5fcd）,BB：彈性后效,OB：殘余應(yīng)變,3、混凝土在長期荷載作用下的變形,徐變：,混凝土在長期荷載作用下，在荷載(應(yīng)力) 不變的情況下，變形(應(yīng)變)隨時間不斷增長的現(xiàn)象。,徐變規(guī)

14、律：,（1）徐變與混凝土應(yīng)力大小有關(guān)，應(yīng)力越大， 徐變越大。,線性徐變 初應(yīng)力 c0.5fcd,非線性徐變 c 0.5fcd,當(dāng)c 0.8fc ，徐變發(fā)展最終導(dǎo)致破壞,0.8fc,作為混凝土的長期抗壓強度。,（2）混凝土的徐變與時間參數(shù)有關(guān),（3）加荷齡期對混凝土徐變有重要影響?；?凝土加載齡期越短，即混凝土越年輕， 徐變越大；,（4）水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大。,（5）混凝土集料愈堅硬、養(yǎng)護時相對濕度越 高，徐變越小。,受荷后3-4個月徐變發(fā)展最（45%- 50%）。全部徐變完成需要4-5年的 時間。,注意,徐變對結(jié)構(gòu)的影響：, 使構(gòu)件的變形增加；, 在截面中引起應(yīng)力重分布；, 在預(yù)

15、應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中引起預(yù)應(yīng)力損失。,4、混凝土的彈性模量,k,c,c,ce,cp,h,原點彈性模量：,17,16,割線模量：,19,切線模量：, 彈性系數(shù)01.0,110,剪切模量：,c = ce + cp,18,G = 0.4Ec,（二）混凝土的體積變形,混凝土在空氣中結(jié)硬體積減小的現(xiàn)象。,收縮：,收縮的原因,凝縮,干縮,砼凝結(jié)硬化時化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生,砼自由水蒸發(fā)產(chǎn)生,收縮的影響因素,水泥用量、,集料質(zhì)量,水泥強度等級,水灰比,混凝土振搗,養(yǎng)護濕度,收縮的危害,裂縫,第三節(jié) 鋼筋,一、鋼筋的種類：,按外形分：光圓鋼筋、帶肋鋼筋、鋼絲、鋼絞線,按鋼料品種分,碳素鋼,合金鋼,低碳鋼（軟鋼）,中碳鋼,高

16、碳鋼,硬鋼,強度高 可焊性差 脆性大,碳素鋼中添加少量的合金元素，從而改善了硬鋼的不足,鋼筋按照鋼料品種分類,按生產(chǎn)工藝和加工條件分類,熱軋光圓鋼筋,熱軋帶肋鋼筋,余熱處理鋼筋,冷軋帶肋鋼筋,鋼絲,Q235,HRB335、HRB400、HRB500,KL400,CRB550、CBB650、CRB800、CRB970、CRB1170,按外形：,光圓P,螺旋肋H,刻痕I,按加工狀態(tài),冷拉鋼絲,消除應(yīng)力鋼絲,低松弛鋼絲,普通松弛鋼絲,二、鋼筋的主要力學(xué)性能：,鋼筋的 曲線,比例極限,屈服強度,極限強度,fy,ft,e,d,流幅,a,b,c,oa彈性階段,a比例極限,b屈服強度,cd強化階段,0.2%

17、, 0.2,d極限強度,de 頸縮階段, 0.2條件屈服強度,鋼筋力學(xué)性能指標(biāo)：,對于有明顯屈服臺階的軟鋼取屈服強度 fy 作為強度設(shè)計依據(jù)。,對于無明顯屈服臺階的硬鋼取條件屈服強度 0.2作為強度設(shè)計依據(jù)。,屈服強度、極限強度、伸長率、冷彎性能。,冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷軋。,冷加工的目的：改變鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高 鋼材強度，節(jié)約鋼筋。,冷加工對鋼材性能的影響。,熱處理是對某些特定型號的熱軋鋼進行 淬火和回火處理。,鋼筋的冷加工和熱處理,o,冷拉控制應(yīng)力,(N/mm2),冷拉率,o,a,b,c,c,d,d,冷拉無時效,冷拉經(jīng)時效,(a),(b),(a) 為冷拉，可采用冷拉控制應(yīng)力和冷拉率控

18、制。冷拉后可提高鋼材的抗拉強度，但其屈服臺階變短。,(b) 為冷拔，可同時提高鋼材的抗拉和抗壓強度。塑性降低很多。,冷軋后，鋼筋表面軋成帶肋，強度與冷拔低碳 絲接近，塑性要好一些。,三、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求：,1、強度：（屈服強度、極限強度） 屈強比是衡量結(jié)構(gòu)可靠性潛力的重要指標(biāo)，屈 強比小則可靠性高，但過小的屈強比使鋼筋的有 效利用率過低，故要適宜。,2、塑性： 防止結(jié)構(gòu)脆性破壞。,3、可焊性： 保證焊接口處不出現(xiàn)裂紋。與碳、錳含量有關(guān)。,4、鋼筋與混凝土之間的握裹力：,第四節(jié) 鋼筋和混凝土之間的黏結(jié),鋼筋和混凝土之間粘結(jié)力的組成：, 水泥漿凝結(jié)與鋼筋表面的化學(xué)膠結(jié)力；, 混凝土收

19、縮將鋼筋裹緊而產(chǎn)生的摩阻力；, 鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合力。,l,T,d,max,黏結(jié)強度的計算,拔出實驗 測定粘結(jié)力的方法,錨固設(shè)計的基本原則是必須保證足夠的錨固粘結(jié)強度以使鋼筋強度得以充分利用，即,確保黏結(jié)強度的措施：, 保證錨固長度和搭接長度；, 保證鋼筋周圍的混凝土有足夠的厚度；(保護層厚度及鋼筋凈距), 光圓筋在端部做成彎鉤。, 選用適宜的混凝土強度等級；, 采用帶肋鋼筋；, 設(shè)置一定數(shù)量的橫向鋼筋。,第二章,結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計的原則,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計：,已知： （1）外部預(yù)計荷載（如橋梁建成后車輛的通行 量，人流量等）； （2）建設(shè)橋梁擬采用的材料（即材料

20、的各性能 均已知）。 求： （1）確定構(gòu)件承受已知荷載所需的尺寸。 （2）按照所確定的構(gòu)件尺寸對構(gòu)件進行配筋。 （3）按照所設(shè)計尺寸和配筋進行安全驗算。,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的三個發(fā)展階段,1、容許應(yīng)力計算法 以彈性理論為基礎(chǔ)的一種計算方法，不能如實 的反應(yīng)構(gòu)件截面的應(yīng)力狀態(tài)，不能正確的計算出結(jié) 構(gòu)的承載能力。,2、破壞階段計算法 20世紀(jì)30年代所提出，以彈塑性理論為基礎(chǔ)的 一種計算方法，比容許應(yīng)力計算法有了很大的進 步。,3、極限狀態(tài)計算法 20世紀(jì)50年代所提出，是破壞階段計算法的發(fā)展。,2.1 作用與作用效應(yīng)組合,一、作用及其分類：,按時間的變異分類：永久作用、可變作用、偶然作用,按

21、隨空間位置的變異分類：固定作用、可動作用,按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類：靜態(tài)作用、動態(tài)作用,結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力稱為結(jié)構(gòu)抗力R,作用,直接作用：,間接作用：,荷載,溫度應(yīng)力、基礎(chǔ)沉降，地震作用,1. 永久作用：在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計的作用； 2. 可變作用：在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值隨時間變化，且其變化值與平均值相比較不可忽略的作用； 3. 偶然作用：在結(jié)構(gòu)使用期間出現(xiàn)的概率小，一旦出現(xiàn)其值很大且持續(xù)時間很短的作用。,1. 作用的標(biāo)準(zhǔn)值: 各種作用的基本代表值。其值可根據(jù)設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大值概率分布的某一分位值確定。,取值規(guī)定： 永久作用采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代

22、表值：按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計尺寸與容重確定 可變作用標(biāo)準(zhǔn)值：見規(guī)范,二、作用的代表值,2. 可變作用頻遇值： 是指結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值。 頻遇值標(biāo)準(zhǔn)值頻遇系數(shù)1,3. 可變作用準(zhǔn)永久值 是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的且量值較小的荷載作用取值： 準(zhǔn)永久值標(biāo)準(zhǔn)值準(zhǔn)永久值系數(shù) 2,注： 2 1 準(zhǔn)永久值頻遇值,4、公路橋涵設(shè)計時，對不同的作用應(yīng)采用不同的代表值,（1） 永久作用：采用標(biāo)準(zhǔn)值為代表值。,采用頻遇值（短期效應(yīng)組合設(shè)計時）,采用準(zhǔn)永久值（長期效應(yīng)組合設(shè)計時）,正常使用極限狀態(tài),承載能力極限狀態(tài)：,采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值,（2） 可變作用：,2、作用效應(yīng)與作用效應(yīng)設(shè)計值,結(jié)構(gòu)由于各種原因，

23、所引起的內(nèi)力和變形稱為作用效應(yīng)。,內(nèi)力：軸力、彎矩、剪力、扭矩；,變形：撓度、轉(zhuǎn)角、裂縫。,作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值與作用分項系數(shù)的乘積。,分項系數(shù),作用分項系數(shù),抗力分項系數(shù),結(jié)構(gòu)抗力是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力。,結(jié)構(gòu)抗力的影響因素：,材料性能的不確定性,材料幾何參數(shù)的不確定性,計算模式的不確定性,結(jié)構(gòu)抗力具有隨機性,3、作用效應(yīng)組合 （1）基本組合 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用效應(yīng)設(shè)計 值和可變作用效應(yīng)設(shè)計值組合。 （2）偶然組合 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效 應(yīng),可變作用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值 效應(yīng)組合。 （3）作用短期效應(yīng)組合 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標(biāo)

24、準(zhǔn)值效 應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)組合。 （4）作用長期效應(yīng)組合 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效 應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)組合。,2.2 極限狀態(tài)設(shè)計法的基本概念,一、結(jié)構(gòu)的可靠性概念：,安全性：結(jié)構(gòu)在正常施工和使用時應(yīng)能承受可能出現(xiàn)的各種荷載及外部作用，以及在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后能保持必需的整體穩(wěn)定性。,安全性、適用性、耐久性,適用性：結(jié)構(gòu)在正常使用時有良好的工作性能。,耐久性：結(jié)構(gòu)在正常維護下，材料性能雖隨時間變化，但仍能滿足預(yù)定功能要求。,1、 結(jié)構(gòu)的功能要求,2、 結(jié)構(gòu)的可靠性與可靠度,結(jié)構(gòu)的可靠性：,結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性之總和。,結(jié)構(gòu)的可靠度：,結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)

25、定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。,所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)進行承載力計算，對某些構(gòu)件還需進行變形和裂縫寬度的驗算。,規(guī)范規(guī)定：,在進行結(jié)構(gòu)可靠性分析時，考慮持久狀況下各 項基本變量與時間關(guān)系所取用的基準(zhǔn)時間數(shù)。,3、 設(shè)計基準(zhǔn)期,橋梁結(jié)構(gòu)取100年的設(shè)計基準(zhǔn)期。,設(shè)計基準(zhǔn)期 = 橋梁壽命？,設(shè)計基準(zhǔn)期長，可靠度高； 設(shè)計基準(zhǔn)期短，可靠性較低,二、極限狀態(tài)的基本概念：,1、 極限狀態(tài)的定義和分類：,極限狀態(tài)的分類：,承載能力極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),當(dāng)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)而不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求時，則此特定狀態(tài)稱為該結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。,結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)也是結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)與失效狀

26、態(tài)的臨界狀態(tài)。,承載能力極限狀態(tài) 對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。,承載能力 極限狀態(tài),結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接處因超過材料強度而破壞,結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變 成機動體系,整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡 （滑動、倒塌）,結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（柱的壓曲失穩(wěn)）,正常使用極限狀態(tài) 對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。,影響正常使用或外觀的變形,影響正常使用或耐久性能的局部損壞,影響正常使用的振動,影響正常使用的其它特定狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),極限狀態(tài)的 表現(xiàn)形式：,(承)：剛體失去平衡，材料強度不足，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C構(gòu)，失穩(wěn),(正)：過大的變形，影響正常使用或耐久性能的局部損

27、壞，過大的振動,注意,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件能否完成預(yù)定功能與結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)S與結(jié)構(gòu)的抗力R有關(guān)。,可靠概率有多大？,Z 0，,即RS 結(jié)構(gòu)可靠,Z = 0，,即R=S 結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。,即RS 結(jié)構(gòu)失效,Z 0，,失效概率有多大?,2、 三種設(shè)計狀況：,我國公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計的三種狀況： 1、持久狀況：橋涵建成后承受自重、車輛荷載等作用持續(xù)時間很長的狀況。該狀況是指橋梁的使用階段。進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計。 2、短暫狀況：橋涵施工過程中承受臨時性（或荷載）的狀況，該狀況對應(yīng)的是橋梁的施工階段，一般只進行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計 3、偶然狀況：在橋涵使

28、用過程中偶然出現(xiàn)的狀況。（可能遇到地震等作用的狀況。只進行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計,3、公路橋涵結(jié)構(gòu)的安全等級,根據(jù)橋涵結(jié)構(gòu)破壞所產(chǎn)生的后果的嚴重程度，可分為：一級、二級、三級。,公路橋涵結(jié)構(gòu)的安全等級,2.3 我國橋涵設(shè)計規(guī)范規(guī)定的計算原則,一、持久狀況承載能力極限狀態(tài)計算原則,1、計算內(nèi)容：承載力計算、穩(wěn)定性計算,2、計算原則：作用效應(yīng)組合設(shè)計值（S）小 于或等于結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計（R）,3、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式,0 S R,0 橋梁結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按公路橋涵的設(shè)計安全等級選用：一級、二級、三級分別取1.1, 1.0, 0.9,S 作用效應(yīng)組合設(shè)計值（內(nèi)力組合設(shè)計值）,R 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)

29、計值,R = R( ) = R(fd , d ),fd 材料強度設(shè)計值,d 幾何參數(shù)設(shè)計值,作用效應(yīng)組合設(shè)計值（內(nèi)力組合設(shè)計值）,式中 Gi 第i個永久作用分項系數(shù)，一般取1.2,SGik 第i個永久作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值。,Q1 汽車荷載分項系數(shù)。取 =1.4,SQ1k 汽車荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值。,Qj 除汽車荷載、風(fēng)荷載外地第j個可 變作用效應(yīng)分項系數(shù)，取1.4 ， 風(fēng)荷載取1.1,SQjk 除汽車荷載效應(yīng)外地其他滴j個 可變作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值。,c 除汽車荷載效應(yīng)外的其他可變作用效應(yīng)組合系數(shù)。,二、正常使用極限狀態(tài)計算原則,1、計算內(nèi)容：抗裂驗算 裂縫寬度驗算 撓度驗算,在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含

30、汽車沖擊力、離心力） 外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)。當(dāng)永久作用與汽車荷載 和人群荷載（或其他一種可變作用）組合時，人群荷載（或 其他一種可變作用）的組合系數(shù) 0.80；當(dāng)其除汽車荷載（ 含汽車沖擊力，離心力）外尚有兩種可變作用參與組合時， 其組合系數(shù)取 0.70；尚有三種其他可變作用參與組合時， 0.60；尚有四種及多于四種的可變作用參與組合時， 0.50。, 裂縫驗算,規(guī)范按使用階段對結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的不同要求，將裂縫控制等級分為三級：,一級：嚴格要求不裂，使用階段不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。,二級：一般要求不裂，使用階段允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但應(yīng)作限制。,三級：允許開裂，應(yīng)驗算裂縫寬度,max max ,2

31、、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時作用組合:,（1）作用短期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合，其表達式為:,（2）作用長期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)相組合，其表達式為:,作用長期效應(yīng)組合設(shè)計值； 第j個可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)。汽車荷載（不計沖擊力）0.4，人群荷載0.4，風(fēng)荷載0.75，溫度梯度作用0.8，其他作用1.0； 第j個可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值。,作用短期效應(yīng)組合設(shè)計值； 第j個可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)。汽車荷載（不計沖擊力）0.7，人群荷載1.0，風(fēng)荷載0.75，溫度梯度作用0.8，其他作用1.0； 第j個可變作用效應(yīng)的頻遇值。,舉例,鋼筋混凝

32、土簡支梁橋主梁在結(jié)構(gòu)重力、汽車荷載和人群荷載作用下，分別得到在主梁的1/4跨徑處截面的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為:結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的彎矩WGK552kN.m；汽車荷載彎矩MQ1K=459.7kN.m；人群荷載彎矩MQ2K=40.6kN.m。進行設(shè)計時的作用效應(yīng)組合計算。,解：,1.承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時作用效應(yīng)的基本組合,2.正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時作用效應(yīng)組合,（1）作用短期效應(yīng)組合 作用短期效應(yīng)組合設(shè)計值為,（2）作用長期效應(yīng)組合,作用長期效應(yīng)組合設(shè)計值為:,三、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計,（1）混凝土損傷,（2）鋼筋的銹蝕、脆化、疲勞、應(yīng)力腐蝕等,（3）鋼筋與混凝土之間黏結(jié)錨固作用的削弱,（1）混凝土碳化,（2

33、）化學(xué)侵蝕,（3）堿集料反應(yīng),（4）凍融破壞,（5）溫度變化的影響,（1）采用高耐久性混凝土,（2）加強橋面排水和防水層設(shè)計,（3）改進橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計：,采用防腐蝕保護鋼筋,加強構(gòu)造配筋，控制裂縫發(fā)展,加大混凝土保護層厚度,第三章,受彎構(gòu)件正截面承載 力計算,受彎構(gòu)件：指截面上通常有彎矩和剪力共同作用而軸力可以忽略不計的構(gòu)件。 梁和板是典型的受彎構(gòu)件。它們是土木工程中數(shù)量最多、使用面最廣的一類構(gòu)件。,第一節(jié) 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的構(gòu)造要求,受彎構(gòu)件常見的破壞形態(tài),在彎矩作用下發(fā)生正截面受彎破壞；,在彎矩和剪力共同作用下發(fā)生斜截面受剪或受彎破壞。,一、 截面尺寸與配筋構(gòu)造,主筋 行車道板d10mm,

34、至少3根/m寬不彎起 人行道板d8mm,至少3根/m寬不彎起,雙向板：周邊支承且長邊與短邊小于2的板 ，需雙向配主筋,70mm,人行道板: h80mm（現(xiàn)澆） h60mm（預(yù)制） 行車梁空心板頂、底板厚不小于80mm T梁翼板厚端部厚不小于100mm，根部厚不小于1/10h梁,單向板：單邊或?qū)呏С?；或雖周邊支承但長邊與短邊之比大于2的板 ，按受力方向配主筋,分布鋼筋 行車道板 d8mm,S200 人行道板 d6mm,S200,1. 板,當(dāng)梁高大于1m時，設(shè)置水平縱向鋼筋，減小因混凝土收縮、溫度變化引起的表面裂縫。,現(xiàn)澆矩形梁高寬比2.0-2.5，梁的寬度一般取為100、120、150、(18

35、0)、200、(220)、250、300、350等mm。 預(yù)制的T梁，構(gòu)件高跨比一般為1/11-1/16，梁肋寬度常取150-200mm。 T梁翼緣懸臂端厚度不小于100mm，梁肋處翼緣厚度不小于梁高的1/10。,一、 截面尺寸與配筋構(gòu)造,2. 梁,第二節(jié) 受彎構(gòu)件的實驗研究,一、對適筋梁的試驗：,可繪出跨中彎矩M/Muf點等曲線如圖：,第一階段 截面開裂前階段。 （整體工作階段）,第二階段 從截面開裂到縱向受拉鋼筋 到屈服階段。（帶裂縫工作階段）,第三階段 破壞階段。,適筋梁的破壞過程,整體工作階段 （階段）,試驗表明：梁正截面變形受力過程中符合平截面假定，應(yīng)變沿梁高呈線性分布,階段,階段,

36、未開裂階段,應(yīng)力應(yīng)變 基本 呈 線性增長 關(guān)系,適筋梁的破壞過程,帶裂縫工作階段 （ 階段）,階段,階段,已開裂，但鋼筋未屈服階段.,適筋梁的破壞過程,破壞階段 （階段）,鋼筋已屈服，撓度增長明顯，混凝土達到極限抗壓態(tài)，塑性破壞,階段,階段,對各階段和各特征點進行詳細的截面應(yīng)力 應(yīng)變分析：,My,fyAs,IIa,M,sAs,II,sAs,M,I,Mu,fyAs=Z,D,IIIa,M,fyAs,III,sAs,Mcr,Ia,ftk,配筋率,縱向受力鋼筋截面面積As與截面有效面積的百分比,二、配筋率對正截面破壞性質(zhì)的影響,1. 少筋梁：,一裂即斷, 由砼的抗拉強度控制, 承載力很低。,破壞很突然

37、, 屬脆性破壞。,砼的抗壓承載力未充分利用。,設(shè)計不允許。, min,2. 適筋梁：,一開裂, 砼應(yīng)力由裂縫截面處的鋼筋承擔(dān), 荷截繼續(xù)增加, 裂縫不斷加寬。受拉鋼筋屈服, 壓區(qū)砼壓碎。,破壞前裂縫、變形有明顯的發(fā)展, 有破壞征兆, 屬延性破壞。,鋼材和砼材料充分發(fā)揮。,設(shè)計允許。,min max,3. 超筋梁：,開裂, 裂縫多而細，鋼筋應(yīng)力不高, 最終由于壓區(qū)砼壓碎而崩潰。,裂縫、變形均不太明顯, 破壞具有脆性性質(zhì)。,鋼材未充分發(fā)揮作用。,設(shè)計不允許。, max,(a),(b),(c),第三節(jié) 三種截面受彎構(gòu)件計算,課題一 正截面承載力計算基本要求,一、 正截面承載力計算基本假定,1、兩點說

38、明：,（1）鋼筋和混凝土應(yīng)變符沿梁高線性分布。,（2）受壓區(qū)混凝土等效矩形應(yīng)力圖。,D,D,D,Mu,Mu,Mu,Asfy,Asfy,Asfy,實際應(yīng)力圖,理想應(yīng)力圖,計算應(yīng)力圖,x0 實際受壓區(qū)高度,x 計算受壓區(qū)高度，x = x0。,混凝土受壓區(qū)高度換算系數(shù),等效原則 矩形應(yīng)力圖的的合力與拋物線應(yīng)力圖的合力大小相等，作用點位置相同。,2、基本假定,（3）忽略混凝土的抗拉強度-假設(shè)中性軸附近的局部混凝土受拉對截面承載力貢獻微小。,（2）正截面破壞時，構(gòu)件受壓區(qū)混凝土應(yīng)力取抗壓強度設(shè)計值fcd，應(yīng)力計算圖形為矩形。,（1）構(gòu)件彎曲后任保持平面，受壓區(qū)混凝 土平均應(yīng)變和鋼筋的應(yīng)變沿截面高度符合線

39、性分布。,二、 適筋梁的基本條件,1、適筋梁與超筋梁的界限,（1）界限破壞：受拉鋼筋應(yīng)力達到屈服強度的 同時，受壓區(qū)混凝土邊緣壓應(yīng)變也達到極限壓應(yīng)變，這樣的破壞稱界限破壞。,（2）相對受壓區(qū)高度：,（3）相對界限受壓區(qū)高度：,由以上分析可知:, b 適筋破壞, b 超筋破壞, = b 界限破壞,cu,保證不是超筋梁的條件 X bh0,2、適筋梁與少筋梁的界限,為了保證梁的配筋不出現(xiàn)少筋梁，配筋率必須滿足如下條件：, 且不小于0.2%,3、幾點說明：,經(jīng)濟配筋率,課題二 單筋矩形截面受彎構(gòu)件計算,一、 適筋梁承載力基本公式及適用條件,適用條件,防止超筋 脆性破壞,受彎構(gòu)件正截面受彎承載力計算包括

40、截面設(shè)計、截面復(fù)核兩類問題。,防止少筋 脆性破壞,二、計算內(nèi)容,單排鋼筋,雙排鋼筋時,按承載力要求進行新構(gòu)件設(shè)計截面設(shè)計,對鋼筋混 凝土板,對綁扎鋼筋骨架,對焊接多層鋼筋骨架,（已知b、fsd、 fcd , M d，求As ）,按承載力要求進行新構(gòu)件設(shè)計截面設(shè)計,二、計算內(nèi)容,二、 計算內(nèi)容,既有構(gòu)件承載力計算截面復(fù)核,素混凝土梁的受彎承載力Mcr,適筋梁的受彎承載力Mu,超筋梁的受彎承載力Mu,當(dāng)采用單排鋼筋時,當(dāng)采用雙排鋼筋時,（已知b、h0、fsd、 fcd 、 As，求Mu）,課題三 雙筋矩形截面受彎構(gòu)件計算,一、 選擇雙筋矩形截面的條件,1、荷載效應(yīng)較大, 而提高材料強度和截面尺寸受

41、到限制；,2、存在反號彎矩的作用；,3、由于某種原因, 已配置了一定數(shù)量的受壓鋼筋。,雙筋矩形截面的特點：（1）不經(jīng)濟； （2）提高截面延性及抗震性能； （3）減少構(gòu)件變形。,二、 雙筋矩形截面正截面承載力計算公式及適用條件,As fsd,As fsd,（a）構(gòu)件截面圖,（b）等效矩形應(yīng)力圖,適用條件:,1.防止超筋,2. 限制受壓鋼筋 x 2as,三、 雙筋矩形截面正截面承載力計算內(nèi)容,（1）截面設(shè)計,（2）承載力符合,（一）截面設(shè)計,（1）已知構(gòu)件截面尺寸，求受拉鋼筋面積 及受壓鋼筋面積 。,As,As,(a),(b),(c),M2 = As fsd(h0as ),M = M1 + M2,

42、As = As1 + As2,計算步驟：,（2）已知構(gòu)件截面尺寸及受壓鋼筋面積 求受拉鋼筋面積 。,As,As,按適筋梁求As1,按As未知重新求As和As,按單筋截面適筋梁求As1,但應(yīng)進行最小配筋率驗算,計算步驟：,（二）承載力復(fù)核,已知：bh, fcd, fsd, fsd, As, As,解：求x,截面處于適筋狀態(tài), 將x代入求得,求： Mu,當(dāng)2asxbh0,截面此時As并未充分利用，求得,及按單筋求得的Mu取兩者的較大值作為截面的Mu。,截面處于超筋狀態(tài), 應(yīng)取x = xb, 求得：,只有當(dāng)Mu M時截面才安全。,當(dāng) x 2as，,當(dāng)x bh0，,課題四 單筋T形截面受彎構(gòu)件計算,破

43、壞時，大部分拉區(qū)混凝土已退出工作，故將受拉區(qū)混凝土的一部分去掉。在不減小承載力情況下，降低構(gòu)件自重。,一、 T形截面的概念,將壓區(qū)混凝土挖去，可不是T形截面。,3.4 T形截面受彎構(gòu)件,T梁翼板有效工作寬度,寬翼板T梁受彎時，沿翼板寬度方向，縱向應(yīng)力分布是不均勻的這種現(xiàn)象稱為剪力滯。最大應(yīng)力與平均之比稱為剪力滯系數(shù)，與梁的幾何尺寸特征、邊界條件、荷載形式均有關(guān)。,二、 T梁翼板有效工作寬度的概念,3.4.2 T梁翼板有效工作寬度的概念,公路橋規(guī)bf取下列三者的最小值： 1.簡支梁l0/3；連續(xù)梁正彎矩區(qū)0.2l0（中跨）或0.7l0（邊跨） ；連續(xù)梁負彎矩區(qū)0.07（l01+l02）；,2.相

44、鄰梁梁的間距d。,3.下式計算 hf=b+2bh+12hf,3.4.3 基本公式及適用條件,中和軸位于翼緣,fsdAs,兩類T形截面判別,I類,II類,中和軸位于腹板,3.4.3 基本公式及適用條件,T形截面開裂彎矩同截面為腹板的矩形截面的開裂彎矩幾乎相同,按bfh的矩形截面計算,I類T形截面正截面承載力的簡化計算方法,基本公式,適用條件,3.4.3 基本公式及適用條件,II類T形截面-和雙筋矩形截面類似,3.4.3 基本公式及適用條件,基本公式,適用條件,3.4.4 公式應(yīng)用,基于承載力的截面設(shè)計,按bfh單筋矩形截面進行設(shè)計,I類T形截面,II類T形截面,與As已知的bh雙筋矩形截面類似進

45、行設(shè)計,3.4.4 公式應(yīng)用,既有構(gòu)件正截面抗彎承載力截面復(fù)核,按bfh的矩形截面計算構(gòu)件的承載力,I類T形截面,按bh的矩形截面的開裂彎矩計算構(gòu)件的承載力,II類T形截面,按bh的單筋矩形截面計算M1,第四章,受彎構(gòu)件斜截面承載 力計算,目錄,受彎構(gòu)件斜截面承載力的受力特點和破壞形態(tài) 影響受彎構(gòu)件斜截面抗剪能力的主要因素 斜截面抗剪承載力計算的基本公式和適用條件 受彎構(gòu)件的斜截面抗彎承載力 全梁承載能力校核與構(gòu)造要求 小結(jié),4.1 受彎構(gòu)件斜截面受力特點和破壞形態(tài),彎剪段（本章研究的主要內(nèi)容）,統(tǒng)稱腹筋-幫助混凝土梁抵御剪力,有腹筋梁-既有縱筋又有腹筋 無腹筋梁-只有縱筋無腹筋,箍筋肢數(shù),單

46、肢箍n=1,雙肢箍n=2,四肢箍n=4,剪跨比（Shear span ratio）的概念,廣義剪跨比：任意荷載，任意截面,4.1.1斜截面破壞形態(tài),a1、a2剪跨(shear span)，分別為集中荷載P1、P2作用點到相鄰支座的距離,計算剪跨比(狹義剪跨比),m1,m2,用于計算集中荷載作用下距離支座最近的集中荷載作用點處截面的剪跨比,剪跨比是影響無腹筋梁破壞形態(tài)的最主要參數(shù)。,梁沿斜截面破壞的主要形態(tài),斜拉破壞: m3，垂直裂縫一出現(xiàn)，就迅速向受壓區(qū)斜向伸展，斜截面承載力隨之喪失。破壞荷載與出現(xiàn)斜裂縫時的荷載很接近，破壞過程急驟，破壞前梁變形小，具有明顯的脆性，并且往往只有一條斜裂縫，這種

47、破壞是拱體混凝土被拉壞(在正應(yīng)力和剪應(yīng)力共同作用下發(fā)生的主拉應(yīng)力破壞)，其承載力取決于混凝土的抗拉強度。,剪壓破壞：1m3時常發(fā)生這種破壞。梁的受彎段先出現(xiàn)垂直裂縫，隨著荷載增加，這些豎直裂縫將大體上沿著主壓應(yīng)力的軌跡向集中荷載作用點延伸。但荷載增加到某一數(shù)值時，在幾條斜裂縫中回形成一條主要的斜裂縫，稱為臨界斜裂縫。臨界斜裂縫形成后，梁還能繼續(xù)承受荷載。裂縫變寬，導(dǎo)致剩余截面減小 ，剪壓區(qū)混凝土在剪壓復(fù)合應(yīng)力作用下達到復(fù)合強度而破壞，梁喪失承載力。 這種破壞有一定的預(yù)兆，破壞荷載較出現(xiàn)斜裂縫時的荷載高。但與適筋梁的正截面相比，剪壓破壞仍屬于脆性破壞。,斜壓破壞:當(dāng)m1梁的或腹板寬度較窄的T形或

48、工字形截面梁。在荷載作用點與支座間梁的腹部出現(xiàn)若干條平行的腹剪斜裂縫。隨著荷載的增加，梁腹被這些斜裂縫分割為若干斜向短柱，最后因柱體被壓碎而破壞。破壞時，斜裂縫多而密集，沒有主裂縫。 斜壓破壞荷載很高，但變形小，屬于脆性破壞。,4.1.2 受彎構(gòu)件斜截面抗剪承載力的主要影響因素,1. 剪跨比m,2. 混凝土的強度,3.縱筋配筋率,在一定的范圍內(nèi)，腹筋配筋率增大,抗剪承載力提高,4.腹筋配筋率,4.2 受彎構(gòu)件斜截面抗剪承載力計算,1. 基本假定,斜截面的抗剪承載力Vu,綜合考慮混凝土和箍筋的抗剪,梁發(fā)生剪壓破壞時，與斜裂縫相交的箍筋和彎筋的拉應(yīng)力都達到其屈服強度，但考慮拉應(yīng)力的不均勻性影響，特

49、別是靠近剪壓區(qū)的腹筋可能達不到屈服強度。 梁剪壓破壞時，在斜裂縫末端剪壓混凝土，達到剪壓復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的極限強度。,2. 基本公式,符號說明見P69,注意上述公式為半經(jīng)驗和半理論公式，使用時必須按規(guī)定的單位代入數(shù)值，而計算得到的承載力單位kN。,3. 適用條件,1上限值最小截面尺寸,若符合下列條件，則不需進行斜截面抗剪計算，只需按構(gòu)造配置箍筋：,2下限值按構(gòu)造要求配箍的上限,為防止出現(xiàn)薄腹梁，使斜裂縫過大，要求：,課題二 等高度簡支梁腹筋的初步設(shè)計,已知條件,1驗算截面尺寸要求，即滿足上限值公式的最小截面尺寸,設(shè)計步驟,2求按構(gòu)造配腹筋的梁段區(qū)根據(jù)下限值公式計算,3公路橋規(guī)規(guī)定：箍筋與混凝土承

50、擔(dān)60%的最大計算剪力V，彎起鋼筋承擔(dān)40% V,L0, 截面尺寸，fcu,k，fsd, fsv, As及布置,0Vd的分布.,4箍筋設(shè)計,設(shè)計步驟,課題二 等高度簡支梁腹筋的初步設(shè)計,*Vsbi按圖中從距支點h/2處的0.4V為第一排值，然后依次取起彎點的分擔(dān)剪力部分。后排彎終點必須伸過或接上前排彎起點。,設(shè)計步驟,5彎起鋼筋設(shè)計,Asbi,課題二 等高度簡支梁腹筋的初步設(shè)計,斜截面抗剪承載力復(fù)核, 支座邊緣處截面。 受拉區(qū)彎起鋼筋起點處截面。 箍筋截面面積或間距改變處截面。 腹板寬度改變處截面。,確定驗算截面位置,斜截面頂端位置的確定,需要通過試算確定c值。 書中推薦了一些簡化計算方法。,

51、4.3 受彎構(gòu)件的斜截面抗彎承載力,斜截面受彎承載力總能滿足,支座處縱筋錨固不足,縱筋彎起、切斷不當(dāng),需采取構(gòu)造措施,斜截面抗彎承載力分析,4.4 全梁承載力校核,1.彎矩包絡(luò)圖二次拋物線分布,2.剪力包絡(luò)圖直線分布,3.抵抗彎矩圖應(yīng)在彎矩包絡(luò)圖之外，并保證斜截面抗彎要求。,指按實際配置的縱筋，繪制的梁上各截面正截面所能承受的彎矩圖。,可簡化考慮，抗力依鋼筋面積的比例分配。即,抵抗彎矩圖：,* 材料抵抗彎矩圖,反映材料的利用程度,確定縱筋的彎起數(shù)量和位置,確定縱筋的截斷位置,斜截面抗剪,縱筋彎起的作用，作支座負鋼筋, 鋼筋全部伸入支座,a,b,c,d, 部分鋼筋彎起,a,b,第五章,受彎構(gòu)件應(yīng)

52、力計算,5.1 概 述,一、兩種極限狀態(tài)的區(qū)別,承載能力極限狀態(tài)計算：,討論構(gòu)件在各種不同受力狀態(tài)下的承載力計算，承載力計算是保證結(jié)構(gòu)安全的首要條件，由此決定了構(gòu)件的尺寸、材料、配筋及構(gòu)造。,正常使用極限狀態(tài)驗算：,鋼筋混凝土構(gòu)件除了可能由于強度破壞或失穩(wěn)等原因達到承載能力極限狀態(tài)以外，還可能由于構(gòu)件變形或裂縫過大等影響構(gòu)件的適用性及耐久性，而達不到結(jié)構(gòu)正常使用要求。因此，對于所有的鋼筋混凝土構(gòu)件都要求進行承載力計算，而對某些構(gòu)件，還要根據(jù)使用條件進行正常使用極限狀態(tài)的驗算，以保證在正常使用情況下的應(yīng)力、裂縫和變形小于正常使用極限狀態(tài)的限值。,二、正常使用極限狀態(tài)驗算的內(nèi)容：,施工階段的砼和鋼

53、筋應(yīng)力驗算。 使用階段的變形。 使用階段的最大裂縫寬度。,三、正常使用階段的特點（與承載能力極限狀態(tài)相比）,計算依據(jù)不同：承載能力極限狀態(tài)是以破壞階段（a）的狀態(tài)為建立計算圖式的基礎(chǔ)；而使用階段一般是指第階段，即梁帶裂縫工作階段。,影響程度不同：與承載能力極限狀態(tài)相比，超過正常使用極限狀態(tài)所造成的后果（如人員傷亡和經(jīng)濟損失）的危害性和嚴重性相對要小一些、輕一些，因而可適當(dāng)放寬對其可靠性的保證率的要求。,計算的內(nèi)容不同： 承載能力極限狀態(tài)：包括截面設(shè)計和截面復(fù)核。 其計算決定了構(gòu)件設(shè)計尺寸、材料、配筋數(shù)量及鋼筋布置，以保證：0MdMu。 正常使用階段：驗算正常使用情況下裂縫寬度和變形小于規(guī)范規(guī)定

54、的各項限值。,荷載效應(yīng)及抗力的取值不同,承載能力極限狀態(tài)：汽車荷載應(yīng)計入沖擊系數(shù)，作用（或荷載）效應(yīng)及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力均應(yīng)采用考慮了分項系數(shù)的設(shè)計值；在多種作用（或荷載）效應(yīng)情況下，應(yīng)將各效應(yīng)設(shè)計值進行最不利組合，并根據(jù)參與組合的作用（或荷載）效應(yīng)情況，取用不同的效應(yīng)組合系數(shù)。,正常使用極限狀態(tài)：汽車荷載應(yīng)可不計沖擊系數(shù)，作用（或荷載）效應(yīng)應(yīng)取用短期效應(yīng)和長期效應(yīng)的一種或幾種組合。短期效應(yīng)組合就是永久作用（結(jié)構(gòu)自重）標(biāo)準(zhǔn)值與可變作用頻遇值效應(yīng)的組合；長期效應(yīng)組合則為永久作用標(biāo)準(zhǔn)值與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)的組合,5.2 換算截面,一、第二工作階段的基本假定： 平截面假定 彈性體假定（壓區(qū)砼近似按線性

55、分布） 受拉區(qū)完全不承擔(dān)拉應(yīng)力。拉應(yīng)力完全由鋼筋承受。,受彎構(gòu)件的開裂截面 a)開裂截面 b)應(yīng)力分布 c)開裂截面的計算圖式,二、換算截面,定義： 將鋼筋和混土兩種材料組成的實際截面換算成為一種拉壓性能相同的假想材料組成的勻質(zhì)截面即換算截面。,原截面,換算截面,換算截面,換算原則：換算前后合力的大小和作用點的位置不變。,幾何特性,開裂截面的換算截面面積,換算截面對中性軸靜矩,受壓區(qū),受拉區(qū),5-4,5-5,開裂截面的換算截面慣性矩,受壓區(qū)高度x：,的形心軸，即,矩形截面：對于受彎構(gòu)件，開裂截面的中性軸通過其換算截面,(即靜矩相等)，得到,第一類T截面,第二類T截面,開裂狀態(tài)下T形截面換算計算

56、圖式,T形截面：,式中：,換算截面對其中性軸的慣性矩,開裂狀態(tài)下T形截面換算計算圖式 a)第一類T型截面 b)第二類T型截面,四、全截面的換算截面,定義：砼全截面面積和鋼筋的換算面積所組成的截面。,幾何特性：,全截面換算示意圖 a)原截面 b)換算截面,對于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，公路橋規(guī)要求進行施工階段的應(yīng)力計算。 鋼筋混凝土梁在施工階段，持別是梁的運輸、安裝過程中，梁的支承條件、受力圖式會發(fā)生變化。 公路橋規(guī)規(guī)定在進行施工階段驗算時，應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的施工荷載進行內(nèi)力組合，構(gòu)件在吊裝時。構(gòu)件重力應(yīng)乘以動力系數(shù)12或o85，并可視構(gòu)件具體情況適當(dāng)增減。 當(dāng)?shù)鯔C行駛在橋梁上進行安裝時，應(yīng)該對已安裝的

57、構(gòu)件進行驗算，吊機應(yīng)乘以1.15的荷載系數(shù)。如吊機所產(chǎn)生的效應(yīng)設(shè)計值小于按持久狀況承載能力極限狀態(tài)計算的荷載效應(yīng)設(shè)計值時，可不進行驗算。,5.3 應(yīng)力驗算,圖9-5施工階段受力圖,5.3 應(yīng)力驗算,一、應(yīng)力限值,對于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，公橋規(guī)要求進行施工階段的應(yīng)力計算，并應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的施工荷載進行內(nèi)力組合；同時，受彎構(gòu)件正截面應(yīng)力應(yīng)符合下列條件：,受壓區(qū)混凝土邊緣 纖維應(yīng)力 ：,受拉鋼筋 應(yīng)力：,fck,fsk,分別為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值,二、應(yīng)力計算,矩形截面梁正應(yīng)力計算步驟：（計算圖式見圖51）,計算受壓區(qū)高度x；,計算開裂截面的換算截面慣性矩,計算截面應(yīng)力：,受壓區(qū)混凝土邊緣纖維：,受拉鋼筋面積重

58、心處：,由臨時施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩值。,T形截面梁正應(yīng)力計算步驟：,求x（判別T型截面類別，假設(shè)為第一類T形截面）,T形截面梁受力狀態(tài)圖 a)倒T形截面 b)第一類T形截面 c)第二類T形截面,求Icr (公式不一樣）,求截面應(yīng)力（方法同上）,當(dāng)施工階段應(yīng)力驗算不滿足時，應(yīng)該調(diào)整施工方法，或者補充、調(diào)整某些鋼筋。,第六章,鋼筋混凝土受彎構(gòu)件裂縫和撓度計算,6.1 受彎構(gòu)件的裂縫和裂縫寬度驗算,一、產(chǎn)生裂縫的原因（主要有三類）,1、由作用效應(yīng)引起的裂縫。（M、V、T以及拉力等）主要通 過設(shè)計計算進行驗算和構(gòu)造措施加以控制,2、由外加變形或約束變形引起的裂縫。如混凝土收縮、溫度 變化、基礎(chǔ)不均勻