Reinforced Concrete(第2章).ppt

1、2020/9/19,2.1 結構設計的要求 2.2 結構的作用、作用效應和結構抗力 2.3 結構按概率極限狀態(tài)設計 2.4 按承載能力極限狀態(tài)計算 2.5 按正常使用極限狀態(tài)計算 2.6 混凝土結構的耐久性,第2章 混凝土結構設計方法,2020/9/19,學習要求與學習重點,學習要求： 掌握結構的功能、極限狀態(tài)、作用效應、結構抗力、可靠度等基本概念； 掌握作用（荷載）、結構抗力的取值，學會查用表格； 掌握荷載分項系數(shù)、可變荷載組合系數(shù)、結構重要性系數(shù)、混凝土和鋼材的材料分項系數(shù)的取值； 掌握承載能力和正常使用極限狀態(tài)的實用設計表達式。 學習重點： 結構的功能要求、極限狀態(tài)，混凝土結構設計方法，

2、結構上的作用、作用效應和結構的抗力，極限狀態(tài)實用設計表達式,2020/9/19,2.1.1 結構的功能要求 安全性 如（MMu） 結構在預定的使用期間內（一般為50年），應能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種荷載、外加變形（如超靜定結構的支座不均勻沉降）、約束變形（如溫度和收縮變形受到約束時）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時和發(fā)生后，結構應能保持整體穩(wěn)定性，不應發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命財產(chǎn)的嚴重損失。,2.1 結構設計的要求,2020/9/19, 適用性 如（f f ） 結構在正常使用期間，具有良好的工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過大的變形（撓度、側移）、振動（頻率

3、、振幅），或產(chǎn)生讓使用者感到不安的過大的裂縫寬度。 耐久性 如（wmax wmax） 結構在正常使用和正常維護條件下，應具有足夠的耐久性。即在各種因素的影響下（混凝土碳化、鋼筋銹蝕），結構的承載力和剛度不應隨時間有過大的降低，而導致結構在其預定使用期間內喪失安全性和適用性，降低使用壽命。,2020/9/19, 結構的可靠性 可靠性安全性、適用性和耐久性的總稱 就是指結構在規(guī)定的使用期限內（設計工作壽命=50年），在規(guī)定的條件下（正常設計、正常施工、正常使用和維護），完成預定結構功能的能力。 結構可靠性越高，建設造價投資越大。 如何在結構可靠與經(jīng)濟之間取得均衡，就是設計方法要解決的問題。,202

4、0/9/19, 顯然這種可靠與經(jīng)濟的均衡受到多方面的影響，如國家經(jīng)濟實力、設計工作壽命、維護和修復等。 規(guī)范規(guī)定的設計方法，是這種均衡的最低限度，也是國家法律。 設計人員可以根據(jù)具體工程的重要程度、使用環(huán)境和情況，以及業(yè)主的要求，提高設計水準，增加結構的可靠度。 經(jīng)濟的概念不僅包括第一次建設費用，還應考慮維修，損失及修復的費用,2020/9/19,2.1.2 結構的極限狀態(tài) 結構能夠滿足功能要求而良好地工作，則稱結構是“可靠”的或“有效”的。反之，則結構為“不可靠”或“失效”。 區(qū)分結構“可靠”與“失效”的臨界工作狀態(tài)稱為“極限狀態(tài)” 根據(jù)功能要求結構的極限狀態(tài)分為兩類： 承載能力極限狀態(tài) 正

5、常使用極限狀態(tài),2020/9/19,承載能力極限狀態(tài) 超過該極限狀態(tài)，結構就不能滿足預定的安全性功能要求 結構或構件達到最大承載力（包括疲勞） 結構整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移） 結構塑性變形過大而不適于繼續(xù)使用 結構形成幾何可變體系（超靜定結構中出現(xiàn)足夠多塑性鉸） 結構或構件喪失穩(wěn)定（如細長受壓構件的壓曲失穩(wěn)）,2020/9/19,正常使用極限狀態(tài) 超過該極限狀態(tài)，結構就不能滿足預定的適用性和耐久性的功能要求。 過大的變形、側移（影響非結構構件、不安全感、不能正常使用（吊車）等）； 過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）； 過大的振動（不舒適）； 其他正常使用要求。,20

6、20/9/19,2.1.3結構的設計使用年限 結構的設計使用年限是指設計規(guī)定的結構或結構構件不需要進行大修即可按達到其預定功能的使用時期。 設計年限可按建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準確定，也可經(jīng)過主管部門的批準按業(yè)主的要求確定。一般建筑結構的設計使用年限為50年。 設計使用年限類別 注意：區(qū)別建筑物的設計使用年限與建筑物的使用壽命。,2020/9/19,2.2 結構的作用、作用效應和結構抗力 2.2.1 結構的作用和作用效應 1 作用的概念與類型 建筑結構在施工期間和使用期間要承受各種作用。所謂作用是使結構或構件產(chǎn)生內力（應力）、變形（位移、應變）和裂縫的各種原因的總稱。 作用分為兩類： （1）當

7、以力的形式作用于結構上時，稱為直接作用，也叫結構的荷載。分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載，如結構自重、樓面上的人群及物品重量、風壓力、雪壓力、土壓力等。 （2）當以變形形式作用于結構上時，稱為間接作用，習慣上稱為結構的外加變形或約束變形。如地震、基礎不均勻沉降、混凝土收縮、徐變、溫度變形和焊接變形等。,2020/9/19,荷載的分類 按作用時間的長短和性質，荷載分為三類： 1.永久荷載在結構設計使用年限內，其值不隨時間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計，或其變化是單調的并能趨于限值的荷載。 2.可變荷載在結構設計基準期內其值隨時間而變化，其變化與平均值不可忽略的荷載。 3.偶然荷載在結構

8、設計基準期內不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其值很大且作用時間很短的荷載。,2020/9/19,2 荷載的代表值,荷載的標準值 1）定義 將荷載視為隨機變量，采用數(shù)理統(tǒng)計的方法加以處理而得到的具有一定概率的最大荷載值。 2）確定 a.結構的自重可根據(jù)結構的設計尺寸和材料的重力密度確定； b.可變荷載常與時間有關，在缺少大量統(tǒng)計材料的條件下，可近似按隨機變量來考慮；,2020/9/19,可變荷載組合值 1）定義 指幾種可變荷載進行組合時，其值不一定都同時達到最大，因此，需作適當調整。 2）調整方法 除其中最大荷載仍取其標準值外，其他伴隨的可變荷載均采用小于1.0的組合系數(shù)乘以相應的標準值來表達其荷載代表值

9、。,2020/9/19,可變荷載頻遇值 1）定義 指結構上時而出現(xiàn)的較大荷載。 2）確定 以荷載的頻遇值系數(shù)與相應的可變荷載標準值的乘積來確定的。,2020/9/19,可變荷載的準永久值 1）定義 指在結構上經(jīng)常作用的可變荷載。 2）確定 變荷載準永久值是以荷載的準永久值系數(shù)與相應的可變荷載標準值的乘積來確定的。,2020/9/19,作用效應 結構構件在各種作用因素的作用下引起的內力、變形和裂縫等統(tǒng)稱為作用效應。 荷載效應 當“作用”為“荷載”時，則稱為荷載效應。 荷載與荷載效應 S=CQ,3 作用效應,2020/9/19,荷載分項系數(shù) 是考慮荷載超過標準值的可能性，以及對不同變異性的荷載可能

10、造成結構計算時可靠度嚴重不一致的調整系數(shù)。 荷載設計值 荷載的標準值與荷載分項系數(shù)的乘積稱為荷載的設計值，亦稱為設計荷載。 永久荷載的分項系數(shù) A 當其效應對結構不利時 對由可變荷載效應控制的組合，取1.2 對由永久荷載效應控制的組合，取1.35,4 荷載分項系數(shù)及荷載設計值,2020/9/19,B 當其效應對結構有利時 一般情況下取1.0； 對結構的傾覆、滑移或漂浮驗算，取0.9。 可變荷載分項系數(shù) 對標準值大于4kN/m2的工業(yè)樓面結構的活荷載，取1.3。 荷載設計值 荷載的標準值與荷載分項系數(shù)的乘積稱為荷載的設計值，亦稱為設計荷載，其數(shù)值大體相當于結構在非正常使用情況下荷載的最大值，它比

11、荷載的標準值具有更大的可靠度。,2020/9/19,結構抗力 指結構或構件承受內力和變形的能力，以R表示。 結構的工作狀態(tài) 結構構件的工作狀態(tài)可以用作用效應S和結構抗力R的關系式來描述，S=R。 強度極限平衡方程式 N=Nu Nu=fcAc+fyAs Z=R-S=G(R,S),2.2.2 結構抗力,1 結構抗力及結構的工作狀態(tài),2020/9/19,結構所處的三種不同工作狀態(tài)： Z=R-S0 時，結構處于可靠狀態(tài)； Z=R-S=0時，結構達到極限狀態(tài)； Z=R-S0時，結構處于失效（破壞）狀態(tài)。,2 材料強度標準值,取值原則 在材料強度實測值的總體中，強度標準值應具有不小于95%的保證率。,3

12、材料強度設計值,材料強度的標準值fk除以材料的分項系數(shù)m就得到材料強度的設計值f，即 f=fk/m。,2020/9/19,2.3 結構按概率極限狀態(tài)設計,定義 也稱近似概率法，是從概率的觀點來研究結構的可靠性。 可靠度 結構的可靠度就是在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下完成預定功能（安全性、耐久性、適用性）的可能性大小。 可靠概率 結構能夠完成預定的功能（RS）的概率。 失效概率 不能完成預定功能（RS)的概率為“失效概率”。 可靠概率和失效概率二者是互補的,2.3.1 可靠度、失效概率及可靠指標,2020/9/19,S及R概率分布曲線,實用設計表達式,2020/9/19,實用設計表達式,2020

13、/9/19,實用設計表達式,2020/9/19,實用設計表達式,2020/9/19,結構抗力、荷載效應平均值、標準差的關系,2.3 結構按概率極限狀態(tài)設計,2020/9/19,和Pf的關系圖,例2-1,2020/9/19,2.3.2 目標可靠指標及安全等級,對于具有延性破壞特征的一般建筑物的結構構件，允許失效概率可取得略高一些，目標可靠指標可取得略小一些。 對于具有脆性破壞特征的構件，目標可靠指標則相應取得略大一些。 根據(jù)建筑結構破壞后果的嚴重程度，將建筑結構劃分為三個安全等級，相應承載能力極限狀態(tài)的目標可靠指標與其對應。,2020/9/19,在承載力極限狀態(tài)設計時，根據(jù)建筑結構破壞后果的嚴重

14、程度，將建筑結構劃分為三個安全等級。,2.4 按承載能力極限狀態(tài)計算,2.4.1 建筑結構的安全等級,2.4.2 計算表達式,極限狀態(tài)設計表達式：,承載力函數(shù)：, 材料強度 fck 和 fsk 是根據(jù)統(tǒng)計后按一定保證率取其下限分位值，反映的材料強度的變異性。 材料強度系數(shù)c 和s 仍按經(jīng)驗確定，但對于不同荷載的變異大小，可取不同的荷載系數(shù)。,2020/9/19,2.4.3 荷載效應組合, 定義 荷載效應組合是指在所有可能同時出現(xiàn)的諸荷載組合下，確定結構或構件內產(chǎn)生的總效應。 取最不利值確定法 1）由可變荷載控制時：,2）由永久荷載控制時：,2020/9/19,簡化規(guī)則取最不利值確定法 1）由可

15、變荷載控制時：,2）由永久荷載控制時：,例2-2,2020/9/19,設計表達式：,2.5 按正常使用極限狀態(tài)計算,標準組合，荷載效應組合值S計算式：,頻遇組合，荷載效應組合值S計算式：,2020/9/19,準永久組合，荷載效應組合值S計算式：,例2-3,2020/9/19,材料的耐久性是指它暴露在使用環(huán)境下，抵抗各種物理和化學作用的能力。,2.6 混凝土結構的耐久性,2.6.1 耐久性的概念,材料質量 水灰比的大小是影響混凝土質量的主要因素 鋼筋銹蝕 鋼筋混凝土結構中鋼筋的銹蝕，是由于保護鋼筋的混凝土碳化和氯離子引起的銹蝕作用而產(chǎn)生的。 （1）混凝土的碳化 影響混凝土碳化速度的主要因素： 材

16、料自身的影響；施工質量的影響；外部環(huán)境的影響 （2）氯離子引起的銹蝕,2.6.2 影響材料耐久性的因素,2020/9/19, 堿-集料反應 堿-集料反應是指混凝土中含有的堿與其活性集料之間發(fā)生化學反應，引起混凝土的膨脹、開裂、表面滲出白色漿液，造成結構的破壞。 混凝土中的堿是從水泥和外加劑中得來的。水泥中的堿主要由原料粘土和燃料煤有鉀鈉含量而引入的。 混凝土的抗?jié)B及抗凍性 混凝土的抗?jié)B性：是指混凝土在潮濕環(huán)境下抵抗干濕交替作用的能力。混凝土內集料和水泥漿體中的毛細孔隙很小，其滲透性極微，起主要作用的是由于混凝土拌合料的離析泌水，在集料和水泥漿體界面富集的水分蒸發(fā)，容易產(chǎn)生貫通的微裂縫而形成較大

17、的滲透性，并隨著水含量的增加而增大，對混凝土的耐久性有較大的影響。,2020/9/19,除冰鹽對混凝土的破壞 冬季在混凝土路面上撒鹽以降低其凍結溫度，消除冰雪對交通的危害 防止除鹽對混凝土破壞的主要措施： （1）水泥應采用硅酸鹽水泥及普通硅酸鹽水泥； （2）摻加引氣劑，含量宜適當增大； （3）提高混凝土強度等級，增加混凝土保護層厚度，防止鋼筋銹蝕。,提高混凝土抗?jié)B性的措施有： A 改善混凝土的配合比，粗、細集料表面應保持清潔，嚴格控制含泥量，盡量減少水灰比； B 在混凝土拌合料中摻加摻合劑，以增加密實度； C 摻加適量引氣劑，使其產(chǎn)生細小氣泡，以減小毛細管道的貫通性； D 摻加某些外加劑，如防

18、水劑、減水劑、膨脹劑、憎水劑等； E 加強養(yǎng)護，避免施工時產(chǎn)生干濕交替的作用。,2020/9/19,2.6.3 對混凝土耐久性要求的規(guī)定,1 使用環(huán)境分類：混凝土結構的耐久性應根據(jù)表2-6的環(huán)境類別和設計使用年限進行設計。 2 設計使用年限為50年的結構混凝土耐久性，當處于一類、二類和三類環(huán)境中時，應符合表2-7的規(guī)定。 3 設計使用年限為100年的結構混凝土耐久性應符合下列規(guī)定： （1）當處于一類環(huán)境中時： A 鋼筋混凝土結構的最低混凝土強度等級為C30；預應力混凝土結構最低強度等級為C40； B 混凝土中的最大氯離子含量為0.06%； C 宜使用非堿活性集料；當使用堿活性集料時，混凝土中的最大堿含量為3.0Kg/m3； D 在使用過程中應定期維護。,2020/9/19,第2章 按近似概率理論的極限狀態(tài)設計法,2.6 混凝土結構的耐久性,（2）當處于二類、三類環(huán)境中時，應采取專門有效措施。 4 處在較特殊環(huán)境中結構混凝土的耐久性： （1）對有抗?jié)B或抗凍要求的結構混凝土的抗?jié)B性和抗凍性