工程力學(xué)理論

1、第2章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則斷裂的雨蓬第第2章章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算基本原則鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算基本原則2.1 結(jié)構(gòu)的功能和極限狀態(tài)2.1.1. 結(jié)構(gòu)的功能結(jié)構(gòu)的功能安全性安全性 Safety 結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)在正常施工、正常使用情況下正常施工、正常使用情況下能承受可能出現(xiàn)的各能承受可能出現(xiàn)的各種種直接作用和間接作用直接作用和間接作用，如施加的荷載、外加變形、約束變，如施加的荷載、外加變形、約束變形，在偶然事件（如地震、校核洪水位等）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，形，在偶然事件（如地震、校核洪水位等）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)仍能結(jié)構(gòu)仍能保持必需的承載力和穩(wěn)定性保持必需的承載力和穩(wěn)定性，不致發(fā)生倒塌或連續(xù)，

2、不致發(fā)生倒塌或連續(xù)破壞而造成生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。破壞而造成生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。適用性適用性 Serviceability 結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下具有結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下具有良好的工作性良好的工作性。如不產(chǎn)。如不產(chǎn)生影響使用的生影響使用的過大變形或振幅過大變形或振幅，不發(fā)生足以讓使用者感到不，不發(fā)生足以讓使用者感到不安的過寬的裂縫等。安的過寬的裂縫等。耐久性耐久性 Durability 結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下應(yīng)有足夠的耐久性。完好使用到結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下應(yīng)有足夠的耐久性。完好使用到設(shè)計(jì)規(guī)定的年限。如，混凝土不發(fā)生嚴(yán)重風(fēng)化、腐蝕、脫落，設(shè)計(jì)規(guī)定的年限。如，混凝土不發(fā)生嚴(yán)重風(fēng)化、腐蝕、脫落，鋼

3、筋不發(fā)生銹蝕等。鋼筋不發(fā)生銹蝕等。結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)的可靠性 reliability 可靠性可靠性安全性、適用性和耐久性的總稱安全性、適用性和耐久性的總稱 指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)，在規(guī)定的條件下（指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)，在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)正常施工、正常使用和維護(hù)），完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力。），完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力。 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：指一個(gè)工程結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件：指一個(gè)工程結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，能夠滿足其可靠度的時(shí)間。下，能夠滿足其可靠度的時(shí)間。結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價(jià)投資越大。結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價(jià)投資越大。如何在結(jié)構(gòu)可

4、靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡，就是設(shè)計(jì)方法，就是設(shè)計(jì)方法要解決的問題。要解決的問題。2.1.2. 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)的定義Limit State 整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就超過某一特定狀態(tài)就不能滿足不能滿足設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能規(guī)定的某一功能要求，這個(gè)特定狀態(tài)稱為要求，這個(gè)特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)該功能的極限狀態(tài)。 能完成預(yù)定的各項(xiàng)功能時(shí)，結(jié)構(gòu)處于能完成預(yù)定的各項(xiàng)功能時(shí)，結(jié)構(gòu)處于有效狀態(tài)有效狀態(tài)；反之，則；反之，則處于處于失效狀態(tài)失效狀態(tài)，有效狀態(tài)和失效狀態(tài)的分界有效狀態(tài)和失效狀態(tài)的分界，稱為，稱為極限狀態(tài)極限狀態(tài)，是結(jié)構(gòu)開始失效的標(biāo)

5、志。是結(jié)構(gòu)開始失效的標(biāo)志。a. 承載力能力極限狀態(tài)承載力能力極限狀態(tài) Ultimate Limit State結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力最大承載能力或者達(dá)到或者達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)。 構(gòu)件的截面因強(qiáng)度不足而發(fā)生破壞（包括疲勞破壞）構(gòu)件的截面因強(qiáng)度不足而發(fā)生破壞（包括疲勞破壞） 結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移）結(jié)構(gòu)整體或其中一部分作為剛體失去平衡（如傾覆、滑移） 結(jié)構(gòu)塑性變形過大而不適于繼續(xù)使用結(jié)構(gòu)塑性變形過大而不適于繼續(xù)使用 結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）結(jié)構(gòu)形成幾何可變體系（超靜定結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)足夠多塑性鉸）

6、 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細(xì)長(zhǎng)受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如細(xì)長(zhǎng)受壓構(gòu)件的壓曲失穩(wěn)）b. 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) Serviceability Limit State結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到影響正常使用正常使用或或耐久性能耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的的某項(xiàng)規(guī)定限值的狀態(tài)。狀態(tài)。 過大的變形、側(cè)移（影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、不安全感、不能正過大的變形、側(cè)移（影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、不安全感、不能正常使用（吊車）等）；常使用（吊車）等）； 過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）；過大的裂縫（鋼筋銹蝕、不安全感、漏水等）； 過大的振動(dòng)（影響使用、不舒適）；過大的振動(dòng)（影響使用、不舒適）； 局

7、部損壞。局部損壞。承載力能力極限狀態(tài)承載力能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的安全性結(jié)構(gòu)的安全性正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性可靠水平高可靠水平高可靠水平低可靠水平低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序 2.1.3 2.1.3結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全級(jí)別結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全級(jí)別環(huán)境類別分環(huán)境類別分5 5個(gè)級(jí)別個(gè)級(jí)別: :一類一類室內(nèi)正常環(huán)境；室內(nèi)正常環(huán)境；二類二類a:a:室內(nèi)潮濕環(huán)境；非嚴(yán)寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境，室內(nèi)潮濕環(huán)境；非嚴(yán)寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境，與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境；與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境；b:b:嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的露天環(huán)境嚴(yán)寒和寒冷

8、地區(qū)的露天環(huán)境, ,與無侵蝕性的水或土壤直接接觸與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境；的環(huán)境；三類三類使用除冰鹽的環(huán)境；嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)冬季水位變動(dòng)區(qū)使用除冰鹽的環(huán)境；嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)冬季水位變動(dòng)區(qū)的環(huán)境；濱海室外環(huán)境。的環(huán)境；濱海室外環(huán)境。四類四類海水環(huán)境。海水環(huán)境。五類五類受人類或自然的侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境。受人類或自然的侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境。 安全等級(jí)安全等級(jí)破壞后果破壞后果建筑物類型建筑物類型一級(jí)一級(jí)很嚴(yán)重很嚴(yán)重重要的房屋重要的房屋二級(jí)二級(jí)嚴(yán)嚴(yán) 重重一般的房屋一般的房屋三級(jí)三級(jí)不嚴(yán)重不嚴(yán)重次要的房屋次要的房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)2.2 結(jié)構(gòu)上的作用和結(jié)構(gòu)抗力荷荷載載的的分分類

9、類又稱恒荷載，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期間，又稱恒荷載，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期間，其值不隨時(shí)間而變化，或其變化與平其值不隨時(shí)間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略的荷載，如結(jié)構(gòu)的均值相比可以忽略的荷載，如結(jié)構(gòu)的自重、土壓力，固定設(shè)備等；自重、土壓力，固定設(shè)備等；又稱活荷載，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期間其又稱活荷載，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期間其值隨時(shí)間而變化，如樓面堆放荷載、值隨時(shí)間而變化，如樓面堆放荷載、吊車荷載、靜水壓力、風(fēng)荷載、雪荷吊車荷載、靜水壓力、風(fēng)荷載、雪荷載等；載等；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，一在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的荷載，如爆炸力、撞擊力

10、等；荷載，如爆炸力、撞擊力等；一、作用一、作用:(使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形和裂縫的原因的總稱，分使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、變形和裂縫的原因的總稱，分為直接作用和間接作用為直接作用和間接作用)永久荷載永久荷載GPermanent load可變荷載可變荷載QVariable load偶然荷載偶然荷載Accidental loadS 作用效應(yīng)作用效應(yīng) Action Effect 作用效應(yīng)即為作用作用效應(yīng)即為作用引起的構(gòu)件內(nèi)力、變形和引起的構(gòu)件內(nèi)力、變形和裂縫等裂縫等。R 結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抗力 Resistant 結(jié)構(gòu)抵抗作用效應(yīng)的能力，如受彎承載力結(jié)構(gòu)抵抗作用效應(yīng)的能力，如受彎承載力Mu、受剪承載力、受剪承載力Vu、

11、容、容許撓度許撓度f、容許裂縫寬度、容許裂縫寬度w。取決于取決于材料的強(qiáng)度材料的強(qiáng)度、截面尺寸截面尺寸及及計(jì)算模式計(jì)算模式等。等。 S R 失效失效 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不確定性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不確定性 2)(81lqgMa. 恒載恒載 g與構(gòu)件尺寸、材料容重等有關(guān)與構(gòu)件尺寸、材料容重等有關(guān)b. 活載活載 q的數(shù)值是隨時(shí)在變化的的數(shù)值是隨時(shí)在變化的c. 計(jì)算跨度計(jì)算跨度 l 的不準(zhǔn)確的不準(zhǔn)確a.材料強(qiáng)度材料強(qiáng)度 fy 和和 fc 的離散的離散b.截面尺寸截面尺寸h0和和 b 的施工誤差的施工誤差uMM 不一定安全（可靠）不一定安全（可靠）!g+q雖然設(shè)計(jì)雖然設(shè)計(jì)保證保證bfAfhAfMcsysyu105

12、. 0荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的荷載標(biāo)準(zhǔn)值是荷載的基本代表值基本代表值。指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在使用期間的正。指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在使用期間的正常情況下可能出現(xiàn)的最大荷載值，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法確定的常情況下可能出現(xiàn)的最大荷載值，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法確定的具有一定概率具有一定概率的的最大荷載值最大荷載值稱為荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。稱為荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。荷載的取值荷載的取值1. 荷載的標(biāo)準(zhǔn)值荷載的標(biāo)準(zhǔn)值 Qk、Gk當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受兩種或兩種以上兩種或兩種以上的可變荷載時(shí)，各種可變荷載的可變荷載時(shí)，各種可變荷載不可能同時(shí)以其最大值（標(biāo)準(zhǔn)值）出現(xiàn)不可能同時(shí)以其最大值（標(biāo)準(zhǔn)值）出現(xiàn)，除一個(gè)主要可變荷載除一個(gè)主要可變荷載外，外，其余可變荷

13、載其余可變荷載應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)值上乘以小于上乘以小于1的組合系數(shù)的組合系數(shù)對(duì)可變荷對(duì)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行折減。載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行折減。2. 荷載組合值荷載組合值kcQ4. 荷載準(zhǔn)永久值荷載準(zhǔn)永久值kqQ 可變荷載的可變荷載的最大值并非長(zhǎng)期作用于結(jié)構(gòu)最大值并非長(zhǎng)期作用于結(jié)構(gòu)之上，在考慮荷載之上，在考慮荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合時(shí)，應(yīng)對(duì)其長(zhǎng)期效應(yīng)組合時(shí)，應(yīng)對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行折減標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行折減。荷載的準(zhǔn)永久值指。荷載的準(zhǔn)永久值指可變荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可變荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常作用的那部分荷載經(jīng)常作用的那部分荷載。 準(zhǔn)永久值系數(shù)準(zhǔn)永久值系數(shù)q3. 3. 荷載頻遇值荷載頻遇值kfQ 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，可變作用頻繁出

14、現(xiàn)，且量值較大的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，可變作用頻繁出現(xiàn)，且量值較大的作用取值。取概率分布的作用取值。取概率分布的0.950.95分位值。分位值。 2.2. 材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值sykyctktcckcffffff,混凝土：混凝土： c=1.4熱軋熱軋鋼筋：鋼筋： s1.10鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋：鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋： s1.201.1.材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值二、結(jié)構(gòu)抗力二、結(jié)構(gòu)抗力 結(jié)構(gòu)抵抗作用效應(yīng)的能力，如受彎承載力結(jié)構(gòu)抵抗作用效應(yīng)的能力，如受彎承載力Mu、受剪承載力、受剪承載力Vu、容許撓度、容許撓度f、容許裂縫寬度、容許裂縫寬度w。取決于取決于材料的強(qiáng)度材料的強(qiáng)度、截面

15、尺寸截面尺寸及及計(jì)算模式計(jì)算模式等。等。材料強(qiáng)度實(shí)測(cè)總體中，具有材料強(qiáng)度實(shí)測(cè)總體中，具有95%的保證率。的保證率。2.3 混凝土結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的 實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式 一、承載能力極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式。一、承載能力極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式。 對(duì)結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為對(duì)結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為、級(jí)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，分別取級(jí)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，分別取為為1.1、1.0及及0.9。S0R0結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)混凝土規(guī)范規(guī)定混凝土規(guī)范規(guī)定（1）由可變荷載）由可變荷載控制的組合控制的組合 G永久荷載分項(xiàng)系數(shù)永久荷載分項(xiàng)系數(shù) 的取值：當(dāng)永久荷載對(duì)結(jié)構(gòu)起不利作用時(shí)，取1.2；對(duì)結(jié)構(gòu)起有利作用時(shí)，一般取1.0，對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮

16、驗(yàn)算，取0.9； GQ可變荷載分項(xiàng)系數(shù)可變荷載分項(xiàng)系數(shù) 的取值：一般取1.4，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2的工業(yè)房屋，取1.3。 QGkGS永久荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值；永久荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值；QkQkS可變荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值可變荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值ci可變荷載可變荷載Qi的組合系數(shù)的組合系數(shù)（2）由永久荷載）由永久荷載控制的組合控制的組合 的取值：當(dāng)永久荷載對(duì)結(jié)構(gòu)起不利作用時(shí)，取1.35；GniQikciQikQkQGkGSSSS211niQikciQiGkGSSS1二、二、 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，變形過大或裂縫過寬雖影響按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，變形過大或裂

17、縫過寬雖影響正常使用，但正常使用，但危害程度不及承載力危害程度不及承載力引起的結(jié)構(gòu)破壞造成的損失引起的結(jié)構(gòu)破壞造成的損失那么大，所以可那么大，所以可適當(dāng)降低對(duì)可靠度的要求適當(dāng)降低對(duì)可靠度的要求。 根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合或準(zhǔn)永久組合。合或準(zhǔn)永久組合。CSd標(biāo)準(zhǔn)組合標(biāo)準(zhǔn)組合準(zhǔn)永久組合準(zhǔn)永久組合頻遇組合頻遇組合niQikcikQGkdSSSS21niQikqiGkdSSS1niQikqikQfGkdSSSS211作業(yè)題作業(yè)題Chapter2-1某鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁，結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為某鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁，結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為級(jí)，梁的跨

18、長(zhǎng)為級(jí)，梁的跨長(zhǎng)為4.0m，承受的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：均布荷載承受的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：均布荷載gk=4.5kN/m（含自重），（含自重），集中荷載集中荷載Pk=15kN，持久狀況下可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值為，持久狀況下可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值為qk=1.5kN/m，求按承載能力計(jì)算時(shí)，跨中彎矩組合設(shè)計(jì)值。求按承載能力計(jì)算時(shí)，跨中彎矩組合設(shè)計(jì)值。l0=4.0mGk=15kNqk=1.5kN/mgk=4.5kN/m按近似概率論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法極限狀態(tài)實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)材料強(qiáng)度和荷載取值結(jié)構(gòu)上的作用結(jié)構(gòu)的功能要求極限狀態(tài)極限狀態(tài)方程（Z=R-S）分項(xiàng)系數(shù)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式直接作用間接作用結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)使用年限建筑結(jié)構(gòu)的功能承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)本章小結(jié)本章小結(jié)前三章測(cè)試題前三章測(cè)試題一、試指出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)并給出擬補(bǔ)這些缺點(diǎn)所采取的一、試指出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)并給出擬補(bǔ)這些缺點(diǎn)所采取的措施。措施。二、通過畫圖說明軟鋼冷拉時(shí)效的概念。二、通過畫圖說明軟鋼冷拉時(shí)效的概念。三、解釋混凝土強(qiáng)度等級(jí)的概念。三、解釋混凝土強(qiáng)度等級(jí)的概念。四、某方形鋼筋混凝土短柱澆筑后發(fā)現(xiàn)