混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理-同濟大學(xué)

混凝土結(jié)構(gòu)上冊混凝土土結(jié)構(gòu)設(shè)計原原理第一章緒論論以混凝土材料料為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)均可稱為混凝土結(jié)構(gòu)。包括鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)預(yù)應(yīng)力混凝土土結(jié)構(gòu)和素混混凝土結(jié)構(gòu)等等。1.1混凝土結(jié)構(gòu)的的一般概念1.1.1混凝土結(jié)構(gòu)的的定義與分類類第一章緒緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一一般概念和特特點1.1.2鋼筋與混凝土土共同工作的的條件：鋼筋和混凝土土兩種材料的的物理力學(xué)性性能很不相同同，他們可以以結(jié)合在一起起共同工作，，是因為：⑴鋼筋和混凝凝土之間存在在有良好的粘粘結(jié)力，在荷荷載作用下，，可以保證兩兩種材料協(xié)調(diào)調(diào)變形，共同同受力；⑵鋼筋與混凝凝土具有基本本相同的溫度度線膨脹系數(shù)數(shù)（鋼材為1.2×10-5，混凝土為(1.0~1.5)×10-5），因此當(dāng)溫度變變化時，兩種種材料不會產(chǎn)產(chǎn)生過大的變變形差而導(dǎo)致致兩者間的粘粘結(jié)力破壞。。第一章緒緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一一般概念和特特點1.1.3混凝土結(jié)構(gòu)的的優(yōu)缺點：優(yōu)點⑴材料利用用合理：鋼筋筋和混凝土的的材料強度可可以得到充分分發(fā)揮，結(jié)構(gòu)構(gòu)承載力與剛剛度比例合適適，基本無局局部穩(wěn)定問題題，單位應(yīng)力力價格低，對對于一般工程程結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟濟指標(biāo)優(yōu)于鋼鋼結(jié)構(gòu)。⑵可模性好好：混凝土可可根據(jù)需要澆澆筑成各種性性質(zhì)和尺寸，，適用于各種種形狀復(fù)雜的的結(jié)構(gòu)，如空空間薄殼、箱箱形結(jié)構(gòu)等。。⑶耐久性和和耐火性較好好，維護費用用低：鋼筋有有混凝土的保保護層，不易易產(chǎn)生銹蝕，，而混凝土的的強度隨時間間而增長；混混凝土是不良良熱導(dǎo)體，30mm厚混凝土保護護層可耐火2小時，使鋼筋不致致因升溫過快快而喪失強度度。第一章緒緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一一般概念和特特點⑷現(xiàn)澆混凝凝土結(jié)構(gòu)的整整體性好，且且通過合適的配筋，可獲得較好好的延性，適適用于抗震、、抗爆結(jié)構(gòu)；；同時防振性性和防輻射性性能較好，適適用于防護結(jié)結(jié)構(gòu)。⑸剛度大、、阻尼大，有有利于結(jié)構(gòu)的的變形控制。。⑹易于就地地取材：混凝凝土所用的大大量砂、石，，易于就地取取材，近年來來，已有利用用工業(yè)廢料來來制造人工骨骨料，或作為為水泥的外加加成分，改善善混凝土的性性能。第一章緒緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一一般概念和特特點缺點：⑴自重大：：不適用于大大跨、高層結(jié)結(jié)構(gòu)。第一章緒緒論1.1混凝土結(jié)構(gòu)一一般概念和特特點⑵抗裂性差差：普通RC結(jié)構(gòu)，在正常常使用階段往往往帶裂縫工工作，環(huán)境較較差(露天、沿海、、化學(xué)侵蝕)時會影響耐久久性；也限制制了普通RC用于大跨結(jié)構(gòu)構(gòu)，高強鋼筋筋無法應(yīng)用。。⑶承載力有有限：在重載載結(jié)構(gòu)和高層層建筑底部結(jié)結(jié)構(gòu)，構(gòu)件尺尺寸太大，減減小使用空間間。⑷施施工復(fù)復(fù)雜，，工序序多（（支模模、綁綁鋼筋筋、澆澆筑、、養(yǎng)護護），，工期期長，，施工工受季季節(jié)、、天氣氣的影影響較較大。。⑸混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)一旦旦破壞壞，其其修復(fù)復(fù)、加加固、、補強強比較較困難難。1.2混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的發(fā)發(fā)展與與應(yīng)用用概況況1824年英國國人阿阿斯普普丁(J.Aspdin)發(fā)明硅硅酸鹽鹽水泥泥。1849年法國國人朗朗波(L.Lambot)制造了了第一一只鋼鋼筋混混凝土土小船船。1872年在紐紐約建建造第第一所所鋼筋筋混凝凝土房房屋。?；炷镣两Y(jié)構(gòu)構(gòu)的開開始應(yīng)應(yīng)用于于土木木工程程距今今僅150多年。。與磚石石結(jié)構(gòu)構(gòu)、鋼鋼木結(jié)結(jié)構(gòu)相相比，，混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)的的歷史史并不不長，，但發(fā)發(fā)展非非常迅迅速，，是目目前土土木工工程結(jié)結(jié)構(gòu)中中應(yīng)用用最為為廣泛泛結(jié)構(gòu)構(gòu)，而而且高性能能混凝凝土和新型混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)形式還還在不不斷發(fā)發(fā)展。。第一章章緒緒論論1.2混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的發(fā)發(fā)展簡簡況及及其應(yīng)應(yīng)用第一階階段：：從鋼筋筋混凝凝土的的發(fā)明明至上上世紀紀初。。鋼筋和和混凝凝土的的強度度都比比較低低。主要用用于建建造中中小型型樓板板、梁梁、柱柱、拱拱和基基礎(chǔ)等等構(gòu)件件。計算理理論：：結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)力和和構(gòu)件件截面面計算算均套套用彈彈性理理論，，采用用容許許應(yīng)力力設(shè)計計方法法。第一章章緒緒論論1.2混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的發(fā)發(fā)展簡簡況及及其應(yīng)應(yīng)用混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的發(fā)發(fā)展第一章章緒緒論論1.2混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的發(fā)發(fā)展簡簡況及及其應(yīng)應(yīng)用第二階階段：：從上世世紀20年代到到第二二次世世界大大戰(zhàn)前前后。?；炷镣梁弯撲摻顝姀姸鹊牡牟粩鄶嗵岣吒摺?928年法國國杰出出的土土木工工程師師E.Freyssnet發(fā)明了了預(yù)應(yīng)應(yīng)力混混凝土土，使使得混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)可以以用來來建造造大跨跨度計算理理論：：前蘇聯(lián)聯(lián)著名名的混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)專家家格沃沃茲捷捷夫（（Α.ΑΑ.ГГвоозддевв）開始考考慮混混凝土土塑性性性能能的破破損階階段設(shè)設(shè)計法法，50年代又又提出出更為為合理理的極極限狀狀態(tài)設(shè)設(shè)計法法，奠奠定了了現(xiàn)代代鋼筋筋混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)的的基本本計算算理論論。第一章章緒緒論論1.2混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的發(fā)發(fā)展簡簡況及及其應(yīng)應(yīng)用第三階階段：：二戰(zhàn)以以后到到現(xiàn)在在隨著建建設(shè)速速度加加快，，對材材料性性能和和施工工技術(shù)術(shù)提出出更高高要求求，出出現(xiàn)裝裝配式式鋼筋筋混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)、、泵送送商品品混凝凝土等等工業(yè)業(yè)化生生產(chǎn)技技術(shù)。。高強混混凝土土和高高強鋼鋼筋的的發(fā)展展、計計算機機的采采用和和先進進施工工機械械設(shè)備備的發(fā)發(fā)明，，建造造了一一大批批超高高層建建筑、、大跨跨度橋橋梁、、特長長跨海海隧道道、高高聳結(jié)結(jié)構(gòu)等等大型型工程程，成成為現(xiàn)現(xiàn)代土土木工工程的的標(biāo)志志。設(shè)計計計算理理論：：發(fā)展了了以概概率理理論為為基礎(chǔ)礎(chǔ)的極極限狀狀態(tài)設(shè)設(shè)計法法，基基礎(chǔ)理理論問問題大大都得得到解解決，，而新新型混混凝土土材料料及其其復(fù)合合結(jié)構(gòu)構(gòu)形式式的出出現(xiàn)又又不斷斷提出出新的的課題題，并并不斷斷促進進混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)的的發(fā)展展。1、加強強實驗驗、實實踐性性教學(xué)學(xué)環(huán)節(jié)節(jié)并注注意擴擴大知知識面面?；炷镣两Y(jié)構(gòu)構(gòu)的基基本理理論相相當(dāng)于于鋼筋筋混凝凝土及及預(yù)應(yīng)應(yīng)力混混凝土土的材材料力力學(xué)，，它是是以實實驗為為基礎(chǔ)礎(chǔ)的，，因此此除了了課堂堂學(xué)習(xí)習(xí)以外外，還還要加加強實實驗的的教學(xué)學(xué)環(huán)節(jié)節(jié)，以以進一一步理理解學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)內(nèi)容和和訓(xùn)練練實驗驗的基基本技技能。。第一章章緒緒論論1.3混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)課程程學(xué)習(xí)習(xí)中應(yīng)應(yīng)注意意的問問題1.3混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)課程程學(xué)習(xí)習(xí)中應(yīng)應(yīng)注意意的問問題第一章章緒緒論論1.3混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)課程程學(xué)習(xí)習(xí)中應(yīng)應(yīng)注意意的問問題2、突出出重點點并注注意難難點的的學(xué)習(xí)習(xí)。本本課程程的內(nèi)內(nèi)容多多、符符號多多、計計算公公式多多、構(gòu)構(gòu)造規(guī)規(guī)定也也多，，學(xué)習(xí)習(xí)時要要遵循循教學(xué)學(xué)大綱綱的要要求，，貫徹徹“少少而精精”的的原則則，突突出重重點內(nèi)內(nèi)容的的學(xué)習(xí)習(xí)。3、深刻刻理解解重要要的概概念，，熟練練掌握握設(shè)計計計算算的基基本功功，切切記死死記硬硬背。。要求求熟練練掌握握、深深刻理理解一一些重重要的的概念念并在在今后后的學(xué)學(xué)習(xí)中中不斷斷的深深入理理解。。第二章章混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)材料料的物物理力學(xué)性性能第二章章鋼鋼筋筋和混混凝土土的材材料性性能2.1混凝土土的物物理力力學(xué)性性能2.1混凝土土的物物理力力學(xué)性性能2.1.1混凝土土的組組成結(jié)結(jié)構(gòu)通常把把混凝凝土的的結(jié)構(gòu)構(gòu)分為為三種種類型型：Ａ.微觀結(jié)結(jié)構(gòu)：：也即水水泥石石結(jié)構(gòu)構(gòu)，包包括水水泥凝凝膠、、晶體體骨架架、未未水化化完的的水泥泥顆粒粒和凝凝膠孔孔組成成。Ｂ.亞微觀觀結(jié)構(gòu)構(gòu)：即混凝凝土中中的水水泥砂砂漿結(jié)結(jié)構(gòu)。。Ｃ.宏觀結(jié)結(jié)構(gòu)：：即砂漿漿和粗粗骨料料兩組組分體體系。。注意：：1.骨料的的分布布及骨骨料與與基相相之間間在界界面的的結(jié)合合強度度是影影響混混凝土土強度度的重重要因因素；；2.在荷載載的作作用下下，微微裂縫縫的擴擴展對對混凝凝土的的力學(xué)學(xué)性能能有著著極為為重要要的影影響。。第二章章鋼鋼筋筋和混混凝土土的材材料性性能2.1混凝土土2.1.2單軸應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài)下下的混混凝土土強度度混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)中，，主要是是利用用它的的抗壓強強度。因此此抗壓壓強度度是混混凝土土力學(xué)學(xué)性能能中最最主要要和最最基本本的指指標(biāo)。?；炷镣恋膹姀姸鹊鹊燃壥鞘怯每箍箟簭姀姸葋韥韯澐址值?.1混凝土土的物物理力力學(xué)性性能（1）單向受力狀態(tài)下混凝土的強度

1）立方體抗壓強度：邊長為150mm的混凝土立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（溫度為20±3℃，濕度≥90%）養(yǎng)護28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（加載速度0.15~0.3N/mm2/s，兩端不涂潤滑劑）測得的具有95%保證率的抗壓強度，用符號C表示。

《規(guī)范》根據(jù)強度范圍，從C15~C80共劃分為14個強度等級，級差為5N/mm2。2）軸心心抗壓壓強度度按標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)方法法制作作的150mm×l50mm×300mm的棱柱柱體試試件，，在溫溫度為為20土3℃和相對對濕度度為90％以上上的條條件下下養(yǎng)護護28d，用標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)試驗驗方法法測得得的具具有95％保證證率的的抗壓壓強度度。。對于于同一一混凝凝土，，棱柱體體抗壓壓強度度小于于立方方體抗抗壓強強度。考慮到到實際際結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件件制作作、養(yǎng)養(yǎng)護和和受力力情況況，實實際構(gòu)構(gòu)件強強度與與試件件強度度之間間存在在差異異，《規(guī)范》基于安安全取取偏低低值，，規(guī)定定軸心心抗壓壓強度度標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值和和立方方體抗抗壓強強度標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值值的換換算關(guān)關(guān)系為為：2.1混凝土土的物物理力力學(xué)性性能式中：：k１為棱柱柱體強強度與與立方方體強強度之之比，，對不不大于于C50級的混混凝土土取0.76，對C80取0.82，其間按按線性性插值值。k2為高強強混凝凝土的的脆性性折減減系數(shù)數(shù)，對對C40取1.0，對C80取0.87，中間間按直直線規(guī)規(guī)律變變化取取值。。0.88為考慮慮實際際構(gòu)件件與試試件混混凝土土強度度之間間的差差異而而取用用的折折減系系數(shù)。。fcu,k立方體體強度度標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值即即為混混凝土土強度度等級級fcu。2.1混凝土的物理力學(xué)性能3）軸心心抗拉拉強度度混凝土土的軸軸心抗抗拉強強度可可以采采用直直接軸軸心受受拉的的試驗驗方法法來測測定，，但由由于試試驗比比較困困難，，目前前國內(nèi)內(nèi)外主主要采采用圓圓柱體體或立立方體體的劈劈裂試試驗來來間接接測試試混凝凝土的的軸心心抗拉拉強度度。2.1混凝土的物理力學(xué)性能劈拉試驗FaF拉壓壓第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能《混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范》規(guī)定軸心心抗拉強強度標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值與立立方體抗抗壓強度度標(biāo)準(zhǔn)值值的換算算關(guān)系為為：混凝土軸軸心抗拉拉強度與與立方體體抗壓強強度的關(guān)關(guān)系在平面應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)下，當(dāng)當(dāng)兩方向向應(yīng)力均均為壓應(yīng)應(yīng)力時，，抗壓強強度相互互提高，，最大可可增加27％，而當(dāng)當(dāng)一方向向為壓應(yīng)應(yīng)力，另另一方向向為拉應(yīng)應(yīng)力時，，強度相相互降低低。當(dāng)壓應(yīng)力力不太高高時，其其存在可可提高混混凝土的的抗剪強強度，拉拉應(yīng)力的的存在會會降低混混凝土的的抗剪強強度。剪剪應(yīng)力的的存在降降低混凝凝土的抗抗壓和抗抗拉強度度。側(cè)向壓應(yīng)力的存在可提高混凝土的抗壓強度，關(guān)系為:

式中——被約束混凝土的軸心抗壓強度；——非約束混凝土的軸心抗壓強度；——側(cè)向約束壓應(yīng)力。

側(cè)向壓應(yīng)力的存在還可提高混凝土的延性。

（3）復(fù)合受受力狀態(tài)態(tài)下混凝凝土的強強度第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能2.1.3復(fù)雜應(yīng)力力下混凝凝土的受受力性能能◆雙軸應(yīng)力力狀態(tài)實際結(jié)構(gòu)構(gòu)中，混混凝土很很少處于于單向受受力狀態(tài)態(tài)。更多多的是處處于雙向或三向受力狀態(tài)態(tài)。雙向受壓壓強度大大于單向向受壓強強度，最最大受壓壓強度發(fā)發(fā)生在兩兩個壓應(yīng)應(yīng)力之比比為0.3~0.6之間，約約(1.25~1.60)fc。雙軸受壓壓狀態(tài)下下混凝土土的應(yīng)力力-應(yīng)變關(guān)系系與單軸軸受壓曲曲線相似似，但峰峰值應(yīng)變變均超過過單軸受受壓時的的峰值應(yīng)應(yīng)變。2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能在一軸受受壓一軸軸受拉狀狀態(tài)下，，任意應(yīng)應(yīng)力比情情況下均均不超過過其相應(yīng)應(yīng)單軸強強度。并并且抗壓壓強度或或抗拉強強度均隨隨另一方方向拉應(yīng)應(yīng)力或壓壓應(yīng)力的的增加而而減小。?！綦p軸應(yīng)力力狀態(tài)2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能實際結(jié)構(gòu)構(gòu)中，混混凝土很很少處于于單向受受力狀態(tài)態(tài)。更多多的是處處于雙向或三向受力狀態(tài)態(tài)。2.1.3復(fù)雜應(yīng)力力下混凝凝土的受受力性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能構(gòu)件受剪剪或受扭扭時常遇遇到剪應(yīng)應(yīng)力t和正應(yīng)力力s共同作用用下的復(fù)復(fù)合受力力情況。。混凝土的的抗剪強強度：隨隨拉應(yīng)力增大大而減小小隨壓應(yīng)力增大大而增大大當(dāng)壓應(yīng)力力在0.6fc左右時，，抗剪強強度達到到最大，，壓應(yīng)力繼繼續(xù)增大大，則由由于內(nèi)裂裂縫發(fā)展展明顯，，抗剪強強度將隨隨壓應(yīng)力力的增大大而減小小。2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能◆三軸應(yīng)力力狀態(tài)三軸應(yīng)力力狀態(tài)有有多種組組合，實實際工程程遇到較較多的螺螺旋箍筋筋柱和鋼鋼管混凝凝土柱中中的混凝凝土為三三向受壓壓狀態(tài)。。三向受受壓試驗驗一般采采用圓柱柱體在等等側(cè)壓條條件進行行。2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能

由試驗得到的經(jīng)驗公式為:

式中——被約束混凝土的軸心抗壓強度；——非約束混凝土的軸心抗壓強度；——側(cè)向約束壓應(yīng)力。

側(cè)向壓應(yīng)力的存在還可提高混凝土的延性。

第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能2.1混凝土2.1.4混凝土的的變形1、單軸受受壓應(yīng)力力-應(yīng)變關(guān)系系混凝土單單軸受力力時的應(yīng)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系系反映了了混凝土土受力全全過程的的重要力力學(xué)特征征,是分析混混凝土構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力力、建立立承載力力和變形形計算理理論的必必要依據(jù)據(jù)，也是是利用計計算機進進行非線線性分析析的基礎(chǔ)礎(chǔ)。混凝土單單軸受壓壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系系曲線，，常采用用棱柱體體試件來來測定。。在普普通試驗驗機上采采用等應(yīng)力速速度加載，達達到軸心心抗壓強強度fc時，試驗驗機中集集聚的彈彈性應(yīng)變變能大于于試件所所能吸收收的應(yīng)變變能，會會導(dǎo)致試試件產(chǎn)生生突然脆脆性破壞壞，只能能測得應(yīng)應(yīng)力-應(yīng)變曲線線的上升段。采用等應(yīng)變速速度加載，或或在試件件旁附設(shè)設(shè)高彈性性元件與與試件一一同受壓壓，以吸吸收試驗驗機內(nèi)集集聚的應(yīng)應(yīng)變能，，可以測測得應(yīng)力力-應(yīng)變曲線線的下降段。2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能2.1混凝土2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能02468102030s(MPa)e×10-3第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能2.2混凝土BACEDA點以前，微裂縫縫沒有明明顯發(fā)展展，混凝凝土的變變形主要要彈性變變形，應(yīng)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系系近似直直線。A點應(yīng)力隨隨混凝土土強度的的提高而而增加，，對普通通強度混混凝土sA約為(0.3~0.4)fc，對高強混混凝土sA可達(0.5~0.7)fc。A點以后，由于微微裂縫處處的應(yīng)力力集中，，裂縫開開始有所所延伸發(fā)發(fā)展，產(chǎn)產(chǎn)生部分分塑性變變形，應(yīng)應(yīng)變增長長開始加加快，應(yīng)應(yīng)力-應(yīng)變曲線線逐漸偏偏離直線線。微裂裂縫的發(fā)發(fā)展導(dǎo)致致混凝土土的橫向向變形增增加。但但該階段段微裂縫縫的發(fā)展展是穩(wěn)定定的?；炷猎谠诮Y(jié)硬過過程中，，由于水水泥石的的收縮、、骨料下下沉以及及溫度變變化等原原因，在在骨料和和水泥石石的界面面上形成成很多微微裂縫，，成為混混凝土中中的薄弱弱部位。。混凝土土的最終終破壞就就是由于于這些微微裂縫的的發(fā)展造造成的。。達到B點，內(nèi)部部一些微微裂縫相相互連通通，裂縫縫發(fā)展已已不穩(wěn)定定，橫向向變形突突然增大大，體積積應(yīng)變開開始由壓壓縮轉(zhuǎn)為為增加。。在此應(yīng)應(yīng)力的長長期作用用下，裂裂縫會持持續(xù)發(fā)展展最終導(dǎo)導(dǎo)致破壞壞。取B點的應(yīng)力力作為混混凝土的的長期抗抗壓強度度。普通通強度混混凝土sB約為0.8fc，高強強度度混凝土土sB可達0.95fc以上。達到C點fc，內(nèi)部微裂裂縫連通通形成破破壞面，，應(yīng)變增增長速度度明顯加加快，C點的縱向向應(yīng)變值值稱為峰峰值應(yīng)變變e0，約為0.002?？v向應(yīng)變變發(fā)展達達到D點，內(nèi)部部裂縫在在試件表表面出現(xiàn)現(xiàn)第一條條可見平平行于受受力方向向的縱向向裂縫。。隨應(yīng)變增增長，試試件上相相繼出現(xiàn)現(xiàn)多條不不連續(xù)的的縱向裂裂縫，橫橫向變形形急劇發(fā)發(fā)展，承承載力明明顯下降降，混凝凝土骨料料與砂漿漿的粘結(jié)結(jié)不斷遭遭到破，，裂縫連連通形成成斜向破破壞面。。E點的應(yīng)變變e=(2~3)e0，應(yīng)力s=(0.4~0.6)fc。2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能2.1混凝土不同強度度混凝土土的應(yīng)力力-應(yīng)變關(guān)系系曲線強度等級級越高，，線彈性性段越長長，峰值值應(yīng)變也也有所增增大。但但高強混混凝土中中，砂漿漿與骨料料的粘結(jié)結(jié)很強，，密實性性好，微微裂縫很很少，最最后的破破壞往往往是骨料料破壞，，破壞時時脆性越越顯著，，下降段段越陡。。2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能2.1混凝土第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能◆Hognestad建議的應(yīng)應(yīng)力-應(yīng)變曲線線2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能◆《規(guī)范》應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系系上升段：下降段：2.1混凝土2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能2、混凝土土的變形形模量彈性模量量變形模量量切線模量量2.1混凝土2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能◆彈性模量量測定方方法2.1混凝土2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能2.1混凝土2.1.5混凝土的的收縮和和徐變1、混凝土的的收縮混凝土在在空氣中中硬化時時體積會會縮小，，這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為為混凝土土的收縮縮。收縮是混混凝土在在不受外外力情況況下體積積變化產(chǎn)產(chǎn)生的變變形。當(dāng)這種自自發(fā)的變變形受到到外部（（支座））或內(nèi)部部（鋼筋筋）的約約束時，將使混凝凝土中產(chǎn)產(chǎn)生拉應(yīng)應(yīng)力，甚甚至引起起混凝土土的開裂裂?；炷潦湛s縮會使預(yù)預(yù)應(yīng)力混混凝土構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生生預(yù)應(yīng)力力損失。。2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能2.1混凝土◆影響因素素混凝土的的收縮受受結(jié)構(gòu)周周圍的溫溫度、濕濕度、構(gòu)構(gòu)件斷面面形狀及及尺寸、、配合比比、骨料料性質(zhì)、、水泥性性質(zhì)、混混凝土澆澆筑質(zhì)量量及養(yǎng)護護條件等等許多因因素有關(guān)關(guān)。（1）水泥的的品種：：水泥強強度等級級越高，，制成的的混凝土土收縮越越大。（2）水泥的的用量：：水泥用量量多、水水灰比越越大，收收縮越大大。（3）骨料的的性質(zhì)：：骨料彈性性模量高高、級配配好，收收縮就小小。（4）養(yǎng)護條條件：干燥失水水及高溫溫環(huán)境，，收縮大大。（5）混凝土土制作方方法：混凝土越越密實，，收縮越越小。（6）使用環(huán)環(huán)境：使用環(huán)境境溫度、、濕度越越大，收收縮越小小。（7）構(gòu)件的的體積與與表面積積比值：：比值大時時，收縮縮小。2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能2.1混凝土2、混凝土土的徐變變混凝土在在荷載的的長期作作用下，，其變形形隨時間間而不斷斷增長的的現(xiàn)象稱稱為徐變變。徐變對混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)和構(gòu)構(gòu)件的工工作性能能有很大大影響。。由于混混凝土的的徐變，，會使構(gòu)構(gòu)件的變變形增加加，在鋼鋼筋混凝凝土截面面中引起起應(yīng)力重重分布，，在預(yù)應(yīng)應(yīng)力混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)中會造造成預(yù)應(yīng)應(yīng)力的損損失?；炷恋牡男熳兲靥匦灾饕c時間間參數(shù)有有關(guān)。2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能2.1混凝土在應(yīng)力（（≤0.5fc）作用瞬間間，首先先產(chǎn)生瞬瞬時彈性應(yīng)變變eel（=si/Ec(t0)，t0加荷時的的齡期））。隨荷載作作用時間間的延續(xù)續(xù)，變形形不斷增增長，前前4個月徐變變增長較較快，6個月可達達最終徐徐變的（（70~80）%，以后增增長逐漸漸緩慢，，2~3年后趨于于穩(wěn)定。。2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能2.1混凝土記(t-t0)時間后的的總應(yīng)變變?yōu)閑c(t,t0)，此時混凝凝土的收收縮應(yīng)變變?yōu)閑sh(t，t0)，則徐變?yōu)闉?，ecr(t,t0)=ec(t,t0)-ec(t0)-esh(t,t0)=ec(t,t0)-eel-esh(t,t0)2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋筋和混凝凝土的材材料性能能2.1混凝土如在時間間t卸載，則則會產(chǎn)生生瞬時彈性性恢復(fù)應(yīng)應(yīng)變eel'。由于混凝凝土彈性性模量隨隨時間增增大，故故彈性恢恢復(fù)應(yīng)變變eel'小于加載載時的瞬瞬時彈性性應(yīng)變eel。再經(jīng)過一一段時間間后，還還有一部部分應(yīng)變變eel''可以恢復(fù)復(fù)，稱為為彈性后效效或徐變恢恢復(fù)，但但仍有不不可恢復(fù)復(fù)的殘留留永久應(yīng)應(yīng)變ecr'2.1混凝土的的物理力力學(xué)性能能第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.1混凝土◆影響因素內(nèi)在因素是混凝土的組組成和配比。。骨料(aggregate)的剛度（彈性性模量）越大大，體積比越越大，徐變就就越小。水灰灰比越小，徐徐變也越小。。環(huán)境影響包括養(yǎng)護和使使用條件。受受荷前養(yǎng)護(curing)的溫濕度越高高，水泥水化化作用月充分分，徐變就越越小。采用蒸蒸汽養(yǎng)護可使使徐變減少（（20~35）%。受荷后構(gòu)件件所處的環(huán)境境溫度越高，，相對濕度越越小，徐變就就越大。2.1混凝土的物理理力學(xué)性能第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.1混凝土3、混凝土在荷荷載重復(fù)作用用下的變形（（疲勞變形））◆疲勞強度混凝土的疲勞勞強度由疲勞勞試驗測定。。采用100mm××100mm×300mm或著150mm××150mm×450mm的棱柱體，把把棱柱體試件件承受200萬次或其以上上循環(huán)荷載而而發(fā)生破壞的的壓應(yīng)力值稱稱為混凝土的疲勞勞抗壓強度?！粲绊懸蛩厥┘雍奢d時的的應(yīng)力大小是是影響應(yīng)力-應(yīng)變曲線不同同的發(fā)展和變變化的關(guān)鍵因因素，即混凝凝土的疲勞強強度與重復(fù)作作用時應(yīng)力變變化的幅度有有關(guān)。在相同的重復(fù)復(fù)次數(shù)下，疲疲勞強度隨著著疲勞應(yīng)力比比值的增大而而增大。2.1混凝土的物理理力學(xué)性能第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.1混凝土混凝土在荷載載重復(fù)作用下下的

應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系2.1混凝土的物理理力學(xué)性能第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.2鋼筋的物理力力學(xué)性能2.2鋼筋的物理力力學(xué)性能2.2.1鋼筋的品種和和級別熱軋鋼筋、中中高強鋼絲和和鋼絞線、熱熱處理鋼筋和和冷加工鋼筋筋第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.2鋼筋的物理力力學(xué)性能熱軋鋼筋的分分類HPB235級、HRB335級、HRB400級、RRB400級屈服強度fyk（標(biāo)準(zhǔn)值=鋼材廢品限值值，保證率97.73%）HPB235級：fyk=235N/mm2HRB335級：fyk=335N/mm2HRB400級、RRB400級：fyk=400N/mm2第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能HPB235級(Ⅰ級)鋼筋多為光面鋼筋筋，多作為現(xiàn)澆樓樓板的受力鋼鋼筋和箍筋。。HRB335級(Ⅱ級)和HRB400級(Ⅲ級)鋼筋強度較高，多多作為鋼筋混凝凝土構(gòu)件的受受力鋼筋，尺尺寸較大的構(gòu)構(gòu)件，也有用用Ⅱ級鋼筋作箍筋筋以增強與混凝土土的粘結(jié)，外形制作成月月牙肋或等高高肋的變形鋼鋼筋。RRB400級(Ⅳ級)鋼筋強度太高，不適宜作為鋼鋼筋混凝土構(gòu)構(gòu)件中的配筋筋，一般冷拉后作作預(yù)應(yīng)力筋。。延伸率d5=25、16、14、10%，直徑8~40。2.2鋼筋的物理力力學(xué)性能第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能鋼絲，中強鋼絲的強強度為800~1200MPa，高強鋼絲、鋼鋼絞線的為1470~1860MPa；延伸率d10=6%，d100=3.5~4%；鋼絲的直徑3~9mm；外形有光面、、刻痕和螺旋旋肋三種，另另有二股、三三股和七股鋼鋼絞線，外接接圓直徑9.5~15.2mm。中高強鋼絲和和鋼絞線均用用于預(yù)應(yīng)力混混凝土結(jié)構(gòu)。。冷加工鋼筋是由熱軋鋼筋筋和盤條經(jīng)冷冷拉、冷拔、、冷軋、冷扭扭加工后而成成。冷加工的的目的是為了了提高鋼筋的的強度，節(jié)約約鋼材。但經(jīng)冷加工后后，鋼筋的延延伸率降低。。近年來，冷加加工鋼筋的品品種很多，應(yīng)應(yīng)根據(jù)專門規(guī)規(guī)程使用。熱處理鋼筋是將Ⅳ級鋼筋通過加加熱、淬火和和回火等調(diào)質(zhì)質(zhì)工藝處理，，使強度得到到較大幅度的的提高，而延延伸率降低不不多。用于預(yù)預(yù)應(yīng)力混凝土土結(jié)構(gòu)。2.2鋼筋的物理力力學(xué)性能se第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.2.2鋼筋的強度與與變形◆有明顯屈服點點的鋼筋a’abcdefua′為比例極限oa為彈性階段de為強化階段b為屈服上限c為屈服下限，即屈服強度fycd為屈服臺階e為極限抗拉強度fu

fyfef為頸縮階段2.2鋼筋的物理力力學(xué)性能第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能幾個指標(biāo)：屈服強度：是鋼筋強度的的設(shè)計依據(jù)，因為鋼筋屈屈服后將發(fā)生生很大的塑性性變形，且卸卸載時這部分分變形不可恢復(fù)，這會使鋼筋筋混凝土構(gòu)件件產(chǎn)生很大的的變形和不可可閉合的裂縫縫。屈服上限限與加載速度度有關(guān)，不太太穩(wěn)定，一般般取屈服下限限作為屈服強強度。延伸率：鋼筋拉斷后的的伸長值與原原長的比率，是反映鋼筋塑塑性性能的指指標(biāo)。延伸率率大的鋼筋，，在拉斷前有有足夠預(yù)兆，，延性較好。。屈強比：：反映鋼筋的強強度儲備，fy/fu=0.6~0.7。2.2鋼筋的物理力力學(xué)性能第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能有明顯屈服點點鋼筋的應(yīng)力力-應(yīng)變關(guān)系一般可采用雙雙線性的理想想彈塑性關(guān)系系1Es2.2鋼筋的物理力力學(xué)性能第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能◆無明顯屈服點點的鋼筋a點：比例極限限，約為0.65fua點前：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為線線彈性a點后：應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非非線性，有一一定塑性變形形，且沒有明明顯的屈服點點強度設(shè)計指標(biāo)標(biāo)——條件屈服點殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力力《規(guī)范》取s0.2=0.85fu2.2鋼筋的物理力力學(xué)性能第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能1）強度：要求鋼筋有有足夠的強度度和適宜的強強屈比(極限強度與屈屈服強度的比比值)。例如，對抗抗震等級為一一、二級的框框架結(jié)構(gòu)，其其縱向受力鋼鋼筋的實際強強屈比不應(yīng)小小于1.25。2）塑性：要求鋼筋應(yīng)應(yīng)有足夠的變變形能力。3）可焊性：要求鋼筋焊焊接后不產(chǎn)生生裂縫和過大大的變形，焊焊接接頭性能能良好。4）與混凝土的粘粘結(jié)力：要求鋼筋與與混凝土之間間有足夠的粘粘結(jié)力，以保保證兩者共同同工作。2.2.3混凝土結(jié)構(gòu)對對鋼筋性能的的要求2.2鋼筋的物理力力學(xué)性能第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3.1粘結(jié)的意義粘結(jié)和錨固是是鋼筋和混凝凝土形成整體體、共同工作作的基礎(chǔ)鋼筋與混凝土土之間粘結(jié)應(yīng)應(yīng)力示意圖（a）錨固粘結(jié)應(yīng)力力（（b）裂縫間的局部部粘結(jié)應(yīng)力第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3.2粘結(jié)力的形成成◆光圓鋼筋與變變形鋼筋具有有不同的粘結(jié)結(jié)機理，其粘粘結(jié)作用主要要由三部分組組成：（１）鋼筋與與混凝土接觸觸面上的化學(xué)學(xué)吸附作用力力（膠結(jié)力））。一般很小小，僅在受力力階段的局部部無滑移區(qū)域域起作用，當(dāng)當(dāng)接觸面發(fā)生生相對滑移時時，該力即消消失。（２）混凝土土收縮握裹鋼鋼筋而產(chǎn)生的的摩阻力。（３）鋼筋表表面凹凸不平平與混凝土之之間產(chǎn)生的機機械咬合作用用力（咬合力力）。對于光光圓鋼筋，這這種咬合力來來自于表面的的粗糙不平。。第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)◆變形鋼筋與混混凝土之間的的機械咬合作作用主要是由由于變形鋼筋筋肋間嵌入混混凝土而產(chǎn)生生的。變形鋼筋和混混凝土的機械械咬合作用第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3.3粘結(jié)強度◆測試第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)◆計算公式式中N—鋼筋的拉力；；ｄ—鋼筋的直徑；；ｌ—粘結(jié)的長度。。第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)◆不同強度混凝凝土的粘結(jié)應(yīng)應(yīng)力和相對滑滑移的關(guān)系第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3.4影響粘結(jié)的因因素影響鋼筋與混混凝土粘結(jié)強強度的因素很很多，主要有有混凝土強度、保護層厚度及鋼筋凈間距、橫向配筋及側(cè)向壓應(yīng)力，以及澆筑混凝土?xí)r時鋼筋的位置置等。Ａ.光圓鋼筋及變變形鋼筋的粘粘結(jié)強度都隨隨混凝土強度度等級的提高高而提高，但但不與立方體體強度成正比比。Ｂ.變形鋼筋能夠夠提高粘結(jié)強強度。Ｃ.鋼筋間的凈距距對粘結(jié)強度度也有重要影影響。第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3.4影響粘結(jié)的因因素Ｄ.橫向鋼筋可以以限制混凝土土內(nèi)部裂縫的的發(fā)展，提高高粘結(jié)強度。。Ｅ.在直接支撐的的支座處，橫橫向壓應(yīng)力約約束了混凝土土的橫向變形形，可以提高高粘結(jié)強度。。Ｆ.澆筑混凝土?xí)r時鋼筋所處的的位置也會影影響粘結(jié)強度度。第二章鋼鋼筋和混凝土土的材料性能能2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3混凝土與鋼筋筋的粘結(jié)2.3.5鋼筋的錨固與與搭接◆保證粘結(jié)的的構(gòu)造措施(1)對不不同同等等級級的的混混凝凝土土和和鋼鋼筋筋，，要要保保證證最最小小搭搭接接長長度度和和錨錨固固長長度度；；(2)為了了保保證證混混凝凝土土與與鋼鋼筋筋之之間間有有足足夠夠的的粘粘結(jié)結(jié)，，必必須須滿滿足足鋼鋼筋筋最最小小間間距距和和混混凝凝土土保保護護層層最最小小厚厚度度的的要要求求；；(3)在鋼鋼筋筋的的搭搭接接接接頭頭內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)加加密密箍箍筋筋；；(4)為了了保保證證足足夠夠的的粘粘結(jié)結(jié)在在鋼鋼筋筋端端部部應(yīng)應(yīng)設(shè)設(shè)置置彎彎鉤鉤；；(5)對大大深深度度混混凝凝土土構(gòu)構(gòu)件件應(yīng)應(yīng)分分層層澆澆筑筑或或二二次次澆澆搗搗；；(6)一般般除除重重銹銹鋼鋼筋筋外外，，可可不不必必除除銹銹。。第二二章章鋼鋼筋筋和和混混凝凝土土的的材材料料性性能能2.3混凝凝土土與與鋼鋼筋筋的的粘粘結(jié)結(jié)2.3混凝凝土土與與鋼鋼筋筋的的粘粘結(jié)結(jié)◆鋼鋼筋筋的的搭搭接接鋼筋筋搭搭接接的的原原則則是是：：接接頭頭應(yīng)應(yīng)設(shè)設(shè)置置在在受受力力較較小小處處，，同同一一根根鋼鋼筋筋上上應(yīng)應(yīng)盡盡量量少少設(shè)設(shè)接接頭頭，，機機械械連連接接接接頭頭能能產(chǎn)產(chǎn)生生較較牢牢固固的的連連接接力力，，應(yīng)應(yīng)優(yōu)優(yōu)先先采采用用機機械械連連接接。。受拉拉鋼鋼筋筋綁綁扎扎搭搭接接接接頭頭的的搭搭接接長長度度計計算算公公式式：：式中中，，ζ為受受拉拉鋼鋼筋筋搭搭接接長長度度修修正正系系數(shù)數(shù)，，它它與與同同一一連連接接區(qū)區(qū)內(nèi)內(nèi)搭搭接接鋼鋼筋筋的的截截面面面面積積有有關(guān)關(guān)，，詳詳見見《規(guī)范范》。第二二章章鋼鋼筋筋和和混混凝凝土土的的材材料料性性能能2.3混凝凝土土與與鋼鋼筋筋的的粘粘結(jié)結(jié)2.3混凝凝土土與與鋼鋼筋筋的的粘粘結(jié)結(jié)◆基本本錨錨固固長長度度鋼筋筋的的基基本本錨錨固固長長度度取取決決于于鋼鋼筋筋的的強強度度及及混混凝凝土土抗抗拉拉強強度度，，并并與與鋼鋼筋筋的的外外形形有有關(guān)關(guān)。。《規(guī)范范》規(guī)定定縱縱向向受受拉拉鋼鋼筋筋的的錨錨固固長長度度作作為為鋼鋼筋筋的的基基本本錨錨固固長長度度，，其其計計算算公公式式為為：：第三三章章按按近近似似概概率率理理論論極限限狀狀態(tài)態(tài)設(shè)設(shè)計計法法第三三章章按按近近似似概概率率理理論論的的極極限限狀狀態(tài)態(tài)設(shè)設(shè)計計法法3.1極限限狀狀態(tài)態(tài)§3.1極限限狀狀態(tài)態(tài)3.1.1結(jié)構(gòu)構(gòu)上上的的作作用用◎直接接作作用用：荷荷載載◎間接接作作用用：混混凝凝土土的的收收縮縮、、溫溫度度變變化化、、基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的差差異異沉沉降降、、地地震震等等作用用在在結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)上上并并使使結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)產(chǎn)產(chǎn)生生內(nèi)內(nèi)力力（（如如彎彎矩矩、、剪剪力力、、軸軸向向力力、、扭扭矩矩等等））、、變變形形、、裂裂縫縫等等作作用用稱稱為為作作用用效效應(yīng)應(yīng)或或荷荷載載效效應(yīng)應(yīng)。。第三三章章按按近近似似概概率率理理論論的的極極限限狀狀態(tài)態(tài)設(shè)設(shè)計計法法3.1極限限狀狀態(tài)態(tài)§3.1極限限狀狀態(tài)態(tài)◎荷載載的的分分類類按作作用用時時間間的的長長短短和和性性質(zhì)質(zhì)，，荷荷載載分分為為三三類類：：1.永久久荷荷載載在結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計使使用用年年限限內(nèi)內(nèi)，，其其值值不不隨隨時時間間而而變變化化，，或或其其變變化化與與平平均均值值相相比比可可以以忽忽略略不不計計，，或或其其變變化化是是單單調(diào)調(diào)的的并并能能趨趨于于限限值值的的荷荷載載。。2.可變變荷荷載載在結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計基基準(zhǔn)準(zhǔn)期期內(nèi)內(nèi)其其值值隨隨時時間間而而變變化化，，其其變變化化與與平平均均值值不不可可忽忽略略的的荷荷載載。。3.偶然然荷荷載載在結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計基基準(zhǔn)準(zhǔn)期期內(nèi)內(nèi)不不一一定定出出現(xiàn)現(xiàn)，，但但一一旦旦出出現(xiàn)現(xiàn)其其值值很很大大且且作作用用時時間間很很短短的的荷荷載載。。第三三章章按按近近似似概概率率理理論論的的極極限限狀狀態(tài)態(tài)設(shè)設(shè)計計法法3.1極限限狀狀態(tài)態(tài)§3.1極限限狀狀態(tài)態(tài)◎荷載載的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值值1.定義義將荷荷載載視視為為隨隨機機變變量量，，采采用用數(shù)數(shù)理理統(tǒng)統(tǒng)計計的的方方法法加加以以處處理理而而得得到到的的具具有有一一定定概概率率的的最最大大荷荷載載值值2.確定定a.結(jié)構(gòu)構(gòu)的的自自重重可可根根據(jù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的設(shè)設(shè)計計尺尺寸寸和和材材料料的的重重力力密密度度確確定定；；b.可變變荷荷載載常常與與時時間間有有關(guān)關(guān)，，在在缺缺少少大大量量統(tǒng)統(tǒng)計計材材料料的的條條件件下下，，可可近近似似按按隨隨機機變變量量來來考考慮慮；；第三三章章按按近近似似概概率率理理論論的的極極限限狀狀態(tài)態(tài)設(shè)設(shè)計計法法3.1極限限狀狀態(tài)態(tài)§3.1極限限狀狀態(tài)態(tài)3.1.2結(jié)構(gòu)構(gòu)的的功功能能要要求求1.結(jié)構(gòu)構(gòu)的的安安全全等等級級安全等級破壞后的影響程度建筑物的類型一級很嚴重重要的建筑物二級嚴重一般的建筑物三級不嚴重次要的建筑物第三三章章按按近近似似概概率率理理論論的的極極限限狀狀態(tài)態(tài)設(shè)設(shè)計計法法3.1極限限狀狀態(tài)態(tài)§3.1極限限狀狀態(tài)態(tài)2.結(jié)構(gòu)構(gòu)的的設(shè)設(shè)計計使使用用年年限限結(jié)構(gòu)構(gòu)的的設(shè)設(shè)計計使使用用年年限限是是指指設(shè)設(shè)計計規(guī)規(guī)定定的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)或或結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件件不不需需要要進進行行大大修修即即可可按按達達到到其其預(yù)預(yù)定定功功能能的的使使用用時時期期。。設(shè)計計年年限限可可按按《建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)可可靠靠度度設(shè)設(shè)計計統(tǒng)統(tǒng)一一標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)》確定定，，也也可可經(jīng)經(jīng)過過主主管管部部門門的的批批準(zhǔn)準(zhǔn)按按業(yè)業(yè)主主的的要要求求確確定定。。一一般般建建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的設(shè)設(shè)計計使使用用年年限限為為50年。。注意意：：區(qū)別別建建筑筑物物的的設(shè)設(shè)計計使使用用年年限限與與建建筑筑物物的的使使用用壽壽命命。。第三三章章按按近近似似概概率率理理論論的的極極限限狀狀態(tài)態(tài)設(shè)設(shè)計計法法3.1極限限狀狀態(tài)態(tài)3.結(jié)構(gòu)構(gòu)的的功功能能◆安全全性性◎如（（M≤≤Mu）◎結(jié)構(gòu)構(gòu)在在預(yù)預(yù)定定的的使使用用期期間間內(nèi)內(nèi)（（一般般為為50年），，應(yīng)應(yīng)能能承承受受在在正正常常施施工工、、正正常常使使用用情情況況下下可可能能出出現(xiàn)現(xiàn)的的各各種種荷荷載載、、外外加加變變形形（（如如超超靜靜定定結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的支支座座不不均均勻勻沉沉降降））、、約約束束變變形形（（如如溫溫度度和和收收縮縮變變形形受受到到約約束束時時））等等的的作作用用。。◎在偶偶然然事事件件（（如如地地震震、、爆爆炸炸））發(fā)發(fā)生生時時和和發(fā)發(fā)生生后后，，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)應(yīng)能能保保持持整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定性性，，不不應(yīng)應(yīng)發(fā)發(fā)生生倒倒塌塌或或連連續(xù)續(xù)破破壞壞而而造造成成生生命命財財產(chǎn)產(chǎn)的的嚴嚴重重損損失失。。第三三章章按按近近似似概概率率理理論論的的極極限限狀狀態(tài)態(tài)設(shè)設(shè)計計法法3.1極限狀態(tài)態(tài)◆適用性◎如（f≤[f]）◎結(jié)構(gòu)在正正常使用用期間，，具有良良好的工工作性能能。如不不發(fā)生影影響正常常使用的的過大的的變形（（撓度、、側(cè)移））、振動動（頻率率、振幅幅），或或產(chǎn)生讓讓使用者者感到不不安的過過大的裂裂縫寬度度。◆耐久性◎如（wmax≤[wmax]）◎結(jié)構(gòu)在正常使使用和正常維維護條件下，，應(yīng)具有足夠夠的耐久性。。即在各種因因素的影響下下（混凝土碳化、、鋼筋銹蝕），結(jié)構(gòu)的承載力力和剛度不應(yīng)隨時間有有過大的降低低，而導(dǎo)致結(jié)結(jié)構(gòu)在其預(yù)定定使用期間內(nèi)內(nèi)喪失安全性性和適用性，，降低使用壽壽命。第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.1極限狀態(tài)◆結(jié)構(gòu)的可靠性性■可靠性——安全性、適用用性和耐久性性的總稱■就是指結(jié)構(gòu)在在規(guī)定的使用用期限內(nèi)（設(shè)設(shè)計工作壽命命=50年），在規(guī)定定的條件下（（正常設(shè)計、正正常施工、正正常使用和維維護），完成預(yù)定定結(jié)構(gòu)功能的的能力?！鼋Y(jié)構(gòu)可靠性越越高，建設(shè)造造價投資越大大?！鋈绾卧诮Y(jié)構(gòu)可可靠與經(jīng)濟之之間取得均衡衡，就是設(shè)計方方法要解決的的問題。第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.1極限狀態(tài)■顯然這種可靠靠與經(jīng)濟的均均衡受到多方方面的影響，，如國家經(jīng)濟濟實力、設(shè)計計工作壽命、、維護和修復(fù)復(fù)等。■規(guī)范規(guī)定的設(shè)設(shè)計方法，是是這種均衡的的最低限度，，也是國家法法律?！鲈O(shè)計人員可以以根據(jù)具體工工程的重要程程度、使用環(huán)環(huán)境和情況，，以及業(yè)主的的要求，提高高設(shè)計水準(zhǔn)，，增加結(jié)構(gòu)的的可靠度。■經(jīng)濟的概念不不僅包括第一一次建設(shè)費用用，還應(yīng)考慮慮維修，損失失及修復(fù)的費費用第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.1極限狀態(tài)3.1.3結(jié)構(gòu)功能的極極限狀態(tài)◆結(jié)構(gòu)能夠滿足足功能要求而而良好地工作作，則稱結(jié)構(gòu)構(gòu)是“可靠””的或“有效效”的。反之之，則結(jié)構(gòu)為為“不可靠””或“失效””?！魠^(qū)分結(jié)構(gòu)“可靠”與“失效”的臨界工作作狀態(tài)稱為“極限狀態(tài)”第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法承載力能力極極限狀態(tài)超過該極限狀狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就就不能滿足預(yù)預(yù)定的安全性性功能要求◆結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達達到最大承載載力（包括疲疲勞）◆結(jié)構(gòu)整體或其其中一部分作作為剛體失去去平衡（如傾傾覆、滑移））◆結(jié)構(gòu)塑性變形形過大而不適適于繼續(xù)使用用◆結(jié)構(gòu)形成幾何何可變體系（（超靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)中出現(xiàn)足夠夠多塑性鉸））◆結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪喪失穩(wěn)定（如如細長受壓構(gòu)構(gòu)件的壓曲失失穩(wěn)）3.1極限狀態(tài)第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.1極限狀態(tài)正常使用極限限狀態(tài)超過該極限狀狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就就不能滿足預(yù)預(yù)定的適用性性和耐久性的的功能要求。?！暨^大的變形、、側(cè)移（影響響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件件、不安全感感、不能正常常使用（吊車車）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）；；◆其他正常使用用要求。第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.1極限狀態(tài)3.1.4極限狀態(tài)方方程S<R可靠S——荷載效應(yīng)結(jié)構(gòu)上的各種種作用（如荷荷載、不均勻勻沉降、溫度度變形、收縮縮變形、地震震等）產(chǎn)生的的效應(yīng)總和（（如彎矩M、軸力N、剪力V、扭矩T、撓度f、裂縫寬度w等）S=S(Q)R——結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)抵抗作用用效應(yīng)的能力力，如受彎承承載力Mu、受剪承載力Vu、容許撓度[f]、容許裂縫寬度度[w]R=R(fc,fy,A,h0,As,…)S=R極限狀態(tài)S>R失效結(jié)構(gòu)力學(xué)的主主要內(nèi)容本課程的主要要內(nèi)容第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.1極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀狀態(tài)可用下面面的極限狀態(tài)態(tài)函數(shù)表示：：Z=R-S對應(yīng)的：Z=R-S>0時，結(jié)構(gòu)處于可靠靠狀態(tài)；Z=R-S=0時，結(jié)構(gòu)達到極限限狀態(tài)；Z=R-S<0時，結(jié)構(gòu)處于失效效（破壞）狀狀態(tài)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中中，不僅僅只只考慮結(jié)構(gòu)的的承載能力，，有時還要考考慮結(jié)構(gòu)的適適用性和耐久久性，則極限限狀態(tài)方程可可推廣為：第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.2按近似概率的的極限狀態(tài)設(shè)設(shè)計法3.2按近似概率的的極限狀態(tài)設(shè)設(shè)計法★由于結(jié)構(gòu)抗力力和荷載效應(yīng)應(yīng)的隨機性，，安全可靠應(yīng)應(yīng)該屬于概率率的范疇，應(yīng)應(yīng)當(dāng)用結(jié)構(gòu)完完成其預(yù)定功功能的可能性性（概率）的的大小來衡量量，而不是一一個定值來衡衡量?！锊牧蠌姸萬y和fc的離散★截面尺寸h0和b的施工誤差★應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系參數(shù)數(shù)k1和k2不一定安全（（可靠）第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法由于結(jié)構(gòu)工程程中的不確定定性，為取得得安全可靠與與經(jīng)濟合理的的均衡，在設(shè)設(shè)計中需要考考慮這些不確確定性的影響響。結(jié)構(gòu)設(shè)計計方法就是處處理這種安全全可靠與經(jīng)濟濟合理的矛盾盾?！羧菰S應(yīng)力設(shè)計計法◎鋼筋混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)的受力性性能不是彈性性的；◎結(jié)構(gòu)中一點達達到容許應(yīng)力力，結(jié)構(gòu)即認認為失效；◎沒有考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)功能的多樣樣性要求；◎安全系數(shù)是憑憑經(jīng)驗確定的的，缺乏科學(xué)學(xué)依據(jù)。第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法◆破損階段設(shè)計計法整個截面達到到極限承載力力才認為失效效，考慮了材材料塑性和強強度的充分發(fā)發(fā)揮，極限荷荷載可以直接接由試驗驗證證，構(gòu)件的總總安全度較為為明確?！虻踩禂?shù)K仍然憑經(jīng)驗確定，，◎沒有考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)功能的多樣樣性要求的問問題。第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法◆極限狀態(tài)設(shè)計計法除要求對承載載力極限狀態(tài)態(tài)進行設(shè)計外外，還包括的的撓度和裂縫縫寬度（適用用性）的極限限狀態(tài)的設(shè)計計。對于承載力極極限狀態(tài)，針針對荷載、材材料的不同變變異性，不再再采用單一的的安全系數(shù)，，而采用的多多系數(shù)表達，，◎材料強度fck和fsk是根據(jù)統(tǒng)計后后按一定保證證率取其下限限分位值，反反映的材料強強度的變異性性。◎荷載值qik也盡可能根據(jù)據(jù)各種荷載的的統(tǒng)計資料，，按一定保證證率取其上限限分位值?！蚝奢d系數(shù)kqi，材料強度系數(shù)數(shù)kc和ks仍按經(jīng)驗確定定，但對于不不同荷載的變變異大小，可可取不同的荷荷載系數(shù)。第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法◆以概率理論為為基礎(chǔ)的極限限狀態(tài)設(shè)計法法由于實際結(jié)構(gòu)構(gòu)中的不確定定性，因此無無論如何設(shè)計計結(jié)構(gòu)，都會會有失效的可可能性存在，，只是可能性性大小不同而而已。為了科學(xué)定量量的表示結(jié)構(gòu)構(gòu)可靠性的大大小，采用概概率方法是比比較合理的。。失效概率越小小，表示結(jié)構(gòu)構(gòu)可靠性越大大。因此，可可以用失效概概率來定量表表示結(jié)構(gòu)可靠靠性的大小。。結(jié)構(gòu)可靠性的的概率度量稱稱為結(jié)構(gòu)可靠度。當(dāng)失效概率Pf小于某個值時時，人們因結(jié)結(jié)構(gòu)失效的可可能性很小而而不再擔(dān)心，，即可認為結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計是可可靠的。該失失效概率限值值稱為容許失效概率率[Pf]。失效概率Pf=P(S>R)第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法結(jié)構(gòu)功能函數(shù)數(shù)Z=R-SPf=P(S>R)=P(Z<0)b

—可靠指標(biāo)第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值Sk◆作用效應(yīng)S的不確定性就就主要取決于于結(jié)構(gòu)上作用用Q的不確定性★永久荷載G★可變荷載Q★偶然荷載（作作用）◆不同的荷載，，其變異情況況不同。根據(jù)據(jù)統(tǒng)計分析可可以確定一個個具有一定保保證率（如95%）的上限荷載載分位值，該該特征值稱為為荷載標(biāo)準(zhǔn)值值（符號Gk，Qik）?！舭春奢d標(biāo)準(zhǔn)值值確定的荷載載效應(yīng)，稱為為荷載效應(yīng)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值Sk◆有多個可變荷荷載同時作用用的情況，考考慮到它們同同時達到標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值的可能性性較小，考慮慮荷載組合系系數(shù)y，第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法結(jié)構(gòu)抗力標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值Rkfck、fsk分別為混凝土土和鋼筋的強強度標(biāo)準(zhǔn)值，，截面尺寸b、h0和配筋A(yù)s取設(shè)計值。Rk的具體表達形式式是本課程的的主要內(nèi)容。。

f(S)SSk

f(R)RRk第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法Skf(S)，f(R)S，RRk實用設(shè)計表達達式第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法實用設(shè)計表達達式Skf(S)，f(R)S，RRk第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法實用設(shè)計表達達式Skf(S)，f(R)S，RRk第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法設(shè)計驗算點S*=R*實用設(shè)計表達達式Pf=[Pf]Skf(S)，f(R)S，RRk3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法作用效應(yīng)設(shè)計計值，gS作用效應(yīng)分項項系數(shù)結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計計值，gR結(jié)構(gòu)抗力分項項系數(shù)第三章按按近似概率理理論的極限狀狀態(tài)設(shè)計法3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計方法法規(guī)范設(shè)計表達達式g0—