《給排水工程結(jié)構(gòu)》PPT課件.ppt

1、給水排水工程結(jié)構(gòu),緒論,以混凝土為主要材料制作的結(jié)構(gòu)稱為混凝士結(jié)構(gòu)。它主要指素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。還有型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)等。 素混凝土結(jié)構(gòu)是指不配置任何鋼材的混凝土結(jié)構(gòu)。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是指用圓鋼筋作為配筋的普通混凝土結(jié)構(gòu)。,0-1 混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念,型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)又稱為鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)。它是指用型鋼或用鋼板焊成的鋼骨架作為配筋的混凝土結(jié)構(gòu)。 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是指在鋼管內(nèi)澆搗混凝土做成的結(jié)構(gòu)。 本課程重點(diǎn)講述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理，包括材料性能、設(shè)計(jì)原則、各種受力構(gòu)件的計(jì)算方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)造措施.,素混凝土結(jié)構(gòu)（Plain Concrete),鋼筋混

2、凝土結(jié)構(gòu)（Reinforced Concrete),預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（Prestressed Concrete),預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是指在結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作時(shí)，在其受拉部位人為地預(yù)先對(duì)混凝土施加壓應(yīng)力的混凝土結(jié)構(gòu)。,一、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn) 根據(jù)素混凝土簡支梁和鋼筋混凝土簡支梁的破壞試驗(yàn) （1）素混凝土簡支梁的破壞試驗(yàn)： 圖0-4a為一根未配置鋼筋的素混凝土簡支梁，跨度4m，截面尺bh=200mm300mm、混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。梁的跨中作用一個(gè)集中荷載F，對(duì)其進(jìn)行破壞性試驗(yàn)。,素混凝土梁的試驗(yàn)結(jié)果表明： （1）當(dāng)荷載較小時(shí)，截面上的應(yīng)變則同彈性材料的梁一樣，沿截面高度呈直線分布； （2）當(dāng)荷載

3、增大使截面受拉區(qū)邊緣纖維拉應(yīng)變達(dá)到混凝土抗拉極限應(yīng)變時(shí)該處的混凝土被拉裂，裂縫沿截面高度方向迅速開展，試件隨即發(fā)生斷裂破壞。 （3）破壞的性質(zhì)：破壞是突然的，沒有明顯的預(yù)兆，屬于脆性破壞。,鋼筋混凝土梁的破壞試驗(yàn)： 在梁的受拉區(qū)布置三根直徑為16 mm的HPB235級(jí)鋼筋(記作316)并在受壓區(qū)在布置兩根為10 mm的架力鋼筋和適量的箍筋。 再進(jìn)行同樣的荷載試驗(yàn)(圖 0-4b) 當(dāng)加載到一定階段使截面受拉區(qū)邊緣纖維拉應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉極限強(qiáng)度時(shí)，混凝土雖被拉裂，但裂縫不會(huì)沿截面的高度迅速開展，試件也不會(huì)隨即發(fā)生斷裂破壞。,混凝土開裂后，裂縫截面的混凝土拉應(yīng)力由縱向受拉鋼筋來承受，故荷載還可進(jìn)一

4、步增加。此時(shí)變形將相應(yīng)發(fā)展，裂縫的數(shù)量和寬度也將增大。 受拉鋼筋抗拉強(qiáng)度和受壓區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度都被充分利用時(shí)，試件才發(fā)生破壞。 破壞性質(zhì)：試件破壞前，變形和裂縫都發(fā)展得很充分，呈現(xiàn)出明顯的破壞預(yù)兆，屬于塑性破壞。,雖然試件中縱向受力鋼筋的截面面積只占整個(gè)截面面積的 1左右，但破壞荷載卻可以大大提高。 歸納總結(jié)一下： 在混凝土結(jié)構(gòu)中配置一定型式和數(shù)量的鋼筋，可以收到下列的效果： 結(jié)構(gòu)的承載能力有很大的提高； 結(jié)構(gòu)的受力性能得到顯著的改善 鋼筋混凝土破壞前帶有明顯的預(yù)兆即：變形和裂縫都較明顯。,鋼筋和混凝土是兩種物理、力學(xué)性能很不相同的材料，它們可以相互結(jié)合共同工作的主要原因是： 混凝土結(jié)硬后，能

5、與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起，相互傳遞內(nèi)力。粘結(jié)力是這兩種性質(zhì)不同的材料能夠共同工作的基礎(chǔ)； 鋼筋的線膨脹系數(shù)為1.210-5-1，混凝土的為1.010-5-11.510-5-1，二者數(shù)值相近。因此.當(dāng)溫度變化時(shí)，鋼筋與混凝土之間不會(huì)存在較大的相對(duì)變形和溫度應(yīng)力而發(fā)生粘結(jié)破壞。,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)： 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)除了比素混凝土結(jié)構(gòu)具有較高的承載力和較好的受力性能以外。與其他結(jié)構(gòu)相比還具有下列優(yōu)點(diǎn)： 就地取材。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，砂和石料所占比例很大，水泥和鋼筋所占比例較小。砂和石料一般可以由建筑工地附近供應(yīng)。 節(jié)約鋼材。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力較高。大多數(shù)情況下可用來代替鋼結(jié)構(gòu)，因而節(jié)約鋼材。,耐久

6、、耐火。鋼筋埋放在混凝土中，受混凝土保護(hù)不易發(fā)生銹蝕，因而提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不會(huì)象木結(jié)構(gòu)那樣被燃燒，也不會(huì)象鋼結(jié)構(gòu)那樣很快軟化而破壞。 可模性好。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要澆搗成任何形狀。 現(xiàn)澆式或裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度大。,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)： 自重大。鋼筋混凝土的重度約為25kN/m3，比砌體和木材的重度都大。 抗裂性差?；炷恋目估瓘?qiáng)度非常低，因此，普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常帶裂縫工作。盡管裂縫的存在并不一定意味著結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，但是它影響結(jié)構(gòu)的耐久性和美觀。當(dāng)裂縫數(shù)量較多和開展較寬時(shí)，還將給人造成不安全感。 施工的周期較長。受天氣的影響較大，

7、需要較多的腳手架、模板。 補(bǔ)強(qiáng)維修較難。,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其缺點(diǎn)。因此，它已經(jīng)在房屋建筑、水池等構(gòu)筑物、地下結(jié)構(gòu)（鋼筋混凝土樁基）、橋梁（城市立交橋）、鐵路（鋼筋混凝土枕木）、隧道（鋼筋混凝土砌襯）、水利（三峽大壩）、港口（碼頭平臺(tái)）等工程中得到廣泛應(yīng)用。 針對(duì)其缺點(diǎn)人們研究出許多的有效措施：為了克服自重大的缺點(diǎn)，已經(jīng)研究出許多高強(qiáng)輕質(zhì)的混凝土和強(qiáng)度很高的鋼筋；為了克服普通鋼筋混凝土容易開裂的缺點(diǎn)，可以對(duì)它施加預(yù)應(yīng)力等等。但還有許多工程實(shí)際問題等待我們的同學(xué)們?nèi)ヌ剿骱脱芯俊?二、鋼筋混凝土材料的發(fā)展高強(qiáng)輕質(zhì) （1)混凝土材料強(qiáng)度大幅提高 到20世紀(jì)80年代初，在發(fā)達(dá)國家C60級(jí)混凝

8、土已經(jīng)普遍采用。 近年來國內(nèi)外采用附加減水劑的方法已制成強(qiáng)度為200 MPa以上的混凝土。 高強(qiáng)混凝土的出現(xiàn)更加擴(kuò)大了混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍，為高層建筑、地下工程、壓力容器、海洋工程等領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。 （2）輕質(zhì)混凝土的研究與應(yīng)用 從20世紀(jì)60年代以來，輕骨料（陶粒、浮石等）混凝土和多孔（主要是加氣）混凝土得到迅速發(fā)展，其重度為1418KN/m3。,三、在結(jié)構(gòu)形式方面的發(fā)展 1.鋼筋混凝土在高層建筑中的應(yīng)用 1976年建成的美國芝加哥水塔廣場大廈達(dá)74層，高262米。朝鮮平壤的柳京大廈，105層，高305米，也是混凝土結(jié)構(gòu)。美國、俄羅斯等國在建筑工程中采用的混凝土，強(qiáng)度已達(dá)C80C100

9、。美國西雅圖市的Two Union Square大廈（58層）60%的豎向荷載由中央四根直徑為10英尺（3.05m）的鋼管混凝土柱承受，鋼管內(nèi)填充的混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)C135。,2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廣泛用在橋梁，特種結(jié)構(gòu)、水利工程、海洋工程、港口碼頭工程等。 從1925年德國第一次采用折板結(jié)構(gòu)大型煤倉開始，鋼筋混凝土薄壁空間結(jié)構(gòu)逐漸在屋蓋及貯倉水塔、水池等構(gòu)建物中得到廣泛應(yīng)用。,四、混凝土結(jié)構(gòu)的施工方式 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu) (cast-in-Situ concrete structure) 在現(xiàn)場支模并整體澆筑而成的混凝土結(jié)構(gòu)。也叫現(xiàn)澆整體式混凝土結(jié)構(gòu)。 裝配式混凝土結(jié)構(gòu) (prefabricated

10、 concrete structure) 由預(yù)制混凝土構(gòu)件或部件通過焊接、螺栓連接等方式裝配而成的混凝土結(jié)構(gòu)。 裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu) (assembled monolithic concrete structure) 由預(yù)制混凝上構(gòu)件或部件通過鋼筋、連接件或施加預(yù)應(yīng)力加以連接并現(xiàn)場澆筑混凝土而形成整體的結(jié)構(gòu)。,0-2 本課程特點(diǎn)及學(xué)習(xí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 1、混凝土結(jié)構(gòu)通常是由鋼筋和混凝土結(jié)合而成的一種結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土材料與理論力學(xué)中的剛性材料以及材料力學(xué)中理想彈性材料有很大的區(qū)別。 為了對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能與破壞特征有較好的了解，首先要求對(duì)鋼筋混凝土的力學(xué)性能要很好地掌握。,2、混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算公式

11、具有經(jīng)驗(yàn)性 混凝土結(jié)構(gòu)在裂縫出現(xiàn)以前的抗力行為，與理想彈性結(jié)構(gòu)相近。但是在裂縫出現(xiàn)以后，與理想彈性材料有顯著不同。 混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能還與結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、配筋方式和配筋數(shù)量等多種因素有關(guān)，難以用一中簡單的數(shù)學(xué)、力學(xué)模型來描述。 因此，目前主要以混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的試驗(yàn)與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，許多計(jì)算公式都帶有經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)。,3、要了解和掌握國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)原則和經(jīng)濟(jì)政策 工程實(shí)際情況是非常復(fù)雜的，建筑結(jié)構(gòu)上的實(shí)際荷載和實(shí)際材料指標(biāo)與規(guī)范規(guī)定的大小會(huì)有一定的出入。不同結(jié)構(gòu)的重要性也不一樣，它們對(duì)結(jié)構(gòu)的安全、適用和耐久的要求不相同?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002)、給

12、水排水構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50069-2002）的掌握、應(yīng)用與不斷探索創(chuàng)新的重要性。,4、構(gòu)造要求非常重要 進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)離不開計(jì)算。但是，現(xiàn)行的計(jì)算方法一般只考慮荷載效應(yīng)。其他影響因素，如：混凝土收縮、溫度影響以及地基不均勻沉陷等，難于用計(jì)算公式來表達(dá)。因此，在學(xué)習(xí)本課程時(shí)，除了要對(duì)各種計(jì)算公式了解和掌握以外，對(duì)于各種構(gòu)造措施也必須給予足夠的重視。在設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，除了進(jìn)行各種計(jì)算之外，還必須檢查各項(xiàng)構(gòu)造要求是否得到滿足。,上海金茂大廈， 88層，382m,竣工通車于1991年12月1日的南浦大橋，總長8346米，通航凈高46米，5.5萬噸巨輪可以從橋下從容而過。它是目前世界上第

13、四大雙塔雙索面斜拉橋，呈“H”形的主橋塔高150米，上有鄧小平同志親筆書寫的“南浦大橋”四個(gè)大字。,楊浦大橋是黃浦江上的第二座大橋，是世界最大跨徑雙塔雙索面斜拉橋，大橋以其線條流暢、動(dòng)感強(qiáng)烈的設(shè)計(jì)造型橫跨浦江，成為上海的一個(gè)門戶特征。楊浦大橋于1993年10月竣工通車，她與南浦大橋遙相呼應(yīng)，是內(nèi)環(huán)線高架連接浦東與浦西的過江樞紐，總長為7654米，跨徑為602米，主橋長1172米，猶如一道橫跨浦江的彩虹，在世界同類型斜拉橋中雄居第一。,第一章 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 的材料性能,本章主要論述鋼筋的力學(xué)性能和混凝土的力學(xué)性能（混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度；混凝土的變形和混凝土的選用）

14、。重點(diǎn)討論材料的強(qiáng)度、混凝土的變形、鋼筋與混凝土之間的相互作用粘結(jié)力等。它們是學(xué)習(xí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)。,1.1 鋼筋,有屈服點(diǎn)的鋼筋試件在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)得出的典型應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖1.1所示。其中頸縮現(xiàn)象如圖1.2。 對(duì)于有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋取其屈服強(qiáng)度作為鋼筋強(qiáng)度的限值強(qiáng)度指標(biāo)。,1.1.1 鋼筋的力學(xué)性能,一、有屈服點(diǎn)的鋼筋,反映鋼筋塑性性能的基本指標(biāo)是伸長率和冷彎性能。 伸長率是鋼筋試件拉斷后的伸長值與原長的比率。應(yīng)按下式計(jì)算：,鋼筋的強(qiáng)度與變形 有明顯屈服點(diǎn)的鋼筋,ef為頸縮階段,圖1.1鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線,圖1.2鋼筋的頸縮,無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋試件在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)得

15、出的典型應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖1.3所示。 實(shí)際設(shè)計(jì)中通常取相應(yīng)于殘余應(yīng)變=0.2%時(shí)的應(yīng)力0.2作為名義屈服點(diǎn)，即條件屈服強(qiáng)度。 對(duì)于無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，由于其條件屈服點(diǎn)不容易測定，因此，這類鋼筋的質(zhì)量檢驗(yàn)以其極限強(qiáng)度作為主要指標(biāo)?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，條件屈服強(qiáng)度0.2取極限強(qiáng)度b的0.8倍，即： 0.2=0.8b,二、無屈服點(diǎn)的鋼筋,圖1.3無明顯屈服點(diǎn)鋼筋,1.鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 500102002）規(guī)定，材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不少于95%保證率。 熱軋鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)屈服強(qiáng)度確定，用fyk表示。預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鋼絲和熱處理鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)極限抗拉強(qiáng)度確定，用

16、fptk表示。 普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見教科書。,三、鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo),2.鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 在進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，鋼筋應(yīng)采用強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等于鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以鋼筋材料分項(xiàng)系數(shù)s，按不同鋼筋種類，分別取s=1.101.20。 鋼筋強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值見教材。,一、現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的普通鋼筋,普通鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2),1.2 混凝土,混凝土是由水泥、水、粗骨料（碎石、卵石）、細(xì)骨料砂等材料按一定配合比，經(jīng)混合攪拌，入模澆搗并養(yǎng)護(hù)硬化后形成的人工石材。 影響混凝土的強(qiáng)度和變形的主要因素有：原材料的性能；各組成成分的比例，尤其是水灰比的大小；施工方法（

17、攪拌程度、澆搗的密實(shí)性、對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)方法）等。 混凝土的基本強(qiáng)度指標(biāo)有立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度三種。,1.2.1 混凝土的強(qiáng)度,強(qiáng)度是指結(jié)構(gòu)材料所能承受的某種極限應(yīng)力。 混凝土的強(qiáng)度是靠水泥的水化、硬化獲得的。水泥的水化硬化早期快、后期慢，故混凝土強(qiáng)度的增長也是早期快、后期慢，但到28d齡期時(shí)強(qiáng)度的增長就不明顯而趨于穩(wěn)定。因此，規(guī)范以28d齡期時(shí)混凝土的強(qiáng)度為基準(zhǔn)。,1.混凝土強(qiáng)度等級(jí)立方體抗壓強(qiáng)度fcu 混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定。我國混凝土強(qiáng)度等級(jí)的確定方法是：用邊長為150mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)28d，并用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（C30以下的

18、加載速度控制在0.30.5MPa/s范圍；C30以上的加載速度控制在0.50.8MPa/s范圍。兩端不涂潤滑劑）測得的具有95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)fcuk表示。,一、 混凝土的抗壓強(qiáng)度,2.軸心抗壓強(qiáng)度fc 立方體抗壓強(qiáng)度不能代表混凝土在實(shí)際構(gòu)件中的受力狀態(tài)，只是作為在同一標(biāo)準(zhǔn)條件下比較混凝土強(qiáng)度水平和品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。 試驗(yàn)表明：用高寬比為23的棱柱體（150mm150mm300mm的標(biāo)準(zhǔn)試件測定棱柱體）測得的抗壓強(qiáng)度與以受壓為主的混凝土構(gòu)件中的混凝土抗壓強(qiáng)度基本一致。 因此，棱柱體的抗壓強(qiáng)度可以作為以受壓為主的混凝土抗壓強(qiáng)度，稱為軸心抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)fc表示。,混凝土的抗拉性能很差。

19、混凝土的抗拉強(qiáng)度一般只有抗壓強(qiáng)度的1/201/8，且不與抗壓強(qiáng)度成正比。混凝土軸心抗拉強(qiáng)度取棱柱體（100mm100mm500mm，兩端埋有鋼筋）的抗拉極限強(qiáng)度為軸心抗拉強(qiáng)度。因該法實(shí)測數(shù)據(jù)離散性大，目前多用圓柱體或立方體試件的劈裂試驗(yàn)來代替?；炷翗?gòu)件的開裂、變形以及受剪、受扭、受沖切等承載力均與抗拉強(qiáng)度有關(guān)。,二、混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度,1.混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 通過立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，并考慮結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度與試件強(qiáng)度之間的差異，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范給出了混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，詳見教科書。 2.混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以混凝土的材料分項(xiàng)系數(shù)c，規(guī)范規(guī)定c=

20、1.4，即fc=fck/c，ft=ftk/c。ft、fc見教科書。,三、混凝土的強(qiáng)度指標(biāo),1.2.2 混凝土的變形,混凝土變形有兩類： 一類是荷載作用下的受力變形，包括一次短期加荷時(shí)的變形、多次重復(fù)加荷時(shí)的變形、長期荷載作用下的變形； 另一類是體積變形，包括收縮、膨脹和溫度變形。,1.混凝土在一次短期加荷時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 混凝土在一次短期加荷時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可通過對(duì)混凝土棱柱體的受壓或受拉試驗(yàn)測定。 混凝土受壓時(shí)典型的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖所示。請(qǐng)見教科書。 混凝土受拉時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線的形狀與受壓時(shí)相似。對(duì)應(yīng)于抗拉強(qiáng)度ft的應(yīng)變ct很小，計(jì)算時(shí)可取ct=0.0015。,一、混凝土的彈性模量,2.混凝

21、土的彈性模量 混凝土的應(yīng)力與其彈性應(yīng)變ce之比值稱為混凝土的彈性模量，用符號(hào)Ec表示。根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果，混凝土規(guī)范采用以下公式計(jì)算混凝土的彈性模量： 混凝土的剪變模量是指剪應(yīng)力和剪應(yīng)變的比值，即：,混凝土的彈性模量與變形模量,混凝土受壓后除產(chǎn)生瞬時(shí)壓應(yīng)變外，在維持其外力不變的條件下（即荷載長期不變），應(yīng)變隨時(shí)間繼續(xù)增長的現(xiàn)象，叫做混凝土的徐變。 混凝土的徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能有重要的影響：它將使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形增加；軸心受壓構(gòu)件中鋼筋的應(yīng)力增加而混凝土的壓應(yīng)力減小的應(yīng)力重分布現(xiàn)象產(chǎn)生；在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中引起預(yù)應(yīng)力損失等。,二、混凝土的徐變,影響混凝土徐變的主要因素有： （1） 構(gòu)件

22、中截面上的應(yīng)力愈大，徐變就愈大；構(gòu)件承載前，混凝土的強(qiáng)度越高，徐變就越小。 （2） 配合比、水灰比越大，徐變?cè)酱?；骨料的?jí)配愈好，含量愈高，徐變愈小。 （3） 構(gòu)件澆搗愈密實(shí)，養(yǎng)護(hù)條件愈好，徐變愈?。环粗?，徐變愈大。,圖1.9混凝土的徐變曲線,混凝土在空氣中凝結(jié)硬化時(shí)，體積減小的現(xiàn)象稱為收縮變形。其規(guī)律見圖1.10所示。 收縮變形是一種非受力變形；而徐變變形只有在受力達(dá)到一定數(shù)值并且持續(xù)作用下才產(chǎn)生。 影響混凝土收縮的主要因素有： （1）水泥用量愈多，水灰比愈大，收縮愈大。 （2）高標(biāo)號(hào)水泥制成的混凝土構(gòu)件收縮大。,三、 混凝土的收縮變形,（3）骨料級(jí)配好，含量高，骨料的彈性模量大，收縮小。

23、（4） 養(yǎng)護(hù)條件好，使用環(huán)境濕度大，收縮小。 （5） 混凝土密實(shí)度好，收縮小。,圖1.10混凝土的收縮變形,和其它許多材料一樣，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)混凝土的體積也具有熱脹冷縮的性質(zhì)?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，當(dāng)溫度在0到100范圍內(nèi)時(shí)，混凝土線膨脹系數(shù)c可采用110-5/。 溫度變形能使混凝土開裂，在某些場合應(yīng)認(rèn)真對(duì)待。尤其對(duì)水池結(jié)構(gòu)，大多數(shù)應(yīng)通過計(jì)算考慮溫度應(yīng)力的影響。,四、 溫度變形,1.2.3 混凝土的選用,給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50069-2002）規(guī)定：貯水或水處理構(gòu)筑物、地下構(gòu)筑物的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25。高于一般房屋建筑結(jié)構(gòu)的最低要求，可以理解為水池等構(gòu)筑物所處的環(huán)

24、境類別至少是二a類。 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30；當(dāng)采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40。,1.3 鋼筋與混凝土的相互作用粘結(jié)力,粘結(jié)力是存在于鋼筋與混凝土界面上的作用力。它反映的是鋼筋與混凝土交界面上沿鋼筋縱向的抗剪能力。如圖3.11所示。 產(chǎn)生粘結(jié)力的主要因素是：（1） 混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力；（2） 混凝土顆粒與鋼筋表面產(chǎn)生的化學(xué)粘合力；（3）由于鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合力。,1.3.1 粘結(jié)力的概念和作用,圖1.11鋼筋與混凝土之間的粘結(jié),1.3.2 粘結(jié)力的測定,粘結(jié)力的測定一般采用拔出試驗(yàn)方法，

25、如圖3.12所示。 粘結(jié)強(qiáng)度f可由下式計(jì)算 根據(jù)拔出試驗(yàn)可知： （1） 粘結(jié)應(yīng)力按曲線分布，最大粘結(jié)應(yīng)力在離開端部的某一位置出現(xiàn)，且隨拔出力的大小而變；,（2） 鋼筋埋入長度越長，拔出力越大，但埋入過長則尾部的粘結(jié)力很小，甚至為零； （3） 粘結(jié)強(qiáng)度隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高而增大； （4） 變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度比光面鋼筋的大；但若在光面鋼筋末端做彎鉤，則拔出力大大提高。,圖3.12鋼筋拔出試驗(yàn)中粘結(jié)應(yīng)力分布圖,規(guī)范根據(jù)拔出試驗(yàn)給出受拉鋼筋的基本錨固長度為 其中，錨固鋼筋的外形系數(shù)按表1.1取值。 構(gòu)件中鋼筋的實(shí)際錨固長度，應(yīng)根據(jù)鋼筋的受力情況、保護(hù)層厚度、鋼筋形式等對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響，采用基本錨固長

26、度乘以一定修正系數(shù)。,1.3.3 保證鋼筋和混凝土之間粘結(jié)力的措施,一、縱向受拉鋼筋的基本錨固長度,表1.1錨固鋼筋的外形系數(shù),鋼筋的連接可分為兩類：綁扎搭接、機(jī)械連接或焊接。 規(guī)范規(guī)定，位于同一連接區(qū)段內(nèi)的受拉鋼筋搭接接頭百分率不宜大于25%，當(dāng)工程中確有必要增大時(shí)，對(duì)于梁內(nèi)構(gòu)件也不應(yīng)大于50%，對(duì)板類、墻類及柱類構(gòu)體，可根據(jù)實(shí)際情況放寬?？v向受拉鋼筋綁扎搭接的搭接長度按下式計(jì)算（但不小于300mm）： l1=la 縱向受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)按表3.2采用。,二、縱向受力鋼筋的連接,規(guī)范規(guī)定，兩搭接接頭的中心距應(yīng)不小于1.3l1（見圖1.14），否則，則認(rèn)為兩搭接接頭屬于同一搭接范圍。 對(duì)

27、于縱向受壓鋼筋，其搭接長度不應(yīng)少于0.7l1，且不小于200mm。 近年來采用機(jī)械方式進(jìn)行鋼筋連接的技術(shù)已很成熟，如錐螺連接、擠壓連接等。 在縱向受力鋼筋搭接長度范圍內(nèi)應(yīng)加密配置箍筋，見圖1.15，其直徑不應(yīng)小于搭接鋼筋較大直徑的0.25倍。,表1.2縱向受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù),圖1.14鋼筋搭接接頭的間距,圖1.15受力鋼筋搭接處箍筋加密,第二章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本規(guī)定,本章闡述國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。簡述結(jié)構(gòu)上的作用、結(jié)構(gòu)的可靠性，荷載標(biāo)準(zhǔn)值、作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式。,2-1 結(jié)構(gòu)上的作用 直接作用：荷載 間接作用：混凝土的收縮、溫度變化、基礎(chǔ)的差異沉降、地震

28、等 作用在結(jié)構(gòu)上并使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力（如彎矩、剪力、軸向力、扭矩等）、變形、裂縫等作用稱為作用效應(yīng)或荷載效應(yīng)。,荷載的分類 按作用時(shí)間的長短和性質(zhì)，荷載分為三類： 1.永久荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，其值不隨時(shí)間而變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載。 2.可變荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其值隨時(shí)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其值很大且作用時(shí)間很短的荷載。,荷載的標(biāo)準(zhǔn)值 1.定義 將荷載視為隨機(jī)變量，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法加以處理而得到的具有一定概率的最大荷載值 2.確定方法 a.結(jié)構(gòu)的自重可根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺

29、寸和材料的重力密度確定； b.可變荷載常與時(shí)間有關(guān)，在缺少大量統(tǒng)計(jì)材料的條件下，可近似按隨機(jī)變量來考慮；,2-2 結(jié)構(gòu)的可靠性概念 1.結(jié)構(gòu)的安全等級(jí),2.結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需要進(jìn)行大修即可按達(dá)到其預(yù)定功能的使用時(shí)期。 設(shè)計(jì)年限可按建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)確定，也可經(jīng)過主管部門的批準(zhǔn)按業(yè)主的要求確定。一般建筑結(jié)構(gòu)（包括給水排水構(gòu)筑物）的設(shè)計(jì)使用年限為50年。 注意：區(qū)別建筑物的設(shè)計(jì)使用年限與建筑物的使用壽命。,3. 結(jié)構(gòu)的功能, 安全性 如（MMu）。結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)（一般為50年），應(yīng)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

30、、外加變形（如超靜定結(jié)構(gòu)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(shí)）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)應(yīng)能保持整體穩(wěn)定性，不應(yīng)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。, 適用性 如（ lim ）。結(jié)構(gòu)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(cè)移）、振動(dòng)（頻率、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（wmaxwlim）。結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，應(yīng)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(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時(shí)間有過大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定使用期間內(nèi)喪失安全性

31、和適用性，降低使用壽命。,結(jié)構(gòu)的可靠性 可靠性安全性、適用性和耐久性的總稱 就是指結(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)、正常施工、正常使用和維護(hù)），完成預(yù)定結(jié)構(gòu)功能的能力。 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)可靠與經(jīng)濟(jì)之間取得均衡，就是設(shè)計(jì)方法要解決的問題。,顯然這種可靠與經(jīng)濟(jì)的均衡受到多方面的影響，如國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力、設(shè)計(jì)工作壽命、維護(hù)和修復(fù)等。 規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)方法，是這種均衡的最低限度，也是國家法律。 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)水準(zhǔn)，增加結(jié)構(gòu)的可靠度。 經(jīng)濟(jì)的概念不僅包括第一次建設(shè)費(fèi)用，還應(yīng)考慮維修，損失及修復(fù)的費(fèi)用,2

32、-3 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法,為了科學(xué)定量的表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小，采用概率方法是比較合理的。,結(jié)構(gòu)的可靠概率也稱為結(jié)構(gòu)可靠度。更確切地說，結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下，完成頂定功能的概率稱為結(jié)構(gòu)可靠度。失效概率越小，表示結(jié)構(gòu)可靠性越大。 當(dāng)失效概率Pf小于某個(gè)值時(shí)，人們因結(jié)構(gòu)失效的可能性很小而不再擔(dān)心，即可認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是可靠的。,一、作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值Sk, 作用效應(yīng)S的不確定性就主要取決于結(jié)構(gòu)上作用Q的不確定性, 不同的荷載，其變異情況不同。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以確定一個(gè)具有一定保證率（如95%）的上限荷載分位值，該特征值稱為荷載標(biāo)準(zhǔn)值（符號(hào)Gk，Qik）。 按荷載標(biāo)準(zhǔn)值

33、確定的荷載效應(yīng)，稱為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值Sk 有多個(gè)可變荷載同時(shí)作用的情況，考慮到它們同時(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的可能性較小，考慮荷載組合系數(shù)y，,二、結(jié)構(gòu)抗力標(biāo)準(zhǔn)值Rk,作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值 s作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù),三、作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值、結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計(jì)值,結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計(jì)值 R結(jié)構(gòu)抗力分項(xiàng)系數(shù),四、規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)表達(dá)式,g0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，根據(jù)安全等級(jí)分別不應(yīng)小于1.1；1.0；0.9,五、材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,混,凝,土,強(qiáng),度,等,級(jí),強(qiáng)度種類,符號(hào),C15,C20,C25,C30,C35,C40,軸心抗壓強(qiáng)度,f,c,7.2,9.6,11.9,14.3,16.7,19.1,軸心抗拉強(qiáng)度,f,t,0.91,1

34、.10,1.27,1.43,1.57,1.71,2.04,2.09,2.14,2.18,2.22,表,4.3,普通鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,第三章 水池等構(gòu)筑物設(shè)計(jì)的特殊性,與一般房屋建筑結(jié)構(gòu)相比，水池等構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)無論從使用要求、結(jié)構(gòu)型式、作用荷載及施工方法等方面，都有其特殊性。水池等構(gòu)筑物鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)方法與建筑結(jié)構(gòu)基本一致，但要認(rèn)真考慮結(jié)構(gòu)的耐久性，因而對(duì)鋼筋和混凝土材料的性能方面有較高的要求，對(duì)鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度的取值，對(duì)抗裂、抗?jié)B、防凍、保溫及防腐蝕等也有較嚴(yán)格的要求。,3-1 水池等構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的特殊性和結(jié)構(gòu)上的作用 一、水池等構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的特殊性 城市公用設(shè)施和工業(yè)企業(yè)中一般給

35、水排水工程構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屬于土木結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的一個(gè)分支，水池等構(gòu)筑物因體型特殊，荷載作用形式多樣，大多是受力比較復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的內(nèi)力計(jì)算不同一般。,在荷載方面，一般水池等構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)除可能遇到重力荷載、風(fēng)荷載、雪荷載及水壓力、土壓力外，還常須對(duì)溫差（包括濕差）作用、混凝土收縮、地基不均勻沉陷等引起的外加變形或約束變形進(jìn)行慎密的考慮，還要考慮構(gòu)筑物的穩(wěn)定性（滑移、傾覆、上?。﹩栴}等。 在空間位置方面，貯水或水處理構(gòu)筑物一般按地下式建造，由于地下水的影響，特別要重視抗裂、抗?jié)B和抗腐蝕等問題。,二、水池等構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)上的作用 水池等構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)上的作用可分為三類：永久作用、可變作用和偶然作用

36、。 永久作用應(yīng)包括：結(jié)構(gòu)和永久設(shè)備的自重、土的豎向壓力和側(cè)向壓力、構(gòu)筑物內(nèi)部的盛水壓力、結(jié)構(gòu)的預(yù)加應(yīng)力、地基的不均勻沉降等。 可變作用應(yīng)包括：樓面和屋面上的活荷載、吊車荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、地表或地下水的壓力（側(cè)壓力、浮托力）、流水壓力、融冰壓力、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的溫、濕度變化作用等。,偶然作用系指在使用期間不一定出現(xiàn)，但發(fā)生時(shí)其值很大且持續(xù)時(shí)間較短，例如高壓容器的爆炸力等，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況確定需要計(jì)入的偶然發(fā)生的作用。 水池等構(gòu)筑物上面有時(shí)會(huì)有動(dòng)力荷載的作用，使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生不可忽視的加速度，此時(shí)，應(yīng)按動(dòng)態(tài)作用考慮，一般可將動(dòng)態(tài)作用簡化為靜態(tài)作用乘以動(dòng)力系數(shù)后按靜態(tài)作用計(jì)算。,構(gòu)筑物樓面和屋面的活

37、荷載及其準(zhǔn)永久值系數(shù),對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件作強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，極限狀態(tài)計(jì)算表達(dá)式應(yīng)遵照給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（50069-2002）中的專門規(guī)定，這個(gè)S為作用效應(yīng)的基本組合設(shè)計(jì)值，對(duì)于貯水池、水處理構(gòu)筑物、地下構(gòu)筑物等可不計(jì)算風(fēng)荷載效應(yīng)，其作用效應(yīng)的基本組合設(shè)計(jì)值，應(yīng)按下式計(jì)算：,3-2 極限狀態(tài)計(jì)算規(guī)定,第i個(gè)永久作用的分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)作用效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)和設(shè)備自重應(yīng)取1.2，其他永久作用應(yīng)取1.27；當(dāng)作用效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，均應(yīng)取1.0； 第1個(gè)和第j個(gè)可變作用的分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)地表水或地下水的作用應(yīng)作為第一可變作用取1.27，對(duì)其他可變作用應(yīng)取1.40； 可變作用的組合值系數(shù)，可取0.90計(jì)算。

38、,3-3 基本構(gòu)造要求 一、一般規(guī)定 現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)注重結(jié)構(gòu)的耐久性要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)環(huán)境類別選取相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)。 貯水或水處理構(gòu)筑物一般宜按地下式建造，當(dāng)按地面式建造時(shí)，嚴(yán)寒地區(qū)宜設(shè)置保溫設(shè)施。鋼筋混凝土水池等構(gòu)筑物，除水槽和水塔等高架貯水池外，其壁厚、底板厚度均不宜小于200mm。,混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別,二、鋼筋的混凝土保護(hù)層最小厚度要求 按照給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50069-2002）的要求，水池等構(gòu)筑物各部位構(gòu)件內(nèi)，受力鋼筋的混凝土保護(hù)層最小厚度（從鋼筋的外緣處起），應(yīng)符合表中的規(guī)定。詳見教科書。,第四章 受彎構(gòu)件正截面受彎承載 力計(jì)算,試驗(yàn)研究的

39、主要結(jié)論,結(jié)構(gòu)計(jì)算的基本假定,矩形、T形截面受彎承載力計(jì)算,受彎構(gòu)件的基本構(gòu)造,4.1 受彎構(gòu)件的一般構(gòu)造要求,一、受彎構(gòu)件的截面形狀、尺寸,與構(gòu)件的計(jì)算軸線相垂直的截面稱為正截面。結(jié)構(gòu)和構(gòu)件要滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求。梁、板正截面受彎承載力計(jì)算就是從滿足承載能力極限狀態(tài)出發(fā)的，即要求滿足 MMu 式中的M是受彎構(gòu)件正截面的彎矩設(shè)計(jì)值，它是由結(jié)構(gòu)上的作用所產(chǎn)生的內(nèi)力設(shè)計(jì)值；Mu是受彎構(gòu)件正截面受彎承載力的設(shè)計(jì)值，它是由正截面上材料所產(chǎn)生的抗力。,1、截面形狀 梁、板常用矩形、T形、I字形、槽形、空心板和形梁等對(duì)稱和不對(duì)稱截面。 2、梁、板的截面尺寸 1)矩形截面梁的高寬比h

40、/b一般取2.03.5；T形截面梁的h/b一般取2.54.0(此處b為梁肋寬)。矩形截面的寬度或T形截面的肋寬b一般取為100、120、150、(180)、200、(220)、250和300mm，300mm以下的級(jí)差為50mm；括號(hào)中的數(shù)值僅用于木模。,2)梁的高度采用h250、300、350、750、800、900、1000mm等尺寸。800mm以下的級(jí)差為50mm，以上的為l00mm。 3)現(xiàn)澆板的寬度一般較大，設(shè)計(jì)時(shí)可取單位寬度(b=1000mm)進(jìn)行計(jì)算。,3、材料選擇 1）混凝土強(qiáng)度等級(jí)，梁、板常用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)是C25、C30、C35、C40。 2）鋼筋強(qiáng)度等級(jí)及常用直徑 ，梁中

41、縱向受力鋼筋宜采用HRB400級(jí)或RRB400級(jí)(級(jí))和HRB335級(jí)(級(jí))，常用直徑為12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm和25mm。,3）梁的箍筋宜采用HPB235級(jí)(級(jí))、HRB335(級(jí))和HRB400(級(jí)鋼筋)級(jí)的鋼筋，常用直徑是6mm、8mm和10mm。 4）板的分布鋼筋，當(dāng)按單向板設(shè)計(jì)時(shí)，除沿受力方向布置受力鋼筋外，還應(yīng)在垂直受力方向布置分布鋼筋。分布鋼筋宜采用HPB235級(jí)(級(jí))和HRB335級(jí)(級(jí))級(jí)的鋼筋，常用直徑是6mm和8mm。,5）縱向受拉鋼筋的配筋百分率 設(shè)正截面上所有縱向受拉鋼筋的合力點(diǎn)至截面受拉邊緣的豎向距離為as，則合力點(diǎn)至截面受壓區(qū)邊緣

42、的豎向距離h0has。這里，h是截面高度，下面將講到對(duì)正截面受彎承載力起作用的是h0，而不是h，所以稱h0為截面的有效高度，稱bh0為截面的有效面積，b是截面寬度。,縱向受拉鋼筋的總截面面積用As表示，單位為mm2?？v向受拉鋼筋總截面面積As與正截面的有效面積bh0的比值，稱為縱向受拉鋼筋的配筋百分率，用表示，或簡稱配筋率，用百分?jǐn)?shù)來計(jì)量，即 () 縱向受拉鋼筋的配筋百分率在一定程度上標(biāo)志了正截面上縱向受拉鋼筋與混凝土之間的面積比率，它是對(duì)梁的受力性能有很大影響的一個(gè)重要指標(biāo)。,5）混凝土保護(hù)層厚度 縱向受力鋼筋的外表面到截面邊緣的垂直距離，稱為混凝土保護(hù)層厚度，用c表示。,混凝土保護(hù)層有三個(gè)

43、作用： 保護(hù)縱向鋼筋不被銹蝕； 在火災(zāi)等情況下，使鋼筋的溫度上升緩慢； 使縱向鋼筋與混凝土有較好的粘結(jié)。,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(jì)的構(gòu)件(圖3-1)。 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。,肋形結(jié)構(gòu)：圖3-4，板不但將其上的荷載傳遞給梁，而且和梁一起構(gòu)成形或倒L形截面共同承受荷載。,圖3-4 現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)的截面形狀 二、受彎構(gòu)件的破壞形式 兩種主要的破壞：正截面破壞（一種沿彎矩最大的截面破壞圖3-5a)；斜截面破壞（一種沿剪力最大或彎矩和剪力都較大的截面破壞圖3-5b),進(jìn)行受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)： 既要保證構(gòu)件不得沿正截面發(fā)生破

44、壞只要保證構(gòu)件不得沿斜截面發(fā)生破壞 ，因此要進(jìn)行正截面承載能力和斜截面承載能力的計(jì)算。,。,As,構(gòu)件的破壞特征取決于配筋率、混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、截面形式等諸多因素，但是以配筋率對(duì)構(gòu)件破壞特征的影響最為明顯，試驗(yàn)表明隨著配筋率改變，構(gòu)件的破壞特征發(fā)生質(zhì)的變化。 1.少筋破壞（min）。構(gòu)件承載能力很低，只要其一開裂，裂縫就急速開展.裂縫截面處的拉力全部由鋼筋承受 ，鋼筋由于突然增大的應(yīng)力而屈服.構(gòu)件立即發(fā)生破壞(圖3-7a).這種破壞具有明顯的脆性性質(zhì)。,4.2 受彎構(gòu)件的破壞特征,2.適筋破壞（ min max）。構(gòu)件的破壞首先是由于受拉區(qū)縱向受力鋼筋屈服.然后受壓區(qū)混凝土被壓碎，鋼筋和混凝土

45、的強(qiáng)度都得到充分利用。這種破壞前有明顯的塑性變形和裂縫預(yù)兆.破壞不是突然發(fā)生的，呈塑性性質(zhì)(圖3-7b)。,3.超筋破壞（max）。構(gòu)件的破壞是由于受壓區(qū)的混凝土被壓碎而引起，受拉區(qū)縱向受力鋼筋沒有達(dá)到屈服強(qiáng)度，而且當(dāng)混凝土壓碎時(shí)，破壞突然發(fā)生，鋼筋的強(qiáng)度得不到充分利用，破壞帶有脆性性質(zhì)(圖3-7c)。 界限破壞：適筋破壞的特例， 當(dāng)max時(shí)，當(dāng)受拉鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度的同時(shí)，受壓區(qū)混凝土壓碎。即當(dāng)受拉鋼筋達(dá)到屈服時(shí)，受壓混凝土也同時(shí)達(dá)到其抗壓強(qiáng)度（受壓區(qū)混凝土邊緣達(dá)到極限壓應(yīng)變）。,適筋受彎構(gòu)件截面受力的三階段,試驗(yàn)證明，對(duì)于配筋量適中的受彎構(gòu)件，從開始加載到正截面完全破壞，截面的受力狀態(tài)可以分

46、為下面三個(gè)大的階段 第一階段未裂階段。當(dāng)荷載很小時(shí)，截面上應(yīng)力與應(yīng)變成正比，應(yīng)力分布為直線, 稱為第階段。當(dāng)荷載增大到某一數(shù)值時(shí)，受拉區(qū)邊緣的混凝土達(dá)其實(shí)際的抗拉強(qiáng)度和拉極限應(yīng)變值、截面處在開裂前的臨界狀態(tài)，這種受力狀態(tài)稱為第a階段,第二階段從截面開裂到受拉區(qū)縱向受力鋼筋開始屈服的階段。截面受力達(dá)a階段后，荷載只要稍許增加截面立即開裂，截面上應(yīng)力發(fā)生重分布，裂縫處混凝土不再承受拉應(yīng)力，鋼筋的拉應(yīng)力突然增大，受壓區(qū)混凝土出現(xiàn)明顯的塑性變形，應(yīng)力圖形呈曲線。荷載繼續(xù)增加，裂縫進(jìn)一步開展，鋼筋和混凝土的應(yīng)力不斷增大。當(dāng)荷載增加到某一數(shù)值時(shí)，受拉區(qū)縱向受力鋼筋開始屈服，鋼筋應(yīng)力達(dá)到其屈服強(qiáng)度。這種特定

47、的受力狀態(tài)稱為a階段。,第三階段破壞階段。受拉區(qū)縱向受力鋼筋屈服后，截面的承載力無明顯的增加，但塑性變形急速發(fā)展，裂縫迅速開展并向受壓區(qū)延伸，受壓區(qū)面積減小，受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)力迅速增大，這是截面受力的第階段。 在荷載幾乎保持不變的情況下，裂縫進(jìn)一步急劇開展，受壓區(qū)混凝土出現(xiàn)縱向裂縫，混凝土被完全壓碎，截面發(fā)生破壞，這種特定的受力狀態(tài)稱為第a階段。 a階段是承載能力極限狀態(tài)計(jì)算的依據(jù)。,基本假定：（1）平截面假定：截面應(yīng)變保持平面；（2）不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度；（3）鋼筋、混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為已知；（4）縱向鋼筋應(yīng)力等于鋼筋應(yīng)變與彈性模量的乘積，其絕對(duì)值不應(yīng)大于相應(yīng)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，縱向受拉鋼筋的

48、極限拉應(yīng)變?nèi)?.01。 截面抗裂驗(yàn)算是建立在第a階段的基礎(chǔ)之上，構(gòu)件使用階段的變形和裂縫寬度的驗(yàn)算是建立在第階段的事礎(chǔ)之上，而截面的承載力計(jì)算則是建立在第a階段的基礎(chǔ)之上的。,4.3 單筋矩形截面正截面承載力計(jì)算,單筋矩形截面-在截面的受拉區(qū)配有縱向受力鋼筋的矩形截面，稱為單筋矩形截面。 雙筋矩截面-不但在截面的受拉區(qū)，而且在截面的受壓區(qū)同時(shí)配有縱向受力鋼筋的矩形截面，稱為雙筋矩形截面。 需要說明的是，為了構(gòu)造上的原因(例如為了形成鋼筋骨架)，梁的受壓區(qū)通常也需要配置縱向鋼筋，這種縱向鋼筋稱為架立鋼筋。,架立鋼筋是根據(jù)構(gòu)造要求設(shè)置，通常直徑較細(xì)、根數(shù)較少；而受力鋼筋則是根據(jù)受力要求按計(jì)算設(shè)置

49、，通常直徑較粗、根數(shù)較多。受壓區(qū)配有架力鋼筋的截面，不屬于雙筋截面。,所謂“等效”，是指這兩個(gè)圖形不但壓應(yīng)力合力的大小相等，而且合力的作用位置完全相同。 按等效矩形應(yīng)力圖形計(jì)算的受壓區(qū)高度x與按平截面假定確定的受壓區(qū)高度xa之間的關(guān)系為 =1a 系數(shù)1和1的取值見表3-2。,表3-2 系數(shù)1和1,、基本公式計(jì)算法,1,令,當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不大于C50時(shí)，取 代入得,基本公式的適用條件,防止超筋脆性破壞,防止少筋脆性破壞,受彎構(gòu)件正截面受彎承載力計(jì)算包括截面設(shè)計(jì)、截面復(fù)核兩類問題。,、實(shí)用計(jì)算方法計(jì)算系數(shù)法 將x=h0代入式中，有,單筋矩形截面受彎鋼筋截面設(shè)計(jì)的步驟：,關(guān)于配筋率的概念請(qǐng)注意：驗(yàn)

50、算最大配筋率時(shí)， 但在計(jì)算最小配筋率時(shí)，兩種配筋率的分母不一樣。,注意,我國混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002)規(guī)定： 受彎構(gòu)件、偏心受拉、軸心受拉構(gòu)件，其一側(cè)縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)小于0.2和45ft/fy中的較大值； 詳見教科書。,簡支梁的凈跨度與計(jì)算跨度,4.4 雙筋矩形截面正截面承載力計(jì)算,雙筋截面是指同時(shí)配置受拉和受壓鋼筋的情況。,A,s,A,s,受壓鋼筋,受拉鋼筋,一般來說在正截面受彎中，采用縱向受壓鋼筋協(xié)助混凝土承受壓力是不經(jīng)濟(jì)的，工程中從承載力計(jì)算角度出發(fā)通常僅在以下情況下采用： 彎矩很大，按單筋矩矩形截面計(jì)算所得的大于b，而梁截面尺寸受到限制，混凝土強(qiáng)度等級(jí)又不能提高

51、時(shí)。,當(dāng)不滿足,注意,基本公式,令,適用條件,防止超筋脆性破壞,保證受壓鋼筋強(qiáng)度充分利用,提問：雙筋截面會(huì)不會(huì)出現(xiàn)少筋破壞？,4.5 受彎構(gòu)件T形截面承載力計(jì)算,受彎構(gòu)件在破壞時(shí)，大部分受拉區(qū)混凝土早已退出工作，故將受拉區(qū)混凝土的一部分去掉。只要把原有的縱向受拉鋼筋集中布置在梁肋中，截面的承載力計(jì)算值與原有矩形截面完全相同。 受拉鋼筋較多，可將截面底部寬度適當(dāng)增大，形成工形截面。工形截面的受彎承載力的計(jì)算與T形截面相同。,第一類T形截面,第二類T形截面,界限情況, 分類,第一類T形截面 計(jì)算公式與寬度等于bf的矩形截面相同,基本公式,第二類T形截面,基本公式,基本公式的適用條件,注意,截面設(shè)計(jì)

52、,一般截面尺寸已知，求受拉鋼筋截面面積As，故可按下述兩種類型進(jìn)行：,1)第一種類型，滿足下列鑒別條件,2)第二種類型，滿足下列鑒別條件,計(jì)算方法同單筋矩形截面,取,As2 ？,驗(yàn)算,T形及倒L形截面受彎構(gòu)件翼緣計(jì)算寬度bf,注： 1.表中b為梁的腹板寬度。 2.如肋形梁在梁跨內(nèi)設(shè)有間距小于縱肋間距的橫肋時(shí)，則可不遵守表列第三種 情況的規(guī)定； 3.對(duì)有加腋的T形和L形截面，當(dāng)受壓區(qū)加腋的高度hhhf且加腋的寬度bh3hh時(shí)，則 其翼緣計(jì)算寬度可按表列第三種情況規(guī)定分別增加2bh（形截面）和bh（倒L形截面）； .獨(dú)立梁受壓區(qū)的翼緣板在荷載作用下經(jīng)驗(yàn)算沿縱肋方向可能產(chǎn)生裂縫時(shí)，其計(jì)算寬度應(yīng)取用腹

53、板寬度 。,截面復(fù)核,1)第一種類型,當(dāng)滿足 按 矩形梁的計(jì)算方法求Mu。,2)第二種類型,是,？,第五章 受彎構(gòu)件的斜截面承載力,受彎構(gòu)件斜截面破壞的概念 斜截面受剪破壞的主要影響因素 斜截面受剪承載力計(jì)算公式與適用范圍 保證斜截面受彎承載力的構(gòu)造措施,5.1受彎構(gòu)件斜截面破壞的概念,在主要承受彎矩的區(qū)段內(nèi)，產(chǎn)生正截面受彎破壞；,而在剪力和彎矩共同作用的支座附近區(qū)段內(nèi)，則會(huì)產(chǎn)生斜截面受剪破壞或斜截面受彎破壞。,一、 斜裂縫的形成,5.2 斜裂縫、剪跨比及斜截面受剪破壞形態(tài),二、 剪跨比,剪跨比為集中荷載到臨近支座的距離a與梁截面有效高度h0的比值。 某截面的廣義剪跨比為該截面上彎矩M與剪力和

54、截面有效高度乘積的比值。 剪跨比反映了梁中承受集中荷載時(shí)正應(yīng)力與剪應(yīng)力的比值。,三、 斜截面受剪破壞的三種主要形態(tài),1、無腹筋梁的斜截面受剪破壞形態(tài),1)斜拉破壞：當(dāng)剪跨比較大(3)時(shí)，或箍筋配置不足時(shí)出現(xiàn)。此破壞系由梁中主拉應(yīng)力所致，其特點(diǎn)是斜裂縫一出現(xiàn)梁即破壞，破壞呈明顯脆性，類似于正截面承載力中的少筋破壞。,斜拉破壞,2)斜壓破壞：當(dāng)剪跨比較小(1)時(shí)，或箍筋配置過多時(shí)易出現(xiàn)。此破壞系由梁中主壓應(yīng)力所致，類似于正截面承載力中的超筋破壞，表現(xiàn)為混凝土壓碎，也呈明顯脆性，但不如斜拉破壞明顯。破壞時(shí)，混凝土被腹剪斜裂縫分割成若干個(gè)斜向短柱而被壓壞，破壞是突然發(fā)生。,斜壓破壞,3)剪壓破壞：當(dāng)剪

55、跨比一般(13)時(shí)，箍筋配置適中時(shí)出現(xiàn)。此破壞系由梁中剪壓區(qū)壓應(yīng)力和剪應(yīng)力聯(lián)合作用所致，類似于正截面承載力中的適筋破壞，也屬脆性破壞，但脆性不如前兩種破壞明顯。,剪壓破壞,5.3 斜截面受剪破壞的主要影響因素,一、 剪跨比對(duì)斜截面受剪承載力的影響 試驗(yàn)表明，剪跨比越大，有腹筋梁的抗剪承載力越低，如圖所示。對(duì)無腹筋梁來說，剪跨比越大，抗剪承載力也越低，但當(dāng)3 ，剪跨比的影響不再明顯。,二、 配筋率和箍筋強(qiáng)度對(duì)斜截面受剪承載力的影響 有腹筋梁出現(xiàn)斜裂縫后，箍筋不僅直接承受相當(dāng)部分的剪力，而且有效地抑制斜裂縫的開展和延伸，對(duì)提高剪壓區(qū)混凝土的抗剪能力和縱向鋼筋的銷栓作用有著積極的影響。試驗(yàn)表明，在配

56、箍最適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，梁的受剪承載力隨配箍量的增多、箍筋強(qiáng)度的提高而有較大幅度的增長。 配箍量一般用配箍率（又稱箍筋配筋率）sv表示，即,三、截面尺寸和截面形狀對(duì)斜截面受剪承載力的影響 1截面尺寸的影響 截面尺寸對(duì)無腹筋梁的受剪承載力有影響，尺寸大的構(gòu)件，破壞時(shí)的平均剪應(yīng)力（=V/bh0），比尺寸小的構(gòu)件要降低。有試驗(yàn)表明，在其他參數(shù)（混凝土強(qiáng)度、縱筋配筋率、剪跨比）保持不變時(shí)，梁高擴(kuò)大4倍，受剪承載力可下降25%30%。 對(duì)于有腹筋梁，截面尺寸的影響將減小。,2截面形狀的影響 這主要是指T形截面梁，其翼緣大小對(duì)受剪承載力有一定影響。適當(dāng)增加翼緣寬度，可提高受剪承載力25%，但翼緣過大，增大作用就

57、趨于平緩。另外，梁寬增厚也可提高受剪承載力。,54 斜截面受剪承載力的計(jì)算公式與適 用范圍,一、假定梁的斜截面受剪承載力Vu由斜裂縫上剪壓區(qū)混凝土的抗剪能力Vc，與斜裂縫相交的箍筋的抗剪能力Vsv和與斜裂縫相交的彎起鋼筋的抗剪能力Vsb三部分所組成。由平衡條件Y=0可得： Vu= Vc +Vsv+Vsb,二、斜截面受剪承載力的計(jì)算公式,1均布荷載作用下矩形、T形和I形截面的簡支梁，當(dāng)僅配箍筋時(shí),2對(duì)集中荷載作用為主（集中荷載作用為主是指集中荷載產(chǎn)生的剪力值占所有荷載作用產(chǎn)生的總剪力值75%以上）的矩形、T形和I形截面獨(dú)立簡支梁當(dāng)僅配箍筋時(shí)，斜截面受剪承載力的計(jì)算公式,P74,3配有箍筋和彎起鋼

58、筋時(shí)梁的斜截面受剪承載力為,4不配置箍筋和彎起鋼筋的一般板類受彎構(gòu)件,截面高度影響系數(shù)，當(dāng)h0小于800mm時(shí)，取h0等于800mm；當(dāng)h0大于2000mm時(shí)，取h0等于2000mm。,P74,三、計(jì)算公式的適用范圍,1上限值最小截面尺寸,當(dāng) 4.0時(shí)，屬于一般的梁，應(yīng)滿足,當(dāng) 6.0時(shí)，屬于薄腹梁，應(yīng)滿足,當(dāng)4.0 6.0時(shí)，屬于薄腹梁，應(yīng)滿足,2下限值箍筋最小含量,為了避免發(fā)生斜拉破壞，規(guī)范規(guī)定，箍筋最小配筋率為,注意,也可以查教科書中的表5-1,55 斜截面受剪承載力計(jì)算方法和步驟,一、 計(jì)算截面的位置,下列各個(gè)斜截面都應(yīng)分別計(jì)算受剪承載力： （1）支座邊緣的斜截面（見下圖的截面1-1）；,（2）箍筋直徑或間距改變處的斜截面（見下圖的截面4-4）；,（3）彎起鋼筋彎起點(diǎn)處的斜截面（見下圖截面2-2、3-3）；,二、斜截面受剪承載力計(jì)算步驟,1求內(nèi)力，繪制剪力圖； 2驗(yàn)算是否滿