給排水工程結(jié)構(gòu)

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)、和預應力混凝土結(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)。 本課程重點講述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理，包括材料性能、設(shè)計原則、各種受力構(gòu)件的計算方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計構(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),預應力混凝土結(jié)構(gòu)（Prestressed Concrete),預應力混凝土結(jié)構(gòu)是指在結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作時，在其受拉部位人為地預先對混凝土施加壓應力的混凝土結(jié)構(gòu)。,一、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力特點 根據(jù)素混凝土簡支梁和鋼筋混凝土簡支梁的破壞試驗 （1）素混凝土簡支梁的破壞試驗： 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、混凝土強度等級為C20。梁的跨中作用一個集中荷載F，對其進行破壞性試驗。,素混凝土梁的試驗結(jié)果表明： （1）當荷載較小時，截面上的應變則同彈性材料的梁一樣，沿截面高度呈直線分布； （2）當荷載

3、增大使截面受拉區(qū)邊緣纖維拉應變達到混凝土抗拉極限應變時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，沒有明顯的預兆，屬于脆性破壞。,鋼筋混凝土梁的破壞試驗： 在梁的受拉區(qū)布置三根直徑為16 mm的HPB235級鋼筋(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。 再進行同樣的荷載試驗(圖 0-4b) 當加載到一定階段使截面受拉區(qū)邊緣纖維拉應力達到混凝土抗拉極限強度時，混凝土雖被拉裂，但裂縫不會沿截面的高度迅速開展，試件也不會隨即發(fā)生斷裂破壞。,混凝土開裂后，裂縫截面的混凝土拉應力由縱向受拉鋼筋來承受，故荷載還可進一

4、步增加。此時變形將相應發(fā)展，裂縫的數(shù)量和寬度也將增大。 受拉鋼筋抗拉強度和受壓區(qū)混凝土抗壓強度都被充分利用時，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兆即：變形和裂縫都較明顯。,鋼筋和混凝土是兩種物理、力學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.當溫度變化時，鋼筋與混凝土之間不會存在較大的相對變形和溫度應力而發(fā)生粘結(jié)破壞。,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點： 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： 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。 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，受混凝土保護不易發(fā)生銹蝕，因而提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。當火災發(fā)生時。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不會象木結(jié)構(gòu)那樣被燃燒，也不會象鋼結(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： 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。混凝土的抗拉強度非常低，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。當裂縫數(shù)量較多和開展較寬時，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。 補強維修較難。,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點遠遠多于其缺點。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）等工程中得到廣泛應用。 針對其缺點人們研究出許多的有效措施：為了克服自重大的缺點，已經(jīng)研究出許多高強輕質(zhì)的混凝土和強度很高的鋼筋；為了克服普通鋼筋混凝土容易開裂的缺點，可以對它施加預應力等等。但還有許多工程實際問題等待我們的同學們?nèi)ヌ剿骱脱芯俊?二、鋼筋混凝土材料的發(fā)展高強輕質(zhì) （1)混凝土材料強度大幅提高 到20世紀80年代初，在發(fā)達國家C60級混凝

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度為200 MPa以上的混凝土。 高強混凝土的出現(xiàn)更加擴大了混凝土結(jié)構(gòu)的應用范圍，為高層建筑、地下工程、壓力容器、海洋工程等領(lǐng)域的應用創(chuàng)造了條件。 （2）輕質(zhì)混凝土的研究與應用 從20世紀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用 1976年建成的美國芝加哥水塔廣場大廈達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，強度已達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)填充的混凝土強度等級達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) 由預制混凝上構(gòu)件或部件通過鋼筋、連接件或施加預應力加以連接并現(xiàn)場澆筑混凝土而形成整體的結(jié)構(gòu)。,0-2 本課程特點及學習應注意的事項 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中的剛性材料以及材料力學中理想彈性材料有很大的區(qū)別。 為了對混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能與破壞特征有較好的了解，首先要求對鋼筋混凝土的力學性能要很好地掌握。,2、混凝土結(jié)構(gòu)計算公式

11、具有經(jīng)驗性 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、力學模型來描述。 因此，目前主要以混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的試驗與工程實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)進行分析，許多計算公式都帶有經(jīng)驗性質(zhì)。,3、要了解和掌握國家標準關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)原則和經(jīng)濟政策 工程實際情況是非常復雜的，建筑結(jié)構(gòu)上的實際荷載和實際材料指標與規(guī)范規(guī)定的大小會有一定的出入。不同結(jié)構(gòu)的重要性也不一樣，它們對結(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)計規(guī)范（GB50010-2002)、給

12、水排水構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50069-2002）的掌握、應用與不斷探索創(chuàng)新的重要性。,4、構(gòu)造要求非常重要 進行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時離不開計算。但是，現(xiàn)行的計算方法一般只考慮荷載效應。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，難于用計算公式來表達。因此，在學習本課程時，除了要對各種計算公式了解和掌握以外，對于各種構(gòu)造措施也必須給予足夠的重視。在設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)時，除了進行各種計算之外，還必須檢查各項構(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、動感強烈的設(shè)計造型橫跨浦江，成為上海的一個門戶特征。楊浦大橋于1993年10月竣工通車，她與南浦大橋遙相呼應，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性能和混凝土的力學性能（混凝土的立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、軸心抗拉強度；混凝土的變形和混凝土的選用）

14、。重點討論材料的強度、混凝土的變形、鋼筋與混凝土之間的相互作用粘結(jié)力等。它們是學習鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的基礎(chǔ)。,1.1 鋼筋,有屈服點的鋼筋試件在試驗機上進行拉伸試驗得出的典型應力應變曲線如圖1.1所示。其中頸縮現(xiàn)象如圖1.2。 對于有明顯屈服點的鋼筋取其屈服強度作為鋼筋強度的限值強度指標。,1.1.1 鋼筋的力學性能,一、有屈服點的鋼筋,反映鋼筋塑性性能的基本指標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。應按下式計算：,鋼筋的強度與變形 有明顯屈服點的鋼筋,ef為頸縮階段,圖1.1鋼筋的應力應變曲線,圖1.2鋼筋的頸縮,無明顯屈服點的鋼筋試件在試驗機上進行拉伸試驗得

15、出的典型應力應變曲線如圖1.3所示。 實際設(shè)計中通常取相應于殘余應變=0.2%時的應力0.2作為名義屈服點，即條件屈服強度。 對于無明顯屈服點的鋼筋，由于其條件屈服點不容易測定，因此，這類鋼筋的質(zhì)量檢驗以其極限強度作為主要指標。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，條件屈服強度0.2取極限強度b的0.8倍，即： 0.2=0.8b,二、無屈服點的鋼筋,圖1.3無明顯屈服點鋼筋,1.鋼筋的強度標準值 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB 500102002）規(guī)定，材料強度的標準值應具有不少于95%保證率。 熱軋鋼筋的強度標準值根據(jù)屈服強度確定，用fyk表示。預應力鋼絞線、鋼絲和熱處理鋼筋的強度標準值根據(jù)極限抗拉強度確定，用

16、fptk表示。 普通鋼筋、預應力鋼筋的強度標準值見教科書。,三、鋼筋的強度指標,2.鋼筋的強度設(shè)計值 在進行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計計算時，鋼筋應采用強度設(shè)計值。 鋼筋強度設(shè)計值等于鋼筋強度標準值除以鋼筋材料分項系數(shù)s，按不同鋼筋種類，分別取s=1.101.20。 鋼筋強度的標準值和設(shè)計值見教材。,一、現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的普通鋼筋,普通鋼筋強度標準值（N/mm2),1.2 混凝土,混凝土是由水泥、水、粗骨料（碎石、卵石）、細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)護硬化后形成的人工石材。 影響混凝土的強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?。皇┕し椒ǎ?/p>

17、攪拌程度、澆搗的密實性、對混凝土的養(yǎng)護方法）等。 混凝土的基本強度指標有立方體抗壓強度、軸心抗壓強度和軸心抗拉強度三種。,1.2.1 混凝土的強度,強度是指結(jié)構(gòu)材料所能承受的某種極限應力。 混凝土的強度是靠水泥的水化、硬化獲得的。水泥的水化硬化早期快、后期慢，故混凝土強度的增長也是早期快、后期慢，但到28d齡期時強度的增長就不明顯而趨于穩(wěn)定。因此，規(guī)范以28d齡期時混凝土的強度為基準。,1.混凝土強度等級立方體抗壓強度fcu 混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定。我國混凝土強度等級的確定方法是：用邊長為150mm的立方體標準試件，在標準試驗條件下養(yǎng)護28d，并用標準試驗方法（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度，用符號fcuk表示。,一、 混凝土的抗壓強度,2.軸心抗壓強度fc 立方體抗壓強度不能代表混凝土在實際構(gòu)件中的受力狀態(tài)，只是作為在同一標準條件下比較混凝土強度水平和品質(zhì)的標準。 試驗表明：用高寬比為23的棱柱體（150mm150mm300mm的標準試件測定棱柱體）測得的抗壓強度與以受壓為主的混凝土構(gòu)件中的混凝土抗壓強度基本一致。 因此，棱柱體的抗壓強度可以作為以受壓為主的混凝土抗壓強度，稱為軸心抗壓強度，用符號fc表示。,混凝土的抗拉性能很差。

19、混凝土的抗拉強度一般只有抗壓強度的1/201/8，且不與抗壓強度成正比?；炷凛S心抗拉強度取棱柱體（100mm100mm500mm，兩端埋有鋼筋）的抗拉極限強度為軸心抗拉強度。因該法實測數(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來代替。混凝土構(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度有關(guān)。,二、混凝土的軸心抗拉強度,1.混凝土的強度標準值 通過立方體抗壓強度試驗，經(jīng)統(tǒng)計分析，并考慮結(jié)構(gòu)中混凝土強度與試件強度之間的差異，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范給出了混凝土強度標準值，詳見教科書。 2.混凝土的強度設(shè)計值 混凝土強度設(shè)計值為混凝土強度標準值除以混凝土的材料分項系數(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、混凝土的強度指標,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的變形、多次重復加荷時的變形、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的應力應變關(guān)系 混凝土在一次短期加荷時的應力應變關(guān)系可通過對混凝土棱柱體的受壓或受拉試驗測定。 混凝土受壓時典型的應力應變曲線如圖所示。請見教科書。 混凝土受拉時的應力應變曲線的形狀與受壓時相似。對應于抗拉強度ft的應變ct很小，計算時可取ct=0.0015。,一、混凝土的彈性模量,2.混凝

21、土的彈性模量 混凝土的應力與其彈性應變ce之比值稱為混凝土的彈性模量，用符號Ec表示。根據(jù)大量試驗結(jié)果，混凝土規(guī)范采用以下公式計算混凝土的彈性模量： 混凝土的剪變模量是指剪應力和剪應變的比值，即：,混凝土的彈性模量與變形模量,混凝土受壓后除產(chǎn)生瞬時壓應變外，在維持其外力不變的條件下（即荷載長期不變），應變隨時間繼續(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)件中鋼筋的應力增加而混凝土的壓應力減小的應力重分布現(xiàn)象產(chǎn)生；在預應力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中引起預應力損失等。,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、中截面上的應力愈大，徐變就愈大；構(gòu)件承載前，混凝土的強度越高，徐變就越小。 （2） 配合比、水灰比越大，徐變越大；骨料的級配愈好，含量愈高，徐變愈小。 （3） 構(gòu)件澆搗愈密實，養(yǎng)護條件愈好，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，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）高標號水泥制成的混凝土構(gòu)件收縮大。,三、 混凝土的收縮變形,（3）骨料級配好，含量高，骨料的彈性模量大，收縮小。

23、（4） 養(yǎng)護條件好，使用環(huán)境濕度大，收縮小。 （5） 混凝土密實度好，收縮小。,圖1.10混凝土的收縮變形,和其它許多材料一樣，當溫度發(fā)生變化時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)計規(guī)范規(guī)定，當溫度在0到100范圍內(nèi)時，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，在某些場合應認真對待。尤其對水池結(jié)構(gòu)，大多數(shù)應通過計算考慮溫度應力的影響。,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)筑物的混凝土強度等級不應低于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。 預應力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應低于C30；當采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預應力筋時，混凝土強度等級不宜低于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方法，

25、如圖3.12所示。 粘結(jié)強度f可由下式計算 根據(jù)拔出試驗可知： （1） 粘結(jié)應力按曲線分布，最大粘結(jié)應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)強度隨混凝土強度等級的提高而增大； （4） 變形鋼筋的粘結(jié)強度比光面鋼筋的大；但若在光面鋼筋末端做彎鉤，則拔出力大大提高。,圖3.12鋼筋拔出試驗中粘結(jié)應力分布圖,規(guī)范根據(jù)拔出試驗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)件中鋼筋的實際錨固長度，應根據(jù)鋼筋的受力情況、保護層厚度、鋼筋形式等對粘結(jié)強度的影響，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%，當工程中確有必要增大時，對于梁內(nèi)構(gòu)件也不應大于50%，對板類、墻類及柱類構(gòu)體，可根據(jù)實際情況放寬?？v向受拉鋼筋綁扎搭接的搭接長度按下式計算（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不小于1.3l1（見圖1.14），否則，則認為兩搭接接頭屬于同一搭接范圍。 對

27、于縱向受壓鋼筋，其搭接長度不應少于0.7l1，且不小于200mm。 近年來采用機械方式進行鋼筋連接的技術(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)應加密配置箍筋，見圖1.15，其直徑不應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)計基本規(guī)定,本章闡述國家標準規(guī)定的按近似概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計法。簡述結(jié)構(gòu)上的作用、結(jié)構(gòu)的可靠性，荷載標準值、作用效應標準值，極限狀態(tài)設(shè)計表達式。,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或荷載效應。,荷載的分類 按作用時間的長短和性質(zhì)，荷載分為三類： 1.永久荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限內(nèi)，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(diào)的并能趨于限值的荷載。 2.可變荷載在結(jié)構(gòu)設(shè)計基準期內(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計基準期內(nèi)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。,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.確定方法 a.結(jié)構(gòu)的自重可根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計尺

29、寸和材料的重力密度確定； b.可變荷載常與時間有關(guān)，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；,2-2 結(jié)構(gòu)的可靠性概念 1.結(jié)構(gòu)的安全等級,2.結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限 結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需要進行大修即可按達到其預定功能的使用時期。 設(shè)計年限可按建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)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(jié)構(gòu)（包括給水排水構(gòu)筑物）的設(shè)計使用年限為50年。 注意：區(qū)別建筑物的設(shè)計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)在預定的使用期間內(nèi)（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

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）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時和發(fā)生后，結(jié)構(gòu)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。, 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（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(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應隨時間有過大的降低，而導致結(jié)構(gòu)在其預定使用期間內(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、正常施工、正常使用和維護），完成預定結(jié)構(gòu)功能的能力。 結(jié)構(gòu)可靠性越高，建設(shè)造價投資越大。 如何在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟之間取得均衡，就是設(shè)計方法要解決的問題。,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(shè)計工作壽命、維護和修復等。 規(guī)范規(guī)定的設(shè)計方法，是這種均衡的最低限度，也是國家法律。 設(shè)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(shè)計水準，增加結(jié)構(gòu)的可靠度。 經(jīng)濟的概念不僅包括第一次建設(shè)費用，還應考慮維修，損失及修復的費用,2

32、-3 極限狀態(tài)設(shè)計法 以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法,為了科學定量的表示結(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。 當失效概率Pf小于某個值時，人們因結(jié)構(gòu)失效的可能性很小而不再擔心，即可認為結(jié)構(gòu)設(shè)計是可靠的。,一、作用效應標準值Sk, 作用效應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)計分析可以確定一個具有一定保證率（如95%）的上限荷載分位值，該特征值稱為荷載標準值（符號Gk，Qik）。 按荷載標準值

33、確定的荷載效應，稱為荷載效應標準值Sk 有多個可變荷載同時作用的情況，考慮到它們同時達到標準值的可能性較小，考慮荷載組合系數(shù)y，,二、結(jié)構(gòu)抗力標準值Rk,作用效應設(shè)計值 s作用效應分項系數(shù),三、作用效應設(shè)計值、結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計值,結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計值 R結(jié)構(gòu)抗力分項系數(shù),四、規(guī)范規(guī)定的設(shè)計表達式,g0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，根據(jù)安全等級分別不應小于1.1；1.0；0.9,五、材料強度設(shè)計值,混凝土強度設(shè)計值,混,凝,土,強,度,等,級,強度種類,符號,C15,C20,C25,C30,C35,C40,軸心抗壓強度,f,c,7.2,9.6,11.9,14.3,16.7,19.1,軸心抗拉強度,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,普通鋼筋強度設(shè)計值,第三章 水池等構(gòu)筑物設(shè)計的特殊性,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)計方法與建筑結(jié)構(gòu)基本一致，但要認真考慮結(jié)構(gòu)的耐久性，因而對鋼筋和混凝土材料的性能方面有較高的要求，對鋼筋的混凝土保護層厚度的取值，對抗裂、抗?jié)B、防凍、保溫及防腐蝕等也有較嚴格的要求。,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)計屬于土木結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的一個分支，水池等構(gòu)筑物因體型特殊，荷載作用形式多樣，大多是受力比較復雜的空間結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的內(nèi)力計算不同一般。,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、風荷載、雪荷載及水壓力、土壓力外，還常須對溫差（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行慎密的考慮，還要考慮構(gòu)筑物的穩(wěn)定性（滑移、傾覆、上浮）問題等。 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)的預加應力、地基的不均勻沉降等。 可變作用應包括：樓面和屋面上的活荷載、吊車荷載、雪荷載、風荷載、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)生時其值很大且持續(xù)時間較短，例如高壓容器的爆炸力等，應根據(jù)工程實際情況確定需要計入的偶然發(fā)生的作用。 水池等構(gòu)筑物上面有時會有動力荷載的作用，使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生不可忽視的加速度，此時，應按動態(tài)作用考慮，一般可將動態(tài)作用簡化為靜態(tài)作用乘以動力系數(shù)后按靜態(tài)作用計算。,構(gòu)筑物樓面和屋面的活

37、荷載及其準永久值系數(shù),對結(jié)構(gòu)構(gòu)件作強度計算時，極限狀態(tài)計算表達式應遵照給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（50069-2002）中的專門規(guī)定，這個S為作用效應的基本組合設(shè)計值，對于貯水池、水處理構(gòu)筑物、地下構(gòu)筑物等可不計算風荷載效應，其作用效應的基本組合設(shè)計值，應按下式計算：,3-2 極限狀態(tài)計算規(guī)定,第i個永久作用的分項系數(shù)，當作用效應對結(jié)構(gòu)不利時，對結(jié)構(gòu)和設(shè)備自重應取1.2，其他永久作用應取1.27；當作用效應對結(jié)構(gòu)有利時，均應取1.0； 第1個和第j個可變作用的分項系數(shù)，對地表水或地下水的作用應作為第一可變作用取1.27，對其他可變作用應取1.40； 可變作用的組合值系數(shù)，可取0.90計算。

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)應注重結(jié)構(gòu)的耐久性要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計應根據(jù)環(huán)境類別選取相應的計算參數(shù)。 貯水或水處理構(gòu)筑物一般宜按地下式建造，當按地面式建造時，嚴寒地區(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層最小厚度（從鋼筋的外緣處起），應符合表中的規(guī)定。詳見教科書。,第四章 受彎構(gòu)件正截面受彎承載 力計算,試驗研究的

39、主要結(jié)論,結(jié)構(gòu)計算的基本假定,矩形、T形截面受彎承載力計算,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)計值，它是由結(jié)構(gòu)上的作用所產(chǎn)生的內(nèi)力設(shè)計值；Mu是受彎構(gòu)件正截面受彎承載力的設(shè)計值，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、空心板和形梁等對稱和不對稱截面。 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以下的級差為50mm；括號中的數(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以下的級差為50mm，以上的為l00mm。 3)現(xiàn)澆板的寬度一般較大，設(shè)計時可取單位寬度(b=1000mm)進行計算。,3、材料選擇 1）混凝土強度等級，梁、板常用的混凝土強度等級是C25、C30、C35、C40。 2）鋼筋強度等級及常用直徑 ，梁中

41、縱向受力鋼筋宜采用HRB400級或RRB400級(級)和HRB335級(級)，常用直徑為12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm和25mm。,3）梁的箍筋宜采用HPB235級(級)、HRB335(級)和HRB400(級鋼筋)級的鋼筋，常用直徑是6mm、8mm和10mm。 4）板的分布鋼筋，當按單向板設(shè)計時，除沿受力方向布置受力鋼筋外，還應在垂直受力方向布置分布鋼筋。分布鋼筋宜采用HPB235級(級)和HRB335級(級)級的鋼筋，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至截面受拉邊緣的豎向距離為as，則合力點至截面受壓區(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。縱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，用百分數(shù)來計量，即 () 縱向受拉鋼筋的配筋百分率在一定程度上標志了正截面上縱向受拉鋼筋與混凝土之間的面積比率，它是對梁的受力性能有很大影響的一個重要指標。,5）混凝土保護層厚度 縱向受力鋼筋的外表面到截面邊緣的垂直距離，稱為混凝土保護層厚度，用c表示。,混凝土保護層有三個

43、作用： 保護縱向鋼筋不被銹蝕； 在火災等情況下，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),進行受彎構(gòu)件設(shè)計時： 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 ，因此要進行正截面承載能力和斜截面承載能力的計算。,。,As,構(gòu)件的破壞特征取決于配筋率、混凝土的強度等級、截面形式等諸多因素，但是以配筋率對構(gòu)件破壞特征的影響最為明顯，試驗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到屈服強度，而且當混凝土壓碎時，破壞突然發(fā)生，鋼筋的強度得不到充分利用，破壞帶有脆性性質(zhì)(圖3-7c)。 界限破壞：適筋破壞的特例， 當max時，當受拉鋼筋達到屈服強度的同時，受壓區(qū)混凝土壓碎。即當受拉鋼筋達到屈服時，受壓混凝土也同時達到其抗壓強度（受壓區(qū)混凝土邊緣達到極限壓應變）。,適筋受彎構(gòu)件截面受力的三階段,試驗證明，對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、為下面三個大的階段 第一階段未裂階段。當荷載很小時，截面上應力與應變成正比，應力分布為直線, 稱為第階段。當荷載增大到某一數(shù)值時，受拉區(qū)邊緣的混凝土達其實際的抗拉強度和拉極限應變值、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a階段后，荷載只要稍許增加截面立即開裂，截面上應力發(fā)生重分布，裂縫處混凝土不再承受拉應力，鋼筋的拉應力突然增大，受壓區(qū)混凝土出現(xiàn)明顯的塑性變形，應力圖形呈曲線。荷載繼續(xù)增加，裂縫進一步開展，鋼筋和混凝土的應力不斷增大。當荷載增加到某一數(shù)值時，受拉區(qū)縱向受力鋼筋開始屈服，鋼筋應力達到其屈服強度。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)計算的依據(jù)。,基本假定：（1）平截面假定：截面應變保持平面；（2）不考慮混凝土的抗拉強度；（3）鋼筋、混凝土的應力-應變關(guān)系為已知；（4）縱向鋼筋應力等于鋼筋應變與彈性模量的乘積，其絕對值不應大于相應的設(shè)計強度，縱向受拉鋼筋的

48、極限拉應變?nèi)?.01。 截面抗裂驗算是建立在第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算是建立在第階段的事礎(chǔ)之上，而截面的承載力計算則是建立在第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、根數(shù)較少；而受力鋼筋則是根據(jù)受力要求按計算設(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”，是指這兩個圖形不但壓應力合力的大小相等，而且合力的作用位置完全相同。 按等效矩形應力圖形計算的受壓區(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,、基本公式計算法,1,令,當混凝土強度等級不大于C50時，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算包括截面設(shè)計、截面復核兩類問題。,、實用計算方法計算系數(shù)法 將x=h0代入式中，有,單筋矩形截面受彎鋼筋截面設(shè)計的步驟：,關(guān)于配筋率的概念請注意：驗

50、算最大配筋率時， 但在計算最小配筋率時，兩種配筋率的分母不一樣。,注意,我國混凝土設(shè)計規(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算跨度,4.4 雙筋矩形截面正截面承載力計算,雙筋截面是指同時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)濟的，工程中從承載力計算角度出發(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算所得的大于b，而梁截面尺寸受到限制，混凝土強度等級又不能提高

51、時。,當不滿足,注意,基本公式,令,適用條件,防止超筋脆性破壞,保證受壓鋼筋強度充分利用,提問：雙筋截面會不會出現(xiàn)少筋破壞？,4.5 受彎構(gòu)件T形截面承載力計算,受彎構(gòu)件在破壞時，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增大，形成工形截面。工形截面的受彎承載力的計算與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

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,計算方法同單筋矩形截面,取,As2 ？,驗算,T形及倒L形截面受彎構(gòu)件翼緣計算寬度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，則可不遵守表列第三種 情況的規(guī)定； 3.對有加腋的T形和L形截面，當受壓區(qū)加腋的高度hhhf且加腋的寬度bh3hh時，則 其翼緣計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）； .獨立梁受壓區(qū)的翼緣板在荷載作用下經(jīng)驗算沿縱肋方向可能產(chǎn)生裂縫時，其計算寬度應取用腹

53、板寬度 。,截面復核,1)第一種類型,當滿足 按 矩形梁的計算方法求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正應力與剪應力的比值。,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：當剪跨比較大(3)時，或箍筋配置不足時出現(xiàn)。此破壞系由梁中主拉應力所致，其特點是斜裂縫一出現(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：當剪跨比較小(1)時，或箍筋配置過多時易出現(xiàn)。此破壞系由梁中主壓應力所致，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，混凝土被腹剪斜裂縫分割成若干個斜向短柱而被壓壞，破壞是突然發(fā)生。,斜壓破壞,3)剪壓破壞：當剪

55、跨比一般(13)時，箍筋配置適中時出現(xiàn)。此破壞系由梁中剪壓區(qū)壓應力和剪應力聯(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、 剪跨比對斜截面受剪承載力的影響 試驗表明，剪跨比越大，有腹筋梁的抗剪承載力越低，如圖所示。對無腹筋梁來說，剪跨比越大，抗剪承載力也越低，但當3 ，剪跨比的影響不再明顯。,二、 配筋率和箍筋強度對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部分的剪力，而且有效地抑制斜裂縫的開展和延伸，對提高剪壓區(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。試驗表明，在配

56、箍最適當?shù)姆秶鷥?nèi)，梁的受剪承載力隨配箍量的增多、箍筋強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斜截面受剪承載力的影響 1截面尺寸的影響 截面尺寸對無腹筋梁的受剪承載力有影響，尺寸大的構(gòu)件，破壞時的平均剪應力（=V/bh0），比尺寸小的構(gòu)件要降低。有試驗表明，在其他參數(shù)（混凝土強度、縱筋配筋率、剪跨比）保持不變時，梁高擴大4倍，受剪承載力可下降25%30%。 對于有腹筋梁，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，其翼緣大小對受剪承載力有一定影響。適當增加翼緣寬度，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，當僅配箍筋時,2對集中荷載作用為主（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形截面獨立簡支梁當僅配箍筋時，斜截面受剪承載力的計算公式,P74,3配有箍筋和彎起鋼

58、筋時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h0小于800mm時，取h0等于800mm；當h0大于2000mm時，取h0等于2000mm。,P74,三、計算公式的適用范圍,1上限值最小截面尺寸,當 4.0時，屬于一般的梁，應滿足,當 6.0時，屬于薄腹梁，應滿足,當4.0 6.0時，屬于薄腹梁，應滿足,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算方法和步驟,一、 計算截面的位置,下列各個斜截面都應分別計算受剪承載力： （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）彎起鋼筋彎起點處的斜截面（見下圖截面2-2、3-3）；,二、斜截面受剪承載力計算步驟,1求內(nèi)力，繪制剪力圖； 2驗算是否滿