钢筋混凝土结构(水工) 课件

第 4章 钢筋混凝土结构4.1 材料的力学性能 4.1.1 钢筋的类别及力学性能 4.1.1.1 钢筋的种类和级别1） 热轧钢筋2） 冷拉钢筋3） 冷轧带肋钢筋4） 热处理钢筋5） 碳素钢丝和钢绞线 4.1.1 .2钢筋的力学性能软钢 s s es理想弹塑性本构模型 硬钢应力 应变曲线 4.1.1.3 混凝土结构对钢筋性能的要求1）钢筋的强度2）钢筋的塑性3）钢筋的可焊性4）钢筋的耐火性5）钢筋与混凝土的粘结力 4.1.2 混凝土的强度、变形及其影响因素 4.1.2.1 混凝土的强度1）混凝土立方体抗压强度及混凝土强度等级2）混凝土轴心抗压强度 3）混凝土抗拉强度 A. 直接拉伸法B. 劈裂法4）复合应力状态下混凝土的强度 4.1.2.2 混凝土的变形1）一次短期荷载下的混凝土应力 应变曲线 2）混凝土单轴受压应力 应变曲线的简化模型3）混凝土的弹性模量 4）混凝土重复荷载下的变形性能 5）荷载长期作用下混凝土的变形性能 6）混凝土的收缩 混凝土在空气中结硬时体积减小的现象 混凝土的徐变混凝土的徐变是指混凝土在长期荷载作用下应变或变形随时间而增长的现象。影响混凝土徐变的因素很多，可主要归结为三个方面：加载史；混凝土内在因素；环境因素。（ 1）应力越大徐变越大，当混凝土应力较大时（ sc 0.5fc），产生非线性徐变，徐变变形比应力增长要快。荷载持续的时间越长，徐变越大。（ 2）混凝土龄期越小，徐变越大。（ 3）混凝土强度高，密实度高徐变小。（ 4）水灰比越大徐变越大，当水灰比不变时，水泥用量越多徐变越大。（ 5）构件的厚度小，徐变大。（ 6）养护条件好（高温高湿）徐变小。 4.1.2.3 钢筋与混凝土共同工作的基础 （ 1）钢筋与混凝土有大体相同的温度膨胀系数，钢材线膨胀系数为 1.210-5，混凝土为（1.0 1.5） 10-5。这样，在温度变化时，温度应力的影响一般可不予考虑。（ 2）混凝土对钢筋起到很好的保护作用，可避免钢筋过早锈蚀，提高耐久性。（ 3）钢筋与混凝土之间有很好的粘结作用。4.2 钢筋混凝土结构基本计算原则 4.2.1 现行水工混凝土结构设计规范采用的 计算方法 4.2.1.1 结构功能的极限状态及其分类 4.2.1.2 失效概率及可靠指标假定 R， S均符合正态分布Z=R S 0时 结构处于可靠状态Z=R S 0时 结构处于失效状态Z=R S= 0时 结构处于极限状态Z=R S的概率分布曲线及 和 Pf的关系 4.2.1.3 荷载分类及荷载代表值1）荷载分类结构上的荷载，按其随时间的变异性不同可分为以下三类 ;（ 1）永久荷载（恒荷载）；（ 2）可变荷载（活荷载）；（ 3）偶然荷载； 2）荷载代表值（ 1）荷载标准值 （ 2）可变荷载的组合值 （ 3）可变荷载的准永久值荷载的标准值的取值 4.2.1.3 材料强度的标准值与设计值 1）材料强度的标准值 mf 材料强度平均值；sf 材料强度标准差；af 材料强度标准值的保证率系数；df 材料强度变异系数。2） 材料的强度设计值混凝土 c=1.35 软钢取 s =1.11.2，碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋等硬钢取s =1.5材料强度标准值、设计值 4.2.2.1 承载力极限状态设计表达式1） 基本组合4.2.2 概率极限状态设计的实用设计表达式 表 4.2.4 作用分项系数作用（荷载）类别 永久作用（荷载） gG 可变作用（荷载） gQ作用（荷载）分项系数 1.05 1.20 偶然组合（ 1）偶然荷载的分项系数取为 1.0；（ 2）参与组合的某些可变荷载，可根据各类水工建筑物设计规范的规定做适当折减；（ 3）结构系数 gd按表 4.2.3取用素混凝土结构 钢筋混凝土及预应力结构受拉破坏 受压破坏2.00 1.30 1.20表 4.2.3 承载能力极限状态计算时的结构系数 gd值4.2.2.2 正常使用极限状态设计表达式短期组合长期组合C1、 C2 结构的功能限值（裂缝宽度或挠度）Ss（ ）、 Sl（ ） 荷载效应短期组合及长期组合的功能函数fk 材料强度标准值r 可变荷载的准永久值系数，可参照有关荷载规范的规定及工程经验取用4.3 承载能力极限状态计算 4.3.1 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算4.3.1.1受弯构件截面形式4.3.1.2受弯构件正截面试验研究梁的工作阶段A.试验结果分析B.梁的工作阶段 .第 阶段 拉区混凝土未裂阶段 .第 阶段 裂缝阶段 .第 阶段 破坏阶段 C.梁正截面破坏形态 .适筋破坏 .超筋破坏 .少筋破坏 4.3.1.3 正截面受弯承载力计算1）基本假定(1)平截面假定。(2)不考虑受拉区混凝土参加工作，拉力完全由钢筋承担。(3)采用理想化的混凝土的应力 应变（ sc ec）关系曲线作为计算的依据。 (4)钢筋 ss es关系曲线采用理想弹塑性模型。 2）界限破坏及界限受压区高度超筋界限破坏适筋ecu=0.0033es=ey=fy/Es图 4.3.10 适筋、超筋、界限破坏时的截面平均应变图Asx0bh0 hbes= eyMus0fyAsMufcx0bh0xbx0bfyAsecu图 4.3.11 界限破坏时的截面受压区高度及混凝土等效应力图形界限破坏时截面实际相对界限受压区高度 x0b:在实际设计计算中，用矩形等效应力图代替实际应力图，并近似取 xb=bx0b，故：水工规范去 b=0.8,ecu=0.0033,则：(4.3.5)式中 xb 相对界限受压区计算高度；xb 界限受压区计算高度；h0 截面有效高度；fy 钢筋抗拉强度设计值；Es 钢筋弹性模量；在进行构件配筋计算或承载力复核时，若计算出的相对受压区计算高度 x=x/h0xb,则为适筋破坏；若 x=x/h0xb，则为超筋破坏。从式 (4.3.5)可以看出，相对界限受压区计算高度 xb和钢筋等级有关。对于没有明显屈服点的钢筋，因 ey=fy/Es+0.002,带入式 (4.3.5)，可得 ：4.3.1.4 单筋矩形截面构件正截面承载力计算1）截面配筋设计（ 1）由式（ 4.3.13）计算（ 2）由 ，求 x。（ 3）若 x xb，则求 r=xfc/fy， As=rbh0。若 Asxb，则梁会发生超筋破坏，应增大梁截面尺寸或提高混凝土强度或采用后面介绍的双筋截面。2）承载力复合（ 1）由式（ 4.3.11）计算 x。（ 2）如果 x xb，则由式（ 4.3.12）计算 Mu；如果 x xb ， 则取 x = xb ，仍由式（ 4.3.12）近似计算 Mu。（ 3）如果 MMu/gd，则梁正截面承载力符合要求，否则梁正截面承载力不符合要求。 4.3.2 钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算4.3.2.1 概述4.3.2.2 无腹筋梁的斜截面受剪破坏形态1）斜拉破坏2）剪压破坏3）斜压破坏 4.3.2.3 影响梁斜截面承载力的主要因素 1）剪跨比 2）混凝土强度 fc 3）纵筋配筋率 r 4.3.2.4 有腹筋梁斜截面受剪承载力计算1）腹筋作用2）有腹筋梁的破坏形态3）有腹筋梁斜截面受剪承载力计算公式A.仅配箍筋（ 1）对一般的钢筋混凝土梁：（ 2）对集中荷载作用下的矩形截面独立梁：B. 同时配有箍筋和弯起钢筋4）公式的适用范围A.上限当 hw/b 4时当 hw/b 6时当 4 hw/b6时，按线性内插法确定。 B.下限对 级钢筋，应使配箍率对 级钢筋，应使配箍率4.3.3 受扭构件承载力计算4.3.3.1 概述4.3.3.2 纯扭构件承载力计算1）变角空间桁架理论图 4.3.32 空间桁架2）规范给出的矩形截面纯扭构件承载力计算公式T 设计扭矩；Tc 混凝土受扭承载力；Ts 箍筋及受扭纵筋受扭承载力；ft 混凝土受拉强度设计值； W t 截面抗扭塑性抵抗矩， W t =b2(3h-b)/6， b为矩形截面短边； fyv 箍筋抗拉强度设计值，取值不大于 310N/mm2； 受扭纵筋与箍筋的配筋强度比，由式（ 4.3.51）计算， 尚应符合 0.6 1.7 的要求； 纯扭构件承载力计算步骤如下：（ 1）假定 值，例