混凝土教案 PPT课件

1 第一章绪论一 混凝土结构的概念1混凝土的组成 2混凝土结构的分类 1 素混凝土结构 是由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构 2 钢筋混凝土结构 是由配置受力的普通钢筋 钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构 3 预应力混凝土结构 是由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其它方法建立预加应力的混凝土结构 2 3钢筋和混凝土是两种力学性能不同的材料 混凝土抗压强度高 而抗拉强度很低 钢筋具有很高的抗拉 压强度 但易腐蚀 在混凝土中配置钢筋 用抗拉强度高的钢筋承受拉力 用抗压强度较高的混凝土承受压力 可充分发挥两者的强度 二 钢筋和混凝土能有效地共同工作的原因 1钢筋和混凝土之间有良好的黏结力 2钢筋和混凝土具有相近的温度膨胀系数 当温度变化时不致产生较大的温度应力而破坏两者之间的黏结 3混凝土对钢筋的保护作用 3 三 钢筋混凝土结构的特点 1优点 1 易于就地取材 砂 石材料易于就地取材 可利用矿渣 粉煤灰等工业废渣 利于保护环境 2 承载力高 与砌体结构 木结构相比 3 耐久性好 正常使用下不需要经常性的保养和维修 4 整体性好 现浇钢筋混凝土结构整体性较好 具有良好的抗震 抗爆和抗振动的性能 5 耐火性好 与钢结构相比具有较好的耐火性 6 可模性好 可根据需要设计制成各种形状和尺寸的结构或构件 7 节约钢材 8 保养维护费用低 4 2缺点 1 自重大 自重大 不利于大跨度结构 高层建筑及抗震 2 抗裂性能较差 在正常使用时可带裂缝工作 对不允许出现裂缝或对裂缝宽度有严格限制的结构 要满足要求需提高工程造价 3 需要大量模板 木模板重复使用次数少 增加工程造价 4 施工受季节影响 施工受环境 气候条件的限制 雨季 冬季施工的不同 应采取不同措施以保证施工质量 5 第二章钢筋混凝土结构材料的力学性能一 混凝土1混凝土的强度1 1立方体抗压强度 规定以150mm的立方体为标准试件 在的温度和相对湿度90 以上的潮湿空气中养护28天 测得的抗压强度 单位为其强度等级符号用表示 根据混凝土立方体抗压强度标准值的数值 规范 规定 混凝土强度等级分为14级 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C80 6 影响立方体抗压强度的因素 1 试件上下表面是否加润滑剂 2 试件的尺寸影响 立方体越小 抗压强度值越高 3 加载速度的影响 加载速度越快 测得的强度越高 4 混凝土的龄期 随着混凝土的龄期逐渐增长 抗压强度增长开始较快 后来逐渐趋缓 往往延续若干年 7 1 2轴心抗压强度 棱柱体强度 用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称为轴心抗压强度 标准试件为150 150 300mm 其强度等级符号用表示 棱柱体强度与立方体强度之比 C50及以下取0 76 C80取0 82 在此之间按直线内插 高强混凝土的脆性折减系数 C40及以下取1 00 C80取0 87 C40 C80之间 按直线内插 8 1 3混凝土的轴心抗拉强度 是混凝土的基本力学指标之一 用表示 其值只是立方体抗压强度的1 17 1 8 可采用轴心受拉和劈裂试验确定 换算公式为 试中意义同上 9 2复合应力状态下的混凝土强度 1 双轴应力状态下 2 三向受压状态下 由于受到侧向压力的约束作用 最大主压应力增长较大 由试验得到的经验公式为 一向受压 一向受拉 混凝土强度降低 双向受压 混凝土强度提高 10 3 剪压或剪拉复合应力状态正应力和剪应力共同作用下 11 3混凝土的变形性能 1 混凝土在一次短期荷载作用下的变形性能混凝土受压时的应力 应变关系 棱柱体试件 2 不同强度的混凝土应力 应变曲线 0 002 12 强度越高 塑性越差 3 混凝土受压时应力 应变关系的数学模型 13 4 混凝土的变形模量 混凝土的弹性模量 原点切线模量 混凝土的变形模量 割线模量 混凝土的切线模量 弹性系数 14 6混凝土在长期荷载作用下的变形性能 徐变徐变 混凝土在荷载长期作用下 即压力不变的情况下 应变随时间继续增长的现象称为徐变 应变与时间的关系曲线 15 徐变与下列因素有关 1 混凝土的组成成分 水泥用量越多 水灰比越大 徐变越大 2 混凝土的制作方法 养护条件 养护时的温度越高 湿度越大 徐变越小 3 加载时混凝土的龄期越小 徐变越大 4 构件截面的形状 尺寸对徐变的影响 大尺寸混凝土徐变小 7混凝土的收缩和膨胀变形 1 特性 混凝土在空气中凝结硬化时体积收缩 而在水中凝结硬化时体积膨胀 通常 收缩值比膨胀值大得多 2 影响收缩的因素 1 水泥用量和水灰比 2 水泥标号和品种 3 骨料的物理性能 骨料的弹性模量大 收缩小 4 养护和环境条件 温度高 湿度大 收缩小 16 5 混凝土制作质量 振捣越密实 收缩越小 6 构件的体积与表面积比 比值大时收缩小 8混凝土的疲劳强度混凝土结构中 在使用期间内会出现荷载反复加 卸或正反双向反复加载的情况 这时混凝土的破坏极限强度要低于混凝土的静力极限强度 多次加载卸荷的应力 应变曲线如图P222 30应力的界限称为混凝土疲劳极限强度9混凝土的等级选用规定 1 混凝土结构的混凝土强度不宜低于C15 2 当采用HRB335级钢筋时 不宜低于C20 3 予应力混凝土结构的混凝土不宜低于C30 当采用纲绞线 钢丝作予应力筋时 不宜低于C40 17 2 1钢筋的物理力学性能1钢筋的化学成分1 碳素钢 依含碳量可分为低碳钢 中碳钢 高碳钢 含碳量越高 强度越高 但塑性下降 2 普通低合金钢 加入少量的合金元素如 锰 硅 钒等 有效提高钢材的强度和改善钢材的其他性能 18 2钢筋的品种和级别 品种 用于 普通钢筋混凝土 可使用热扎钢筋 予应力混凝土 可使用钢丝 钢绞线和热处理钢筋 热扎钢筋级别 HPB300 级钢 符号 为低碳钢 HRB335 级钢 符号 HRB400 新 级钢 符号 RRB400 余热处理 级钢 符号 为低合金钢 钢筋的冷拉和冷拔1 钢筋的冷拉 19 2 钢筋的冷拔 20 4钢筋的形式 P27二钢筋的力学性能 1 有明显流幅的钢筋的应力 应变曲线 2 无明显流幅的钢筋的应力 应变曲线 21 3 钢筋的塑性指标a 伸长率 b 冷弯性能 将直径为d的钢筋绕直径为D的弯芯弯曲到规定的角度后 无裂纹 断裂及起层现象为合格 4 钢筋的疲劳钢筋在承受重复 周期性的动荷载作用下 经过一定次数后 突然脆性断裂的现象 如吊车梁 桥面板 轨枕等 钢筋的疲劳强度低于其在静荷载作用下的极限强度 钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求 1 强度 钢筋的屈服强度和极限强度 断时的长度 22 2 塑性 钢筋在断裂前有足够的变形 3 焊接性 钢筋在焊接后的接头性能指标 可焊性好 即焊后不产生裂纹和过大的变形 4 温度要求 热扎钢筋的耐火性能最好 冷轧钢筋其次 予应力钢筋最差 5 与混凝土的黏结力 握裹力 钢筋表面形状是影响黏结力的最重要因素 二混凝土1混凝土的组成结构普通混凝土是由水泥 砂子和骨料用水拌和经过养护凝固硬化后形成的人工石材 2混凝土的强度指标 1 混凝土的抗压强度 23 10钢筋与混凝土的黏结作用 黏结力的形成 1 钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力 胶结力 这种吸附作用力一般很小 2 混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩擦力 收缩产生的压应力越大 接触面粗糙程度越大 摩擦力越大 3 钢筋表面凹凸不平 与混凝土之间产生的机械咬合作用力 对于光面钢筋 这种咬合力来自表面的粗糙不平 P23图2 31钢筋的黏结锚固要求 1 钢筋的保护层厚度1 基础的保护层厚度不应小于40mm 当无垫层时不应小于70mm 2 处于一类环境的预制构件保护层可按表中规定减少5mm 混凝土的使用环境类别 P26表2 23 板 墙 壳体中分布钢筋的保护层厚度不应小于10mm 梁 柱中箍筋和构造钢筋的保护层厚度不应小于15mm 24 2 钢筋的锚固长度按公式计算 锚固钢筋的外形系数P26表2 3 钢筋的锚固长度应符合下列 条的规定 3 钢筋机械锚固的形式 P27图2 37 3混凝土设计的基本原则 一 结构上的作用和结构承载力1结构上的作用和作用效应 1 作用的类型a 永久作用b 可变作用c 偶然作用 2 作用效应 内力和变形结构抗力是指整个结构或构件承受作用效应 即内力和变形 的能力 如构件的承载力和刚度 25 二 结构的功能要求和极限状态1结构的功能要求a 安全性 能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载和变形 b 适用性 结构正常使用过程中应具有良好的工作性 不产生过大的变形和裂缝 c 耐久性 结构在正常维护条件下 完好使用到设计规定的年限 一般年限为50年 2结构的安全等级 根据结构破坏时可能产生的后果严重与否 分为三个等级 3结构功能的极限状态 1 定义 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求 这个特定状态为该功能的极限状态 26 2 极限状态的类型 a 承载能力极限状态 结构或构件由于材料强度不够而破坏 或因疲劳而破坏 产生过大的塑性变形 丧失稳定 结构变为机动体系等均为超过承载能力极限状态 出现这些状态就不能满足安全性的要求 27 b 正常使用极限状态内容 出现影响正常使用的过大变形 裂缝过宽 局部损坏 过大的震动等均认为超过了正常使用极限状态 超过此种状态 结构或构件就不能保证适用性和耐久性的功能要求 4极限状态的方程设S表示荷载效应 R表示结构构件的承载力则当S R结构安全可靠当S R结构失效将承载能力极限状态函数可表示为 Z R S根据概率统计理论 R S 都是随机变量 则Z R S也是随机变量 当Z R S 0结构处于可靠状态当Z R S 0结构处于极限状态当Z R S 0结构处于失效 破坏 状态 28 29 二按近似概率的极限状态设计法1结构的可靠性可靠性 结构完成预定功能的能力 用可靠度来度量 可靠度 结构在规定的时间内 在规定的条件下 完成预定功能的概率 规定时间 结构的设计使用年限 一般50年 规定条件 正常设计 正常施工 正常使用和维护的条件 失效概率 设荷载效应为S 抗力为R 都是服从正态分布的随机变量 S R的平均值分别为 标准差分别为 则概率密度曲线为 30 令 可靠指标 重叠区的大小反映了抗力R和荷载S之间的概率关系 重叠的范围越小 结构的失效概率越低 若令Z R SZ也应该是服从正态分布的随机变量 Z的概率分布曲线为 31 则 平均值之差越大 即 越大 可靠指标 就越大 我国 规范 规定了按承载能力极限状态设计时的目标可靠指标 值 根据 结构的安全等级结构的破坏类型 查表3 3安全等级二级 延性破坏 3 2 1 分项系数 直接采用可靠指标进行设计工作量大 统计资料不足 影响计算 而采用以荷载和材料强度的标准值以及相应的 分项系数 来表示的方法 表达式中虽然用了统计与概率的方法 但只用到了统计平均值和均方差 并非实际的概率分布 并在导出分项系数时还作了假定 运算中采用了一些近似的处理方法 因此计算结果是近似的 3两类极限状态的设计表达式 3 17 32 2 承载能力极限状态设计表达式 a 荷载效应组合设计值 荷载分项系数 恒荷分项系数表示为 1 2 活荷分项系数表示为 1 4 1 3 荷载标准值 恒荷标准值为 活荷标准值为 b 结构抗力组合设计值 结构抗力标准值 附表1 附表6等 即等 材料强度分项系数 钢筋强度分项系数为 混凝土的分项系数为 1 1 1 5 1 4 33 3 引入结构重要性系数 则设计表达式为 S R 安全等级为一级不小于1 1安全等级为二级不小于1 0安全等级为三级不小于0 9 由可变荷载效应控制的极限状态设计表达式为 荷载组合值系数取0 6 由永久荷载效应控制为 组合系数 0 85风荷载 其它可变荷载1 0其它情况时 34 4 正常使用极限状态表达式特点 按正常使用极限状态设计时 变形过大或裂缝过宽虽影响正常使用 但危害程度不及承载力引起的结构破坏造成的损失大 所以可适当降低对可靠度的要求 计算时取荷载标准值 不需乘分项系数 也不考虑结构重要性系数 a 荷载的标准组合 用于当一个极限状态被超越时将产生严重损害时 c 荷载的频遇组合 用于当一个极限状态被超越时将产生局部损害时 b 荷载的准永久组合 当长期效应是决定因素时 可变荷载的频遇值系数 可变荷载准永久值系数 可变荷载组合值系数 35 第四章受弯构件正截面承载力计算前言 1 钢筋混凝土梁 板大都属于受弯构件 在荷载作用下 受弯构件的截面承受弯矩M和剪力V的作用 2 对受弯构件进行承载能力极限状态计算时 一般应分别进行正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力计算 3 钢筋混凝土受弯构件正截面受弯承载力计算 承载能力极限状态设计表达式 M Mu 36 梁 板的一般构造截面形式与尺寸1 截面形式 矩形 T形 工字形 槽形 空心板 倒L形等 37 2 梁 板的截面尺寸a 梁 矩形截面梁的高宽比一般取h b 2 0 3 5T形截面梁的高宽比一般取h b 2 5 4 0梁的高度采用h 250 300 350 750 800 900 1000mm等尺寸 b 板 板的厚度应满足最小厚度的要求 表4 4现浇板的宽度一般较大 设计时取单位宽度 b 1000mm 计算 3 材料选择与一般构造a 梁 混凝土选用C20 C40 钢筋的强度等级及常用直径纵向受力钢筋宜采用HRB335 HRB400 RRB400 常用直径为12 14 16 25mm 根数不少于3 或4 根 架立钢筋 为了固定箍筋并与受力钢筋连成钢筋骨架 38 钢筋净距 保护层及有效高度 保护层作用 1 保护纵向钢筋不被锈蚀 2 火灾等情况下 钢筋温度上升缓慢 3 使钢筋与混凝土有较好的黏结力 截面的有效高度 39 b 板 板的纵向受力钢筋常用HPB235 HRB335 HRB400 常用直径是6 8 10 12mm 现浇板的钢筋直径不宜小于8mm 钢筋间距一般为70 200mm 分布钢筋 将板上荷载更均匀地传递给受力筋 还可固定受力筋位置 分布钢筋宜采用HPB235 HRB335 常用直径为6 8mm 分布钢筋间距不应大于300mm 温度变化较大时 间距不应大于200mm 分布钢筋作用 p50 板中受力钢筋的净保护层为15mm 一类环境 40 受弯构件正截面受弯的受力过程1适筋梁正截面受弯的三个受力阶段 1 试验研究试验条件 a 适筋截面b 两点对称加荷c 中间区段无箍筋和架立筋 41 破坏情况 依配筋率的不同而不同 配筋率 纵向受力钢筋截面积 截面有效高度 梁截面宽度 2 主要试验结果 p42 a 应变发展情况 荷载增加 中和轴上升 截面变形增加 但基本符合平截面 b 应力发展情况 分三个阶段 见应力图 42 阶段 钢筋屈服 裂缝开展 即破坏阶段 阶段 裂缝发生 开展阶段 阶段 混凝土达到极限压应变 混凝土被压碎 43 正截面受弯破坏的三种状态图4 5p44 1 适筋梁破坏特征a 受力至破坏有明显三阶段 受拉混凝土开裂 受拉钢筋屈服 受压混凝土被压碎 充分利用了两种材料的性能 b 最终破坏前变形 裂缝明显 有预兆 属延性破坏 设计中广泛使用 2 超筋梁破坏特征a 受拉钢筋尚未屈服 受压混凝土已被压碎 钢筋强度未充分发挥 b 破坏前变形 裂缝很小 破坏突然 无明显预兆 属脆性破坏 设计中不允许 3 少