康老师砼PPT课件

.,1,混凝土结构设计规范,（GB50010-2010）简介康谷贻（天津大学建筑工程学院）,.,2,一、概况-编制组成立及修订过程,根据建设部建标200677号文的要求，由中国建筑科学院会同有关单位对国家标准混凝土结构设计规范GB50010-2002进行全面修订。参加修订的单位有：清华大学、天津大学、重庆大学、同济大学、东南大学、大连理工大学、哈尔滨工业大学、浙江大学、郑州大学、河海大学、湖南大学、西安建筑科技大学（12所大学），中国建筑设计院、北京市建筑设计研究院、华东建筑设计研究院、中国建筑西南设计研究院、中国航空工业规划设计研究院、南京市建筑设计院有限公司（6所设计院）及国家建筑工程质量监督检验中心、国家建筑钢材质量监督检验中心、中建国际建筑公司、北京榆构有限公司等共22个单位，修订组成员共30人。,.,3,2007年2月8日修订组成立暨第一次工作会议2008年召开了第二次、第三次工作会议，提出并讲座了征求意见初稿2009年7月20日提出规范征求意见稿，在全国范围广泛征求意见，共收到56个单位近200余名技术人员意见1500条2009年11反馈意见汇总、处理，对征求意见稿修改、补充形成送审初稿。在征求意见的同时，修订组组织有关单位完成了新版规范软件的编制工作并进行试设计、试设计工作于09年12月完成。2009年11月3012月2日送审稿审查会，在北京召开并通过。2010年6月规范报批2010年8月住房和城乡建设部发布公告，混凝土结构设计规范GB50010-2010，2011年7月1日实施。,.,4,二.修订原则,原则为“补充、完善、提高、不作大的改动。,.,5,三.主要修订内容,1.补充了“结构方案”和“结构防连续倒塌”的设计原则2.增加了“既有结构改造设计的原则”规定3.增加了“应力设计”内容-完善承载力极限状态设计内容4.按荷载效应准永久组合进行钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算5.增加了楼盖舒适度的设计要求6.完善了耐久性设计规定7.淘汰235MPa低强钢筋，增加500MPa高强钢筋，明确将400MPa级钢筋作为主力钢筋。倡导应用500MPa钢筋，逐步淘汰335MPa级钢筋；提出钢筋延性（最大力下总伸长率）的要求，以提高结构的变形能力的抗震性能8.提出了“并筋”的配筋方法,.,6,9提出了“非荷载效应(温差、收缩等)”分析的原则10提出了结构侧移产生的二阶(P-)效应分析方法11.完善了“钢筋和混凝土的本构关系”和“混凝土多轴强度准则”12.调整正截面承载力计算内容的表达方式13.完善了受压构件自身挠曲产生的二阶(P-)效应计算规定14.调整了斜截面受剪承载力计算方法，适当增加了安全儲备15.完善了双向受剪承载力计算方法，补充了抗震设计计算规定16.补充了拉-扭和拉-弯-剪-扭复合受力构件设计计算的相关规定17.修改了受冲切承载力计算公式,补充了抗震设计计算规定18.修改、明确了按应力配筋的有关要求19.补充调整了裂缝宽度计算规定（钢筋应力计算方法、受力特征系数的调整）,.,7,20.适当调整了钢筋的保护层厚度21.修改了锚固长度的有关规定，增加了“机械锚固”内容22.调整了纵向受力钢筋的最小配筋率要求23.在梁柱节点中引入“机械锚头”的新内容24.补充了装配式混凝土结构设计原则及有关构造要求25.补充、完善了“预应力混凝土构件计算的构造要求”增加了无粘结预应力混凝土构件的有关规定,.,8,27.调整了构件抗震等级及有关内力调整的规定28.调整了轴压比限值，增加了四级抗震等级的轴压比要求29.调整了节点核心区受剪承载力验算，扩大到三级抗震等级要求30.补充了连梁设计规定31.修改了剪力墙边缘构件的有关设计要求32.补充了预应力混凝土构件抗震设计的有关要求,.,9,四、试设计结果,.,10,.,11,总结,3.柱中加密区箍筋采用配箍特征值控制情况下，采用高强箍筋省钢20%以上4.用300MPa级取代235MPa级钢筋，用400、500MPa取代335MPa级钢筋，可明显减少钢筋用量，平均可减少约15%左右,.,12,5.对于荷载及内力甚大，由承载力确定配筋的构件应用高强钢筋，可省钢约1020%6.高强钢筋锚固长度、搭接长度增大，采用机械锚固和机械连接，并未明显增加用钢量7.对于荷载及内力不大，由最小配筋率确定截面配筋的情况采用HRB500MPa级钢筋总效果不明显，因此中高强400MPa级钢筋可能为未来的主力钢筋8.板柱结构在限制高度24m的情况下，钢筋等级不变情况下，用钢量增加1015%，采用高强钢筋后，总用钢量可以持平或减少9.新规范适用性好，在提高安全储备、抗灾能力和耐久性情况下，通过技术进步的采用高强材料等措施，有效地落实了节材、减耗、环保的目标,.,13,五、审查意见,混凝土结构设计规范（送审稿）审查会于09年12月2526日在北京召开，会议成立了19位专家组成的审查委员会对规范送审稿各章内容进行了逐条讨论和审查。审查意见如下：一、规范修订过程符合工程建设国家标准的编制程序要求，送审资料齐全，符合审查要求。二、规范（送审稿）符合现行的法律、法规和技术政策的要求，并与相关技术标准基本协调。三、规范（送审稿）较全面反映了我国近年来混凝土结构研究与应用技术的进步与发展，主要在以下方面对原规范做了重要的修订和改进：,.,14,1.不再列入235MPa级钢筋，纳入500MPa级钢筋，并以400MPa级钢筋作为主力钢筋，缩小了335MPa级钢筋的应用范围，提高了材料的利用效率，将促进能源资源节约、减少排放。2.增加了结构方案设计、既有结构设计及防连续倒塌设计原则等内容，加强了构造措施，提高了结构的整体性、稳固性和抵御灾害的能力。3.改善了耐久性设计内容，适当增加了混凝土保护层厚度，提高了混凝土结构的耐久性。4.修改了梁斜截面受剪承载力计算公式，完善了复杂受力结构构件的承载力设计方法。5.补充了无粘结预应力混凝土结构的有关设计内容，修改了预应力损失、构造等方面的内容。,.,15,.,16,.,17,六、各章主要的具体修订内容,（一）总则1.0.1条1.0.2条，条文中结构的设计还包括扩建、改造、受损的修建等，既有结构的设计（二）术语、符号,.,18,.,19,（三）基本设计规定,3.13.5见规范条文3.6见p.1214内容3.7见规范条文,.,20,3.6防连续倒塌设计原则,属新规范增加内容增加内容为：防连续倒塌设计原则，增强结构的整体稳定性，提高混凝土结构抗偶然作用的能力。,.,21,问题提出：,.,22,目标：,.,23,偶然作用：,.,24,3.6.1条：一般结构用的防倒塌设计要求,.,25,.,26,.,27,偶然作用柱失效柱所支承的梁为拉弯构件通过梁机制、悬链线机制（悬索机制）避免连续倒塌,图：水平构件拉结,.,28,.,29,四材料,.,30,.,31,各国规范钢筋强度等级限制,（1）美国ACI318-08,.,32,.,33,我国情况：,.,34,.,35,500MPa级钢筋应用技术研究的“关键技术”有：,.,36,一、二阶效应（Secondordereffect）,结构中的“二阶效应”是：作用在结构上的重力或构件中的轴压力在变形后的结构或构件中引起的附加内力（如弯矩）和附加变形（如结构侧移，构件挠曲）。,六承载能力极限状态计算,.,37,二、二阶效应分为两类：,.,38,结构侧移二阶效应（P-效应）由重力在产生了侧移的结构中形成的整体二阶效应，也称“重力二阶效应”。杆件挠曲二阶效应(P-效应)由轴压力在杆件自身挠曲后引起的局部二阶效应。通常P-效应起控制作用仅在少数偏压构件中形成，反弯点不在柱高范围内的较细长偏心压杆则有可能属于这类情况。,.,39,杆件挠曲二阶效应,(A)(B),右图，增大后的弯矩有可能大于M2,.,40,三、框架结构二阶效应的基本规律,有P-效应下的弯矩分布有P-效应下的弯矩分布,.,41,除底层柱以外，P-不增大其它各层柱上、下端竖向荷载一阶弯矩，反而略有减小作用。(a)(A),(A),.,42,P-效应增大所有柱端水平荷载弯矩(b)，每一层的效应对该层层间位移的增大程度与该层每一柱端弯矩的增大程度是相同的，但竖向荷载弯矩不被P-效应增大。,.,43,P-效应减少梁端竖向荷载弯矩，P-效应增大梁端水平荷载弯矩。,.,44,当框架产生水平位移时，柱除产生P-效应外，它相对于自己的轴线也产生了挠曲，所以轴压力在柱自身挠曲变形中也将形成P-效应，但通常不起控制作用。(b)(B),(B),.,45,如果框架杆件在无侧移状况下过于细长，在柱高度范围内被P-效应增大了的弯矩有可能大于柱端一阶弯矩，从而形成对框架柱截面设计起控制作用。(B),(B),.,46,四、在二阶效应计算中需注意的主要问题,1.P-效应只增大引起结构侧移的弯矩Ms，不增大不引起结构侧移的弯矩Mns，即：2.框架结构同层各柱柱端Ms被P-效应增大的比例应相同（层效应）；3.进行内力分析时，必须考虑钢筋混凝土结构构件材料非弹性的特点。否则计算出的附加弯矩（二阶弯矩）可能小4060%。（不能用弹性刚度，若用弹性刚度则、M值更偏小）02规范弯矩全部放大,.,47,五、P-效应的分析方法,（1）有限元分析方法，宜考虑混凝土构件开裂对构件刚度降低的影响（否则二阶弯矩低估4060%）。亦可称作，考虑折减构件刚度的弹性二阶分析方法。我国02规范7.3.12条称作：考虑二阶效应的弹性分析方法,.,48,美国规范ACI318-05称作二阶弹性分析方法（10.13.4条）,构件刚度折减系数,11规范5.3.4条未明确刚度折减系数取值，使用程序时应予以关注为妥,.,49,PKPM多高层结构计算软件,首先计算竖向荷载引起的整个结构的几何刚度，以此修改原有结构总刚，从而实现P-效应计算。,.,50,复杂高层建筑结构设计,P-效应的简化计算E.L.Wilsonetl.StaticandDynamicAnalysisofMulti-StoryBuildingIncludingP-Effects,EarthquakeSpectra,1987,2,.,51,结构变形后，各层结构自重会产生一个附加的倾覆力矩。层重量引起的倾覆力矩如下图示。,作用在第i层的附加倾覆力矩为,这一倾覆力矩可以为一对水平力代替,.,52,Wilson提出一个直接求解方法由图5.3.1写出结构整体平衡方程,KU=F+LU,令K=K-L,KU=F(5.3.4),.,53,七、P-效应计算,一、02规范的计算公式：标准柱两端铰支，单曲率，端弯矩相等,.,54,三、P-效应,02规范的计算公式：标准柱、两端铰支、单曲率、端弯矩相等。,（ei初始偏心距）,.,55,柱中点截面曲率,.,56,二、新规范：改称弯矩增大系数（P-效应弯矩增大系数）,.,57,.,58,三、当柱端弯矩不等，单曲率情况按新规范的计算公式（6.2.4-1）,公式（6.2.4-1）,.,59,四、Cm系数，参照美国规范、根据理论与试验结果分析给出,.,60,五、大多数情况可以不考虑P-效应的条文规定（6.2.3条）,.,61,l0构件的计算长度，可近似取偏心受压构件相应主轴方向两支承点之间的距离（l0.0H，和柱两端约束程度有关）（但按02规范7.3.11条现浇楼盖、框架柱、底层柱.0H、其他各层柱.25H）,.,62,细长柱问题,受力时短柱和中长柱会发生强度破坏，而细长柱会发生失稳破坏（图1）。,.,63,六承载能力极限状态计算,.,64,规范处理复合受力构件承载力计算方法的思路,.,65,.,66,.,67,.,68,6.3.16条同02规范7.5.16条，未作修改6.3.18条同02规范7.5.18条，未作修改,.,69,6.3.17条作了较大修改,6.3.19条新增条文，简化设计用,.,70,（七）正常使用极限状态验算,.,71,.,72,二、裂缝控制对钢筋强度利用的制约,.,73,.,74,.,75,3.在裂缝宽度计算中，起到主导作用的是荷载效应组合,.,76,.,77,4.欧洲规范的规定,.,78,.,79,正常使用极限状态，性质上可分两种,.,80,三、例题,.,81,2.计算有关参数,.,82,3.计算裂缝宽度,.,83,四、关于挠度的规定,.,84,刚度（短期刚度Bs和长期刚度B）的计算,.,85,（4）计算B,.,86,（十）预应力混凝土结构构件,.,87,.,88,.,89,.,90,二、纯无粘结预应力混凝土梁的特性,.,91,.,92,.,93,四、为改善纯无粘结梁的受力性能，必须配置非预应力筋即混合配筋梁,.,94,.,95,五、新规范的p计算公式,.,96,.,97,机械锚固带锚固板钢筋的应用简介,一、机械锚固的受力机理,图1带锚固板钢筋的受力机理示意图,.,98,带锚固板钢筋的锚固性能体现在两个阶段：受力初期阶段主要是粘结锚固，此阶段会持续直至达到最大粘结力，之后逐渐退化下降，即最大粘结力点是一个转折点，此后进入第二阶段，锚固力逐渐转移至锚固板上，此阶段会持续直至锚固板前混凝土局压破坏或钢筋屈服失效。值得注意的是，钢筋与混凝土间的最大粘结力与锚固板的最大局部承压力不是同时达到。如图1所示，钢筋所承受的外力由钢筋与混凝土之间的剩余粘结力和锚固板的局部承压力共同承担。,锚固板的净面积；,钢筋公称面积；,锚固板的总面积。,.,99,图锚固板占总锚固力的百分比与埋入深度的关系,.,100,二、锚固板,图3Caltrans试验研究使用的带锚固板钢筋,.,101,图4HRC摩擦焊带锚固板钢筋,.,102,图5“LentonTerminator”锥螺纹连接锚固板,.,103,CABR锚固板,本试验研究中，选用了如图所示的由中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司研制的专用于锚固钢筋用的锚固件CABRanchorageheadforrebar（以下简称“锚固板”，“CABR”为注册商标）进行试验研究。,图CABR钢筋锚固板,.,104,图CABR锚固板示意图,锚固板由圆形承压板与六角螺帽两部分组成,用螺纹连接方式将CABR锚固板与钢筋连接形成的机械锚固装置，见图。CABR钢筋锚固板组装件的极限抗拉强度不小于被锚固钢筋抗拉强度标准值。直径d=28mm的钢筋对应的锚固板外径65mm,长度34mm，相对头面积4.38；直径为d=25mm的钢筋对应的锚固板外径60mm,长度31mm，相对头面积4.76。（ACI318-08要求4）,.,105,三、应用：,20世纪80年代在海上采油平台中得到了广泛的应用，近十几年已用于桥梁、房屋等建筑中。,图8龙门核反应堆（2003年，中国台湾）,.,106,图9IncheonLNG储油罐（2005年，韩国）,.,107,图10怀来建设局大楼（2006年，中国）,.,108,图11秦山核电站扩建工程（2006年，中国）,.,109,图12使用带锚固板钢筋约束连梁斜向钢筋,.,110,图13在基础底板中，带锚固板钢筋取代带弯折钢筋（抗剪钢筋也为带锚固板钢筋）,.,111,图14在桥墩钢筋笼上使用,.,112,图15新Benicia-Martinez大桥,.,113,四、我国的研究,我国1991年起开展研究，从2005年至今我校和中国建筑科学研究院前后进行了三批试件的研究，并已将研究成果应用于工程中。近年来重庆大学也进行了应用研究，计划在最近制订技术标准逐步推广。导则已将机械锚固及节点构造中作了较大的补充。三批试验包括基本性能试验试件133个、节点试验10个（顶层和中间层端节点）。,图16试验试件位置,.,114,（一）节点试验简介,图17中间层端节点试验装置,.,115,（二）2009年顶层端节点试验（JD1，JD2，JD3）,图18顶层端节点试验装置,.,116,图19顶层端节点试验装置,.,117,图20节点试验加载程序,.,118,JD3结构图,如图21，是试件JD3的结构图，JD3的设计思路是，梁的主筋全部采用锚固板代替90弯折锚固，柱外侧梁宽范围内的2根主筋采用90弯折锚固，弯折头部增加锚固板，柱其他主筋（10根）也采用锚固板锚固。,.,119,图21JD3结构图,.,120,图22柱截面A-A图23梁截面B-B,.,121,柱筋d=28=400；梁筋d=28=400、d=25=478，均为HRB400热轧带肋钢筋，伸长率为2425%；箍筋d10HPB235，光面圆钢筋，fy=310MPaU形箍筋d16HRB400，