城市轨道交通结构设计与施工4第四章.ppt

城市轨道交通结构设计与施工StructuralDesignandConstructionofUrbanRailTransit,主讲：周顺华教授同济大学交通运输工程学院,第三章限界,目录,第一节材料的物理力学性质,第二节钢筋混凝土受弯构建抗弯设计,第三节受弯构件斜截面承载能力计算,第四节钢筋混凝土受压构件计算,第五节钢筋混凝土受弯构件的变形计算及裂缝控制,第六节预应力混凝土构件抗弯设计,概论,钢筋混凝土结构优点,耐久性和耐火性较好，维护费用低。,充分发挥了钢筋和混凝土两种材料的特点，其构件有较大的强度和刚度。,可模性好，可根据需要浇筑成各种形状的结构。,耐辐射、耐腐蚀性能较好。,混凝土材料中大部分为砂石，便于就地取材。,钢筋混凝土结构缺点,检查、加固、拆除等比较困难。,自重较大，使得结构的很大一部分承载能力消耗在承受其自身重量上。,概论,预应力混凝土结构优点,可以节省材料，减少自重。,提高了构件的抗裂强度和刚度，增加了结构的耐久性。,可以减小混凝土梁的竖向剪应力和主拉应力。,预应力可作为结构构件连接的手段，促进了新型大跨度结构体系与施工方法的发展。,结构质量安全可靠。,预应力混凝土结构缺点,需要有专门的设备如张拉机具、灌浆设备等。,施工工艺较复杂，对施工质量要求很高。,概论,预应力混凝土结构的施工费用较大。,预应力反拱度不易控制。,结构的功能要求,适用性。,安全性。,耐久性。,1.材料的物理力学性质,钢筋,钢筋分类,钢筋混凝土结构对钢筋的性能要求,钢筋的计算强度,钢筋的计算强度（Mpa）表4-1,1.材料的物理力学性质,混凝土,立方体抗压强度,轴心抗压强度和轴心抗拉强度,混凝土的徐变,混凝土的收缩,1.材料的物理力学性质,钢筋与混凝土的黏结,黏结力的作用,黏结力的组成,保证钢筋与混凝土之间黏结力的构造措施,满足钢筋的锚固长度光圆钢筋端头做弯钩保证钢筋的塔接长度,保证钢筋与砼共同作用，阻止钢筋在混凝土中滑移。,化学胶着力、摩擦力、机械咬合力、钢筋端部锚固力。,2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计,钢筋混凝土受弯构件的破坏形态,少筋梁破坏梁的配筋率很低，属脆性破坏。,适筋梁破坏梁的配筋率适当，属延性破坏。,超筋梁破坏梁的配筋率很高，属脆性破坏。,（a)适筋梁弯矩-挠度关系曲线,（b)）适筋梁弯矩-应变关系曲线,2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计,图4-2矩形截面适筋梁受弯构件破坏的三个阶段的应力应变分布,适筋梁破坏过程,2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计,正截面受弯承载力计算基本假定,平截面假定。,不考虑受拉区的混凝土参与工作假定。,受压区混凝土应力-应变曲线采用抛物线加直线的曲线形式，如图4-3所示。钢筋应力-应变曲线采用两段直线的曲线形式，如图4-4所示。,图4-3混凝土应力应变曲线,图4-4钢筋应力应变曲线,2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计,受弯构件正截面受弯的应力图形,图4-6矩形截面受弯构件正截面等效应力分布及受压区高度,图4-5混凝土正截面理论应力应变分布图,2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计,基本计算公式,我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。,钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式,钢筋拉应力：,中性轴处的剪应力：,单筋矩形截面梁计算公式,根据混凝土结构设计规范（GB50010-2010）进行极限状态法设计，其计算公式如下：,我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。,钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式,钢筋拉应力：,我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。,钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式,中性轴处的剪应力：,钢筋拉应力：,我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。,钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式,我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。,钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式,钢筋拉应力：,我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。,钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式,中性轴处的剪应力：,钢筋拉应力：,我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。,钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式,2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计,双筋矩形截面梁计算公式,双筋矩形截面梁承载能力极限状态计算公式如下：,3.受弯构件斜截面承载能力计算,受弯构件斜截面破坏形态,剪压破坏,斜拉破坏,斜压破坏,影响斜截面受剪承载力的主要因素,混凝土强度,剪跨比,纵筋配筋率,荷载作用形式,梁截面尺寸,3.受弯构件斜截面承载能力计算,有腹筋梁受剪性能,有腹筋梁受剪承载力基本公式：,均布荷载作用下的梁受剪承载力计算公式：,4.钢筋混凝土受压构件设计,轴心受压构件,轴心受压构件分类,轴心受压构件强度计算,轴心受压构件稳定性计算,轴心压力作用下的构件的破坏,4.钢筋混凝土受压构件设计,偏心受压构件,偏心压力作用下的构件的破坏,轴心受压构件混凝土正应力计算,5.钢筋混凝土受弯构件的变形计算及裂缝控制,变形计算,挠度控制理由,使用功能要求安全行车要求用户心理要求砖墙（板）稳定要求,造成挠度过大的荷载条件,对正常使用极限状态按荷载持续时间长短可分：,荷载短期效应组合荷载长期效应组合,5.钢筋混凝土受弯构件的变形计算及裂缝控制,裂缝控制,裂缝开裂控制理由,外观要求耐久性要求,裂缝开裂控制标准,混凝土结构设计规范（GB50010-2010）铁路桥涵钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）,6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计,预应力混凝土构件受弯性能,预应力施加方法,预应力混凝土从预加应力到破坏，根据所受应力分为三阶段,先张法、后张法、电热法等,弹性阶段、开裂阶段和破坏阶段,全预应力混凝土受弯构件设计,6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计,预应力损失计算,预应力筋与孔壁壁间的摩擦引起的损失,张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失,对于先张法构件，混凝土加热养护时，先张拉的预应力筋与台座之间的温差引起的损失,6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计,预应力损失计算,预应力筋的应力松弛引起的损失,混凝土收缩和徐变引起的损失,在后拉法结构中，当分批张拉预应力钢筋时，对先张拉的钢筋应考虑混凝土的弹性压缩引起的应力损失,与均参照铁路桥涵钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）相关规定计算,6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计,预应力混凝土受弯构件的计算方法,正截面承载力计算,参照铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）：,矩形截面受弯构件正截面强度,斜截面承载力计算,配有预应力、非预应力钢筋、弯起钢筋梁斜截面受剪承载力应按下式计算：,6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计,预应力混凝土受弯构件的计算方法,使用阶段抗裂验算,对于轴心受拉、小偏心受拉或小偏心受压构件,对于受弯、小偏心受拉或大偏心受压构件,对不允许出现拉应力的构件，其正截面抗裂性按下面公式计算：,对不允