混凝土结构基本理论与设计01

CONCRETESTRUCTURE主讲王新玲教授混凝土结构基本理论与设计Ch1.绪论1.1.钢筋混凝土结构:

1.钢筋混凝土（R.C）：R.C是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作的建筑材料。2.钢筋混凝土结构：是钢筋混凝土为主要承重骨架的结构。砼：抗拉强度大约是抗压强度的1/10。砼结构素砼结构钢筋混凝土结构（Reinforcedconcretestructure）预应力混凝土结构（Prestressedconcretestructure）例如：简支梁碳纤维混凝土钢纤维混凝土玻璃纤维混凝土300200ftF1）素砼梁F=8KN截面开裂并破坏2).R.C梁：受拉区配316钢筋F316 Fcr=8.3KN截面开裂;Fu=36KN截面破坏。3).效果：梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。3.钢筋和砼共同工作原因：1)钢筋和砼之间存在粘结力；2)钢筋和砼线膨胀系数接近；3)砼保护钢筋4.特点：1)材料来源广泛；2)耐久性和耐火性好；3)可模性好；4).现浇砼结构刚度大；5).砼自重大:重力密度：25kN/m³6).砼容易开裂。(先天不足)1.2.砼结构发展简史及展望1824.Portlandcement1.第一阶段：R.C小构件应用，承载力按弹性理论计算。2.第二阶段：R.C空间结构和预应力砼结构，承载力按破坏阶段计算。3.第三阶段：工业化施工方法，承载力按极限状态设计。材料：高强砼和高强钢筋；结构：高层和大跨结构。4.第四阶段:建立在概率理论基础上的可靠度分析-----概率极限状态设计法，计算机计算，砼力学1.3.结构设计思路课程特点：1).综合性2).适用性3).发展性:TJ10-74,GBJ10-89，GB50010-2002研究方法：规范、强制性条文，表格规律适用条件建立模式试验计算公式1.初步设计阶段—方案设计阶段1）选择结构体系2）选择结构材料3）确定施工方法4）确定结构控制截面2.施工图设计阶段1）结构上荷载的计算2）内力计算3）截面设计4）画施工图砼结构设计1).材料的力学性能.3).受弯构件设计偏心受压构件正截面承载力1).R.C.房屋结构的选型和设计原则2).结构设计准则正截面承载力计算4).受压构件设计8).预应力砼构件砼结构砼结构基本理论2).R.C.梁板结构4).R.C.多高层建筑结构轴心受压构件正截面承载力3).R.C.单层厂房结构斜截面承载力计算5)受拉构件承载力6)受扭构件承载力7)R.C构件变形和裂缝验算

参考书1。滕智明编«钢筋混凝土基本构件»。清华大学出版社2。蓝宗建编«混凝土结构设计原理»。东南大学出版社3。〔美〕艾伦威廉斯著«钢筋混凝土结构设计»。中国水利水电出版社4。GB50010-2002«混凝土结构设计规范»5。杂志：«建筑结构学报»，«建筑结构»«工业建筑»等。Ch2.R.C材料的力学性能2.1.钢筋2.1.1.钢筋的强度及变形－力学性能1.应力-应变曲线(-)

1).软钢(有明显流幅的钢筋)d0abcea—比例极限,b、c—屈服应力cd—强化阶段de—颈缩c—屈服强度:fyd—极限强度:fsu

2).硬钢cd00.20.2%条件屈服点0.2是残余应变为0.2%时的应力.0.2=0.85fsu2.强度和变形指标

1).强度:屈服强度fy---设计强度fsu----极限强度,fy/fsu0.852).变形:a).伸长率:=(L2-L1)/L1100%越大,钢筋延性或塑性越好b).冷弯性能

质量检测指标

软钢:fy,fsu,,冷弯性能硬钢:fsu,,冷弯性能3.钢筋的松弛和疲劳1).钢筋的松弛钢筋在高应力作用下,应变增加,应力减小的现象2).钢筋的疲劳钢筋的疲劳破坏是指钢筋在承受重复周期、动荷载作用下,经过一定次数后,由塑性破坏变成脆性破坏的现象。2.1.2.钢筋的级别和类型

1).碳素钢:低碳钢c%<0.22%中碳钢c%=0.22%~0.6%高碳钢c%>0.6%

强度lowhigh变形好差

2).普通低合金钢:40Si2MnV(HPB235)(HRB335)(HRB400)(RRB400)2).冷加工钢筋：冷拉、冷拔、冷轧扭，螺旋肋

热处理钢筋:40Si2Mn强度:high塑性:差low好3).预应力钢筋Diameters:d=6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,30mm~50mm1).热轧钢筋:IIIIII（普通钢筋）R钢绞线消除应力钢丝：光面、螺旋肋、刻痕

2.1.3钢筋的冷加工

1.冷拉:0’kk’dd’ee’4562.冷拔:02.1.4.钢筋砼结构对钢筋质量的要求1.强度光面钢筋：Isurface变形钢筋：II、III2.塑性3.机械性能4.与砼的粘结力2.2.混凝土混凝土1).水泥+水作用:扩散砼应力使砼具有塑性变形能力.

2).水泥胶体+石子、沙子水泥胶体(水泥结晶体和水泥胶块)弹性骨架作用:抵抗外力使砼产生弹性变形骨料和水泥胶体之间产生微裂缝2.2.1.混凝土强度1.立方体抗压强度（砼强度等级）f0cu1).定义:2).影响因素a).试件尺寸150×150×150b).龄期和养护条件:c)实验方法:3).强度等级:C15,C20,C25-----C802.轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）:fc0抗压强度随试件高度增大而降低:试件：h/b=3~4

考虑折减系数：0.88试验(P13):3.砼的抗拉强度:ft0直接张拉:劈裂试验:4.砼的抗剪强度:fv04.复杂受力状态下砼的强度

1).双轴应力I.双向受压:抗压强度提高II.一向受压，另一向受拉：抗拉和抗压强度均降低.III.双向受拉：与单向抗拉强度相同.IV.剪压状态：

c-0.2-0.2c1.01.01.21.20IIIIIIII0.50.70cc(0.5~0.7)c,抗剪强度随压应力增大而提高;当>0.7ƒc,减小.V.剪拉状态：随拉应力而降低.2）三轴受压：抗压强度和塑性均大大提高.5.局部受压强度局部受压强度提高.2.2.2.砼的变形1.砼的应力应变关系－短期单调加载：c~c1)上升段OC:OA:(c0.3c0):弹性,candc

线性.AB:(c=0.3c0~0.8c0):砼内部微裂缝发展.BC(c>0.8c0):塑性变形发展，竖向裂缝出现c0=0.0015~0.0025＝0.002cc02).下降段CD:

ccu=0.0033~0.004（极限压应变）cc0ABCDfc00cutft0tu=0.0001~0.00015受拉:I.c~c(受压):2.重复荷载作用下的变形疲劳强度:4).砼的弹性模量Ec

5).剪切模量Gc

Gc=Ec/2(1+c)

a).原点弹模Ecb).割线模量Ec’c).切线模量Ec’’c0fcEcEc’Ec’’c03.砼在长期作用下的变形—徐变

规范规定：Ec（P16)c—泊松比（横向应变与纵向应变之比）1）徐变：砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形a).水泥凝胶体的粘性流动Time(m)(×.001)cr5101520250.51.01.5c2).产生徐变的原因b).内部微裂缝的开展3).对构件影响:a).使变形增大4).影响徐变的因素:a).配合比b).产生预应力损失c).引起轴压构件及结构的应力重分布b).养护条件：温度、湿度c).应力条件：加荷时的龄期加荷时的初始应力cc0.5c

0---线性徐变c=（0.5~0.8）c0---非线性徐变c=0.8c

0---长期抗压强度4.砼的收缩

2).收缩原因:水分蒸发1).收缩：砼在空气中硬化体积减小的现象3).对构件影响:4).影响收缩的因素:配合比，养护，体表比I.使砼产生拉应力II.引起预应力损失2.3.钢筋与砼的粘结粘结应力是指钢筋与砼接触面上为抵抗变形差所产生的剪应力。2.3.1粘结性质1.粘结应力:ABCD没有钢筋应力的变化，就不存在粘结应力。dxdxAs1).锚固粘结应力lald2)裂缝之间的粘结应力2.粘结应力的试验及粘结应力分布----拔出试验ulapmax1)为曲线分布2)