钢筋混凝土结构演示文稿

钢筋混凝土结构演示文稿目前一页\总数五十五页\编于十九点钢筋混凝土结构目前二页\总数五十五页\编于十九点1材料的力学性能1.1钢筋的类别及力学性能1.1.1钢筋的种类和级别1）热轧钢筋HPB235,HRB335,HRB400,RRB4002）冷轧带肋钢筋3）预应力混凝土用钢棒、螺纹钢筋4）消除预应力钢丝和钢绞线目前三页\总数五十五页\编于十九点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

目前四页\总数五十五页\编于十九点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目前五页\总数五十五页\编于十九点1.2混凝土的强度、变形及其影响因素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目前六页\总数五十五页\编于十九点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

目前七页\总数五十五页\编于十九点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。目前八页\总数五十五页\编于十九点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1.2×10-5，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。目前九页\总数五十五页\编于十九点2钢筋混凝土结构基本计算原则2.1现行水工混凝土结构设计规范（SL191-2008）采用的计算方法采用极限状态设计方法，在规定的材料强度和荷载取值条件下，采用在多系数分析基础上以安全系数表达的方式进行设计。2.1.1结构功能的极限状态及其分类1.极限状态的定义

2.极限状态的分类承载力极限状态正常使用极限状态目前十页\总数五十五页\编于十九点2.1.2荷载分类及荷载标准值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）荷载标准值

荷载的标准值的取值

目前十一页\总数五十五页\编于十九点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γc=1.4

软钢取γs=1.1硬钢取γs=1.4材料强度标准值、设计值

目前十二页\总数五十五页\编于十九点2.2.1承载力极限状态设计表达式设计表达式：1基本组合当永久荷载对结构起不利作用时：

当永久荷载对结构起有利作用时：2.2极限状态设计的实用设计表达式

目前十三页\总数五十五页\编于十九点2偶然组合混凝土结构构件的承载力安全系数KSAk—偶然荷载标准值产生的荷载效应水工建筑物级别12、34、5荷载效应组合基本组合偶然组合基本组合偶然组合基本组合偶然组合钢筋混凝土、预应力混凝土1.351.151.201.001.151.00素混凝土按受压承载力计算的受压构件、局部承压1.451.251.301.101.251.05按受拉承载力计算的受压、受弯构件2.201.902.001.701.901.60目前十四页\总数五十五页\编于十九点2.2.2正常使用极限状态设计表达式

Sk(·)——正常使用极限状态的荷载效应组合值函数C——结构的功能限值（裂缝宽度或挠度限值）

fk——材料强度标准值

ak——结构构件几何参数的标准值目前十五页\总数五十五页\编于十九点3承载能力极限状态计算3.1钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算

受弯构件截面形式受弯构件正截面试验研究目前十六页\总数五十五页\编于十九点

梁的工作阶段A.试验结果分析B.梁的工作阶段Ⅰ.第Ⅰ阶段——拉区混凝土未裂阶段

Ⅱ.第Ⅱ阶段——裂缝阶段

Ⅲ.第Ⅲ阶段——破坏阶段

C.梁正截面破坏形态Ⅰ.适筋破坏

Ⅱ.超筋破坏

Ⅲ.少筋破坏目前十七页\总数五十五页\编于十九点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。目前十八页\总数五十五页\编于十九点2）界限破坏及界限受压区高度适筋、超筋、界限破坏时的截面平均应变图目前十九页\总数五十五页\编于十九点Asx0bh0hbes=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:目前二十页\总数五十五页\编于十九点在实际设计计算中，用矩形等效应力图代替实际应力图，并近似取xb=bx0b，故：水工规范取b=0.8,ecu=0.0033,则：(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；理论上讲，计算高度x=x/h0≤xb，则为适筋破坏；若x=x/h0>xb，则为超筋破坏。新规范SL191-2008与规范SL/T191-96相比给出更严格的规定，即：x≤0.85xb（x≤0.85xbh0）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(3.5)，可得：

(3.6)

目前二十一页\总数五十五页\编于十九点4.3.1.4单筋矩形截面构件正截面承载力计算基本公式：（3.7）

（3.8）1）截面配筋设计（1）由式（3.8）计算（2）由，求x。（3）若x≤0.85xb，则求r=xfc/fy，As=rbh0。若As<rminbh0，则取As=rminbh0；若x>0.85xb，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（）计算x。（2）如果x≤0.85xb，则由式（3.8）计算K；如果x>0.85xb，则取x=0.85xb，仍由式（3.8）近似计算K。（3）如果K≤[K]，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。[K]为规范规定的承载力安全系数目前二十二页\总数五十五页\编于十九点3.2钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算3.2.1概述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）斜压破坏目前二十三页\总数五十五页\编于十九点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3）箍筋配筋率r目前二十四页\总数五十五页\编于十九点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.仅配箍筋对于承受集中力为主的重要的独立梁，上式中的系数0.7改为0.5；1.25改为1.0。目前二十五页\总数五十五页\编于十九点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/b<6时，按线性内插法确定。

B.下限（最小配筋率）对HPB235级钢筋，对HRB335级钢筋，目前二十六页\总数五十五页\编于十九点3.3受扭构件承载力计算3.3.1概述3.3.2纯扭构件承载力计算

1）变角空间桁架理论目前二十七页\总数五十五页\编于十九点2）规范给出的矩形截面纯扭构件承载力计算公式K—承载力安全系数；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；

Wt—截面抗扭塑性抵抗矩，Wt

=b2(3h-b)/6，b为矩形截面短边；

fyv—箍筋抗拉强度设计值；ζ—受扭纵筋与箍筋的配筋强度比，ζ尚应符合0.6≤ζ≤1.7的要求；目前二十八页\总数五十五页\编于十九点纯扭构件承载力计算步骤如下：（1）假定ζ值，例如令ζ

=1.0或1.2；（2）由式求出箍筋（可假定直径求出间距）；（3）由求出抗扭纵筋Ast；（4）抗扭纵筋Ast沿周边均匀布置，至少应在四角布置。目前二十九页\总数五十五页\编于十九点3.3.3剪扭构件承载力计算

1）剪、扭相关性

2）矩形截面剪扭构件承载力计算剪扭构件的受剪承载力：剪扭构件的受扭承载力：bt——剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数，0.5≤bt≤1.0

目前三十页\总数五十五页\编于十九点3.3.4弯剪扭构件承载力计算

1）矩形截面弯剪扭构件

2）T形、工字形截面弯剪扭构件弯剪扭构件截面配筋示意图T形、工字形截面划分矩形截面的方法1/3Ast1/3AstAs+1/3Astb’fb’fbbbfhh’fhh’fhf目前三十一页\总数五十五页\编于十九点3.4钢筋混凝土结构受压构件承载力的计算3.4.1轴心受压构件的承载力普通箍筋柱的设计计算

式中K——承载力安全系数N——轴力设计值A——构件截面面积，当纵向钢筋配筋率r’>3%时，A应改为净截面面积An，An=A-As’；

As’——全部纵向钢筋的截面面积；

fc——混凝土的轴心抗压强度设计值；

fy’——纵向钢筋的抗压强度设计值；

j——轴心受压构件的稳定系数。目前三十二页\总数五十五页\编于十九点3.4.2偏心受压构件的承载力1）偏心受压构件的的破坏形态和分类

A、大偏心受压破坏

B、小偏心受压破坏

C、界限破坏2）矩形偏心受压构件的基本计算公式OCM(M3，N3)B(Mb，Nb)(M1，N1)AND(M2，N2)偏心受压构件的弯矩轴力关系目前三十三页\总数五十五页\编于十九点3）不对称配筋矩形偏心受压构件的截面设计与承载力复合4）对称配筋矩形偏心受压构件的截面设计A、对称配筋大偏心受压构件截面设计如果2as'≤x≤xbh0如果x<2as'目前三十四页\总数五十五页\编于十九点B、对称配筋小偏心受压构件截面设计目前三十五页\总数五十五页\编于十九点C、对称配筋矩形截面偏心受压构件设计步骤先假定大偏压计算x如果A’s<rminbh则取A’s=rminbh是否是否目前三十六页\总数五十五页\编于十九点3.4.4矩形、T形和工字形截面的偏心受压构件，其斜截面受剪承载力应按下式计算：式中:N——与剪力设计值V相应的轴向压力设计值，当N>0.3fcA时，取N=0.3fcA，此处A为构件的截面面积。目前三十七页\总数五十五页\编于十九点3.5钢筋混凝土受拉构件承载力计算

3.5.1概述3.5.2轴心受拉构件承载力计算3.5.3大偏心受拉构件正截面承载力计算3.5.4小偏心受拉构件正截面承载力计算目前三十八页\总数五十五页\编于十九点3.5.5矩形、T形和工字形截面的偏心受拉构，其斜截面受剪承载力应按下式计算：当式中右边的计算值小于时，取等于

且箍筋的受剪承载力Vsv值不小于0.36ftbh0。式中N——与剪力设计值V相应的轴向拉力设计值；aaPPNN目前三十九页\总数五十五页\编于十九点4正常使用极限状态验算4.1钢筋混凝土构件裂缝控制验算4.1.1裂缝控制（1）抗裂验算：（2）裂缝宽度验算：

水工规范根据水工混凝土结构所处的环境可分为下列五个类别：一类——室内正常环境；二类——室内潮湿环境、露天环境、长期处于地下或水下的环境；三类——淡水水位变动区或有侵蚀性地下水的地下环境，海水水下区；四类——海上大气区，海水水位变动区；五类——使用除冰盐环境，海水浪溅区，严重化学侵蚀性环境。目前四十页\总数五十五页\编于十九点4.1.2裂缝的成因及对策1）直接由荷载引起的裂缝2）非荷载因素引起的裂缝A、由于温度变化引起的裂缝B、由于混凝土收缩引起的裂缝C、由于基础不均匀沉降所引起的裂缝D、由于混凝土塑性塌落所引起的裂缝E、由于冰冻所引起的裂缝F、由于钢筋锈蚀所引起的裂缝G、由于碱骨料反应引起的裂缝生锈引起膨胀沿筋开裂在钢筋表面上由于生锈膨胀引起的裂缝、最后下部保护层脱落目前四十一页\总数五十五页\编于十九点4.1.3正截面抗裂验算4.1.4裂缝宽度计算按荷载效应的标准组合所求得的最大裂缝宽度wmax不应超过规范规定的限值。（1）轴心受拉构件：（2）受弯构件：目前四十二页\总数五十五页\编于十九点4.2钢筋混凝土构件变形验算4.2.1受弯构件的短期刚度Bs（1）不出现裂缝的构件（2）出现裂缝的构件4.2.2受弯构件的长期刚度B受弯构件的挠度计算按荷载效应的标准组合，根据构件的刚度B用结构力学方法计算，应满足：

[f]为规范给出的限值。目前四十三页\总数五十五页\编于十九点5预应力混凝土结构5.1预应力混凝土的基本概念所谓预应力混凝土结构，就是在结构受外荷载作用之前，预先人为的对混凝土预加压力，造成人为的应力状态，它所产生的预压应力能抵消外荷载所引起的大部分或全部拉应力。这样，在外荷载作用下，裂缝就能延缓发生或不致发生，即使发生了，裂缝宽度也比较小。5.2施加预应力的方法5.2.1先张法5.2.2后张法目前四十四页\总数五十五页\编于十九点5.3预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失5.3.1预应力钢筋张拉控制应力scon张拉控制应力scon是指张拉钢筋时预应力钢筋达到的最大应力值5.3.2预应力损失1）张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失sl12）预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失sl23）受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间的温度差引起的预应力损失sl34）预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失sl45）混凝土收缩和徐变引起的预应力损失sl56）环形构件采用螺旋式预应力筋时局部挤压引起的预应力损失sl6目前四十五页\总数五十五页\编于十九点5.3.3预应力损失组合

各项预应力损失是按不同张拉方式和不同时间分批发生的。水工规范将预应力损失分为两批：

先张法预应力损失不小于100，后张法不小于80项次预应力损失值的组合先张法后张法12混凝土预压前的（第一批）损失混凝土预压后的（第二批）损失sl1+sl2+sl3+sl4sl5sl1+sl2sl4+sl5+sl6各阶段预应力损失值的组合目前四十六页\总数五十五页\编于十九点5.4混凝土预压应力spc的计算5.4.1轴心受拉构件当混凝土由于徐变发生时，对非预应力筋产生压应力，假定压应力为sl5，其反作用力Assl5使混凝土产生拉应力，因此在求spc时，将扣掉所有损失的预应力钢筋回弹力Ap（scon-sl）和非预应力筋反作用力Assl5视作外力共同作用在截面上，按材料力学的方法求混凝土应力。与受弯构件不同的是轴心受拉构件预压应力spc沿截面是均匀分布的。而受弯构件预压应力spc沿截面是不均匀分布的。spcAP(scon-sl)Assl51)先张法：2)后张法：目前四十七页\总数五十五页\编于十九点5.4.2受弯构件1）先张法混凝土压应力：(s’con-s’l)A’p=s’p0A’p(scon-sl)Ap=sp0ApA’ss’l5Assl5ep0Np0spcy0y’py’sysyp目前四十八页\总数五十五页\编于十九点2）后张法(s’con-s’l)A’p=s’pA’p(scon-sl)Ap=spApA’ss’l5Assl5