混凝土结构课件

Ch1.緒論1.1.鋼筋混凝土結構:

1.鋼筋混凝土（R.C）：R.C是鋼筋和砼按一定方式組成的能共同工作的建築材料。2.鋼筋混凝土結構：是鋼筋混凝土為主要承重骨架的結構。砼：抗拉強度大約是抗壓強度的1/10。砼結構素砼結構鋼筋混凝土結構（Reinforcedconcretestructure）預應力混凝土結構（Prestressedconcretestructure）例如：簡支梁碳纖維混凝土鋼纖維混凝土玻璃纖維混凝土300200ftF1）素砼梁F=8KN截面開裂並破壞2).R.C梁：受拉區配3

16鋼筋F3

16 Fcr=8.3KN截面開裂;Fu=36KN截面破壞。3).效果：梁的承載力大大提高，梁的受力性能改善。3.鋼筋和砼共同工作原因：1)鋼筋和砼之間存在粘結力；2)鋼筋和砼線膨脹係數接近；3)砼保護鋼筋4.特點：1)材料來源廣泛；2)耐久性和耐火性好；3)可模性好；4).現澆砼結構剛度大；5).砼自重大:重力密度：25kN/m³6).砼容易開裂。(先天不足)1.2.砼結構發展簡史及展望1824.Portlandcement1.第一階段：R.C小構件應用，承載力按彈性理論計算。2.第二階段：R.C空間結構和預應力砼結構，承載力按破壞階段計算。3.第三階段：工業化施工方法，承載力按極限狀態設計。材料：高強砼和高強鋼筋；結構：高層和大跨結構。4.第四階段:建立在概率理論基礎上的可靠度分析-----概率極限狀態設計法，電腦計算，砼力學1.3.結構設計思路

課程特點：

1).綜合性2).適用性3).發展性:TJ10-74,GBJ10-89，GB50010-2002

研究方法：規範、強制性條文，表格規律適用條件建立模式試驗計算公式1.初步設計階段—方案設計階段1）選擇結構體系2）選擇結構材料3）確定施工方法4）確定結構控制截面2.施工圖設計階段1）結構上荷載的計算2）內力計算3）截面設計4）畫施工圖砼結構設計1).材料的力學性能.3).受彎構件設計

偏心受壓構件正截面承載力1).R.C.房屋結構的選型和設計原則2).結構設計準則

正截面承載力計算4).受壓構件設計8).預應力砼構件砼結構砼結構基本理論2).R.C.梁板結構4).R.C.多高層建築結構

軸心受壓構件正截面承載力3).R.C.單層廠房結構

斜截面承載力計算5)受拉構件承載力6)受扭構件承載力7)R.C構件變形和裂縫驗算

參考書1。滕智明編«鋼筋混凝土基本構件»。清華大學出版社2。藍宗建編«混凝土結構設計原理»。東南大學出版社3。〔美〕艾倫威廉斯著«鋼筋混凝土結構設計»。中國水利水電出版社4。GB50010-2002«混凝土結構設計規範»5。雜誌：«建築結構學報»，«建築結構»«工業建築»等。Ch2.R.C材料的力學性能2.1.鋼筋2.1.1.鋼筋的強度及變形－力學性能1.應力-應變曲線(-)

1).軟鋼(有明顯流幅的鋼筋)

d0abce

a—比例極限,b、c—屈服應力

cd—強化階段

de—頸縮c—屈服強度:fyd—極限強度:fsu

2).硬鋼cd0

0.2

0.2%條件屈服點

0.2

是殘餘應變為0.2%時的應力.

0.2=0.85fsu2.強度和變形指標

1).強度:

屈服強度

fy---設計強度

fsu----極限強度,fy/fsu

0.852).變形:a).伸長率:=(L2-L1)/L1100%

越大,鋼筋延性或塑性越好

b).冷彎性能

品質檢測指標

軟鋼:fy,fsu,,冷彎性能硬鋼:fsu,,冷彎性能3.鋼筋的鬆弛和疲勞1).鋼筋的鬆弛鋼筋在高應力作用下,應變增加,應力減小的現象2).鋼筋的疲勞鋼筋的疲勞破壞是指鋼筋在承受重複週期、動荷載作用下,經過一定次數後,由塑性破壞變成脆性破壞的現象。2.1.2.鋼筋的級別和類型

1).碳素鋼:

低碳鋼c%<0.22%

中碳鋼c%=0.22%~0.6%

高碳鋼c%>0.6%

強度lowhigh變形好差

2).普通低合金鋼:40Si2MnV(HPB235)(HRB335)(HRB400)(RRB400)2).冷加工鋼筋：冷拉、冷拔、冷軋扭，螺旋肋

熱處理鋼筋:40Si2Mn強度:high塑性:差low好3).預應力鋼筋Diameters:d=6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,30mm~50mm1).熱軋鋼筋:IIIIII

（普通鋼筋）

R鋼絞線消除應力鋼絲：光面、螺旋肋、刻痕

2.1.3鋼筋的冷加工

1.冷拉:

0’kk’dd’ee’4562.冷拔:02.1.4.鋼筋砼結構對鋼筋品質的要求1.強度光面鋼筋：Isurface變形鋼筋：II、III2.塑性3.機械性能4.與砼的粘結力2.2.混凝土混凝土1).水泥+水作用:擴散砼應力使砼具有塑性變形能力.

2).水泥膠體

+石子、沙子水泥膠體(水泥結晶體和水泥膠塊)彈性骨架作用:抵抗外力使砼產生彈性變形骨料和水泥膠體之間產生微裂縫2.2.1.混凝土強度1.立方體抗壓強度（砼強度等級）f0cu1).定義:2).影響因素a).試件尺寸150×150×150b).齡期和養護條件:c)實驗方法:3).強度等級:C15,C20,C25-----C802.軸心抗壓強度（棱柱體抗壓強度）:fc0抗壓強度隨試件高度增大而降低:

試件：h/b=3~4

考慮折減係數：0.88試驗(P13):3.砼的抗拉強度:ft0直接張拉:劈裂試驗:4.砼的抗剪強度:fv04.複雜受力狀態下砼的強度

1).雙軸應力I.雙向受壓:抗壓強度提高II.一向受壓，另一向受拉：抗拉和抗壓強度均降低.III.雙向受拉：與單向抗拉強度相同.IV.剪壓狀態：

c-0.2-0.2

c1.01.01.21.20IIIIIIII0.50.70

c

c(0.5~0.7)c,抗剪強度

隨壓應力

增大而提高;當>0.7ƒc,減小.V.剪拉狀態：

隨拉應力

而降低.2）三軸受壓：抗壓強度和塑性均大大提高.5.局部受壓強度局部受壓強度提高.2.2.2.砼的變形1.砼的應力應變關係－短期單調加載：

c~c1)上升段OC:OA:(

c0.3c0):彈性,

candc

線性.AB:(

c=0.3c0~0.8c0):砼內部微裂縫發展.BC(

c>0.8c0):塑性變形發展，豎向裂縫出現

c

0=0.0015~0.0025＝0.002c

c02).下降段CD:

c

cu=0.0033~0.004

（極限壓應變）

c

c0ABCDfc0

0

cu

t

ft0

tu=0.0001~0.00015受拉:I.

c~c(受壓):2.重複荷載作用下的變形疲勞強度:4).砼的彈性模量Ec

5).剪切模量Gc

Gc=Ec/2(1+

c)

a).原點彈模Ecb).割線模量Ec’c).切線模量Ec’’

c0fcEcEc’Ec’’

c0

3.砼在長期作用下的變形—徐變

規範規定：Ec

（P16)

c—泊松比（橫向應變與縱向應變之比）1）徐變：砼在長期荷載作用下隨時間而增長的變形a).水泥凝膠體的粘性流動Time(m)

(×.001)

cr5101520250.51.01.5

c2).產生徐變的原因b).內部微裂縫的開展3).對構件影響:a).使變形增大4).影響徐變的因素:a).配合比b).產生預應力損失c).引起軸壓構件及結構的應力重分佈b).養護條件：溫度、濕度c).應力條件：加荷時的齡期加荷時的初始應力

c

c0.5c

0---線性徐變

c=（0.5~0.8）

c0---非線性徐變

c=0.8c

0---長期抗壓強度4.砼的收縮

2).收縮原因:水分蒸發1).收縮：砼在空氣中硬化體積減小的現象3).對構件影響:4).影響收縮的因素:

配合比，養護，體表比I.使砼產生拉應力II.引起預應力損失2.3.鋼筋與砼的粘結粘結應力是指鋼筋與砼接觸面上為抵抗變形差所產生的剪應力。2.3.1粘結性質

1.粘結應力:ABCD沒有鋼筋應力的變化，就不存在粘結應力。dxdx

As1).錨固粘結應力lald2)裂縫之間的粘結應力

2.粘結應力的試驗及粘結應力分佈----拔出試驗

ulap

max1)

為曲線分佈2)埋入長度越長，所需的力越大3)粘結強度

u=P/dla2.3.2粘結機理1.鋼筋和砼之間的膠著力

2.砼收縮和鋼筋之間的摩阻力

3.鋼筋表面凸凹不平和砼之間產生的機械咬合力2.3.3.影響粘結強度的主要因素鋼筋的表面形狀；砼的強度澆築位置；橫向壓力及橫向鋼筋鋼筋的淨距離；保護層厚度,光面受力鋼筋端部加彎鉤(P20)2.4鋼筋混凝土的一般構造規定1.混凝土保護層c：(P21)c２．鋼筋的錨固、連接：(P21)Ch3.混凝土結構設計基本原則—概率極限狀態設計法3-1極限狀態設計法的基本概念3.1.1結構的功能要求安全性適用性耐久性概括稱為結構的可靠性3.1.2結構的極限狀態1.承載能力極限狀態1）結構或構件滑移或傾覆2）結構或構件失穩3）結構或構件的材料超過極限強度4）結構或構件形成機構體系5）結構產生共振2.正常使用極限狀態1）結構水準側移或振幅過大2）構件撓度過大3）水池漏水3.1.3結構上的作用1.作用的方式使結構產生內力、變形、應力和應變的所有原因直接作用：間接作用：自重、人群地震2.時間的變異永久作用：可變作用：偶然作用：自重人群、風地震3空間變異固定作用可動作用4結構反應靜態作用動態作用3.1.4作用效應S和結構抗力R1.作用效應S：使結構產生的內力、變形M,N,V,T,f,

2.結構抗力R：結構抵抗作用效應的能力3.2結構可靠度分析R>S結構可靠3.2.1.R、S的不確定性：R：材料強度，抗力運算式S：荷載值、內力計算3.2.2.概率分析1.隨機變數Xi

和統計特徵值1).隨機變數平均值

:

2).標準差

:3).變異係數:=/

2.正態分佈xf(x)—密度函數F(x)

’’1).分佈曲線:N(,)分佈函數

、越小，變異越小，隨機變數越集中。3.保證率:

保證率是指隨機變數的數值不大於或不小於某一特徵值的概率值。x

’uf(x)

+’=1,u-特徵值

是不小於特徵值u的保證率.=(1),-保證率係數.u=x不大於特徵值u的概率:高斯（標準）正態分佈2失效概率Z<0的概率稱為失效概率。Pf3結構可靠指標：

Pf目標可靠指標(P30表3-3)3.2.3結構可靠度：1.定義：結構在規定的時間內、規定的條件下，完成預定功能的概率。定義：功能函數Z=R-SZ>0,R>S結構可靠Z<0,R<S結構失效Z=0,R=S極限狀態R、S服從正態分佈Zf(Z)

zZ=R-SPf3.3結構按極限狀態的設計法3.3.1.按承載能力極限狀態的設計運算式結構構件的重要性係數1.1,1.0,0.9S--作用效應（結構的內力組合設計值）R—結構抗力（結構的承載力設計值）1.作用（荷載）效應設計運算式1）由可變荷載效應控制的組合

G--永久荷載分項係數;

Q,Qi–第一個和第i個可變荷載分項係數Gk--永久荷載標準值;Q1k、Qik–可變荷載標準值;CG--永久荷載效應係數;

ci–可變荷載組合係數2）由永久荷載效應控制的組合荷載標準組合荷載准永久組合2.結構抗力設計值的運算式

c、s—材料（砼、鋼筋）分項係數fck、fyk—材料（砼、鋼筋）強度標準值

Qi–可變荷載准永久值係數

f1–可變荷載頻遇值係數3.3.2.按正常使用極限狀態的設計運算式構件的變形:fmax[f]裂縫控制：一級二級三級：預應力砼Wmax[W]3）一般排架、框架(P31)，簡化：荷載頻遇組合3.3.3.荷載取值1.荷載標準值：是荷載基本代表值Qf(Q)

QQk2.荷載分項係數永久荷載:

G=1.2；G=1.35；1.0（對構件有利時）可變荷載

Q=1.4；1.3荷載設計值G=

GGkQ=

QQk3.可變荷載准永久值：

qQk4.可變荷載頻遇值

fQk5.可變荷載的組合係數：3.3.5材料強度取值1.材料強度標準值(fk)：Gk，Qk在平均值的基礎上，滿足95%以上保證率f

ffk2.材料強度設計值(f)=材料強度標準值(fk)/材料分項係數(P32)

Q

Qch4.受彎構件正截面承載力計算slabAsAsAs’Tee-sectionM4.1實驗研究1.梁受力過程的三個階段

第I階段:(彈性)

砼開裂以前,M-f,M-s線性當M=Mcr,IIa.

fMMcrMyMuIIIIIIsMMcrMyfy砼開裂,M-f曲線出現明顯轉捩點,梁剛度降低.s

突然增加

第II階段:(帶裂縫工作)M>Mcr,WhenM=My,鋼筋應力s=fy,IIIIa第III階段:(破壞階段)裂縫發展很快,

y=fy

不變,s

、、c

迅速增加，當c=cu(M=Mu),受壓區砼被壓碎。因此，梁破壞。IIIa2.截面的應變和應力分佈

IMMcrftkIaMIIMyIIaMuIIIa

從加荷至破壞，橫截面始終保持一平面

Ia-抗裂驗算依據.II-裂縫和變形驗算依據.IIIa-受彎正截面承載力驗算依據.配筋率:=As/bh0h0—截面有效高度ho=h-asAshashob3.受彎破壞形式1）.少筋梁:

很低，砼一開裂，截面即破壞。

s=fy

“脆性破壞”

適當,截面開裂以後s<fy，隨著荷載增大，裂縫開展、s,f增加，當F=Fy(屈服荷載)