钢筋混凝土结构 教案

钢筋混凝土结构教案

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第1章绪论课题：第1章绪论讲授课时3授课日期第1周至第1周教学目的要求：掌握钢筋混凝土结构的基本概念，钢筋混凝土结构的优缺点，钢筋混凝土结构的发展历史，以及本课程学习的目的及特点。教学重点：1、钢筋混凝土结构的概念和定义；2、钢筋混凝土结构的优缺点；3、钢筋混凝土结构发展历史教学难点：钢筋混凝土结构优缺点。教学方法：直观演示法、讨论法，讲授法教具：计算机、投影仪、黑板等课时安排节次内容总课时其中讲授实验、实习课堂作业1钢筋混凝土结构的概念和定义钢筋混凝土结构的优缺点2202钢筋混凝土结构发展历史本课程学习的目的及特点110合计330第一章绪论第1节课题：钢筋混凝土结构的概念和定义；钢筋混凝土结构的优缺点讲授课时2授课日期星期日/2月星期日/月教学目的：1、学习钢筋混凝土结构的优缺点。教学重点：1、钢筋混凝土结构的定义和特点课程思政：钢筋混凝土两种力学性质相差很大的材料能够协同工作，正因为它们能够取长补短，协同工作，这和一个团队，一个集体一样，应该各尽其才，相互配合，才能发挥出最大的潜能。作业布置：教具：计算机，投影仪，黑板教学过程及教学内容1、混凝土结构基本概念；混凝土的来历2、混凝土结构分类；2-1、素混凝土结构2-2、钢筋混凝土结构2-3、预应力混凝土结构3、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构的特点及应用范围。钢筋混凝土结构是最重要的结构形式之一，其组成材料钢筋和混凝土的性能对结构影响很大。第一章绪论第2节课题：混凝土结构的发展史及课程学习特点和方法讲授课时1授课日期星期五24日/2月星期日/月教学目的：了解钢混混凝土结构的发展历史；学习钢筋混凝土结构课程的特点和学习方法。教学重点：1、混凝土结构发展的几个历史阶段2、装配式混凝土结构和3D智能建造课程思政：1、我国混凝土结构发展与世界水平的关系，解放前我国远远落后西方发达国家。解放后，特别是改革开放后，我国钢筋混凝土结构取的了突飞猛进的发展，已经成为世界第一基建大国，世界前十大高层建筑、前十大桥梁和前十大混凝土大坝，我国均占一半以上。2、钢筋混凝土结构按制造方法分为：整体式、装配式和装配整体式三种方式，重点讲述装配式建筑，以介绍我国住建部“2015年11月出台《建筑产业现代化发展纲要》计划到2020年装配式建筑占新建建筑的比例20%以上，到2025年装配式建筑占新建筑的比例50%以上”为切入点，指出装配式是建筑业的一场进化，更是一场革命；装配式建筑发展要发挥“大国工匠”精神；装配式建筑从工业制造进入到智能制造阶段。作业布置：教具：计算机，投影仪，黑板教学过程及教学内容钢筋混凝土结构发展的三个历史阶段第一阶段：从钢筋混凝土的发明至上世纪初。钢筋和混凝土的强度都比较低。主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。第二阶段：从上世纪20年代到第二次世界大战前后。混凝土和钢筋强度不断提高。1928年法国土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土，可以使用混凝土结构建造大跨度结构计算理论：开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法，50年代又提出更为合理的极限状态设计法，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性理论，采用容许应力设计方法。第三阶段：二战后到现在。出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程。计算理论：发展了以概率理论为基础的极限状态设计法，而新型混凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的课题，并不断促进混凝土结构的发展。我国装配式建筑行业发展已经近70年，从人工制作到机械化生产、由借鉴到突破创新。20世纪50年代，我国借鉴前苏联等国家的经验，在国内推行装配式建筑，以混凝土结构为主的装配式建筑得到快速发展。到80年代，抗震性能差，防水、隔音等问题的出现，装配式建筑发展缓慢。进入21世纪，在可持续发展和劳动力紧缺的背景下，装配式建筑行业迎来发展新机遇，2014年以来，国家和地方政府相继出台各项政策大力推广装配式建筑，加上装配式建筑的相关技术工艺发展逐渐成熟，我国装配式建筑行业迎来快速发展新阶段。近年来，国家连续发布了多项政策支持装配式建筑发展。2022年1月住建部印发了《“十四五”建筑业发展规划》，指出“十四五”期间装配式建筑占新建建筑的比例达到30%以上，下图为混凝土预制装配式建造及我国2017-2022年新建装配式建筑面积及占新建建筑比例。在绿色低碳转型、“碳达峰碳中和”等目标的引领下，鼓励各行业绿色健康发展。2022年以来，国家和各部委相继出台了《“十四五”建筑业务发展规划》《关于进一步释放消费潜力促进消费持续恢复的意见》，都提出要推进生产生活低碳化，大力发展装配式建筑，全面推行绿色施工。和传统建筑模式相比，装配式建筑组装轻便，不用在现场大规模施工，利用工厂生产成型的部品部件，直接在施工现场进行组装，能从根本上改变施工现场“脏乱差”的环境，有效降低施工建筑中的碳排放和环境污染，有巨大的发展潜力和市场空间。同时，随着第四次工业革命的到来，为加快推动建筑业转型升级、促进建筑业高质量发展，2020年7月，国家住建部等13个部门联合印发了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，2022年10月，住建部选定24个城市开展智能建造试点，把智能建造的需求推向了新的高度。3D打印作为智能建造的重要方向之一，是促进建筑业转型升级、实现高质量发展的一种重要手段。下图为3D打印建造建筑。3、本课程的目的及特点主要目的：掌握混凝土结构的基本概念、基本理论及构造要求，能进行钢混结构的设计，并具有绘制和识读结构施工图的能力，为将来从事设计工作、施工及管理岗位的技术工作工作打下牢固的基础。第2章钢筋混凝土材料的物理力学性能课题：第2章钢筋混凝土材料的物理力学性能讲授课时5授课日期第1周至第2周教学目的：1、掌握钢筋的分类及力学性能；2、掌握混凝土材料强度指标与一次短期受压加载下的应力应变曲线；3、掌握混凝土材料的变形性能；4、掌握混凝土材料的收缩和徐变的基本概念和影响因素；5、熟悉钢筋与混凝土的粘结性能。教学重点：1、钢筋分类及钢筋的应力应变曲线；2、混凝土的强度概念、强度指标及混凝土一次短期加载时的受压应力应变曲线；3、混凝土的变形模量；4、混凝土的收缩和徐变；5、钢筋与混凝土强度及主要影响因素。教学难点：1、钢筋的应力应变曲线；2：混凝土一次短期加载时的受压应力应变曲线；3：混凝土收缩和徐变的定义及对工程的影响；4：钢筋与混凝土的粘结作用组成教学方法：直观演示法、讨论法，讲授法教具：计算机、投影仪、黑板等课时安排节次内容总课时其中讲授实验、实习课堂作业1钢筋的品种和力学性能1102混凝土的物理力学性能（一）2213混凝土的物理力学性能（二）；钢筋与混凝土的粘结221合计552第二章钢筋混凝土材料的物理力学性能第1节课题：钢筋的品种和力学性能讲授课时1节授课日期星期一日/月星期日/月教学目的：1、熟悉钢筋的分类及混凝土结构和预应力混凝土结构所用钢筋的主要品种及性能；2、熟悉有明显屈服点钢筋和无明显屈服点钢筋的应力应变曲线；3、熟悉钢筋的力学性能指标及意义；4、了解钢筋冷加工的概念及冷加工钢筋的性能与应用；5、熟悉混凝土结构对钢筋性能的要求。教学重点：1、钢筋的分类；2、有明显屈服点钢筋和无明显屈服点钢筋的应力应变曲线。课程思政：金山银山就是绿水青山思想。根据国家的技术政策，增加500MPa级钢筋；推广400MPa、500MPa级高强钢筋作为受力的主导钢筋；限制并准备淘汰335MPa级钢筋；立即淘汰低强的235MPa级钢筋，代之以300MPa级光圆钢筋。采用高强钢筋导致钢筋用量的减少，减少混凝土结构施工中钢筋加工和连接工作量；改善混凝土结构中节点、基础等部位钢筋密集分布的现状，利于混凝土浇筑，提高施工质量。绿色发展和可持续发展理念。应对全球气候变化和节能减排既是巨大挑战，又是契机，中国需要把握住发动甚至领导“绿色工业革命”的机会，走出一条绿色发展之路。作业布置：教具：计算机，投影仪，黑板教学过程及教学内容1、混凝土结构用钢筋的种类1-1、按化学成分分类低碳钢（含碳量＜0.25%）碳素钢中碳钢（含碳量0.25～0.6%）高碳钢（含碳量＞0.6%）普通低合金钢含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性下降。工程中常用低碳钢。普通低合金钢是在碳素钢的基础上，再加入微量的合金元素，如硅、锰、钒、钛、铌等，目的是提高钢材的强度，改善钢材的塑性性能。1-2、按生产加工工艺和力学性能分类HPB300：光圆筋Φ热轧钢筋HRB335：变形筋（月牙纹）ΦHRB400、500：变形筋（螺纹、人字纹、月牙纹）热处理钢筋：经淬火、回火处理1-3、钢筋按其外形不同分为光面钢筋、变形钢筋(螺纹、人字纹和月牙纹)2、钢筋的主要力学性能2-1、钢筋σS–εS曲线有屈服点钢筋：强度较低、塑性变形大无屈服点钢筋：强度高、塑性变形小图2-图2-1钢筋的应力－应变曲线（a）εs0εyσsfufy（b）00.2%εsσsσbσ0.22-2、钢筋的力学性能指标（1）钢筋的强度对于有明显屈服点钢筋，取屈服强度fy作为钢筋强度的计算指标。这是因为当钢筋屈服后，钢筋虽然没有断裂，但会产生较大的塑性变形，即使荷载不增加，构件也会产生很大的裂缝和变形，超出正常使用的允许值。对于无明显屈服点钢筋，为了防止构件的突然破坏并防止构件的裂缝和变形太大，设计强度取其条件屈服强度σ0.2作为钢筋强度的计算指标。目前，《规范》统一取σ0.2为极限抗拉强度σb的0.85倍，即σ0.2=0.85σb。（2）、钢筋的伸长率和冷弯性能钢筋伸长率（δ5或δ10）：伸长率大，则钢筋塑性好，拉断前有明显的预兆，属于延性破坏；伸长率小，说明钢筋塑性较差，拉断前变形小，破坏突然，属于脆性破坏。钢筋冷弯性能：在常温下将钢筋绕规定的直径D弯曲α角度而不出现裂纹、鳞落和断裂现象,既认为钢筋的冷弯性能符合要求。D愈小,α愈大,则弯曲性能愈好。第二章钢筋混凝土材料的物理力学性能第2节课题：混凝土的物理力学性能（一）讲授课时2授课日期星期一27日/2月星期日/月教学目的：1、熟悉混凝土的强度概念及三个强度指标，了解混凝土强度等级的选用；2、熟悉混凝土一次短期受压加载时的应力应变曲线。教学重点：1、混凝土的强度及三个强度指标；2、混凝土一次短期受压加载时的应力应变曲线。课程思政：1、辩证统一思维方式的渗透和体验。要看到事物共性和对立的两面，即要以坚持全面发展的高度为前提，把二者有机统一起来，以实现两者和谐发展。凝土强度等级越高，应力-应变曲线下降段的形状有较大的差异，强度越高，下降段越陡，即延性越差。这是材料普通存在的规律，也就是同一种材料其强度和延性或韧性不可同时提高，这也符合辩证法的思想。如何在强度和延性二者之间进行平衡，或者通过改善材料组成上，在不降低或能够提高强度的情况下提高材料延性，就应该是工程师要考虑和解决的问题，比如纤维混凝土就是在解决这一矛盾的情况下产生的。2、大连理工大学从上个世纪80年代开始，以赵国藩院士、宋玉普教授为首的大工人，自主研发和制作了多功能混凝土三轴试验装置系统，完成了多种混凝土的多轴强度试验。提出了多个以大连理工大学命名的强度准则和本构关系，在国内外该领域的研究中有较大的影响力，占据了一席之地。彰显的是大工力量和大工实力。老一辈的大工人，在国家重大工程、重大科研课题和重要研究领域，做出了突然贡献，促成了今天的大工能够在全国理工科院校中排名靠前。作为今天的大工人，又有什么理由不努力学习，为母校争光呢？作业布置：思考题2.3、2.4教具：计算机，投影仪，黑板教学过程及教学内容1、混凝土的强度1-1、立方体抗压强度《规范》规定：按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度标准值，用fcu,k表示，单位为N/mm2（MPa）。立方体抗压强度是衡量混凝土强度高低的基本指标值，是确定混凝土强度等级的依据。现行规范将混凝土划分为14个强度等级，一般将C50以上的混凝土称为高强混凝土。工程当用到边长100mm或200mm的非标准试件时，应将其立方体抗压强度实测值分别乘以换算系数0.95和1.05。1-2、轴心抗压强度采用150×150×300mm的棱柱体试件测得的抗压强度为混凝土的轴心抗压强度标准值，用fc,k表示。其与立方体抗压强度标准值之间近似下列关系：fc,k＝0.88αc1αc2fcu,k（2-1）1-3、轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度很低（约为抗压强度的1/10～1/8），其标准值可采用轴向拉伸试验或劈裂抗拉试验来确定。混凝土的轴心抗拉强度标准值ft,k与立方体抗压强度标准值fcu,k之间具有以下关系：ft,k＝0.88×0.395（1－1.645δ）0.45×αc2（2-2）式中δ——混凝土强度变异系数。混凝土轴心抗拉强度是钢筋混凝土构件抗裂度、裂缝宽度和变形验算时的强度指标。1-4、复合应力状态下的混凝土强度在复合应力状态下，混凝土的强度和变形性能与单轴应力状态下有明显的不同。混凝土三向受压时，混凝土一向的抗压强度随另两向压应力的增加而增大，并且混凝土的极限压应变也大大增加。因为侧向压力约束了混凝土的横向变形，抑制了混凝土内部裂缝的出现和开展，使得混凝土的强度和延性均有明显提高。在工程中常采用密排箍筋柱、螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱,其核芯区形成“约束混凝土”，可使构件承载力和延性得到明显提高。2、混凝土的变形混凝土的变形分为两类：一类是由于荷载作用而产生的受力变形，另一类是由于混凝土的收缩和温湿度变化等产生的体积变形。2-1、混凝土在一次短期加载时的变形性能⑴混凝土在一次短期加载下的应力-应变关系混凝土棱柱体试件在受压时的应力-应变曲线上升段oc大致可分为三段：oa段（σc≤0.3fc）：压应力较小，混凝土基本处于弹性阶段工作，应力-应变关系呈直线，卸载后应变可恢复到零；ab段（0.3fc＜σc≤0.8fc）：随着压应力增大，混凝土开始出现塑性变形，应力-应变关系偏离直线；此阶段混凝土内部微裂缝开始延伸、扩展；bc段（0.8fc＜σc≤1.0fc）：混凝土塑性变形显著增大，c点达峰值应力（σc＝fc），相应的峰值压应变ε0≈0.002。此阶段混凝土内裂缝不断扩展，裂缝数量及宽度急剧增加，最后形成相互贯通并与压力方向相平行的裂缝，试件即将破坏。下降段ce：压应力达到c点峰值应力后，曲线开始下降，应力逐渐降低，应变继续增大，并在d点出现拐点，d点相应的应变称为混凝土的极限压应变εcu，一般为0.0033。εcu值越大，说明混凝土的塑性变形能力越强，即材料的延性越好，抗震性能越好。⑵混凝土的横向变形系数混凝土试件在一次短期加压时，其纵向产生压缩应变εcv，而横向产生膨胀应变εch，其比值υc＝εch,/εcv称为横向变形系数（又称泊松比），在混凝土应力σc＜0.5fc时，其值基本为常数，《规范》取υc=0.2；当σc＞0.5fc时，横向变形突然增加，表明混凝土内部微裂缝开始迅速发展。⑶混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量混凝土的应力与其弹性应变之比称为混凝土的弹性模量，用符号Ec表示：Ec＝（2-3）第二章钢筋混凝土材料的物理力学性能第2节课题：混凝土的物理力学性能（二）；钢筋与混凝土的粘结讲授课时2授课日期星期五日/月星期日/月教学目的：1、了解重复荷载下混凝土的变形；2、熟悉混凝土收缩、徐变的概念及影响因素，对工程的影响及工程中为减小收缩和徐变所采取的措施；3、了解钢筋与混凝土的粘结作用，熟悉工程中保证钢筋与混凝土粘结的构造措施。教学重点：1、混凝土的收缩和徐变；2、钢筋与混凝土的粘结作用及工程中的构造措施课程思政：金无足赤，人无完人；扬长避短，各得其所：混凝土、钢筋各有其优缺点，跟我们每一个人一样，但我们可以扬长避短，就像钢筋混凝土结构中，让“混凝土受压、钢筋受拉”，发挥自己的长处，各得其所。作业布置：思考题2.5、2.6教具：计算机，投影仪，黑板教学过程及教学内容1、混凝土的变形1-1、混凝土在重复荷载作用下的变形性能工程中的某些构件(如吊车梁)，在其使用期限内要承受大约二百万次以上的重复荷载作用，在多次重复荷载作用情况下，混凝土的强度和变形性能都有着重要变化，混凝土会由于荷载重复作用而产生疲劳破坏。疲劳破坏的产生取决于加载时应力是否超过混凝土疲劳强度fcf，疲劳强度fcf与荷载重复作用的次数、应力变化幅度及混凝土强度等级有关。承受重复荷载作用并且荷载循环次数不少于200万次的构件必须进行疲劳验算。1-2、混凝土在长期荷载作用下的变形性能——徐变混凝土在不变荷载长期作用下，其应变随时间而继续增长的现象称为混凝土的徐变。徐变对结构构件的影响：使构件变形增大，引起内力重分布，产生较大的预应力损失。徐变发展规律是先快后慢，通常在最初六个月内可完成最终徐变量的70～80%，第一年内可完成90%左右，其余部分在以后几年内逐步完成，经过2～5年徐变基本结束。产生徐变的原因：一是混凝土中尚未形成水泥石结晶体的水泥石凝胶体的粘性流动所致；二是由于混凝土内部微裂缝在长期荷载作用下不断发展和增长，从而导致应变的增长。影响徐变的因素主要有以下几方面：⑴应力条件：初始加荷应力越大，徐变越大；加载时混凝土的龄期越短，徐变越大。在实际工程中，应加强养护使混凝土尽早结硬可减小徐变。⑵内在因素：骨料越坚硬，徐变越小；水灰比越大，水泥用量越多，徐变越大。⑶环境因素：受荷前养护的温度越高，湿度越大，水泥水化作用就越充分，徐变就越小；加荷期间温度越高，湿度越低，徐变就越大。钢筋与混凝土之间的粘结作用2-1、钢筋与混凝土共同工作的原因：1）线膨胀系数接近——变形一致钢筋：1.2×10-5/℃；2）二者间有粘结力——变形协调混凝土：(1.0~1.5)×10-5/℃；3）混凝土包裹钢筋——防锈蚀2-2、粘结作用的组成胶合作用；摩擦作用、咬合作用。光圆钢筋的粘结作用主要由前两者组成；变形钢筋的粘结作用主要由咬合作用组成。2-3、粘结强度及其影响因素定义：钢筋与混凝土的粘结面上所能承受的平均剪应力的最大值为粘结强度。测定：拔出试验；粘结力分布：非均匀分布主要的影响因素：1）.钢筋表面形状；2）混凝土强度；3）侧向压应力；4）混凝土保护层厚度和钢筋净距；5）横向钢筋的设置；6）钢筋在混凝土中的位置。第3章钢筋混凝土结构的设计理论与方法课题：第3章钢筋混凝土结构的设计理论与方法讲授课时6授课日期第3周至第4周教学目的要求：了解以概率论为基础的极限状态设计方法的基本原理；掌握结构的功能和可靠性，熟悉结构上作用的定义和类型；掌握结构抗力的概念，抗力函数，材料强度标准值；熟悉极限状态和极限状态方程的基本概念，了解失效概率和可靠指标，结构的可靠度、目标可靠指标的概念，掌握建筑结构安全等级；掌握两种极限状态实用设计表达式，荷载分项系数、荷载效应组合、材料强度分项系数、材料强度设计值。教学重点：结构上的作用的定义和类型，荷载代表值：标准值、频遇值、准永久值，荷载效应；结构抗力的概念，抗力函数，材料强度标准值；3、两种极限状态实用设计表达式，荷载分项系数、荷载效应组合、材料强度分项系数、材料强度设计值；4、极限状态和极限状态方程的基本概念。了解结构设计中的不确定性、失效概率和可靠指标，结构的可靠度、目标可靠指标的概念。教学难点：1、结构的可靠度、目标可靠指标的概念；2：两种极限状态实用设计表达式，荷载分项系数、荷载效应组合、材料强度分项系数、材料强度设计值。教学方法：直观演示法、讨论法，讲授法教具：计算机、投影仪、黑板等课时安排节次内容总课时其中讲授实验、实习课堂作业1钢筋混凝土结构设计理论的发展；结构的功能与可靠；结构上的作用2212结构抗力的概念，抗力函数，材料强度标准值；极限状态和极限状态方程的基本概念2213结构设计中的不确定性、失效概率和可靠指标，结构的可靠度、目标可靠指标、实用表达式221合计663第三章钢筋混凝土结构的设计理论与方法第1节课题：钢筋混凝土结构设计理论与方法的发展、结构的功能与可靠性及结构上的作用讲授课时2授课日期星期一日/月星期日/月教学目的：了解钢筋混凝土结构设计理论与方法的发展历史；掌握结构的功能与可靠性。教学重点：1、结构的功能与可靠性的概念和定义课程思政：1、随着科学技术的进步和实践经验的积累，钢筋混凝土结构设计理论和方法不断发展、完善，经历了从弹性理论到极限状态设计理论的转变，在设计方法上也由最初的单一安全系数法发展到现在的概率极限状态设计法。概率极限状态方法能够考虑钢筋混凝土结构在设计、施工、使用过程中可能存在的各种不确定性因素，如结构承受的荷载、材料强度、结构尺寸等。分析容许应力设计法、破坏阶段设计法等方法的局限性和不足。培养学生对科学技术史的认识和对待科学技术史的态度。科学技术的发展具有明显的历史性和阶段性。对于某一项技术，既要从科学的角度分析其存在的不足，有不能脱离当时的历史现实。而对科学技术史的分析，最终还是要为科学技术的发展提供动力和思想源泉。作业布置：3.1教具：计算机，投影仪，黑板教学过程及教学内容1、钢筋混凝土结构设计理论与方法的发展1-1、容许应力设计法最早的钢筋混凝土结构设计理论是采用以弹性理论为基础的容许应力设计计算方法。（3-1）（3-2）1-2、破坏阶段设计法着眼于研究构件截面达到最终破坏时的应力状态，从而计算出构件截面在最终破坏时能承受的极限内力（对梁、板等受弯构件，就是极限弯矩）。(3-3)1-3、极限状态设计法对一根钢筋混凝土受弯梁，为了确保其安全和适用，一方面需要限制内力不超过其极限抗弯承载力，另一方面也需要控制其正常使用阶段的裂缝宽度和变形在要求的限度之内。于是，随着科学研究的不断深入，在20世纪50年代，由于钢筋混凝土构件变形和裂缝开展宽度计算方法的提出，使的破损阶段法迅速发展成为极限状态设计法。因此可以说，极限状态设计法发展了破损阶段设计法，兼顾了结构的内力、变形与裂缝宽度，包含了安全性、适用性和耐久性的一些概念。显然，极限状态设计法比破损阶段法更能反映钢筋混凝土结构的全面工作性能。2、混凝土结构的功能要求2-1、结构的功能要求结构设计的目的是使所设计的结构在规定的设计使用年限内，用最经济的手段来获得预定条件下满足设计所预期的各种功能的要求。混凝土结构应满足的功能要求包括：安全性结构应能承受在正常施工和正常使用的情况下可能出现的各种作用，在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构仍能保持必需的整体稳定性，不致发生倒塌。适用性结构在正常使用期间应具有良好的工作性能。例如，不发生过大的变形、振幅、过宽的裂缝等，以免影响正常使用。耐久性结构在正常使用和正常维护条件下应具有足够的耐久性能，以保证结构能够正常使用到预定的设计使用期限。例如，在设计规定的使用期间内，钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而发生锈蚀等影响结构的使用年限。结构的可靠性安全性、适用性、耐久性统称为结构的可靠性，即在规定的时间内（设计使用年限），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维修），结构完成预定功能（安全性、适用性、耐久性）的能力称为结构的可靠性。在各种随机因素的影响下，结构完成预定功能的能力不能事先确定，只能用概率来描述。结构的可靠性用可靠度来定量描述。结构的可靠度是指结构在设计使用年限内，在正常设计、施工、使用和维护的条件下完成预定功能的概率。混凝土结构的设计使用年限，是指按规定指标设计的混凝土结构或构件，在正常施工、正常使用和维护下，不需进行大修即可达到其预定功能要求的使用年限。当结构的实际使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报废，但其可靠度将逐渐降低。4、结构上的作用结构上的荷载按其随时间的变异性的不同，分为以下三类：1）永久荷载（恒荷载）永久荷载是指在结构设计基准期内，其作用量值不随时间变化，或其变化幅度与平均值相比可以忽略不计的荷载，如结构构件自重。2）可变荷载（活荷载）可变荷载是指在结构设计基准期内，其作用量值随时间而变化，其变化幅度与平均值相比不可忽略不计的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。3）偶然荷载偶然荷载是指在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的荷载，如爆炸力、撞击力等。第三章钢筋混凝土结构设计理论与方法第2节课题：结构抗力的概念、抗力函数；材料强度标准值；极限状态的基本概念讲授课时2授课日期星期日/月星期日/月教学目的：掌握结构抗力的概念，抗力函数，材料强度标准值；极限状态的基本概念教学重点：1、抗力函数，材料强度标准值课程思政：概率极限状态方法能够考虑钢筋混凝土结构在设计、施工、使用过程中可能存在的各种不确定性因素，如结构承受的荷载、材料强度、结构尺寸等。分析容许应力设计法、破坏阶段设计法等方法的局限性和不足。科学技术的发展具有明显的历史性和阶段性。对于某一项技术，既要从科学的角度分析其存在的不足，有不能脱离当时的历史现实。而对科学技术史的分析，最终还是要为科学技术的发展提供动力和思想源泉。作业布置：3.3、3.4教具：计算机，投影仪，黑板教学过程及教学内容1、材料强度的标准值与结构抗力1-1、材料强度的标准值：材料强度的变异性，主要是指材质及工艺、加载、尺寸等因素引起的材料强度的不确定性。例如，按同一标准条件生产的钢材或混凝土，各批次之间的强度试验值是有变化的。统计资料表明，材料强度的概率分布基本符合正态分布。材料强度标准值应根据符合规定质量的材料强度概率分布的某一分位值确定，如下图3所示。图材料强度标准值的含义可以用下式表达：（3-4）式中，fk——材料强度标准值；f——材料强度统计平均值；——材料强度的保证率系数；f——材料强度的统计标准差；f——材料强度的变异系数，。材料强度标准值理论上应为实际结构材料可能出现的具有一定保证率的偏小材料强度值，即根据符合规定质量的材料强度概率分布的低分位值确定。一般规定，材料强度标准值宜具有不小于95%的保证率，也就是取概率为0.05的分位值，表示材料强度统计值低于该值的概率为5%。弹性模量、泊松比等物理性能的标准值宜取概率为0.5的分位值。例如，当混凝土立方体抗压强度值服从正态分布时，对应材料强度标准值具有保证率95%的分位值为0.05，对应的保证率系数α为1.645。1-2、结构抗力结构抗力是指结构或结构构件承受作用（荷载）效应S的能力，如构件截面承载能力（受弯承载力Mu、抗剪承载力Vu等），构件抗变形能力（如容许挠度变形[f]）,构件截面的抗裂和限裂（容许应力和裂缝宽度[w]）等，常用符号R表示。影响结构抗力的因素很多，如结构构件的几何尺寸、钢筋的设计数量、材料的性能以及抗力采用的计算模式等。由于材料性能的不确定性，结构制作和安装误差，结构抗力计算所采用的假设和计算公式的不精确性等，会使结构的计算结果具有不定性，因而结构抗力也是一个随机变量，可按随机变量进行统计分析。结构抗力是指结构或构件承受各种荷载效应的能力，即承载能力和抗变形能力，用“R”表示。承载能力包括受弯、受剪、受拉、受压、受扭承载力等各种抵抗外力的能力；抗变形能力包括抗裂性能、刚度等。结构抗力也是一个随机变量，影响因素主要有材料性能（强度、变形模量等物理力学性能）、构件几何参数、配筋情况以及计算模式的精确性等。2、结构的功能及极限状态结构能满足功能要求而良好地工作，称为“可靠”或“有效”，反之则结构“不可靠”或“失效”。区分结构工作状态的可靠与失效的标志是“极限状态”。若结构或结构的一部分超过某一特定状态，就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态便称为该功能的极限状态。结构功能的极限状态可分为下列两类：1）承载能力极限状态结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形时的状态，称为承载能力极限状态。超过承载能力极限状态的状态。承载能力极限状态主要控制结构的安全性功能，结构一旦超过这种极限状态，会造成人身伤亡及重大经济损失，因此设计中应把出现这种情况的概率控制得非常小。规范规定：所有的结构和构件都应按承载能力极限状态进行设计计算。2）正常使用极限状态结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值时的状态，称为正常使用极限状态。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过正常使用极限状的状态。正常使用极限状态主要考虑结构的适用性和耐久性功能，当结构或构件超过这种极限状态时一般不会造成人身伤亡及重大经济损失，因此设计中出现这种情况的概率控制得略宽一些。规范规定：正常使用极限状态的验算则根据具体使用要求进行。第三章钢筋混凝土结构设计理论与方法第3节课题：结构极限状态的设计方法讲授课时2授课日期星期一日/月星期日/月教学目的：掌握极限状态方程的基本概念；了解结构设计中的不确定性、失效概率和可靠指标，结构的可靠度、目标可靠指标的概念，掌握建筑结构安全等级；掌握两种极限状态实用设计表达式，荷载分项系数、荷载效应组合、材料强度分项系数、材料强度设计值。教学重点：1、极限状态和极限状态方程的基本概念；2、两种极限状态实用设计表达式。课程思政：以人为本的设计理念和设计方法的进步。承载能力极限状态计算内容为：对于可能遭受偶然作用，且倒塌可能引起严重后果的重要结构，宜进行防连续倒塌设计。这一条计算内容的设计原则写入了最近一版混凝土结构设计规范中，一方面是技术的进步，另一方面是通过结构设计，保证在各种偶然作用，包括罕遇自然灾害、人为过失以及爆炸、撞击、火灾等人为灾害下，结构应能保证必要的整体稳固性。作业布置：3.2、3.5、3.6、3.8、3.9教具：计算机，投影仪，黑板教学过程及教学内容1、按承载能力极限状态计算γ0S≤R（3-5）1）结构重要性系数γ0对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件，γ0≥1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，γ0≥1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为5年的结构构件，γ0≥0.9。2）荷载效应组合设计值S荷载效应组合分为基本组合与偶然组合两种情况。按承载能力极限状态设计时，应考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应按荷载效应的偶然组合进行计算。《荷载规范》规定：对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应从下列两组组合中取最不利值确定：可变荷载效应控制的组合：（3-6）由永久荷载效应控制的组合：+（3-7）2、按正常使用极限状态计算2-1、验算特点（1）正常使用极限状态和承载能力极限状态在理论分析上对应结构上两个不同的工作阶段，同时两者在设计上的重要性不同，因而须采用不同的荷载效应代表值和荷载效应组合进行验算与计算（2）在荷载保持不变的情况下，由于混凝土的徐变等特性，裂缝和变形将随时间的推移而发展，因此在分析裂缝变形的荷载效应组合时，应该区分荷载效应的标准组合和准永久组合。2-2、荷载效应的标准组合和准永久组合（1）标准组合（2）准永久组合（3-8）2-3、变形和裂缝的验算方法（1）变形验算（2）裂缝验算裂缝控制等级分为三级：一级为正常使用阶段严格要求不出现裂缝；二级为正常使用阶段一般要求不出现裂缝；三级为正常使用阶段允许出现裂缝，但要控制裂缝宽度。第4章钢筋混凝土受弯构件的正截面承载力课题：第4章钢筋混凝土受弯构件的正截面承载力讲授课时10授课日期第4周至第6周教学目的要求：1、掌握受弯构件梁、板的基本构造要求；2、深入理解适筋梁正截面三个工作阶段的特点，以及配筋率对破坏形态的影响；3、熟悉影响钢筋混凝土受弯构件正截面承载力的主要因素；4、熟练进行单筋矩形截面梁的正截面承载力计算；5、掌握双筋矩形截面梁的采用、受力特点以及受压钢筋强度的利用；6、掌握T形截面梁的截面分类、受压翼缘计算宽度的取值规定；7、掌握单筋截面梁、双筋截面梁以及T形截面梁在受力性能方面的异同点，熟悉双筋截面梁与T形截面梁的设计计算方法。教学重点：1、钢筋混凝土梁破坏形态与适筋梁正截面三个工作阶段；2、钢筋混凝土单筋、双筋、T形梁正截面承载力计算；3、受弯构件的基本构造要求。教学难点：1、钢筋混凝土梁破坏形态与适筋梁正截面三个工作阶段；2、钢筋混凝土单筋、双筋梁正截面设计计算；3、ξb和ρmax的确定及其相互关系。教学方法：直观演示法、讨论法，讲授法教具：计算机、投影仪、黑板等课时安排节次内容总课时其中讲授实验、实习课堂作业1钢筋混凝土受弯构件的一般构造要求2212受弯构件正截面承载力计算（一）2213受弯构件正截面承载力计算（二）2214受弯构件正截面承载力计算（三）2215受弯构件正截面承载力计算（四）221合计10105第四章钢筋混凝土受弯构件的正截面承载力第1节课题：受弯构件的定义及基本概述、梁板的一般构造要求讲授课时2授课日期星期五日/月星期日/月教学目的：了解受弯构件的破坏形式与设计内容；掌握梁板的有关构造规定；了解截面有效高度的定义与取值。教学重点：1、梁、板的配筋构造要求；2、混凝土保护层的作用与取值；3、截面有效高度的概念与取值。课程思政：大国工匠的精神之一就是精益求精。不骄傲，不满足，不得过且过，注重细节，精雕细琢，追求完美，追求极致。构造要求往往不易引起学生的注意，但工程中有“三分计算，七分构造”之说。也就是结构尺寸、形状、模数等细节的要求等在实际结构设计中更加重要，更能够体现工匠精神，也是保证结构质量的主要内容。理解构造措施背后的基本设计原理和受力机理，以及施工技术要求，培养学生们的工程思维习惯和工匠精神。坐而论道，不如起而行之。“工匠精神”早已成为社会热词，成为社会的价值标杆，将其真正贯彻到我们的日常生活工作中，让其真正扎根在我们的精神价值和理想信念中，才是我们真正期待与呼唤的。作业布置：思考题4.1、4.2、4.3；补充：梁、板内钢筋的种类及其作用是什么？教具：计算机，投影仪，黑板教学过程及教学内容课题导入：旧课复习：①钢筋的力学性能——抗拉压强度高，弹性性能较好②砼的力学性能——抗压强度较高，抗拉强度低，为弹塑性材料③钢筋与砼共同工作的主要原因——粘结力新课导入：钢筋与混凝土两种性能不同的材料组合形成钢筋混凝土梁进行工作，其共同工作的原理、承载力的大小以及应满足的要求如何？概述仅承受弯矩M和剪力V的构件称为受弯构件。破坏类型正截面：M引起→计算纵筋斜截面：V引起→计算箍筋受弯构件截面类型单筋截面：仅在受拉区放置纵筋双筋截面：同时在受拉、压区放置纵筋承载力极限状态正截面受弯承载力斜截面受剪承载力设计内容正常使用极限状态变形验算裂缝验算构造措施——各部位满足2、梁、版的一般构造要求2-1、板的构造要求板厚度h：a)施工要求：现浇板hmin≮60mm，见表3-1；b）刚度要求hmin：与跨度l成正比，见表3-2；3）常用厚度：60、70、80、100、120mm。支承长度：a）现浇板砖墙：≥h，≥120mm（满足钢筋锚固要求）；b）预制板：砖墙上，≥100mm；混凝土梁上，≥80mm。板内钢筋：受力钢筋作用：承受M产生的拉力；种类：HRB400、HRB335或HPB235级；设置：沿板跨度方向（数量按计算配置），6～12mm（现浇板≮8mm）；间距：70mm～200mm。分布钢筋作用：均匀地传力给受力钢筋，固定受力钢筋位置，抵抗混凝土收缩、温度拉应力；设置：与受力钢筋垂直，纵筋内侧（数量按构造配置）；配置：1）面积：≮15%As，且≮0.15%bh；2）直径：≮6mm；3）间距：≯250mm（有较大集中荷载时，≯200mm）。梁的构造要求1）截面：a）形式：矩形、T形、花篮形、十字形、倒T形等（矩形、T形为主）；b）尺寸：高度h，可根据搞垮比h/l确定，见表3-3，常用的梁高有250、300…750、800、900、1000mm等；宽度b，一般对矩形截面h/b＝2.0～2.5，T形截面：h/b＝2.5～4.0，常用梁宽有180、200、250mm等。2）梁内钢筋：a）纵筋作用：承受由M产生的拉（压）应力；布置：位于梁受拉（压）区，数量由计算确定；种类：HRB400级、HRB335级；直径：12～25mm，一般≯28mm；净距：上部筋，≥30mm，且≥1.5d；下部筋，≥25mm，且≥d；垂直净距（层距）：≥25mm且≥d。b）架立筋作用：固定箍筋的正确位置，与梁底纵筋形成钢筋骨架；承受混凝土收缩及温度变化产生的拉力；直径：与跨度l0有关，l0＜4m：≮8mm；l0＝4～6m：≮10mm；l0＞6m：≮12mm。c）箍筋作用：承受由M和V引起的主拉应力；固定纵筋位置形成骨架；形式：开口式、封闭式，单肢、双肢、四肢（多用封闭双肢箍）；数量：由计算确定，当h＜800mm，直径≮6mm，当h＞800mm，直径≮8mm；间距：s≤smax，smax见表3-5d）弯起钢筋作用：弯前及弯后平直部分可承受由M产生的拉应力，弯起段可承受主拉应力；数量位置：由计算确定；弯起角度：h≤800mm：α＝45°；h＞800mm：α＝60°；间距：第一排弯筋上弯点距支座边缘：≮50mm；相邻弯筋上弯点距离：≤smax；e）腰筋作用：承受混凝土收缩及温度变化的拉力，增强钢筋骨架刚度；要求：间距≯200mm，每侧面积≮0.1%bhw，这里腹板高度hw，对矩形截面，取有效高度h0，对T形和I形截面，取取梁高减去上、下翼缘后的腹板净高。拉筋：直径同箍筋；课堂小结：一个完整的设计，应该是既有可靠的结构计算为依据，又有合理的构造措施。对于受弯构件与承载力有关的基本构造问题，诸如各种钢筋的作用、纵向钢筋的间距、钢筋保护层厚度、截面有效高度等，应有较清楚的认识。第四章钢筋混凝土受弯构件的正截面承载力第2节课题：受弯构件正截面承载力计算（一）讲授课时2授课日期星期一日/月星期日/月教学目的：掌握配筋率对梁正截面的破坏形态；熟悉适筋梁三个受力阶段的工作特点，了解钢筋混凝土梁与材料力学中梁的不同。教学重点：1、适筋梁的工作阶段；2、配筋率对梁正截面破坏形态的影响——破坏特点；3、适筋梁工作阶段的截面应力、应变的变化。课程思政：科学精神中的多项元素都可以通过试验这一最有效载体承担。试验过程和结果分析能够培养学生求真务实，钻研，合作和批判思维、创新意识。钢筋混凝土适筋梁从加载到破坏全过程试验研究。包括试验设计、试验准备、试验测量手段和仪器设备、试验结果的分析和处理，以及试验现象的描述等。钢筋混凝土结构中试验也是一种普遍和有效的研究手段，能够直观和全面了解混凝土结构的破坏形态和破坏规律。复杂的结构试验有助于培养学生求真务实的思想品德，学生通过钻研、合作完成试验准备和操作，并与前人的结果进行对比，培养判思维、创新意识。作业布置：思考题4.4、4.5教具：计算机，投影仪，黑板教学过程及教学内容课题导入：旧课复习：①钢筋砼梁的破坏形式——正截面受弯破坏、斜截面受剪（弯）破坏②钢筋、砼材料力学性能——性能截然不同，应合理利用进行互补③力学梁的受力特点——构件变形、截面应力与M成正比。新课导入：钢筋与混凝土组合形成钢筋混凝土梁，在弯矩作用下如何保证其正截面承载力？其受力性能及可能的破坏形式如何？1、受弯构件纵筋配筋率和正截面破坏形态配筋率：根据配筋率的不同，正截面的破坏特征可分为适筋梁、超筋梁、少筋梁。2、适筋梁破坏试验梁：理想简支梁、两点对称逐级加荷（忽略自重）、“纯弯段”实测：梁的挠度、砼及钢筋的纵向应变等，绘制M/Mu～ƒ曲线M-ƒ关系曲线M-ƒ关系曲线M/Mu10080604020ⅢaⅡaⅠaⅢⅡⅠ转折点2转折点11）第Ⅰ阶段（弹性阶段）M很小→σ/ε≈常数受压区：砼σc＜fc→应力分布呈三角形受拉区钢筋：σs很小砼：应力分布呈曲线形第Ⅱ阶段末Ⅰa：受拉区边缘砼达ft，相应开裂弯矩Mcr作为构件抗裂度验算依据。2）第Ⅱ阶段（带裂缝正常工作阶段）M↑→ε增大受压区：砼面积↓→应力分布呈曲线形受拉区砼：退出工作；钢筋：σs突增→σs＜fy第Ⅱ阶段末Ⅱa：受拉筋达fy，相应屈服弯矩My作为构件变形、裂缝宽度验算依据。3、钢筋混凝土梁受力特点3-1、截面应变保持平面：ε成直线分布，中和轴位置随M的增大而上升。第Ⅰ阶段：σs小而慢，Ⅰa有突变；3-2、钢筋应力第Ⅱ阶段：σs增长快，Ⅱa达fy；第Ⅲ阶段：σs＝fy，产生流幅至混凝土压碎。第Ⅰ阶段：f慢3-3、挠度与M不成正比第Ⅱ阶段：f快第Ⅲ阶段：f剧增至破坏4、受弯构件正截面破坏形态试验表明：ρ决定破坏形态不同，相对应的梁分别称为适筋梁、超筋梁、少筋梁三种类型。4-1、适筋梁——ρ适中时发生截面破坏始于纵筋屈服，受压区砼后达极限压应变εcu被压碎，有较长裂缝急剧开展和挠度急增的变形过程，有明显预兆，呈延性破坏。4-2、超筋梁——ρ过大时发生受压区边缘砼先达极限压应变εcu被压碎，而钢筋应力σs＜fy，砼裂缝开展不宽、挠度不大，无明显预兆，呈脆性破坏。4-3、少筋梁——ρ过低时发生受拉砼开裂后钢筋迅速屈服（或拉断），受压砼虽未压碎但已失效，只有一条宽度很大、延伸较高的裂缝，十分突然，呈脆性破坏。课堂小结：钢筋砼梁依据ρ的不同，分为适筋、超筋、少筋三种破坏形式。适筋截面属延性破坏，其特点是受拉钢筋先屈服，而后受压区砼被压碎；超筋截面属脆性破坏，其特点是受拉钢筋未屈服，而受压区砼先被压碎，其承载力取决于砼抗压强度；少筋截面属脆性破坏，其特点是受拉区砼一开裂，受拉钢筋就屈服甚至于拉断，受压区砼强度得不到利用而失效，其承载力取决砼的抗拉强度。在实际工程中，受弯构件应设计成适筋截面。各破坏形式的相应特点应掌握。适筋梁工作全过程可分为三个阶段，应了解各阶段的截面受力特征及其在实际工程中的作用。第四章钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算第3节课题：受弯构件正截面承载力计算（二）讲授课时2授课日期星期五日/月星期日/月教学目的：了解采用四个基本假定的目的、采用等效矩形应力代换的条件；理解适筋与超筋、少筋破坏的临界条件，ρmax与ρmin的大小仅取决于钢筋和砼材料性能等级，与截面形状和尺寸无关。教学重点：1、正截面承载力计算采用的两简化处理：①四个基本假定的目的；②等效矩形应力图形代换的条件；2、理解界限条件；3、ρmax与ρmin的确定及其影响因素。课程思政：以人为本，延性设计思想。结构或构件在破坏前有明显变形或其它预兆的破坏类型，称作延性破坏。混凝土是一种脆性材料，因此实际工程中的混凝土结构必须保证一定量的钢筋用量，这就是最小配筋率。其确定原则是混凝土开裂后梁的承载力跟开裂前相同，保证结构具有足够的延性。这也是结构设计的基本思想。延性破坏可以保证在地震作用下，结构能够保证人有足够的逃生时间。这是以人为本在结构设计中的直接体现。作业布置：思考题4.6、4.7、4.8教具：计算机，投影仪，黑板教学过程及教学内容课题导入：旧课复习：①受弯构件正截面破坏形式及特征——适筋、超筋、少筋破坏②适筋梁的工作阶段及特点；③截面有效高度的定义、取值。新课导入：适筋梁与超筋梁、少筋梁的界限如何界定？适筋梁的承载力如何计算？影响因素有哪些？1、受弯构件正截面承载力计算的基本原则计算依据：适筋梁第Ⅲa阶段应力状态——Mu基本假定：⑴符合平截面假定；⑵不考虑混凝土的抗拉强度；⑶采用理想化钢筋σs-εs曲线εs≤εy时：σs＝εsEsεy≤εs≤0.01时：σs＝ƒy⑷采用理想化砼σc-εc曲线εc≤ε0时：σc＝ƒc[1－(1－)n]ε0＜εc≤εcu时：σc＝ƒc其中n＝2－（ƒcu.k－50）≤2.0εo＝0.002＋0.5（ƒcu.k－50）×10-5≥0.002εcu＝0.0033－（ƒcu.k－50）×10-5≤0.00332、等效矩形应力图形方法：受压区砼以等效矩形应力图形代换曲线形应力图形原则：1）压应力的合力大小相等→应力图形面积相等；2）压应力合力作用点位置不变→应力图形的形心位置相同。代换：等效应力值取α1ƒc；受压区高度取x＝β1xn≤C50时：α1＝1.0，β1＝0.8规定C80时：α1＝0.94，β1＝0.74C50~C80时：α1、β1值线性内插3、正截面承载力Mu计算公式α1ƒcbx＝ƒyAsMu＝α1ƒcbx(h0－x/2)Mu＝ƒyAs(h0－x/2)αα1ƒcbxh0-x/2α1ƒcƒyAshoMuεsεcbhx4、适筋截面的界限条件⑴相对界限受压区高度ξb和最大配筋率ρmax：适筋与超筋的区别适筋破坏：受拉钢筋先达εy（ƒy）超筋破坏：受压区混凝土先达εcu界限破坏：εs达εy、εc达εcu同时发生。适筋破坏：εs＞εy，xc＜xcb(或x＜xb）截面应变界限破坏：εs＝εy，xc＝xcb（或x＝xb）超筋破坏：εs＜εy，xc＞xcb（或x＞xb）xcb——界限破坏时截面实际受压区高度xb——界限破坏时截面换算受压区高度令ξ＝x/ho——称为相对受压区高度ξb＝xb/ho——称为相对界限受压区高度显然ξ≤ξb时，则εs≥εy，属于适筋梁（含界限破坏）ξ＞ξb时，则εs＜εy，属于超筋梁即：ξb值或xb值是区别构件适筋与超筋破坏的一个特征值。εcuεcuadb适筋截面ρ≤ρb界限配筋截面ρ＝ρb超筋截面ρ＞ρbh0xc＞xcbxc＝xcbχc＜χcbεs＜εyεs＝εyεs＞εy取εy＝ƒy/ES，则有屈服点钢筋ξb值为：由此可见，ξb量值仅取决于构件材料种类和强度等级，常用钢筋ξb值见表4-5。由公式α1ƒcbx＝ƒyAs得→ 当ξ达到ξb值时，相应ρ也达到界限配筋率ρb，故ρb＝ρmax＝可见，ρmax值主要取决于构件材料（钢筋、砼）性能指标。⑵最小配筋率ρmin原则：配有ρmin的钢筋砼梁的Mu与同截面素砼梁所能承担的弯矩Mcr相等，即Mu＝Mcr取值：ρmin＝0.45ƒt/ƒy，且≥0.20％。课堂小结：1．受弯构件正截面承载力计算时做了两方面的简化处理。①采用了四个基本假定，应对每个假定的作用有一个初步的认识；②采用了等效矩形应力图形代换了受压区砼混凝土的曲线形应力图形，应熟悉等效代换的条件。2.在实际工程中，受弯构件应设计成适筋截面。对于适筋与超筋、适筋与少筋的临界条件，必须牢牢掌握。其中，ρmax与ρmin的大小仅取决于钢筋和砼材料性能等级，与截面形状和尺寸无关，这一概念必须清楚。第四章钢筋混凝土受弯构件的正截面承载力第4节课题：受弯构件正截面承载力计算（三）讲授课时2授课日期星期一日/月星期日/月教学目的：掌握Mu的主要影响因素及提高措施；掌握承载力计算公式适用条件、单筋矩形截面受弯构件正截面承载力的计算方法。教学重点：1、Mu的主要影响因素及提高措施；2、熟练单筋矩形截面受弯构件正截面承载力的计算方法。课程思政：科学精神中的多项元素都可以通过试验这一最有效载体承担。试验过程和结果分析能够培养学生求真务实，钻研，合作和批判思维、创新意识。钢筋混凝土适筋梁从加载到破坏全过程试验研究。包括试验设计、试验准备、试验测量手段和仪器设备、试验结果的分析和处理，以及试验现象的描述等。钢筋混凝土结构中试验也是一种普遍和有效的研究手段，能够直观和全面了解混凝土结构的破坏形态和破坏规律。复杂的结构试验有助于培养学生求真务实的思想品德，学生通过钻研、合作完成试验准备和操作，并与前人的结果进行对比，培养判思维、创新意识。作业布置：思考题4.10；习题4.1、4.2教具：计算机，投影仪，黑板教学过程及教学内容课题导入：复习旧课：①单筋矩形截面受弯构件正截面承载力Mu计算公式；②适筋截面的界限条件：ρmax（ξb）、ρmin计算公式及影响因素。新课导入：如何进行单筋矩形截面承载力Mu的计算？Mu的主要影响因素有哪些？如何提高？1、基本公式及适用条件承载力极限状态表达式：S≤R要求：M≤Muα1ƒcbx＝ƒyAs基本计算公式M≤Mu＝α1ƒcbx(h0－x/2)M≤Mu＝ƒyAs(h0－x/2)ρ≤ρmax防超筋脆性破坏或ξ≤ξb（即x≤xb＝ξbho）适用条件或M≤Mu.max＝防少筋脆性破坏：ρ≥ρmin或As≥ρminbhMu.max——适筋梁所能承担的最大弯矩，Mu.max是一定值，只取决于截面尺寸、材料种类等，与钢筋数量无关。2、截面设计与截面复核⑴截面设计： 任务：已知M→选定材料（ƒy、ƒc）、截面尺寸（b、h）→计算As原则：确定安全、经济、合理的设计1）选择材料混凝土：等级不宜高，Mu1）选择材料钢筋：HRB400级、HRB335级和HPB235级①利用基本公式计算方法：a．求出截面受压区高度x：由M＝α1ƒcbx(h0－x/2)得出：b．求纵向受拉钢筋As：若x≤ξbh0：则As＝若x＞ξbh0：则属超筋梁，应加大截面或提高砼强度等级重新设计。c．选择钢筋：选定直径和根数（尽量一排放下）——考虑钢筋净距d．验算最小配筋率ρmin：As≥ρminbh——此处As应为钢筋实际配筋面积若As若As＜ρminbh或按ρmin配筋，即取As＝ρminbh。②利用表格计算方法：由于ξ＝x/ho∴x＝ξho由M＝α1ƒcbx(ho－x/2)＝令αs＝ξ(1－0.5ξ)则M＝αs·α1ƒcbh02由Mu＝ƒyAs(h0－x/2)＝ƒyAsh0(1－0.5ξ)令γs＝1－0.5ξ则M＝ƒyAsγsh0同时As＝显然：系数αs、γs、ξ具有一一对应关系a．计算αs：αs＝b．查系数：γs或ξc．求纵向受拉钢筋As：若αs≤αs·max：则As＝或As＝ξbh0·若αs＞αs·max：则属超筋梁，加大截面重算。d．验算最小配筋率As≥ρminbh⑵截面复核任务：已知ƒy、ƒc、bh、As→计算Mu→确定截面安全经济？计算方法：①计算x：x＝ƒyAs/α1ƒcb②求Mu：若x≤ξbh0：则Mu＝α1ƒcbx(h0－x/2)若x＞ξbh0：则Mu＝Mu.max＝α1fcbh02ξb（1―0.5ξb）Mu≥M：安全③确定截面安全Mu＜M：不安全→应修改原设计Mu＞＞M：不经济→必要时修改原设计经济配筋率板：ρ＝（0.4~0.8）%取值矩形梁：ρ＝（0.6~1.5）%T形梁：ρ＝（0.9~1.8）%截面尺寸（b、h）——h效果明显4．Mu影响因素材料强度（ƒc、ƒy）——ƒy效果明显、经济受拉钢筋（As）——ρmin≤ρ≤ρmax时效果明显提高Mu措施：①加大h；②提高ƒy；③增加As。注意：砼强度fc与截面宽度b对受弯构件正截面承载力Mu的影响虽然较小，但当配筋率ρ接近或达到最大配筋率ρmax时，砼强度决定着Mu的大小。课堂小结：单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算可采用公式法和表格法；通过计算可了解截面尺寸、材料等级、配筋量以及承载力Mu之间的相互关系。通过限制基本计算公式的适用条件（范围）可避免发生超筋脆性破坏和少筋脆性破坏。3．影响正截面承载力Mu的主要因素是截面高度h、钢筋强度fy和配筋率ρ。增大h，既经济又对Mu的提高程度最为有效；在ρ适当的前提下，随着fy提高或ρ的增大，承载力几乎呈线性增长。但当ρ增大至ρmax时，承载力达到最大值Mu.max。Mu的影响因素以及提高措施须掌握。第四章钢筋混凝土受弯构件的正截面承载力第5节课题：受弯构件正截面承载力计算（四）讲授课时2授课日期星期一日/月星期日/月教学目的：掌握Mu的主要影响因素及提高措施；掌握承载力计算公式适用条件、单筋矩形截面受弯构件正截面承载力的计算方法。教学重点：1、Mu的主要影响因素及提高措施；2、熟练单筋矩形截面受弯构件正截面承载力的计算方法。课程思政：科学精神中的多项元素都可以通过试验这一最有效载体承担。试验过程和结果分析能够培养学生求真务实，钻研，合作和批判思维、创新意识。钢筋混凝土适筋梁从加载到破坏全过程试验研究。包括试验设计、试验准备、试验测量手段和仪器设备、试验结果的分析和处理，以及试验现象的描述等。钢筋混凝土结构中试验也是一种普遍和有效的研究手段，能够直观和全面了解混凝土结构的破坏形态和破坏规律。复杂的结构试验有助于培养学生求真务实的思想品德，学生通过钻研、合作完成试验准备和操作，并与前人的结果进行对比，培养判思维、创新意识。作业布置：思考题4.11~4.14,4.16、4.17；习题4.4、4.5、4.7教具：计算机，投影仪，黑板教学过程及教学内容课题导入：复习旧课：①适筋梁的破坏形式及特点；②Mu计算公式及适用条件——ρmax限制原因及作用；③Mu及Mu.max的影响因素。新课导入：实际工程中，如出现承载力不足（M＞Mu.max）情况如何解决？1、双筋截面定义：在受拉区、受压区同时按计算配置纵向受力钢筋的截面。（钢筋承压不经济，尽量少用双筋截面。）采用双筋截面情况：①当M＞Mu.max，且h增大受限，单筋截面无法满足时；②当受弯构件截面可能承受变号弯矩时；③在抗震框架梁中——配置一定的受压钢筋以提高构件截面的延性。2、受压钢筋强度的利用 ⑴ƒy'取值fy≤400N/mm2：取ƒy'＝fyfy＞400N/mm2：取ƒy'＝400N/mm2箍筋封闭直径：≮dmax／4⑵保证受压钢筋达ƒy'条件间距：{15d，400}min设复合箍筋：受压筋（一排）＞4根时限制受压区高度：x≥2as'Mu.max——适筋梁所能承担的最大弯矩，Mu.max是一定值，只取决于截面尺寸、材料种类等，与钢筋数量无关。3、基本计算公式及适用条件⑴计算应力图形受力特点相同点：破坏与单筋截面适筋梁相似受力特点不同点：在受压区增加了受压钢筋fy'As'⑵基本计算公式α1fcbx＋fy'As'＝fyAsMu＝Mu分解为两部分：①“单筋截面”部分：由受压砼、一部分钢筋As1组成——承担弯矩Mu1②“纯钢筋截面”部分：由As'和另一部分受拉钢筋As2组成——承担弯矩Mu2α1fcbxƒyAs1As1xα1fcbxƒyAs1As1xh0-x/2ƒyAs2fy'As'As'As2Mu2h0-as'as/Mu1As＝As1＋As2“单筋截面”：α1ƒcbx＝ƒyAs1“纯钢筋截面”：fy'As'＝fyAs2Mu2＝fy'As'(h0－as')注意：由于Mu2与砼无关，即破坏形态不受As2配筋量的影响——故这部分配筋可很大，可用钢梁代替而形成钢骨砼截面。防止超筋破坏x≤xb＝ξbh0⑶适用条件或保证受压钢筋强度充分利用：x≥2as′4、设计计算方法⑴截面设计1）已知：M、bh、及、ƒc、ƒy、fy'、α1，求As和As'存在问题：两个公式，三个未知数：As'、As、x——需补充条件解决方法：使总用钢量（As＋As'）最小，充分利用砼受压能力由适用条件x≤ξbh0，取xb＝ξbh0计算步骤如下：①判别是否需采用双筋梁：M＞Mu.max＝α1fcbh02ξb（1―0.5ξb）②取x＝ξbh0，求得③计算：Mu1＝α1fcbh02ξb（1―0.5ξb）Mu2＝Mu―Mu1④求As1：⑤求As2：⑥计算As：As＝As1＋As22）已知：M、bh、ƒc、ƒy、fy'、α1及As'，求As。应用：往往由于变号弯矩的需要，或构造要求，已配置As'解决：充分利用As'以减少As，以节约钢筋计算步骤如下：①由给定As'计算As、Mu2：Mu2＝fy'As'(h0－as')若αs＞αs·max：则属超筋梁，加大截面重算。②计算Mu1：Mu1＝Mu―Mu2③求As1：若x≤ξbh0，且x≥2as'：则As＝若x＞ξbh0：说明As'数量不足应增加As'的数量按As'未知，求As'和As的数量。若x＜2as'：取x＝2as'，则As1计算式为：⑵截面复核已知：h、α1、ƒc、ƒy、fy'、As'、As、求Mu。计算步骤如下：①求得x： ②若x≤ξbho，且x≥2as′，则Mu＝③若x＞ξbho，取x＝ξbho代入求MuMu＝α1fcbh02ξb（1―0.5ξb）＋fy'As'(h0－as')④若x＜2as′，则取x＝2as′代入求MuMu＝ƒyAs（h0－x/2）⑤比较若Mu≥M：则截面安全；若Mu＜M：则截面不安全5、T形截面的特点及应用T形截面：受拉钢筋集中承担拉力，可挖去部分受拉砼而形成。特点：受力合理，节约砼、减轻自重。组成梁肋：b×h挑出翼缘：（bf'－b）×hf'①独立T形截面梁、工字形截面梁（如吊车梁、屋面梁）；应用②整体现浇肋形楼盖中的主、次梁等；③槽形板、预制空心板等受弯构件。注意：Mu主要取决于受压砼和受拉钢筋，与受拉区砼形状无关（不考虑砼抗拉）——是否按T形截面计算，主要取决于受压砼形状。对翼缘位于受拉区的T形截面梁，只能按宽度为腹板宽b的矩形截面计算。6、T形截面翼缘计算宽度bf'试验表明：翼缘内砼承受的纵向压应力呈不均匀分布，离梁肋越远翼缘的压应力越小。简化计算：取翼缘计算宽度bf'，认为在bf'内压应力均匀分布。bf'与梁跨度l0、翼缘厚度hf'以及梁肋净距sn有关。7、T形截面分类及其判别分类第一类T形截面：x≤hf'，受压区为矩形第二类T形截面：x＞hf'，受压区为T形界限情况x＝hf'α1fcbf'hf'＝fyAs*Mu*＝第一类T形截面As≤As*＝判别Mu≤Mu*＝第二类T形截面As＞As*＝Mu＞Mu*＝8、基本计算公式及适用条件⑴第一类T形截面受压区形状为矩形（bf'×x）：仅配受拉钢筋时，与单筋矩形梁受力相同——仅改b为bf′。基本计算公式α1fcbx＝fyAs防超筋破坏x≤ξbh0——通常都满足，不验算适用条件或M≤α1fcbf'h02ξb（1―0.5ξb）防少筋破坏：ρ≥ρmin（或As≥ρminbh）注意：Mcr主要取决于受拉区砼面积，故仍取⑵第二类T形截面砼受压区形状为T形：基本计算公式为α1fcbx＋α1fc（bf'－b）hf'＝fyAsMu分解第一部分：受压区（bx）砼与As1组成——承担弯矩Mu1第二部分：翼缘挑出部分(bf'－b)hf'砼与As2组成——承担弯矩Mu2前提Mu＝Mu1＋Mu2As＝As1＋As2第一部分α1fcbx＝fyAs1第二部分α1fc（bf'－b）hf'＝fyAs2防超筋破坏x≤ξbho适用条件或≤防少筋破坏：ρ≥ρmin——通常都满足，不验算5．计算方法已知：b、h、bf'、hf'、α1、ƒc、ƒy、M，求As。⑴第一类T形截面判别：当M≤时，属第一类T形截面。计算方法：与bf'×h的单筋矩形截面完全相同。⑵第二类T形截面判别：当M＞时，属于第二类T形截面。计算方法：①计算As2和相应弯矩Mu：②计算Mu1：Mu1＝Mu―Mu2③计算As1：同单筋矩形截面④计算As：As＝As1＋As2课题小结：T形截面受弯构件中，由于受压翼缘的参与受力，使得其受弯承载力较矩形截面承载力有所提高且经济。；2．根据受压区截面形状的不同，T形截面可分为两类：当受压区为矩形时，截面仍为矩形截面；只有当受压区为T形时，截面才真正为T形截面。3．翼缘宽度范围内砼压应力实际分布不均匀，为计算简化，假定翼缘计算宽度bf'内压应力呈均匀分布，bf'的确定取决于梁跨l0、翼缘厚度hf'以及梁肋净距sn。4．T形截面受弯构件的计算原理与双筋截面梁相似，以了解为主。第五章钢筋混凝土受弯构件的斜截面承载力课题：第5章钢筋混凝土受弯构件的斜截面承载力讲授课时8授课日期第7周至第8周教学目的要求：1、掌握受弯构件斜裂缝出现前后的受力变化；2、掌握受弯构件斜截面受剪破坏形态；3、熟悉影响钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力的主要因素；4、了解受弯构件斜截面受剪受力特点；5、掌握受弯构件斜截面受剪承载力计算公式及适用条件；6、掌握保证斜截面受弯承载力的构造措施教学重点：1、钢筋混凝土梁斜裂缝出现前后的受力变化；2、钢筋混凝土受弯构件斜截面受剪破坏形态；3、影响钢筋混凝土受弯构件斜截面受剪承载力的因素；4、钢筋混凝土梁斜截面的设计方法；5、纵筋的截断、弯起与锚固。教学难点：1、钢筋混凝土梁斜裂缝出现前后受力变化；2、钢筋混凝土斜截面受剪设计；3、钢筋混凝土梁的抵抗弯矩包络图绘制。教学方法：直观演示法、讨论法，讲授法教具：计算机、投影仪、黑板等课时安排节次内容总课时其中讲授实验、实习课堂作业1概述、无腹筋梁斜截面受剪性能2212有腹筋梁斜截面的受剪性能2213受弯构件斜截面承载力计算及箍筋构造2214纵筋弯起、截断和锚固的构造措施221合计884第五章钢筋混凝土受弯构件的斜截面承载力第1节课题：钢筋混凝土无腹筋梁斜截面受剪性能讲授课时2授课日期星期一日/月星期日/月教学目的：理解受弯构件斜裂缝出现前后受力的变化；熟悉影响钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力的主要影响因素；3、掌握钢筋混凝土梁斜截面的破坏形态。教学重点：1、钢筋混凝土梁斜裂缝的形成及斜裂缝种类；2、剪跨比的概念及无腹筋钢筋混凝土梁斜截面的破坏形态；3、无腹筋钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力的主要影响因素。课程思政：斜截面三种破坏形态均是脆性破坏，因此抗震设计中有“强剪弱弯”的设计原则，也就是通过人为设计措施控制钢筋混凝土梁要先发生弯曲破坏，通过梁弯曲变形的延性机