理工07混凝土.ppt

1、第三章 钢筋和混凝土的材料性能,3.3 钢筋与混凝土的相互作用-粘接力, 钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力(Bond)，在荷载作用下，保证两种材料变形协调(Consistent deformation under load)，共同受力； 钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.210-5，混凝土为(1.01.5)10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。 钢筋的弹性模量约为混凝土的610倍，在相同变形下，钢筋能承担更大的应力，有利于钢筋材料强度的发挥。,3.3 钢筋与混凝土的相互作用-粘接力,钢筋与混凝土共同工作的条件,第三章 钢筋和混凝土

2、的材料性能,3.3 钢筋与混凝土的相互作用-粘接力,3.3 钢筋与混凝土的相互作用-粘接力,粘结力(Bond)的构成,粘结应力从内力角度来说是分布在钢筋与混凝土接触面上的剪应力，它能阻止钢筋与混凝土之间的相对滑动，而使二者很好的共同工作,胶结力,摩擦力,机械咬合力,第三章 钢筋和混凝土的材料性能,3.3 钢筋与混凝土的相互作用-粘接力,粘结破坏的机理,胶结力,摩擦力,机械咬合力,第三章 钢筋和混凝土的材料性能,3.3 钢筋与混凝土的相互作用-粘接力,粘结应力的拔出试验与粘结强度平均值,钢筋锚固长度 钢筋达到屈服强度而不发生粘结锚固破坏的最短长度。,第三章 钢筋和混凝土的材料性能,3.3 钢筋与

3、混凝土的相互作用-粘接力,粘结力的主要影响因素,混凝土强度,保护层厚度,钢筋表面形状,锚固长度,横向压应力,第三章 钢筋和混凝土的材料性能,3.3 钢筋与混凝土的相互作用-粘接力,普通钢筋锚固长度 按下列公式计算：,保证粘结力的措施,足够的锚固长度,第三章 钢筋和混凝土的材料性能,3.3 钢筋与混凝土的相互作用-粘接力,光面钢筋端部做弯钩：,保证粘结力的措施,第三章 钢筋和混凝土的材料性能,3.3 钢筋与混凝土的相互作用-粘接力,机械弯钩：,保证粘结力的措施,第三章 钢筋和混凝土的材料性能,3.3 钢筋与混凝土的相互作用-粘接力,钢筋表面带肋； 纵向钢筋端部焊横向钢筋； 纵向钢筋端部加箍筋；

4、采用高强混凝土； 弯起钢筋端部加水平锚固段； 在纵向钢筋端部焊锚板； 将钢筋焊在预埋件上。 搭接要有一定的搭接长度 钢筋周围的混凝土要有一定的厚度（保护层和净距）,保证粘结力的措施,第三章 钢筋和混凝土的材料性能,本章重点,熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则；,熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能及其选用原则；,了解钢筋与混凝土的共同工作原理。,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,第 2 章 建筑结构的设计标准和设计方法,第四章 结构设计方法, 工程结构的设计需要保证安全可靠、经济合理 由于实际工程结构中存在多种不确定性因素 对工程结构的安全可靠可能会产生不利影响 为避免

5、可能产生的不安全可靠情况，一般需比计算要求的截面或材料用量增加 截面或材料用量越多，安全可靠程度就越高，不安全的可能性就越小，但工程结构造价也越大 结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定性问题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.1 设计基准期和设计使用年限,2.1.2 结构的设计使用年限,2.1.1 设计基准期,结构设计所采用的荷载统计参数、与时间有关的材料性能的取值，都需要选定一个时间参数，它就是设计基准期。 我国所采用的设计基准期为50年。,设计规定的一个时期。在这一规定的时期内，房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下不需要进行大修就能

6、按其预定目的使用。,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.1 设计基准期和设计使用年限,2.1.2 结构的设计使用年限,2.1.3结构的设计使用年限与结构的使用年限,2.2.1 结构的功能 Functions of Structure,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,耐久性,适用性,承载能力,安全性,Safety,Serviceability,Durability,鲁棒性,Robustness,意外情况下的安全性, 安全性 Safety 如（MMu） 结构在预定使用期间内（design life 一般为50年），应能承受在正常施工、正常使用情况下可

7、能出现的各种荷载、外加变形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。 在偶然荷载下，仍能保持整体稳定性 所需要考虑的问题： 正常情况下荷载的随机性 正常情况下结构构件材料强度的随机性 结构计算分析的误差：结构模型、承载力模型,2.2.1 结构的功能 Functions of Structure,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法, 适用性 Serviceability 如（f f ） 结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。 如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动（频率、振幅），或产生让使用者感到不安的

8、过大的裂缝宽度。,2.2.1 结构的功能 Functions of Structure,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.2.1 结构的功能 Functions of Structure,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法, 耐久性 Durability 如（wmax wmax） 结构在正常使用和正常维护条件下，应具有足够的耐久性 在各种环境作用因素的影响下（如温度、湿度及各种有害物质），结构材料的性能不应在预定使用期限内产生明显的劣化或腐

9、蚀，以致影响结构的正常使用，甚至导致结构的承载力和刚度明显降低，从而影响结构适用性和安全性 除环境作用因素外，结构长期承受疲劳荷载也会导致材料强度降低，也会影响结构的适用性和安全性。 结构的耐久性是以满足正常使用要求的时间，即使用寿命来衡量的。,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法, 耐久性 Durability,2.2.1 结构的功能 Functions of Structure,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法, 鲁棒性 Robustness 在偶然意外事件（如强烈地震、爆炸）发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性

10、，不应发生与其原因不相称的倒塌或连续破坏，造成重大的生命和财产损失。,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,天灾,地震灾害 风灾害 洪水 地质灾害:滑坡/崩塌/泥石流/地面沉降 火灾 爆炸 车、船、飞机撞击 设计失误 施工失误和偷工减料,人祸,2.2.1 结构的功能 Functions of Structure,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法, 鲁棒性 Robustness 鲁棒性与安全性既有联系，又有区别。 两者都是关心的工程结构安全问题 鲁棒性是以工程结构的终极垮塌为目标，是无法接受的安全性上限。 安全性是以结构

11、的最大承载力为目标，即按所谓的“承载力极限状态”来考虑的安全性。结构达到最大承载力（极限状态）并不意味着结构的垮塌。 安全性是针对正常使用荷载和作用来考虑的，而鲁棒性 是针对意外荷载和作用来考虑的。,2.2.1 结构的功能 Functions of Structure,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,由于意外荷载和作用难以估计，同时也不能无限制对结构的鲁棒性提出过高要求，因此鲁棒性要求是在结构满足正常安全度的前提下和经济许可范围内，根据可能遭遇的意外荷载和作用的分类、特征和等级，达到与其原因相称的破坏程度。 当意外荷载和作用超过所预期的类型和等级，如果

12、结构产生垮塌，则称为与其原因相称的破坏，是没有办法的事了。, 鲁棒性 Robustness,2.2.1 结构的功能 Functions of Structure,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,比如，在一个6度抗震设防区的建筑，如果采取合理措施（结构造价比6度设防抗震设计并没有显著增加，如控制在510以内），可以在8度或9度地震下不产生垮塌（唐山地震中一些采用构造柱和圈梁的砌体结构没有垮塌就是典型的例子），但若遭遇10度或以上的强烈地震，如果结构垮塌，就无能为力了。, 鲁棒性 Robustness,2.2.1 结构的功能 Functions of St

13、ructure,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,唐山地震，1976年7月28日，死亡242,769人, 鲁棒性 Robustness,2.2.1 结构的功能 Functions of Structure,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,又如，一般居民民用建筑结构或公共建筑，如果遭遇煤气爆炸（尽管设计时没有按煤气爆炸进行计算设计）或意外爆炸（如汽车炸弹袭击，在人为爆炸破坏炸药当量范围），不应造成整体结构垮塌（如石家庄爆炸事件）；而当遭遇军事行动的爆炸，也无能为力了。, 鲁棒性 Robustness,2.2 结构的

14、功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,石家庄爆炸案,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,撞击世贸大厦,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,设计 施工戴高乐机场,4.1 结构的功能,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2004年5月23日，巴黎戴高乐机场2E候机厅顶棚发生坍塌事故，造成包括两名中国公民在内的4人死亡，3人受伤。,调查委员会指出：设计时应对偶然性的安全系数不足导致了候机厅顶棚坍塌。一系列结构上的问题使顶棚抗外力强度逐渐受损，最终导致结构坍塌。同时，钢筋混凝土骨架不够或定位不好、缺乏当某

15、一局部出现问题时向其他区域分散压力的可能性、连接水泥顶棚和下层玻璃的承梁抗击外力的能力不足等。,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,4人死亡，其中2人为中国人。,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,工程设计师保罗安德鲁,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,事故有两个可能的触发因素：一个是气温，事故发生那天早晨的气温是4.1摄氏度，为当月最低温度。另一个因素是顶棚支柱的卡箍松弛。,以色列一楼房由于甲方随意结构改

16、造，在婚庆舞会时突然坍塌,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,外界影响（affection, action）： 一般荷载和作用： 结构正常安全性 和适用性 偶然荷载和作用：地震、爆炸 结构鲁棒性 环境作用：侵蚀、冻融等 结构耐久性,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.2.2 结构的作用和作用效应,一、 结构上的作用,定义：凡能使结构产生内力、应力、位移、应变、 裂缝的因素，都称为结构上的作用。,直接作用：荷载；,间接作用：温度、收缩、徐变、地

17、基不均匀沉降等。,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.2.2结构的作用和作用效应,一、 结构上的作用,永久作用 在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平 均值相比可以忽略不计的作用。如结构自重、土壤压 力、基础沉降及焊接变形 可变作用在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均 值相比不可忽略的作用。如楼面活荷载、雪荷载、风 荷载 偶然作用在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大 且持续时间很短的作用。如地震、爆炸、撞击等, 按时间的变异分类,2.2 结构的功能要求、作用和抗力,第二章 建筑结构的设计标准和设计方法,2.2.1 结构的作用和作用效应,一、 结构上的作用,固定作用在结构空间位置上