(水工)钢筋混凝土结构-修改.ppt
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1、第第第第4 4章章章章 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构王清湘王清湘王清湘王清湘4.1 4.1 材料的力学性能材料的力学性能材料的力学性能材料的力学性能 4.1.1 4.1.1 钢筋的类别及力学性能钢筋的类别及力学性能钢筋的类别及力学性能钢筋的类别及力学性能 4.1.1.1 4.1.1.1 钢筋的种类和级别钢筋的种类和级别钢筋的种类和级别钢筋的种类和级别 1 1)热轧钢筋热轧钢筋热轧钢筋热轧钢筋 HPB235,HRB335,HRB400,RRB400 HPB235,HRB335,HRB400,RRB400 2 2)冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 3 3
2、)预应力混凝土用钢棒、螺纹钢筋预应力混凝土用钢棒、螺纹钢筋预应力混凝土用钢棒、螺纹钢筋预应力混凝土用钢棒、螺纹钢筋 4 4)消除预应力钢丝和钢绞线消除预应力钢丝和钢绞线消除预应力钢丝和钢绞线消除预应力钢丝和钢绞线 4.1.1.24.1.1.2钢筋的力学性能钢筋的力学性能钢筋的力学性能钢筋的力学性能 软钢软钢s s se es理想弹塑性本构模型理想弹塑性本构模型 硬钢应力硬钢应力应变曲线应变曲线 4.1.1.3 4.1.1.3 混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求 1 1)钢筋的强度)钢筋的强度)钢筋的强度)钢筋的强度 2 2)
3、钢筋的塑性)钢筋的塑性)钢筋的塑性)钢筋的塑性 3 3)钢筋的可焊性)钢筋的可焊性)钢筋的可焊性)钢筋的可焊性 4 4)钢筋的耐火性)钢筋的耐火性)钢筋的耐火性)钢筋的耐火性 5 5)钢筋与混凝土的粘结力)钢筋与混凝土的粘结力)钢筋与混凝土的粘结力)钢筋与混凝土的粘结力 4.1.2 4.1.2 混凝土的强度、变形及其影响因素混凝土的强度、变形及其影响因素混凝土的强度、变形及其影响因素混凝土的强度、变形及其影响因素 4.1.2.1 4.1.2.1 混凝土的强度混凝土的强度混凝土的强度混凝土的强度1 1)混凝土立方体抗压强度及混凝土强度等级混凝土立方体抗压强度及混凝土强度等级混凝土立方体抗压强度及
4、混凝土强度等级混凝土立方体抗压强度及混凝土强度等级2 2)混凝土轴心抗压强度)混凝土轴心抗压强度)混凝土轴心抗压强度)混凝土轴心抗压强度 3 3)混凝土抗拉强度)混凝土抗拉强度)混凝土抗拉强度)混凝土抗拉强度 A.A.直接拉伸法直接拉伸法直接拉伸法直接拉伸法 B.B.劈裂法劈裂法劈裂法劈裂法4 4)复合应力状态下混凝土的强度)复合应力状态下混凝土的强度)复合应力状态下混凝土的强度)复合应力状态下混凝土的强度 4.1.2.2 4.1.2.2 混凝土的变形混凝土的变形混凝土的变形混凝土的变形1 1)一次短期荷载下的混凝土应力一次短期荷载下的混凝土应力一次短期荷载下的混凝土应力一次短期荷载下的混凝土
5、应力应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线 2 2)混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力混凝土单轴受压应力应变曲线的简化模型应变曲线的简化模型应变曲线的简化模型应变曲线的简化模型3 3)混凝土的弹性模量)混凝土的弹性模量)混凝土的弹性模量)混凝土的弹性模量 4 4)混凝土重复荷载下的变形性能)混凝土重复荷载下的变形性能)混凝土重复荷载下的变形性能)混凝土重复荷载下的变形性能 5 5)荷载长期作用下混凝土的变形性能荷载长期作用下混凝土的变形性能荷载长期作用下混凝土的变形性能荷载长期作用下混凝土的变形性能 6 6)混凝土的收缩混凝土的收缩混凝土的收缩混凝土的收缩混凝土在空气中结硬时体混
6、凝土在空气中结硬时体混凝土在空气中结硬时体混凝土在空气中结硬时体积减小的现象积减小的现象积减小的现象积减小的现象 混凝土的徐变混凝土的徐变混凝土的徐变混凝土的徐变 混凝土的徐变是指混凝土在长期荷载作用下应变或变混凝土的徐变是指混凝土在长期荷载作用下应变或变混凝土的徐变是指混凝土在长期荷载作用下应变或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。形随时间而增长的现象。形随时间而增长的现象。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:影响混凝土徐变的因素很多,可主要归结为三个方面:影响混凝土徐变的因素很多,可主要归结为三个方面:影响混凝土徐变的因素
7、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。加载史;混凝土内在因素;环境因素。加载史;混凝土内在因素;环境因素。加载史;混凝土内在因素;环境因素。(1 1)应力越大徐变越大,当混凝土应力较大时()应力越大徐变越大,当混凝土应力较大时()应力越大徐变越大,当混凝土应力较大时()应力越大徐变越大,当混凝土应力较大时(s s s scc0.50.5f fcc),产生非线性徐变,徐变变形比应力增长),产生非线性徐变,徐变变形比应力增长),产生非线性徐变,徐变变形比应力增长),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。要快。荷载持续的时间越长,徐变越大。要快
8、。荷载持续的时间越长,徐变越大。要快。荷载持续的时间越长,徐变越大。(2 2)混凝土龄期越小,徐变越大。)混凝土龄期越小,徐变越大。)混凝土龄期越小,徐变越大。)混凝土龄期越小,徐变越大。(3 3)混凝土强度高,密实度高徐变小。)混凝土强度高,密实度高徐变小。)混凝土强度高,密实度高徐变小。)混凝土强度高,密实度高徐变小。(4 4)水灰比越大徐变越大,当水灰比不变时,水泥)水灰比越大徐变越大,当水灰比不变时,水泥)水灰比越大徐变越大,当水灰比不变时,水泥)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。用量越多徐变越大。用量越多徐变越大。用量越多徐变越大。(5 5)构件的厚度小,徐变
9、大。)构件的厚度小,徐变大。)构件的厚度小,徐变大。)构件的厚度小,徐变大。(6 6)养护条件好(高温高湿)徐变小。)养护条件好(高温高湿)徐变小。)养护条件好(高温高湿)徐变小。)养护条件好(高温高湿)徐变小。4.1.2.3 4.1.2.3 钢筋与混凝土共同工作的基础钢筋与混凝土共同工作的基础钢筋与混凝土共同工作的基础钢筋与混凝土共同工作的基础 (1 1)钢筋与混凝土有大体相同的温度膨胀系)钢筋与混凝土有大体相同的温度膨胀系)钢筋与混凝土有大体相同的温度膨胀系)钢筋与混凝土有大体相同的温度膨胀系数,钢材线膨胀系数为数,钢材线膨胀系数为数,钢材线膨胀系数为数,钢材线膨胀系数为1.2101.21
10、0-5-5,混凝土为,混凝土为,混凝土为,混凝土为(1.01.01.51.5)1010-5-5。这样,在温度变化时,。这样,在温度变化时,。这样,在温度变化时,。这样,在温度变化时,温度应力的影响一般可不予考虑。温度应力的影响一般可不予考虑。温度应力的影响一般可不予考虑。温度应力的影响一般可不予考虑。(2 2)混凝土对钢筋起到很好的保护作用,可)混凝土对钢筋起到很好的保护作用,可)混凝土对钢筋起到很好的保护作用,可)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。避免钢筋过早锈蚀,提高耐久性。避免钢筋过早锈蚀,提高耐久性。避免钢筋过早锈蚀,提高耐久性。(3 3)钢筋与混凝土之间
11、有很好的粘结作用。)钢筋与混凝土之间有很好的粘结作用。)钢筋与混凝土之间有很好的粘结作用。)钢筋与混凝土之间有很好的粘结作用。4.2 4.2 钢筋混凝土结构基本计算原则钢筋混凝土结构基本计算原则钢筋混凝土结构基本计算原则钢筋混凝土结构基本计算原则 4.2.1 4.2.1 现行水工混凝土结构设计规范(现行水工混凝土结构设计规范(现行水工混凝土结构设计规范(现行水工混凝土结构设计规范(SL191-2008SL191-2008)采用的计算方法采用的计算方法采用的计算方法采用的计算方法 4.2.1.1 4.2.1.1 结构功能的极限状态及其分类结构功能的极限状态及其分类结构功能的极限状态及其分类结构功
12、能的极限状态及其分类 1.1.极限状态的定义极限状态的定义极限状态的定义极限状态的定义 2.2.极限状态的分类极限状态的分类极限状态的分类极限状态的分类 承载力极限状态承载力极限状态承载力极限状态承载力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态4.2.1.2 荷载分类及荷载标准值荷载分类及荷载标准值1)荷载分类)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结构上的荷载,按其随时间的变异性不同可分为以下三类下三类;(1)永久荷载(恒荷载);)永久荷载(恒荷载);(2)可变荷载(活荷载);)可变荷载(活荷载);(3)偶然荷载;)偶然荷载;2)荷载标准值)荷
13、载标准值 荷载的标准值的取值荷载的标准值的取值 4.2.1.3 材料强度的标准值与设计值材料强度的标准值与设计值 1)材料强度的标准值)材料强度的标准值 m mf材料强度平均值;材料强度平均值;s sf材料强度标准差;材料强度标准差;a af材料强度标准值的保证率系数;材料强度标准值的保证率系数;d df材料强度变异系数。材料强度变异系数。2)材料的强度设计值材料的强度设计值混凝土混凝土c=1.4 软钢取软钢取s=1.1硬钢取硬钢取s=1.4材料强度标准值、设计值材料强度标准值、设计值材料强度标准值、设计值材料强度标准值、设计值 4.2.2.1 4.2.2.1 承载力极限状态设计表达式承载力极
14、限状态设计表达式承载力极限状态设计表达式承载力极限状态设计表达式设计表达式:设计表达式:设计表达式:设计表达式:1 1 基本组合基本组合基本组合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不利作用时:当永久荷载对结构起不利作用时: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:当永久荷载对结构起有利作用时:当永久荷载对结构起有利作用时:当永久荷载对结构起有利作用时:4.2.2 4.2.2 极限状态设计的实用设计表达式极限状态设计的实用设计表达式极限状态设计的实用设计表达式极限状态设计的实用设计表达式 2 偶然组合偶然组合混凝土结构构件的承载力安全系数KS SAkAk偶然
15、荷载标准值产生的荷载效应偶然荷载标准值产生的荷载效应偶然荷载标准值产生的荷载效应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2.201.902.001.701.901.604.2.2.2 4.2.2.2 正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式 S Skk()()正常
16、使用极限状态的荷载效应组合值函数正常使用极限状态的荷载效应组合值函数正常使用极限状态的荷载效应组合值函数正常使用极限状态的荷载效应组合值函数 C C结构的功能限值(裂缝宽度或挠度限值)结构的功能限值(裂缝宽度或挠度限值)结构的功能限值(裂缝宽度或挠度限值)结构的功能限值(裂缝宽度或挠度限值)f fkk材料强度标准值材料强度标准值材料强度标准值材料强度标准值 a akk结构构件几何参数的标准值结构构件几何参数的标准值结构构件几何参数的标准值结构构件几何参数的标准值4.3 4.3 承载能力极限状态计算承载能力极限状态计算承载能力极限状态计算承载能力极限状态计算 4.3.1 4.3.1 钢筋混凝土受
17、弯构件正截面承载力计算钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算 4.3.1.1 4.3.1.1受弯构件截面形式受弯构件截面形式受弯构件截面形式受弯构件截面形式 4.3.1.2 4.3.1.2受弯构件正截面试验研究受弯构件正截面试验研究受弯构件正截面试验研究受弯构件正截面试验研究 梁的工作阶段梁的工作阶段梁的工作阶段梁的工作阶段 A.A.试验结果分析试验结果分析试验结果分析试验结果分析 B.B.梁的工作阶段梁的工作阶段梁的工作阶段梁的工作阶段 .第第第第阶段阶段阶段阶段拉区混凝土未裂阶段拉区混凝土未裂阶段拉区混凝土未裂阶段拉区混凝土未
18、裂阶段 .第第第第 阶段阶段阶段阶段裂缝阶段裂缝阶段裂缝阶段裂缝阶段 .第第第第 阶段阶段阶段阶段破坏阶段破坏阶段破坏阶段破坏阶段 C.C.梁正截面破坏形态梁正截面破坏形态梁正截面破坏形态梁正截面破坏形态 .适筋破坏适筋破坏适筋破坏适筋破坏 .超筋破坏超筋破坏超筋破坏超筋破坏 .少筋破坏少筋破坏少筋破坏少筋破坏 4.3.1.3 4.3.1.3 正截面受弯承载力计算正截面受弯承载力计算正截面受弯承载力计算正截面受弯承载力计算1 1)基本假定)基本假定)基本假定)基本假定 (1)(1)平截面假定。平截面假定。平截面假定。平截面假定。(2)(2)不考虑受拉区混凝土参加工作,拉力完全由不考虑受拉区混凝
19、土参加工作,拉力完全由不考虑受拉区混凝土参加工作,拉力完全由不考虑受拉区混凝土参加工作,拉力完全由 钢筋承担。钢筋承担。钢筋承担。钢筋承担。(3)(3)采用理想化的混凝土的应力采用理想化的混凝土的应力采用理想化的混凝土的应力采用理想化的混凝土的应力应变(应变(应变(应变(s s s sc c e e e ecc)关系曲线作为计算的依据。关系曲线作为计算的依据。关系曲线作为计算的依据。关系曲线作为计算的依据。(4)(4)钢筋钢筋钢筋钢筋s s s sss e e e ess关系曲线采用理想弹塑性模型。关系曲线采用理想弹塑性模型。关系曲线采用理想弹塑性模型。关系曲线采用理想弹塑性模型。2 2)界限
20、破坏及界限受压区高度)界限破坏及界限受压区高度)界限破坏及界限受压区高度)界限破坏及界限受压区高度图图4.3.10 适筋、超筋、界限破坏时的截面平均应变图适筋、超筋、界限破坏时的截面平均应变图Asx0bh0hbes=eyMus0fyAsMufcx0bh0 xbx0bfyAsecu图图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界限破坏时截面实际相对界限受压区高度x x0b: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,并近似取在实际设计
21、计算中,用矩形等效应力图代替实际应力图,并近似取在实际设计计算中,用矩形等效应力图代替实际应力图,并近似取 x xbb=b b b bx x0b0b,故:,故:,故:,故:水工规范取水工规范取水工规范取水工规范取b b b b=0.8,=0.8,e e e ecucu=0.0033,=0.0033,则:则:则:则:(4.3.5)(4.3.5)(4.3.5)(4.3.5)式中式中式中式中x xx xbb相对界限受压区计算高度;相对界限受压区计算高度;相对界限受压区计算高度;相对界限受压区计算高度;xxbb界限受压区计算高度;界限受压区计算高度;界限受压区计算高度;界限受压区计算高度;hh00截面
22、有效高度;截面有效高度;截面有效高度;截面有效高度;ffyy钢筋抗拉强度设计值;钢筋抗拉强度设计值;钢筋抗拉强度设计值;钢筋抗拉强度设计值;EEss钢筋弹性模量;钢筋弹性模量;钢筋弹性模量;钢筋弹性模量;理论上讲,计算高度理论上讲,计算高度理论上讲,计算高度理论上讲,计算高度x x x x=x/h=x/h00 x x x xbb,则为适筋破坏;则为适筋破坏;则为适筋破坏;则为适筋破坏;若若若若x x x x=x/h=x/h00 x x x xbb,则为超筋破坏。,则为超筋破坏。,则为超筋破坏。,则为超筋破坏。新规范新规范新规范新规范SL191-2008SL191-2008SL191-2008S
23、L191-2008与规范与规范与规范与规范SL/T191-96SL/T191-96SL/T191-96SL/T191-96相比给出更严格的规定,相比给出更严格的规定,相比给出更严格的规定,相比给出更严格的规定,即:即:即:即:x x x x0.850.85x x x xbb(x 0.85x 0.85x x x xbbh h00)从式从式从式从式(4.3.5)(4.3.5)可以看出,相对界限受压区计算高度可以看出,相对界限受压区计算高度可以看出,相对界限受压区计算高度可以看出,相对界限受压区计算高度x xbb和钢筋等级有关。和钢筋等级有关。和钢筋等级有关。和钢筋等级有关。对于没有明显屈服点的钢筋
24、,因对于没有明显屈服点的钢筋,因对于没有明显屈服点的钢筋,因对于没有明显屈服点的钢筋,因e e e ey yy y=f fyy/E Ess+0.002+0.002,带入式带入式带入式带入式(4.3.5)(4.3.5),可得可得可得可得:(4.3.6)(4.3.6)(4.3.6)(4.3.6)4.3.1.4 4.3.1.4 单筋矩形截面构件正截面承载力计算单筋矩形截面构件正截面承载力计算单筋矩形截面构件正截面承载力计算单筋矩形截面构件正截面承载力计算基本公式:基本公式:基本公式:基本公式:(4.3.74.3.7)(4.3.84.3.8)1 1)截面配筋设计)截面配筋设计)截面配筋设计)截面配筋设
25、计(1 1)由式()由式()由式()由式(4.3.84.3.8)计算)计算)计算)计算(2 2)由)由)由)由 ,求,求,求,求x x x x。(3 3)若)若)若)若x0.85xx0.85xbb,则求,则求,则求,则求r r r r=x x x xf fcc/f fyy,A Ass=r r r rbhbh00。若若若若A Ass 0.85xx0.85xx0.85xx0.85xbb,则梁会发生超筋破坏,应增大梁截面,则梁会发生超筋破坏,应增大梁截面,则梁会发生超筋破坏,应增大梁截面,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。尺寸或提高混凝土强度或采用后面介绍
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