混凝土结构设计原理绪论学习教案.pptx

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1、会计学1混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理(yunl)绪论绪论第一页，共45页。结构(jigu)的种类及特点l圬工结构(jigu)第1页/共45页第二页，共45页。第2页/共45页第三页，共45页。第3页/共45页第四页，共45页。结构(jigu)的种类及特点l钢筋(gngjn)混凝土结构第4页/共45页第五页，共45页。l钢筋(gngjn)混凝土结构第5页/共45页第六页，共45页。第6页/共45页第七页，共45页。第7页/共45页第八页，共45页。结构(jigu)的种类及特点l钢结构第8页/共45页第九页，共45页。第9页/共45页第十页，共45页。结构(jigu)的种类及特点l组合(z

2、h)结构第10页/共45页第十一页，共45页。第11页/共45页第十二页，共45页。第一篇第一篇 钢筋钢筋(gngjn)(gngjn)混凝土结混凝土结构构第一章第一章 钢筋混凝土结构的基本钢筋混凝土结构的基本概念概念 及材料及材料(cilio)(cilio)的物理力的物理力学性能学性能 第一节第一节 钢筋钢筋(gngjn)(gngjn)混凝土结构的基混凝土结构的基本概念本概念钢筋混凝土是由两种力学性能不同的材料钢筋和混凝土结合成整体，共同发挥作用的一种建筑材料。第12页/共45页第十三页，共45页。1.11.11.11.1素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和破坏素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和

3、破坏素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和破坏素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和破坏(phui)(phui)(phui)(phui)形态比较形态比较形态比较形态比较 破坏(phui)特征：一裂即断，脆性，破坏(phui)无预兆；Fmax8kN素混凝土梁 破坏(phui)特征：裂不等于坏，破坏(phui)有预兆；Fmax36kN钢筋混凝土梁1、受弯构件（梁）第13页/共45页第十四页，共45页。uu结结论论：根根据据 构构件件受受力力状状况况配配置置受受力力钢钢筋筋(gngjn)(gngjn)构构成成钢钢筋筋(gngjn)(gngjn)混混凝凝土土构构件件，可可充充分分利利用用钢钢筋筋(gngjn)

4、(gngjn)和和混混凝凝土土各各自自的的材材料料，把把它它们们有有机机地地结结合合在在一一起起共共同同工工作作，从从而而提提高高构构件件的的承承载载能能力力、改改善善构构件件的的受受力力性性能能。钢钢筋筋(gngjn)(gngjn)的的作作用用是是代代替替混混凝凝土土受受拉拉或或协协助混凝土受压。助混凝土受压。F1F2F2、受压构件(gujin)（柱）试验表明：与素混凝土受压构件截面尺寸及长细比相同的钢筋混凝土受压构件相比，不仅承载能力大为提高，而且受力性能得到(d do)改善。第14页/共45页第十五页，共45页。3、钢筋和混凝土能够共同(gngtng)工作的原因。混凝土结硬后与钢筋牢固地

5、粘结在一起，能相互(xingh)传递应力。注意：玻璃纤维、碳纤维等抗拉强度(kn l qin d)高的材料也可作配筋用。混凝土可以保护钢筋不发生锈蚀。钢筋与混凝土有相近的线膨胀系数。第15页/共45页第十六页，共45页。自重大抗裂性较差施工受季节环境影响较大现浇结构模板(mbn)耗用木材较多 4 4、钢筋、钢筋(gngjn)(gngjn)混凝土优缺点混凝土优缺点缺点(qudin)优点l耐久性好l耐火性好l整体性好l可模性好l取材容易第16页/共45页第十七页，共45页。1.2 混凝土1.2.1 混凝土的强度试验方法(fngf)：试件与压力机之间不加油脂润滑剂。试件尺寸：试件尺寸愈小，摩阻力(z

6、l)影响越大，测得的强度愈高。1 1、立方体抗压强度、立方体抗压强度1 1）标准试件：尺寸：）标准试件：尺寸：150150150mm150150150mm立方体立方体 温度：温度：202022 相对湿度：相对湿度：95%95%以上以上 养护时间：养护时间：2828天天.标准制作方法标准制作方法 规定的试验方法规定的试验方法cuf第17页/共45页第十八页，共45页。2 2 2 2 轴心抗压强度轴心抗压强度轴心抗压强度轴心抗压强度(kn y qin d)fc(kn y qin d)fc(kn y qin d)fc(kn y qin d)fc(棱柱体强度棱柱体强度棱柱体强度棱柱体强度)1)试件n

7、n150mm150mm150mm150mm300mm,300mm,制作方制作方法同立方体试件法同立方体试件.2)2)影响因素影响因素:试件高度试件高度h h与边与边长长b b之比之比,比值比值(b(b zh)zh)越大越大,轴心抗压强度轴心抗压强度越小越小.(.(图图1-4)1-4)01.02.0 fcu/fch/b1.02.03.04.0 h/b对抗压强度的影响第18页/共45页第十九页，共45页。3、抗拉强度(kn l qin d)ft1)1)测试方法测试方法:采用圆柱体或立方体的劈裂采用圆柱体或立方体的劈裂(p li)(p li)试件来测定试件来测定.(.(如下图）如下图）第19页/共4

8、5页第二十页，共45页。2)采用劈裂试验(shyn)测抗拉强度的原因第20页/共45页第二十一页，共45页。4、复合(fh)应力状态下的混凝土强度双向应力双向应力(yngl)两个垂直平两个垂直平面上作用有法向应力面上作用有法向应力(yngl)，第三个平面上应力第三个平面上应力(yngl)为零。为零。双向受压时，一向的混凝土强度随着另一向压应力增加而增加。双向受拉时，双向受拉混凝土抗拉强度均接近于单向抗拉强度。一向受拉、一向受压时，混凝土强度均低于单向受力强度。第21页/共45页第二十二页，共45页。压剪应力状态下，混凝土的抗压强度(qingd)由于剪应力的存在而降低；当/fc（0.50.7)时

9、，抗剪强度(qingd)随压应力的增大而减小。三向受压状态(zhungti)下，混凝土的轴心抗压强度随另外两向压应力增加而增加。与侧向应力的关系为：第22页/共45页第二十三页，共45页。混凝土的变形(bin xng)1）混凝土在单调(dndio)、短期加载作用下的变形。应力(yngl)应变曲线。0A:近似弹性 AB:非线性 BC:体积增大 CF:破坏 中、低强度混凝土第23页/共45页第二十四页，共45页。高强混凝土：，第24页/共45页第二十五页，共45页。混凝土的弹性模量、变形模量第25页/共45页第二十六页，共45页。公路桥规弹性模量确定方法：试验采用棱柱体试件，取应力上限为0.5，进

10、行反复加载510次，取应力应变曲线的斜率作为弹性模量。经验公式：剪切模量：第26页/共45页第二十七页，共45页。2）混凝土在长期(chngq)荷载作用下的变形性能（1 1）徐变：混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长）徐变：混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长(zngzh(zngzh ng)ng)的变形。的变形。（2）原因：在长期荷载的作用下，混凝土胶体(jio t)中的水分逐渐压出，水泥石逐渐发生粘性流动，微孔隙逐渐闭合，结晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐产生等综合作用的结果。第27页/共45页第二十八页，共45页。（3）徐变曲线第28页/共45页第二十九页，共45页。（3 3）影响徐变的

11、因素：）影响徐变的因素：混凝土长期荷载作用下的应力混凝土长期荷载作用下的应力 0.5fc0.5fc时，线性徐变；时，线性徐变；0.5fc0.5fc 0.8fc0.8fc，时，非线性徐变，时，非线性徐变 0.8fc0.8fc，非稳定徐变。，非稳定徐变。加载时混凝土的龄期加载时混凝土的龄期 加载时混凝土的龄期越短，则徐变变形越大加载时混凝土的龄期越短，则徐变变形越大第29页/共45页第三十页，共45页。混凝土的组成成分和配合比混凝土的组成成分和配合比 水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变越大；骨料的弹性模量愈大，骨料体积在混凝土中所占的比重愈高，则徐变愈小。水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，

12、徐变越大；骨料的弹性模量愈大，骨料体积在混凝土中所占的比重愈高，则徐变愈小。养护及使用条件下的温度。养护及使用条件下的温度。养护时温度越高，湿度越大，水泥的水化作用养护时温度越高，湿度越大，水泥的水化作用(zuyng)(zuyng)就越充分，徐变就越小。使用环境温度越高，徐变越大。环境的相对湿度越大，徐变越大。就越充分，徐变就越小。使用环境温度越高，徐变越大。环境的相对湿度越大，徐变越大。第30页/共45页第三十一页，共45页。3)3)混凝土的收缩混凝土的收缩(shu su)(shu su)混凝土的收缩混凝土的收缩(shu su)(shu su)：混凝土在空气中结硬时其体积会缩小的现象。混凝土

13、在空气中结硬时其体积会缩小的现象。原因(yunyn)：硬化初期水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内自由水分蒸发引起的干缩。混凝土收缩的特点：混凝土收缩的特点：结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩的结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩的25%25%，一个月完成，一个月完成50%50%，三个月后增长缓慢，两年后趋于稳定。最终收缩值约为（，三个月后增长缓慢，两年后趋于稳定。最终收缩值约为（2 26 6）1010-4-4）。）。第31页/共45页第三十二页，共45页。ll水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大。水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰

14、比越大，收缩也越大。ll骨料性质：骨料的级配好，密度大，弹性模量高，收缩小。骨料性质：骨料的级配好，密度大，弹性模量高，收缩小。ll养护条件：结硬过程养护条件：结硬过程(guchng)(guchng)中，温、湿度越大，收缩越小。中，温、湿度越大，收缩越小。ll混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。ll使用环境：环境温、湿度大时，收缩小。使用环境：环境温、湿度大时，收缩小。ll构件体表比：体表比大时，收缩小。构件体表比：体表比大时，收缩小。影响(yngxing)因素第32页/共45页第三十三页，共45页。1.3钢筋1.3.1钢筋的种类热轧钢筋强度级别品种

15、外形强度等级代号R235HRB335HRB400KL335光圆钢筋变形钢筋代号直径范围820625 2850625 2850825 2540第33页/共45页第三十四页，共45页。第34页/共45页第三十五页，共45页。中、高强钢丝、钢绞线u做预应力筋用。中强：8001370MPa高强：14701860MPa冷加工钢筋 冷加工工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。目的(md)：提高强度，节约钢材。但塑性减小。冷拉钢筋仍有屈服台阶。第35页/共45页第三十六页，共45页。1.3.2 钢筋的强度和变形有明显流幅的钢筋应力应变曲线第36页/共45页第三十七页，共45页。b0.2%0.2没有明显流幅的钢筋应

16、力应变关系这类没有明显流幅的钢筋，在结构设计时，需对这类钢筋定义一个名义的屈服强度作为设计值。将对于参与应变为0.2%时的应力0.2作为屈服点（又称为条件屈服点），公路桥规取：第37页/共45页第三十八页，共45页。混凝土结构对钢筋性能(xngnng)的要求v 强度(qingd)高v 塑性(sxng)好用伸长率和冷弯性能衡量。伸长率同一根钢筋上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，不反映钢筋总伸长率情况。第38页/共45页第三十九页，共45页。冷弯冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。=90,180,反复弯曲要求：冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。D 愈小，要求愈高。

17、反复次数愈高，要求愈高。第39页/共45页第四十页，共45页。v可加工性好v与混凝土粘结锚固性好变形钢筋比光面钢筋好第40页/共45页第四十一页，共45页。1.4钢筋与混凝土之间的粘结1.4.11.4.1粘结力粘结力1.1.粘结力：构件中的钢筋受到拉或压后，混凝土与钢筋之间存在水泥胶结力、摩擦力、机械咬合力，这些力统称为粘结力。粘结力：构件中的钢筋受到拉或压后，混凝土与钢筋之间存在水泥胶结力、摩擦力、机械咬合力，这些力统称为粘结力。2.2.粘结应力：钢筋与混凝土由于受变形差（相对滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力。粘结应力：钢筋与混凝土由于受变形差（相对滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的

18、剪应力。第41页/共45页第四十二页，共45页。粘结机理(j l)分析1 1光圆钢筋光圆钢筋(gngjn)(gngjn)与混凝土的粘结与混凝土的粘结粘结力组成：粘结力组成：混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力；混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力；钢筋与混凝土之间的摩擦力；钢筋与混凝土之间的摩擦力；钢筋表面粗糙不平产生的机械钢筋表面粗糙不平产生的机械(jxi)(jxi)咬合力。咬合力。光圆钢筋拔出试验的破坏形态是剪切破坏，破坏面是二者之间的接触面。光圆钢筋拔出试验的破坏形态是剪切破坏，破坏面是二者之间的接触面。第42页/共45页第四十三页，共45页。2 2变形钢筋变形钢筋(gngjn)(g

19、ngjn)与混凝土的粘结与混凝土的粘结 主要主要(zh(zh yo)yo)是变形钢筋表面凸出的肋与混凝土之间的机是变形钢筋表面凸出的肋与混凝土之间的机械咬合作用，如图所示。械咬合作用，如图所示。变形钢筋的肋对混凝土的挤压如同变形钢筋的肋对混凝土的挤压如同(rtng)(rtng)一个楔，会产生很大的机械咬合力，从而提高了强变形钢筋的粘结力。一个楔，会产生很大的机械咬合力，从而提高了强变形钢筋的粘结力。第43页/共45页第四十四页，共45页。影响粘结(zhn ji)强度的因素uu混凝土强度：粘结强度与混凝土抗拉强度大约成正比关混凝土强度：粘结强度与混凝土抗拉强度大约成正比关系系uu构件中钢筋的位置：混凝土浇筑后有下沉及泌水现象。构件中钢筋的位置：混凝土浇筑后有下沉及泌水现象。处于处于(ch(ch y)y)水平位置的钢筋，其下的混凝土由于水分、水平位置的钢筋，其下的混凝土由于水分、气泡的逸出及混凝土的下沉，并不与钢筋紧密接触，削气泡的逸出及混凝土的下沉，并不与钢筋紧密接触，削弱了二者之间的粘结作用，比竖向位置的钢筋的粘结强弱了二者之间的粘结作用，比竖向位置的钢筋的粘结强度要低。度要低。uu钢筋的布置钢筋的布置uu混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度第44页/共45页第四十五页，共45页。