水工钢筋混凝土结构学习教案.pptx
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1、会计学1水工水工 钢筋钢筋(gngjn)混凝土结构混凝土结构第一页,共55页。n n混凝土结构对钢筋性能(xngnng)的要求n n 1)钢筋的强度n n 2)钢筋的塑性n n 3)钢筋的可焊性n n 4)钢筋的耐火性n n 5)钢筋与混凝土的粘结力第3页/共55页第2页/共55页第二页,共55页。n n混凝土的强度、变形及其影响因素n n混凝土的强度n n1)混凝土立方体抗压强度及混凝土强度等级n n2)混凝土轴心抗压强度 n n3)混凝土抗拉强度(kn l qin d)n n A.直接拉伸法n n B.劈裂法n n4)复合应力状态下混凝土的强度 第4页/共55页第3页/共55页第三页,共5
2、5页。n n混凝土的变形n n1)一次短期荷载下的混凝土应力应变曲线 n n2)混凝土单轴受压应力应变曲线的简化(jinhu)模型n n3)混凝土的弹性模量 n n4)混凝土重复荷载下的变形性能 n n5)荷载长期作用下混凝土的变形性能 n n6)混凝土的收缩混凝土在空气中结硬时体积减小的现象 n n 第5页/共55页第4页/共55页第四页,共55页。n n混凝土的徐变混凝土的徐变n n 混凝土的徐变是指混凝土在长期荷载作用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。下应变或变形随时间而增长的现象。n n 影响混凝土徐变的因素很多,可主要归结影响混凝土徐变的因素很多,可
3、主要归结为三个方面:加载史;混凝土内在因素;环为三个方面:加载史;混凝土内在因素;环境因素。境因素。n n (1 1)应力越大徐变越大,当混凝土应力较)应力越大徐变越大,当混凝土应力较大时(大时(scsc0.5fc0.5fc),产生非线性徐变,徐变),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,变形比应力增长要快。荷载持续的时间越长,徐变越大。徐变越大。n n (2 2)混凝土龄期越小,徐变越大。)混凝土龄期越小,徐变越大。n n (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。n n (4 4)水灰比越大徐变越大,当水灰比不变)水灰比越大徐变越大,当水
4、灰比不变时,水泥用量越多徐变越大。时,水泥用量越多徐变越大。n n (5 5)构件的厚度小,徐变大。)构件的厚度小,徐变大。n n (6 6)养护)养护(y(y ngh)ngh)条件好(高温高湿)徐条件好(高温高湿)徐变小。变小。第6页/共55页第5页/共55页第五页,共55页。n n钢筋与混凝土共同工作的基础 n n (1)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1.210-5,混凝土为(1.01.5)10-5。这样,在温度变化时,温度应力的影响一般可不予考虑。n n (2)混凝土对钢筋起到很好的保护作用,可避免(bmin)钢筋过早锈蚀,提高耐久性。n n (3)钢筋与混凝土之
5、间有很好的粘结作用。第7页/共55页第6页/共55页第六页,共55页。4.2 钢筋钢筋(gngjn)混凝土混凝土结构基本计算原则结构基本计算原则 现行水工混凝土结构设计规范采用(ciyng)的 计算方法 结构功能的极限状态及其分类 第8页/共55页第7页/共55页第七页,共55页。失效概率及可靠(kko)指标 假定R,S均符合正态分布 Z=RS0时 结构处于可靠(kko)状态 Z=RS0时 结构处于失效状态 Z=RS=0时 结构处于极限状态 Z=RS的概率分布曲线的概率分布曲线(qxin)及及和和Pf的的关系关系 第9页/共55页第8页/共55页第八页,共55页。n n荷载分类及荷载代表值n
6、n1)荷载分类n n 结构上的荷载,按其随时间的变异性不同可分为以下三类;n n (1)永久荷载(恒荷载);n n (2)可变荷载(活荷载);n n (3)偶然(u rn)荷载;n n2)荷载代表值n n (1)荷载标准值 n n (2)可变荷载的组合值 n n (3)可变荷载的准永久值荷载荷载(hzi)的标准值的取值的标准值的取值 第10页/共55页第9页/共55页第九页,共55页。材料强度材料强度(qingd)的标准值与设计值的标准值与设计值 1)材料强度)材料强度(qingd)的标准值的标准值 mf材料强度材料强度(qingd)平均值;平均值;sf材料强度材料强度(qingd)标准差;标
7、准差;af材料强度材料强度(qingd)标准值的保证率系数;标准值的保证率系数;df材料强度材料强度(qingd)变异系数。变异系数。2)材料的强度材料的强度(qingd)设计值设计值混凝土混凝土c=1.35 软钢取软钢取s=1.11.2,碳素钢丝、钢绞线、热处理钢,碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋等硬钢取筋等硬钢取s=1.5材料材料材料材料(cilio)(cilio)强度标准值、设计值强度标准值、设计值强度标准值、设计值强度标准值、设计值 第11页/共55页第10页/共55页第十页,共55页。承载力极限状态(zhungti)设计表达式1)基本组合 概率极限状态设计概率极限状态设计概率极限状态设计
8、概率极限状态设计(shj)(shj)的实用设计的实用设计的实用设计的实用设计(shj)(shj)表达式表达式表达式表达式 表作用(zuyng)分项系数作用(荷载)类别永久作用(荷载)gG可变作用(荷载)gQ作用(荷载)分项系数1.051.20第12页/共55页第11页/共55页第十一页,共55页。n n偶然组合n n(1)偶然荷载的分项系数取为1.0;n n(2)参与组合的某些可变荷载,可根据各类水工建筑物设计规范的规定做适当(shdng)折减;n n(3)结构系数gd按表取用素混凝土结构钢筋混凝土及预应力结构受拉破坏受压破坏2.001.301.20表承载能力极限状态(zhungti)计算时的
9、结构系数gd值第13页/共55页第12页/共55页第十二页,共55页。正常使用极限状态设计表达式 短期组合 长期组合 C1、C2结构的功能限值(裂缝宽度或挠度)Ss()、Sl()荷载效应短期组合及长期组合的功 能函数 fk材料强度标准值 r可变荷载的准永久值系数(xsh),可参照有关荷载规范的 规定及工程经验取用第14页/共55页第13页/共55页第十三页,共55页。4.3 承载能力极限承载能力极限(jxin)状态计状态计算算n n钢筋(gngjn)混凝土受弯构件正截面承载力计算n n n n受弯构件截面形式n n受弯构件正截面试验研究第15页/共55页第14页/共55页第十四页,共55页。梁
10、的工作(gngzu)阶段 A.试验结果分析 B.梁的工作(gngzu)阶段 .第阶段拉区混凝土未裂阶段 .第 阶段裂缝阶段 .第 阶段破坏阶段 C.梁正截面破坏形态 .适筋破坏 .超筋破坏 .少筋破坏第16页/共55页第15页/共55页第十五页,共55页。n n正截面正截面(jimin)(jimin)受弯承载力计算受弯承载力计算n n1 1)基本假定)基本假定n n (1)(1)平截面平截面(jimin)(jimin)假定。假定。n n (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土参加工作,拉力完全由n n 钢筋承担。钢筋承担。n n (3)(3)采用理想化的混凝土的应
11、力采用理想化的混凝土的应力应变(应变(sc sc ecec)n n 关系曲线作为计算的依据。关系曲线作为计算的依据。n n (4)(4)钢筋钢筋ss esss es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。第17页/共55页第16页/共55页第十六页,共55页。2)界限(jixin)破坏及界限(jixin)受压区高度超筋界限破坏适筋ecu=0.0033es=ey=fy/Es图适筋、超筋、界限破坏时的截面平均图适筋、超筋、界限破坏时的截面平均(pngjn)应变图应变图第18页/共55页第17页/共55页第十七页,共55页。Asx0bh0hbes=eyMus0fyAsMufcx0bh
12、0 xbx0bfyAsecu图界限破坏图界限破坏(phui)时的截面受压区高度及混凝土等效应力图时的截面受压区高度及混凝土等效应力图形形界限破坏界限破坏(phui)时截面实际相对界限受压区高度时截面实际相对界限受压区高度x0b:第19页/共55页第18页/共55页第十八页,共55页。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,并近似取似取xb=bx0bxb=bx0b,故:,故:水工规范去水工规范去b=0.8,ecu=0.0033,b=0.8,ecu=0.0033,则:则:式中式中xbxb相对界限受压区计算高度;相对界限受压区计算高度;
13、xb xb界限受压区计算高度;界限受压区计算高度;h0 h0截面有效高度;截面有效高度;fy fy钢筋抗拉强度设计值;钢筋抗拉强度设计值;Es Es钢筋弹性模量钢筋弹性模量(tn xn(tn xn m lin m lin);在进行构件配筋计算或承载力复核时,若计算出的相对受压区在进行构件配筋计算或承载力复核时,若计算出的相对受压区计算高度计算高度x=x/h0 xb,x=x/h0 xb,则为适筋破坏;若则为适筋破坏;若x=x/h0 xbx=x/h0 xb,则为超筋破坏。,则为超筋破坏。从式可以看出,相对界限受压区计算高度从式可以看出,相对界限受压区计算高度xbxb和钢筋等和钢筋等级有关。级有关。
14、对于没有明显屈服点的钢筋,对于没有明显屈服点的钢筋,因因ey=fy/Es+0.002,ey=fy/Es+0.002,带入式,可得:带入式,可得:第20页/共55页第19页/共55页第十九页,共55页。单筋矩形截面构件正截面承载力计算1)截面配筋设计 (1)由式()计算 (2)由 ,求x。(3)若x xb,则求r=xfc/fy,As=rbh0。若Asxb,则梁会发生(fshng)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。2)承载力复合 (1)由式()计算x。(2)如果x xb,则由式()计算Mu;如果x xb,则取x=xb,仍由式()近似计算Mu。(3)如果MMu/gd
15、,则梁正截面承载力符合要求,否则梁正截面承载力不符合要求。第21页/共55页第20页/共55页第二十页,共55页。n n钢筋(gngjn)混凝土受弯构件斜截面承载力计算n n概述n n无腹筋梁的斜截面受剪破坏形态n n 1)斜拉破坏n n 2)剪压破坏n n 3)斜压破坏第22页/共55页第21页/共55页第二十一页,共55页。n n影响梁斜截面承载力的主要(zhyo)因素n n1)剪跨比n n2)混凝土强度fcn n3)纵筋配筋率r第23页/共55页第22页/共55页第二十二页,共55页。n n有腹筋梁斜截面受剪承载力计算(j sun)n n1)腹筋作用n n2)有腹筋梁的破坏形态n n3)
16、有腹筋梁斜截面受剪承载力计算(j sun)公式n n A.仅配箍筋n n (1)对一般的钢筋混凝土梁:(22)对集中荷载)对集中荷载)对集中荷载)对集中荷载(hzi)(hzi)作用下的矩形截面独立梁:作用下的矩形截面独立梁:作用下的矩形截面独立梁:作用下的矩形截面独立梁:第24页/共55页第23页/共55页第二十三页,共55页。B.同时(tngsh)配有箍筋和弯起钢筋4 4)公式的适用范围)公式的适用范围)公式的适用范围)公式的适用范围A.A.上限上限上限上限 当当当当hw/b4hw/b4时时时时 当当当当hw/b6hw/b6时时时时 当当当当4 hw/b64 hw/b3%r3%时,时,时,时
17、,AA应改为应改为应改为应改为(i wi)(i wi)净截面面净截面面净截面面净截面面积积积积 An An,An=A-As An=A-As;As As全部纵向钢筋的截面面积;全部纵向钢筋的截面面积;全部纵向钢筋的截面面积;全部纵向钢筋的截面面积;fc fc混凝土的轴心抗压强度设计值;混凝土的轴心抗压强度设计值;混凝土的轴心抗压强度设计值;混凝土的轴心抗压强度设计值;fy fy纵向钢筋的抗压强度设计值;纵向钢筋的抗压强度设计值;纵向钢筋的抗压强度设计值;纵向钢筋的抗压强度设计值;j j轴心受压构件的稳定系数。轴心受压构件的稳定系数。轴心受压构件的稳定系数。轴心受压构件的稳定系数。第31页/共55
18、页第30页/共55页第三十页,共55页。n n偏心偏心(pinxn)(pinxn)受压构件的承载力受压构件的承载力n n1 1)偏心)偏心(pinxn)(pinxn)受压构件的的破坏形态和分类受压构件的的破坏形态和分类n n A A、大偏心、大偏心(pinxn)(pinxn)受压破坏受压破坏n n B B、小偏心、小偏心(pinxn)(pinxn)受压破坏受压破坏n n C C、界限破坏、界限破坏n n2 2)矩形偏心)矩形偏心(pinxn)(pinxn)受压构件的基本计算公式受压构件的基本计算公式OCM(M3,N3)B(Mb,Nb)(M1,N1)AND(M2,N2)偏心偏心(pinxn)受压
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