土建工程与基础课件-8第3章-31-概述32-钢筋混凝土材料主要物理力学性能33-结构按极限状态设计的基本原则.pptx

3.1 3.1 概概 述述3.1.1 3.1.1 混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念3.1.2 3.1.2 结构设计的主要内容与程序结构设计的主要内容与程序3.1.3 3.1.3 结构构件计算简图结构构件计算简图 3.1.1混凝土结构的基本概念混凝土结构的基本概念l建（构）筑物的结构类型：砌体结构、混合结构、钢结建（构）筑物的结构类型：砌体结构、混合结构、钢结构、混凝土结构。构、混凝土结构。l土建工程的各种建筑物和构造物主要采用混凝土结构。土建工程的各种建筑物和构造物主要采用混凝土结构。素混凝土结构素混凝土结构钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构预应力混凝土结构混凝土结构混凝土结构钢筋混凝土梁比素混凝土梁具有较好的承载能力钢筋混凝土梁比素混凝土梁具有较好的承载能力素混凝土的特点材料组成受力特点：抗压强度、抗剪强度、抗弯强度、抗拉强度钢筋混凝土（结构）的特点：n钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种物理力钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种物理力学性能完全不同的材料所组成的复合材料。学性能完全不同的材料所组成的复合材料。n钢筋混凝土结构具有很好的力学性能。钢筋混凝土结构具有很好的力学性能。n这两种物理一力学性能不同的材料能够相这两种物理一力学性能不同的材料能够相互结合共同工作。互结合共同工作。钢筋和混凝土为什么能结合到一起很好工作？n温度线膨胀系数非常相近：一起变形。温度线膨胀系数非常相近：一起变形。n粘结牢：传力、一起变形。粘结牢：传力、一起变形。n混凝土保护钢筋：耐久性、整体性。混凝土保护钢筋：耐久性、整体性。钢筋混凝土结构的优点钢筋混凝土结构的优点v合理利用钢筋和混凝土两种材料的性能。合理利用钢筋和混凝土两种材料的性能。v主体材料砂、石常可就地取材，经济。主体材料砂、石常可就地取材，经济。v耐久性与耐火性好。耐久性与耐火性好。v可模性好。可模性好。v整体性好。整体性好。v刚度大。刚度大。钢筋混凝土的缺点钢筋混凝土的缺点v自重大，其重力密度自重大，其重力密度242425kN25kNm m3 3。自重过大对于。自重过大对于大跨度结构、高层建筑以及结构的抗震都是不利的；大跨度结构、高层建筑以及结构的抗震都是不利的；v抗裂性差，由于混凝土的抗拉强度低，且极限拉应抗裂性差，由于混凝土的抗拉强度低，且极限拉应变小约为变小约为0.1100.110-3-30.15100.1510-3-3。在正常使用状态下，往往带裂缝工作。在正常使用状态下，往往带裂缝工作。影响结构的耐火性和耐久性，使构件影响结构的耐火性和耐久性，使构件的刚度降低，变形增大，同时裂缝的的刚度降低，变形增大，同时裂缝的存在也将影响美观与人的安全感存在也将影响美观与人的安全感。钢筋混凝土结构的研究与发展趋势钢筋混凝土结构的研究与发展趋势w轻质轻质w高强混凝土高强混凝土w预应力混凝土预应力混凝土思路：思路：减轻结构自重；减轻结构自重；提高构件的（比）强度和抗裂性等等。提高构件的（比）强度和抗裂性等等。预应力混凝土预应力混凝土（Prestressed Concrete）n预应力混凝土是在承受外荷载以前已建立有内预应力混凝土是在承受外荷载以前已建立有内应力的混凝土。为了避免钢筋混凝土结构的裂应力的混凝土。为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，设法凝土，设法在混凝土结构或构件承受使用荷载在混凝土结构或构件承受使用荷载前，预先对受拉区的混凝土施加压力后的混凝前，预先对受拉区的混凝土施加压力后的混凝土就是预应力混凝土土就是预应力混凝土。n预压应力可减小或抵消荷载所引起的混凝土拉预压应力可减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而将结构构件的拉应力控制在较小范应力，从而将结构构件的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态围，甚至处于受压状态,以推迟混凝土裂缝的出以推迟混凝土裂缝的出现和开展，从而提高构件的抗裂性能和刚度。现和开展，从而提高构件的抗裂性能和刚度。图图 3-1 梁的一般受力与变形梁的一般受力与变形图图 3-2 素混凝土梁的受力与破坏素混凝土梁的受力与破坏图图 3-4 预应力钢筋混凝土梁的受力与变形预应力钢筋混凝土梁的受力与变形图图 3-3钢筋混凝土梁的受力与变形钢筋混凝土梁的受力与变形根据根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同分类的不同分类：n1.1.全预应力混凝土全预应力混凝土：在使用荷载作用下，不允许截面：在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件，属严格要求不出现裂缝上混凝土出现拉应力的构件，属严格要求不出现裂缝的构件。的构件。n2.2.部分预应力混凝土部分预应力混凝土：允许出现裂缝，但最大裂缝宽：允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，属允许出现裂缝的构件。度不超过允许值的构件，属允许出现裂缝的构件。n3.3.无粘结预应力钢筋无粘结预应力钢筋：将预应力钢筋的外表面涂以沥：将预应力钢筋的外表面涂以沥清，油脂或其他润滑防锈材料，以减小摩擦力并防锈清，油脂或其他润滑防锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带蚀，并用塑料套管或以纸带,塑料带包裹，以防止施工塑料带包裹，以防止施工中碰坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时中碰坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋。可沿纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋。特点特点:不需要预留孔道，也不必灌浆、施工简便、不需要预留孔道，也不必灌浆、施工简便、快速、造价较低、易于推广应用。快速、造价较低、易于推广应用。预应力混凝土构件预应力混凝土构件怀化市沅陵沅水桥怀化市沅陵沅水桥 预应力钢筋混凝土结构的优点预应力钢筋混凝土结构的优点1 1、抗裂性好、刚度大、耐久较好。、抗裂性好、刚度大、耐久较好。2 2、节省材料，减小了体积和自重。、节省材料，减小了体积和自重。3 3、提高了构件的抗剪能力。、提高了构件的抗剪能力。4 4、提高了受压构件的稳定性。、提高了受压构件的稳定性。5 5、提高了构件的耐疲劳性能。、提高了构件的耐疲劳性能。缺缺 点点1 1、工艺较复杂，对质量要求高，因而、工艺较复杂，对质量要求高，因而需要配备一支技术较熟练的专业队伍。需要配备一支技术较熟练的专业队伍。2 2、需要有一定的专门设备，如张拉机、需要有一定的专门设备，如张拉机具、灌浆设备等。具、灌浆设备等。3 3、预应力混凝土结构的开工费用较大，、预应力混凝土结构的开工费用较大，对构件数量少的工程成本较高。对构件数量少的工程成本较高。3.1.2 结构设计的主要内容与程序l结构设计的结构设计的主要任务主要任务：在确保建筑物或构：在确保建筑物或构筑物安全可靠和正常使用的同时，选择技筑物安全可靠和正常使用的同时，选择技术先进、经济合理的结构体系。术先进、经济合理的结构体系。l结构设计的结构设计的主要内容主要内容：选用材料，确定结：选用材料，确定结构形式、计算构件截面尺寸，确保整个建构形式、计算构件截面尺寸，确保整个建筑物和构筑物的安全使用。筑物和构筑物的安全使用。l结构设计的结构设计的程序程序：结构选型、结构布置、：结构选型、结构布置、结构构件计算与设计、绘制结构施工图。结构构件计算与设计、绘制结构施工图。3.1.3 结构构件计算简图结构构件计算简图l结构构件计算简图的简化步骤可分为三方面的结构构件计算简图的简化步骤可分为三方面的内容：构件的简化、支座简化与计算跨度、荷内容：构件的简化、支座简化与计算跨度、荷载简化与荷载计算。载简化与荷载计算。l1 1、构件的简化：对单个构件的简化，一般用构、构件的简化：对单个构件的简化，一般用构件的件的纵向轴线纵向轴线来表示。如梁、板、柱及墙等构来表示。如梁、板、柱及墙等构件的纵向轴线为直线，在计算简图中就用相应件的纵向轴线为直线，在计算简图中就用相应的直线来表示。曲梁、拱等构件的纵轴线为曲的直线来表示。曲梁、拱等构件的纵轴线为曲线，在计算简图中则用相应的由线来表示。线，在计算简图中则用相应的由线来表示。l组合构件或构件整体（单个构建的连接）的节组合构件或构件整体（单个构建的连接）的节点的简化：点的简化：铰节点、刚节点铰节点、刚节点。2 2、支座简化与计算跨度、支座简化与计算跨度（1 1）支座简化）支座简化 支座是支承结构构件的装置。简化为可支座是支承结构构件的装置。简化为可动铰支座、不动铰支座和固定支座三种类型。动铰支座、不动铰支座和固定支座三种类型。（2 2）计算跨度）计算跨度 计算跨度的取值与支承条件有关。当梁、计算跨度的取值与支承条件有关。当梁、板端部支承在墙上时、由于粱板构件在荷载板端部支承在墙上时、由于粱板构件在荷载作用下，将产生一定的变形，因此墙对梁板作用下，将产生一定的变形，因此墙对梁板支承的反力也是不均匀的，而呈曲线分布。支承的反力也是不均匀的，而呈曲线分布。关键是确定反力作用点。关键是确定反力作用点。梁的计算跨度（梁的计算跨度（A-A支座）支座）计算跨度计算跨度梁的计算跨度（梁的计算跨度（A-D支座）支座）计算跨度计算跨度 2 2、荷载简化与计算、荷载简化与计算（1 1）荷载分类）荷载分类 永久荷载（恒载）；可变荷载（活载）；永久荷载（恒载）；可变荷载（活载）；偶然荷载。偶然荷载。（2 2）荷载简化）荷载简化 线荷载、集中荷载、力偶。线荷载、集中荷载、力偶。简支梁的受力与剪力图梁的配筋图梁的配筋图梁的剖面配筋图柱的剖面配筋不同配筋率的梁的破坏情形板的剖面配筋厂房平面结构布置图框架结构体系一榀框架3.2 3.2 钢筋混凝土材料主要物理力学性能钢筋混凝土材料主要物理力学性能o3.2.1 钢筋钢筋1.钢筋的应力应变曲线钢筋的应力应变曲线2.钢筋的塑性钢筋的塑性3.钢筋的冷加工钢筋的冷加工4.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5.钢筋的选用钢筋的选用软钢的应力应变曲线软钢的应力应变曲线 硬钢的应力应变曲线硬钢的应力应变曲线3.2.2 混凝土混凝土1.混凝土的强度混凝土的强度(1)(1)、混凝土的立方体抗压强度、混凝土的立方体抗压强度(2)(2)、混凝土的轴心抗压强度、混凝土的轴心抗压强度 2.混凝土的变形混凝土的变形(1)(1)、混凝土的应力应变关系、混凝土的应力应变关系(2)(2)、混凝土的变形模量、混凝土的变形模量(3)(3)、混凝土的徐变、混凝土的徐变(4)(4)、混凝土的收缩变形、混凝土的收缩变形3.2.3 钢筋与混凝土的共同工作钢筋与混凝土的共同工作1、钢筋与混凝土的粘结作用、钢筋与混凝土的粘结作用2、钢筋锚固、弯钩与连接、钢筋锚固、弯钩与连接3.3 3.3 结构按极限状态计算的基本原则结构按极限状态计算的基本原则一、设计基准期和设计使用年限一、设计基准期和设计使用年限二、极限状态的定义与分类二、极限状态的定义与分类三、承截能力极限状态设计方法三、承截能力极限状态设计方法四、正常使用极限状态设计方法四、正常使用极限状态设计方法评定建筑物耐久等级评定建筑物耐久等级的指标是什么？的指标是什么？一、设计基准期和设计使用年限一、设计基准期和设计使用年限设计基准期（设计基准期（design reference perioddesign reference period）是为是为确定可变作用及与时间有关的材料性能而选确定可变作用及与时间有关的材料性能而选用的时间参数，规范所考虑的荷载统计参数用的时间参数，规范所考虑的荷载统计参数都是按设汁基被期为都是按设汁基被期为5050年确定的。设什基准年确定的。设什基准期不等于建筑结构的设计使用年限。期不等于建筑结构的设计使用年限。设计使用年限（设计使用年限（design working lifedesign working life）是设计是设计规定的结构或结构构件不进行大修即可按其规定的结构或结构构件不进行大修即可按其预定目的使用的时期。在这一规定时期内完预定目的使用的时期。在这一规定时期内完成预定的功能。成预定的功能。二、极限状态的定义与分类二、极限状态的定义与分类三、承截能力极限状态设计方法三、承截能力极限状态设计方法四、正常使用极限状态设计方法四、正常使用极限状态设计方法钢筋混凝土构件的钢筋配置钢筋混凝土构件的钢筋配置