水工钢筋混凝土结构全套教程.ppt

1 1 绪绪 论论0.1 钢筋混凝土结构的特点钢筋混凝土结构的特点0.2 钢筋混凝土结构的发展简史钢筋混凝土结构的发展简史0.3 本课程的特点本课程的特点0.1 钢筋混凝土结构的特点钢筋混凝土结构的特点 钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料组成共同受钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料组成共同受力的结构。力的结构。混凝土是一种抗压能力较强而抗拉能力很弱的建筑材料。混凝土是一种抗压能力较强而抗拉能力很弱的建筑材料。这就使得素混凝土结构的应用受到很大限制。这就使得素混凝土结构的应用受到很大限制。素混凝土梁不仅承载能力低，而且破坏时是一种突然发素混凝土梁不仅承载能力低，而且破坏时是一种突然发生的脆性断裂。生的脆性断裂。同样截面形状、尺寸及混凝土强度的钢筋混凝土梁比素混凝土同样截面形状、尺寸及混凝土强度的钢筋混凝土梁比素混凝土梁可承受大得多的外荷载。而且钢筋混凝土梁破坏以前将发生梁可承受大得多的外荷载。而且钢筋混凝土梁破坏以前将发生较大的变形，破坏不再是脆性的。较大的变形，破坏不再是脆性的。图图 混凝土及钢筋混凝土简支梁的承载力混凝土及钢筋混凝土简支梁的承载力 一般来说，在钢筋混凝土结构中，混凝土主要承担压力，一般来说，在钢筋混凝土结构中，混凝土主要承担压力，钢筋主要承担拉力，必要时也可承担压力。因此在钢筋混凝钢筋主要承担拉力，必要时也可承担压力。因此在钢筋混凝土结构中，两种材料的力学性能都能得到充分利用。土结构中，两种材料的力学性能都能得到充分利用。钢筋和混凝土是两种物理、力学性能很不相同的材料，它们可以相互结合共同工作的主要原因是：（1）混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，）混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一起，相互传递内力。粘结力是这两种性质不同的材料能相互传递内力。粘结力是这两种性质不同的材料能够共同工作的基础。够共同工作的基础。（2）钢筋的线膨胀系数为）钢筋的线膨胀系数为1.210-5。C-1，混凝土的，混凝土的线膨胀系数为线膨胀系数为1.010-5。C-1，二者数值接近。因此，二者数值接近。因此，当温度变化时，这两种材料不致产生相对变形和温当温度变化时，这两种材料不致产生相对变形和温度应力而发生粘结破坏。度应力而发生粘结破坏。钢筋混凝土结构除了比素混凝土结构具有较高的承载力和较好的受力性能以外，与其他结构相比还具有下列优点：（1）就地取材。）就地取材。（2）节约钢材。）节约钢材。（3）耐久性好。）耐久性好。（4）可模性好。）可模性好。（5）整体性好。）整体性好。（6）耐火性好。）耐火性好。钢筋混凝土结构主要缺点：（1）自重大。）自重大。（2）施工比较复杂，工序多，施工时间）施工比较复杂，工序多，施工时间较长。较长。（3）耗费木料较多。）耗费木料较多。（4）抗裂性差。）抗裂性差。（5）修补和加固工作比较困难。）修补和加固工作比较困难。钢筋混凝土结构的分类：（1）按结构的构造外形可分为：杆件体系和非杆件体系。）按结构的构造外形可分为：杆件体系和非杆件体系。（2）按结构的制造方法可分为：整体式、装配式以及装配整）按结构的制造方法可分为：整体式、装配式以及装配整体式三种。体式三种。（3）按结构的初始应力状态可分为：普通钢筋混凝土结构和）按结构的初始应力状态可分为：普通钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构。预应力混凝土结构。0.2钢筋混凝土结构的发展简史钢筋混凝土结构的发展简史在材料研究方面，主要向高强、高流动性、自密实、轻质、耐在材料研究方面，主要向高强、高流动性、自密实、轻质、耐久及具备特异性能方向的混凝土发展。目前轻骨料混凝土自重久及具备特异性能方向的混凝土发展。目前轻骨料混凝土自重可仅为可仅为1418kN/m3，强度可达，强度可达C50；强度为；强度为100200N/mm2的高强混凝土已在工程上应用。的高强混凝土已在工程上应用。在计算理论方面，钢筋混凝土结构经历了容许应力法、破损阶在计算理论方面，钢筋混凝土结构经历了容许应力法、破损阶段法和极限状态法三个阶段。目前国内大多数混凝土结构设计段法和极限状态法三个阶段。目前国内大多数混凝土结构设计规范已采用基于概率理论和数理统计分析的可靠度理论，它以规范已采用基于概率理论和数理统计分析的可靠度理论，它以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式可靠指标度量结构构件的可靠度采用分项系数的设计表达式进行设计，使极限状态计算体系在理论上向更完善、更科学的进行设计，使极限状态计算体系在理论上向更完善、更科学的方向发展。方向发展。0.0.3 3本课程的特点本课程的特点v（1）钢筋混凝土结构是研究钢筋混凝土的材料力学）钢筋混凝土结构是研究钢筋混凝土的材料力学，不，不同于材料力学。同于材料力学。材料力学研究线弹性体做成的构件，而钢材料力学研究线弹性体做成的构件，而钢筋混凝土结构是研究钢筋和混凝土二种材料组成构件。由筋混凝土结构是研究钢筋和混凝土二种材料组成构件。由于混凝土为非弹性材料，且拉应力很小就会开裂，因而材于混凝土为非弹性材料，且拉应力很小就会开裂，因而材料力学的许多公式不能直接应用于钢筋混凝土构件。料力学的许多公式不能直接应用于钢筋混凝土构件。v（2）钢筋混凝土结构的计算公式是在大量实验基础上经）钢筋混凝土结构的计算公式是在大量实验基础上经理论分析建立起来的，学习时要注意每个计算公式的适用理论分析建立起来的，学习时要注意每个计算公式的适用范围和条件。范围和条件。v（3）构造规定是长期科学实验和工程经验的总结。在设计结）构造规定是长期科学实验和工程经验的总结。在设计结构和构件时，构造与计算是同样重要的。构和构件时，构造与计算是同样重要的。v（4）钢筋混凝土构件的受力性能取决于钢筋和混凝土两种材）钢筋混凝土构件的受力性能取决于钢筋和混凝土两种材料的力学性能及两种材料间的相互作用。料的力学性能及两种材料间的相互作用。v（5）本课程同时又是一门结构设计课程，有很强的实践性。）本课程同时又是一门结构设计课程，有很强的实践性。要搞好工程结构设计，除了要有坚实的基础理论知识以外，要搞好工程结构设计，除了要有坚实的基础理论知识以外，还须综合考虑材料、施工、经济、构造细节等各方面的因素。还须综合考虑材料、施工、经济、构造细节等各方面的因素。v（6）为保证工程质量，设计时必须遵循国家颁布的有关工程）为保证工程质量，设计时必须遵循国家颁布的有关工程结构设计规范要求，特别是规范中的强制性条文。结构设计规范要求，特别是规范中的强制性条文。思考题0-1什么是钢筋混凝土结构？什么是钢筋混凝土结构？0-2在素混凝土结构中配置一定形式和数量的钢材以后，结构的性能将发生什在素混凝土结构中配置一定形式和数量的钢材以后，结构的性能将发生什么样的变化？么样的变化？0-3钢筋混凝土结构有哪些主要优点？钢筋混凝土结构有哪些主要优点？0-4钢筋混凝土结构有哪些主要缺点？钢筋混凝土结构有哪些主要缺点？0-5人们正在采取哪些措施来克服钢筋混凝土结构的主要缺点？人们正在采取哪些措施来克服钢筋混凝土结构的主要缺点？0-6根据结构的受力特点，绘出图示梁的纵向受力钢筋的草图。根据结构的受力特点，绘出图示梁的纵向受力钢筋的草图。1.1 1.1 钢筋的品种和力学性能钢筋的品种和力学性能1.11.1.1.1.钢筋的品种钢筋的品种 按化学成分区分按化学成分区分低碳钢：（含碳量低碳钢：（含碳量0.25%0.6%0.6%）强度高、塑性差）强度高、塑性差低合金钢：碳素钢基础上加入少量合金元素而成，强度高、塑性好低合金钢：碳素钢基础上加入少量合金元素而成，强度高、塑性好第第1 1章章 混凝土结构材料的物理力学性能混凝土结构材料的物理力学性能按外形区分按外形区分v光圆钢筋光圆钢筋v带肋（变形）钢筋带肋（变形）钢筋 月牙肋月牙肋 等高肋等高肋热轧钢筋（普通钢筋混凝土结构）：热轧钢筋（普通钢筋混凝土结构）：由低碳钢、普通低合金钢或细晶粒钢在高温下轧制而成。由低碳钢、普通低合金钢或细晶粒钢在高温下轧制而成。按其强度不同分为：按其强度不同分为：HPB300、HRB335（HRBF335）、）、HRB400（HRBF400、RRB400）、）、HRB500（HRBF500）。）。预应力钢筋（预应力钢筋混凝土结构）：钢丝、钢绞线、预应力螺纹钢筋预应力钢筋（预应力钢筋混凝土结构）：钢丝、钢绞线、预应力螺纹钢筋 1.1.2.1.1.2.钢筋的力学性能钢筋的力学性能 1.1.2.1 1.1.2.1 1.1.2.1 1.1.2.1 软钢的力学性能软钢的力学性能a为比例极限为比例极限 cdcd为强化段为强化段b为屈服强度为屈服强度 fybcbc为屈服台阶为屈服台阶d d为抗拉强度为抗拉强度软钢：软钢：有明显屈服点的钢筋，如热轧钢筋。有明显屈服点的钢筋，如热轧钢筋。HPB300钢筋的应力钢筋的应力-应变曲线应变曲线 e e对应横坐标为伸对应横坐标为伸长率长率v屈服强度屈服强度：是钢筋强度的设计依据是钢筋强度的设计依据v伸伸 长长 率率：钢筋拉断时应变，反映钢筋：钢筋拉断时应变，反映钢筋塑性性能塑性性能的指标。伸的指标。伸长率大的钢筋，延性较好。长率大的钢筋，延性较好。含碳量含碳量越越高高，屈服强度和抗拉强度，屈服强度和抗拉强度越越高高，伸长率，伸长率越越小小，流，流幅幅缩短缩短。1.1.2.2 硬钢的力学性能硬钢的力学性能 硬钢硬钢：没有明显屈服点的预应力钢丝、没有明显屈服点的预应力钢丝、钢绞线、螺纹钢筋、钢棒钢绞线、螺纹钢筋、钢棒 协定流限协定流限：强度设计指标，强度设计指标，指经加载及卸指经加载及卸载后尚存有载后尚存有0.2%0.2%永久残余变形时的应力，用永久残余变形时的应力，用0.20.2表示。表示。0.20.2一般相当于抗拉强度的一般相当于抗拉强度的70%70%90%90%。硬钢强度高，但塑性差，脆性大硬钢强度高，但塑性差，脆性大。比例极限比例极限1.1.2.3 1.1.2.3 钢筋的钢筋的疲劳强度疲劳强度v钢筋的疲劳强度与应力特性钢筋的疲劳强度与应力特性 有关，有关，为重复荷载作用时钢筋受到为重复荷载作用时钢筋受到的最小应力与最大应力的比值。的最小应力与最大应力的比值越小，越小，越低。越低。1.1.2.4 钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量钢筋在弹性阶段的应力应变的比值，称为弹性模量钢筋在弹性阶段的应力应变的比值，称为弹性模量。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钢筋的钢筋的强度强度 钢筋的钢筋的塑性塑性 钢筋的钢筋的可焊性可焊性 钢筋与混凝土之间的钢筋与混凝土之间的粘结力粘结力 1.2 1.2 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能 1.2.1 1.2.1 混凝土的强度混凝土的强度1.2.1.1 1.2.1.1 砼立方体抗压强度砼立方体抗压强度f fcucu与强度等级与强度等级v砼结构主要利用其砼结构主要利用其抗压强度抗压强度，因此抗压强度是最主要和最基本的指标。，因此抗压强度是最主要和最基本的指标。v标准立方体强度：标准立方体试件测得的抗压强度，用标准立方体强度：标准立方体试件测得的抗压强度，用f fcucu表示。表示。v砼强度等级：砼强度等级：边长边长150mm150mm立方体，温度为立方体，温度为202033、相对湿度不小于、相对湿度不小于90%90%的条件下养护的条件下养护2828天，用天，用标准试验方法标准试验方法测得的测得的具有具有95%95%保证率保证率的立方体抗的立方体抗压强度标准值压强度标准值f fcukcuk作为砼的强度等级，以符号作为砼的强度等级，以符号C C表示，单位为表示，单位为N/mmN/mm2 2。水利水电工程用砼分水利水电工程用砼分1010个强度等级，即个强度等级，即C15C15、C20C20、C25C25、C30C30、C35C35、C40C40、C45C45、C50C50、C55C55、C60C60，级差为，级差为5N/mm5N/mm2 2。1.2.1.2 1.2.1.2 轴心抗压强度轴心抗压强度f fc cv150mm150mm150mm150mm300mm300mm的的棱柱体棱柱体试件测定，试件测定，fc表示，较接近表示，较接近实际构件中砼的受压情况。实际构件中砼的受压情况。vfc fcuv考虑到实际结构构件与试件制作及养护条件的差异、尺寸考虑到实际结构构件与试件制作及养护条件的差异、尺寸效应及加荷速度等因素的影响，规范偏安全地取：效应及加荷速度等因素的影响，规范偏安全地取：1.2.1.3 1.2.1.3 轴心抗拉强度轴心抗拉强度f ft t混凝土轴心抗拉强度远低于立方体抗压强度，仅相当于的1/91/18，当混凝土强度等级越高时，的比值越低。国内外也常用国内外也常用劈裂法劈裂法测定混凝土的测定混凝土的抗拉强度抗拉强度。（1）双向受压时（）双向受压时（区），一向抗压强区），一向抗压强度随另一向压应力的增加而增加。度随另一向压应力的增加而增加。（2）双向受拉时（）双向受拉时（区），双向受拉时区），双向受拉时的混凝土抗拉强度与单向受拉强度基本的混凝土抗拉强度与单向受拉强度基本一样。一样。（3）一向受拉一向受压时（）一向受拉一向受压时（区），区），混凝土的抗拉强度随另一向的压应力的混凝土的抗拉强度随另一向的压应力的增加而降低。增加而降低。实际结构中，砼很少处于单向受力状态。更多的是处于实际结构中，砼很少处于单向受力状态。更多的是处于双双向向或或三向三向受力状态。受力状态。1.2.1.4 1.2.1.4 复合应力状态下的砼强度复合应力状态下的砼强度构件受剪或受扭时常遇到剪应力构件受剪或受扭时常遇到剪应力t t 和正应力和正应力 共同作用下的复共同作用下的复合受力情况。合受力情况。砼的抗剪强度：随拉应力增大而减小，砼的抗剪强度：随拉应力增大而减小，随压应力增大而增大；随压应力增大而增大；当压应力在当压应力在0.6fc左右时，抗剪强度达到最大，左右时，抗剪强度达到最大，压应力继续增大，内裂缝发展明显，抗剪强度随压应力的增大压应力继续增大，内裂缝发展明显，抗剪强度随压应力的增大而减小。而减小。1.2.2 混凝土混凝土的变形的变形 外荷载作用产生的受力外荷载作用产生的受力变形变形,1.2.2.1 1.2.2.1 砼在一次短期加载时的应力砼在一次短期加载时的应力应变曲线应变曲线应力应力-应变曲线中最大应力值应变曲线中最大应力值fc c与其与其相应的应变值相应的应变值 ，以及破坏时的极，以及破坏时的极限压应变（限压应变（E E点）是曲线的三大特征。点）是曲线的三大特征。极限压应变极限压应变越大，表示混凝土的塑越大，表示混凝土的塑性变形能力越大，也就是延性（指性变形能力越大，也就是延性（指构件最终破坏之前经受非弹性变形构件最终破坏之前经受非弹性变形的能力）越好。的能力）越好。随着混凝土强度的提高，曲线上升段和峰值应变的变化不是很显著，随着混凝土强度的提高，曲线上升段和峰值应变的变化不是很显著，而下降段形状有较大的差异。而下降段形状有较大的差异。强度越高，下降段越陡，材料的延性越差强度越高，下降段越陡，材料的延性越差 应力不大，重复应力不大，重复5 5 1010次后，加载和卸载的应力次后，加载和卸载的应力应变曲应变曲线合并接近一直线，同弹性体一样工作。线合并接近一直线，同弹性体一样工作。应力超过某一限值，经多次循环，应力应变关系成为直线应力超过某一限值，经多次循环，应力应变关系成为直线后，重新变弯，试件很快破坏。该限值为砼的后，重新变弯，试件很快破坏。该限值为砼的疲劳强度疲劳强度1.2.2.2 1.2.2.2 混凝土在重复载荷下的应力混凝土在重复载荷下的应力-应变曲线应变曲线1.2.2.3 混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 目前规范采用的弹性模量是利用多次重复加载卸载后的应力目前规范采用的弹性模量是利用多次重复加载卸载后的应力应变关系趋于直线的性质来确定的应变关系趋于直线的性质来确定的。该公式被现行水工混凝土结构设该公式被现行水工混凝土结构设计规范采用，按上式计算的值列计规范采用，按上式计算的值列于本教材附录于本教材附录2表表2。混凝土的变形模量混凝土的变形模量：实际上常采用原点与某点连线（即割线）：实际上常采用原点与某点连线（即割线）的斜率，即该点的应力与应变之比作为混凝土的变形模量，的斜率，即该点的应力与应变之比作为混凝土的变形模量，也称为割线模量也称为割线模量混凝土的剪切模量混凝土的剪切模量，目前还不易通过试验得出，由弹性理论求得，目前还不易通过试验得出，由弹性理论求得均均匀匀匀匀受压的受压的cucu计算取为计算取为0.0020.002。n偏心受压边缘的偏心受压边缘的cucu大多在大多在0.0025 0.0025 0.005 0.005范围内，范围内，计算取为计算取为0.0030.003。n受拉极限应变受拉极限应变tutu比受压极限应变小得多，计算时比受压极限应变小得多，计算时一般取为一般取为0.00010.0001。1.2.2.4 1.2.2.4 砼的极限变形砼的极限变形 混凝土在荷载长期持续作用下，应力不变，变形也会随着时混凝土在荷载长期持续作用下，应力不变，变形也会随着时间而增长。这种现象，称为混凝土的徐变。间而增长。这种现象，称为混凝土的徐变。徐变与塑性变形不同。徐变与塑性变形不同。塑性变形主要是混凝土中结合面裂缝的扩展延伸引起的，只有当应力超过塑性变形主要是混凝土中结合面裂缝的扩展延伸引起的，只有当应力超过了材料的弹性极限后才发生，而且是不可恢复的。了材料的弹性极限后才发生，而且是不可恢复的。徐变不仅部分可恢复，而且在较小的应力时就能发生。徐变不仅部分可恢复，而且在较小的应力时就能发生。1.2.2.5 1.2.2.5 混凝土在长期荷载作用下的变形混凝土在长期荷载作用下的变形徐变徐变 产生徐变的原因：产生徐变的原因：v1 1.是因为混凝土受力后，水泥石中的凝胶体产生的粘性流动（颗粒间的是因为混凝土受力后，水泥石中的凝胶体产生的粘性流动（颗粒间的相对滑动）要延续一个很长的时间，因此沿混凝土的受力方向会继续发生相对滑动）要延续一个很长的时间，因此沿混凝土的受力方向会继续发生随时间而增长的变形。随时间而增长的变形。试验表明，徐变与下列因素有关：v（1）水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大。当水灰比在0.40.6范围变化时，单位应力作用下范围变化时，单位应力作用下的徐的徐变变与水灰比成正比；与水灰比成正比；混凝土在空气中结硬时体积减小的现 象称为收缩。混凝土的收缩对钢筋混凝土构件会产生十分有害的影响。筋混凝土构件会产生十分有害的影响。试试验表验表明，明，混凝土的收缩与下列一些因素有关：混凝土的收缩与下列一些因素有关：（1 1）水泥用量越多）水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大；，水灰比越大，收缩越大；1.2.2.6 1.2.2.6 混凝土的收缩混凝土的收缩 v钢筋与砼间具有钢筋与砼间具有足够的粘结足够的粘结。v通通过过钢钢筋筋与与砼砼界界面面的的粘粘结结应应力力，可可以以实实现现钢钢筋筋与与砼砼之之间间的的应力传递，从而使两种材料可以结合在一起应力传递，从而使两种材料可以结合在一起共同工作共同工作。v粘结应力通常是指钢筋与砼界面间的粘结应力通常是指钢筋与砼界面间的剪应力剪应力。1.3 1.3 钢筋与砼的粘结钢筋与砼的粘结1.3.1 1.3.1 钢筋与砼之间的粘结力钢筋与砼之间的粘结力 拔出试验拔出试验 粘结应力粘结应力 光面钢筋光面钢筋光面钢筋光面钢筋的粘结力由三部分组成：的粘结力由三部分组成：水泥凝胶体与钢筋表面之间的胶着力；水泥凝胶体与钢筋表面之间的胶着力；砼收缩，将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；砼收缩，将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；钢筋表面不平整与砼之间产生的机械咬合力。钢筋表面不平整与砼之间产生的机械咬合力。影响粘结力影响粘结力的主要因素的主要因素 砼强度砼强度 保护层厚度保护层厚度 受力情况受力情况 钢筋表面和外形特征钢筋表面和外形特征1.3.2 1.3.2 钢筋的锚固与接头钢筋的锚固与接头为保证光圆钢筋的锚固，为保证光圆钢筋的锚固，规范规定受力的光圆钢筋末端必须作成半圆弯钩。规范规定受力的光圆钢筋末端必须作成半圆弯钩。接长钢筋有三种办法：绑扎搭接；焊接；机械连接。接长钢筋有三种办法：绑扎搭接；焊接；机械连接。2.1 2.1 结构可靠度结构可靠度2.11 2.1.12.1.1 2.1.1结构上的作用（荷载）、荷载效应及结构抗力结构上的作用（荷载）、荷载效应及结构抗力1.1.结构上的作用（荷载）和荷载效应结构上的作用（荷载）和荷载效应 “作用作用”是指直接施加在结构上的力（如自重、楼面活荷载、风载、是指直接施加在结构上的力（如自重、楼面活荷载、风载、水压力等）和引起结构外加变形和约束变形的其它原因（如温度变形、水压力等）和引起结构外加变形和约束变形的其它原因（如温度变形、基础沉降、地震等）的总称。前者称为基础沉降、地震等）的总称。前者称为“直接作用直接作用”，也称为荷载；后，也称为荷载；后者则称为者则称为“间接作用间接作用”。第第2 2章章 钢筋钢筋混凝土混凝土结构设计计算原理结构设计计算原理结构上的荷载按时间的变异，可分为三类：结构上的荷载按时间的变异，可分为三类：（1）永久荷载。如结构的自重、土压力、围岩压力、预应力等。）永久荷载。如结构的自重、土压力、围岩压力、预应力等。（2）可变荷载。如安装荷载、楼面活载、水压力、浪压力、风）可变荷载。如安装荷载、楼面活载、水压力、浪压力、风荷载、雪荷载、吊车轮压、温度作用等。荷载、雪荷载、吊车轮压、温度作用等。（3）偶然荷载。如地震、爆炸等，在水利工程中把校核洪水也）偶然荷载。如地震、爆炸等，在水利工程中把校核洪水也列入偶然荷载。列入偶然荷载。荷载在结构构件内所引起的内力、变形和裂缝等反应，荷载在结构构件内所引起的内力、变形和裂缝等反应，统称为统称为“荷载效应荷载效应”，常用符号表示。，常用符号表示。2.结构抗力结构抗力结构抗力是结构或结构构件承受荷载效应的能结构抗力是结构或结构构件承受荷载效应的能力，指的是构件截面的承载力、构件的刚度、力，指的是构件截面的承载力、构件的刚度、截面的抗裂度等。截面的抗裂度等。结构抗力显然也是一个随机变量。结构抗力显然也是一个随机变量。为确定可变荷载及与时间有关的材料性能等取为确定可变荷载及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数，称为值而选用的时间参数，称为设计基准期设计基准期。我国。我国取用的设计基准期一般为取用的设计基准期一般为50年年2.1.2 2.1.2 结构的预定功能及结构可靠度结构的预定功能及结构可靠度工程结构的功能要求主要包括三个方面：工程结构的功能要求主要包括三个方面：（1）安全性安全性。安全性是指结构在正常施工和正常使用时能承受可能出现的施。安全性是指结构在正常施工和正常使用时能承受可能出现的施加在结构上的各种加在结构上的各种“作用作用”（荷载）。并要求在设计规定的偶然事件（如校（荷载）。并要求在设计规定的偶然事件（如校核洪水位、地震等）发生时，结构仍能保持必要的整体稳定，即要求结构仅核洪水位、地震等）发生时，结构仍能保持必要的整体稳定，即要求结构仅产生局部损坏而不致发生整体倒塌。产生局部损坏而不致发生整体倒塌。（2）适用性适用性。适用性是指结构在正常使用时具有良好的工作性能，如不发生。适用性是指结构在正常使用时具有良好的工作性能，如不发生影响正常使用的过大变形和振幅，不发生过宽的裂缝等。影响正常使用的过大变形和振幅，不发生过宽的裂缝等。（3）耐久性耐久性。耐久性是指结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即要。耐久性是指结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即要求结构在规定的环境条件下，在预定的设计使用年限内，材料性能的劣化求结构在规定的环境条件下，在预定的设计使用年限内，材料性能的劣化（如混凝土的风化、脱落、腐蚀、渗水，钢筋的锈蚀等）不导致结构正常使（如混凝土的风化、脱落、腐蚀、渗水，钢筋的锈蚀等）不导致结构正常使用的失效。用的失效。安全性、实用性和耐久性统称为结构的安全性、实用性和耐久性统称为结构的可靠性可靠性。也就。也就是结构在规定的时间内、在规定的条件下，完成预定是结构在规定的时间内、在规定的条件下，完成预定功能的能力。功能的能力。结构可靠度结构可靠度是结构可靠性的概率度量。是结构可靠性的概率度量。2.2.1 2.2.1 荷载标准值的确定荷载标准值的确定荷载标准值是指荷载在设计基准期内可能出现的最大值荷载标准值是指荷载在设计基准期内可能出现的最大值.2.2 2.2 荷载和材料强度荷载和材料强度荷载标准值是荷载的基本代表值，荷载的其它代表值都是以荷载标准值是荷载的基本代表值，荷载的其它代表值都是以它为基础再乘以相应的系数后得出的。它为基础再乘以相应的系数后得出的。2.2.2材料强度标准值的确定材料强度标准值的确定 材料强度标准值应根据符合规定质量的材料强度的概率分布的某一分位值确定.材料强度标准值是材料强度概率分布中具有一定保证率的偏低材料强度标准值是材料强度概率分布中具有一定保证率的偏低的材料强度值。的材料强度值。2.2.2.1 钢筋强度标准值钢筋强度标准值国标规定的屈服强度即钢筋出厂检验的废品限值，其保证率国标规定的屈服强度即钢筋出厂检验的废品限值，其保证率不小于不小于9595。2.2.2.2 混凝土强度标准值混凝土强度标准值混凝土的强度等级即是混凝土标准立方体试件用标准试验方法混凝土的强度等级即是混凝土标准立方体试件用标准试验方法测得的具有测得的具有9595保证率的立方体抗压强度标准值保证率的立方体抗压强度标准值。2.3 2.3 概率极限状态设计概率极限状态设计法法2.3.1 2.3.1 结构的极限状态结构的极限状态 结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的功能的极限状态极限状态。根据根据功能要求功能要求，通常把极限状态分为两大类：，通常把极限状态分为两大类：承载能力极限状态承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态1.承载能力极限状态承载能力极限状态 这一极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载力或达到不这一极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形。适于继续承载的变形。出现下列情况之一时，就认为已达到承载能力极限状态：出现下列情况之一时，就认为已达到承载能力极限状态：（1）结构或结构的一部分丧失稳定；）结构或结构的一部分丧失稳定；（2）结构形成机动体系丧失承载能力；）结构形成机动体系丧失承载能力；（3）结构发生滑移、上浮或倾覆；）结构发生滑移、上浮或倾覆；（4）构件截面因材料强度不足而破坏；）构件截面因材料强度不足而破坏；（5）结构或构件产生过大的塑性变形而不适于继续承载。）结构或构件产生过大的塑性变形而不适于继续承载。满足承载能力极限状态的要求关系到结构的安全，所以对承满足承载能力极限状态的要求关系到结构的安全，所以对承载能力极限状态应有较高的可靠度（安全度）水平。载能力极限状态应有较高的可靠度（安全度）水平。2.正常使用极限状态正常使用极限状态这一极限状态对应于结构或构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值。这一极限状态对应于结构或构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值。出现下列情况之一时，就认为已达到正常使用极限状态：出现下列情况之一时，就认为已达到正常使用极限状态：l（1）产生过大的变形，影响正常使用或外观；）产生过大的变形，影响正常使用或外观；l（2）产生过宽的裂缝，影响正常使用（渗水）或外观；产生人们心理上不）产生过宽的裂缝，影响正常使用（渗水）或外观；产生人们心理上不能接受的感觉；对耐久性也有一定的影响；能接受的感觉；对耐久性也有一定的影响；l（3）产生过大的振动，影响正常使用。）产生过大的振动，影响正常使用。结构或构件达到正常使用极限状态时，会影响正常使用功能及耐久性，但还结构或构件达到正常使用极限状态时，会影响正常使用功能及耐久性，但还不会造成生命财产的重大损失，所以它的可靠度水平允许比承载能力极限状不会造成生命财产的重大损失，所以它的可靠度水平允许比承载能力极限状态的可靠度水平有所降低。态的可靠度水平有所降低。通常对结构构件先完成按承载能力极限状态进行承载能力计算，然后根据使通常对结构构件先完成按承载能力极限状态进行承载能力计算，然后根据使用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。结构功能的表达结构功能的表达S R 失效失效2.3.2 结构的功能函数与结构的功能函数与极限状态方程极限状态方程钢筋混凝土钢筋混凝土结构设计采用结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计法。以概率理论为基础的极限状态设计法。设计时主要考虑的两个变量：设计时主要考虑的两个变量：2.3.3.12.3.3.1 失效概率失效概率 p pf f2.3.3 结构可靠度的计算结构可靠度的计算由于R、S都是随机变量，故Z也是随机变量。出现Z0的概率，也就是R b时，时，Mu=?当当x 3剪压破坏剪压破坏破坏特点破坏特点陆续出现斜裂缝，其中一条发展成临界斜裂缝，陆续出现斜裂缝，其中一条发展成临界斜裂缝，未未到达到达荷载作用点，截面不裂通，最后临界斜裂缝上荷载作用点，截面不裂通，最后临界斜裂缝上端集载附近砼被压碎破坏。端集载附近砼被压碎破坏。VuVcr余留截面砼的余留截面砼的主压应力，主压应力，超过砼在超过砼在及及共同作用下共同作用下的抗压强度发生破坏。承载力高于斜拉破坏。的抗压强度发生破坏。承载力高于斜拉破坏。1Vcr集载与支座间梁腹砼被斜向压碎，集载与支座间梁腹砼被斜向压碎，主压应力主压应力超超过砼的抗压强度，承载力比剪压破坏高。过砼的抗压强度，承载力比剪压破坏高。l l 1破坏特点破坏特点破坏原因破坏原因承载能力承载能力承载能力承载能力对于同样的构件，斜拉最低，剪压较高，斜压最高。对于同样的构件，斜拉最低，剪压较高，斜压最高。斜拉剪压斜压斜拉剪压斜压 由于它们破坏时跨中挠度都不大，因此，三种破坏都属于由于它们破坏时跨中挠度都不大，因此，三种破坏都属于脆性破坏脆性破坏。但但剪压破坏剪压破坏的延性相对于其他两种破坏形态稍好一些。的延性相对于其他两种破坏形态稍好一些。破坏性质破坏性质破坏性质破坏性质腹筋配置少腹筋配置少且且剪跨比较大时，发生剪跨比较大时发生斜拉破坏斜拉破坏。腹筋配置多腹筋配置多或或剪跨比很小时，发生剪跨比很小时，发生斜压破坏斜压破坏，腹筋配置较适当大部分发生腹筋配置较适当大部分发生剪压破坏剪压破坏。无腹筋梁的破坏形态主要决定于剪跨比无腹筋梁的破坏形态主要决定于剪跨比，而有腹筋梁则主要决定于，而有腹筋梁则主要决定于配箍率配箍率和和剪跨比剪跨比。与无腹筋梁类似，有腹筋梁也有三种破坏形态。与无腹筋梁类似，有腹筋梁也有三种破坏形态。4.1.4.2 有腹筋梁斜截面受剪破坏形态与发生条件有腹筋梁斜截面受剪破坏形态与发生条件斜拉破坏斜拉破坏斜斜裂裂缝缝一一出出现现，腹腹筋筋应应力力即即达达屈屈服服，对对斜斜裂裂缝缝开展的限制作用已不存在相当于无腹筋梁。开展的限制作用已不存在，相当于无腹筋梁。配箍率不小于配箍率不小于最小配箍率最小配箍率，腹筋间距不大于，腹筋间距不大于规范规范规定的规定的箍筋最大间距箍筋最大间距Smax。破坏特点破坏特点防止方法防止方法剪压破坏剪压破坏斜斜裂裂缝缝出出现现后后，与与其其相相交交腹腹筋筋承承担担很很大大部部分分剪剪力力。腹腹筋筋先先屈屈服服，最最后后受受压压区区砼砼在在剪剪压压作作用用下下到到达达极极限限强强度度丧丧失失承承载载力力，属属剪剪压压型型破破坏坏。受受剪剪承承载载力力主主要要取决于混凝土强度、截面尺寸及腹筋数量。取决于混凝土强度、截面尺寸及腹筋数量。进行进行斜截面受剪承载力计算斜截面受剪承载力计算，确定需配置的腹筋。，确定需配置的腹筋。破坏特点破坏特点防止方法防止方法斜压破坏斜压破坏腹腹 筋筋 未未 达达 屈屈 服服，梁梁 腹腹 砼砼 即即 到到 达达 抗抗 压压 强强 度度发发生生斜斜压压破破坏坏，承承载载力力取取决决于于砼砼强强度度及及截截面面尺尺寸寸，再再增增加加箍箍筋筋或或弯弯筋筋对对斜斜截截面面受受剪剪承承载载力力的的提高已不起作用。提高已不起作用。限制限制砼强度和截面尺寸砼强度和截面尺寸的下限。的下限。破坏特点破坏特点防止方法防止方法4.1.5 影响受弯构件斜截面受剪承载力的主要因素影响受弯构件斜截面受剪承载力的主要因素影响钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力的因素很多，除了剪跨比、混凝土强度、纵筋配筋率及其强度、截面形状及尺寸、加载方式（直接、间接）和结构类型（简支梁、连续梁）等因素以外，最主要的影响因素是腹筋配筋率及其强度。配箍率配箍率sv：反映箍筋的数量反映箍筋的数量1122sbb1122sAsv1Asv1Asv设置在同一截面内的箍筋截面面积；设置在同一截面内的箍筋截面面积；Asv1单肢箍筋截面面积；单肢箍筋截面面积；n同一截面内箍筋肢数；同一截面内箍筋肢数；s箍筋沿梁轴向的间距；箍筋沿梁轴向的间距；b梁腹宽度。梁腹宽度。v在配箍量适当的情况下，梁的受剪承载力随配箍量的增多、箍筋强度在配箍量适当的情况下，梁的受剪承载力随配箍量的增多、箍筋强度的提高而有较大幅度的增长。的提高而有较大幅度的增长。v梁的抗剪承载力随弯起钢筋截面面积的增大，强度的提高而线性增大。梁的抗剪承载力随弯起钢筋截面面积的增大，强度的提高而线性增大。4.2 受弯构件斜截面受剪承载力计算受弯构件斜截面受剪承载力计算4.2.1基本计算公式基本计算公式剪压破坏剪压破坏Vu?V荷载效应基本组合、偶然组合4.2.2.1混凝土的受剪承载力混凝土的受剪承载力Vc对于矩形、T形和形截面的一般受弯构件，对集中荷载作用下的矩形截面独立梁（包括作用有多种荷载，且其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值75%以上的情况）：4.2.2.2 箍筋梁的受剪承载力箍筋梁的受剪承载力 DL/T5057-2009规范规定，对仅配置箍筋的矩形、T形和I形截面的受弯构件，其斜截面受剪承载力应符合下列规定：4.2.3 抗剪弯起钢筋的计算 矩形、T形和I形截面的受弯构件，当同时配有箍筋和弯起钢筋时的斜截面受剪承载力计算公式为：4.2.3 抗剪弯起钢筋的计算 当计算支座截面第一排（对支座而言）弯起钢筋时，取支座边缘处的最大剪力设计值；当计算以后每排弯起钢筋时，取用前一排（对支座而言）弯起钢筋弯起点处的剪力设计值。弯起钢筋的计算一直要进行到最后一排弯起钢筋已进入的 控制区段为止。4.2.4 在顶面直接作用分布荷载的受弯构件需注意的是，采用这一规定计算时需注意的是，采用这一规定计算时必须具备两个条件：必须具备两个条件：荷载必须是荷载必须是分布荷载，在距支座边缘范围内没分布荷载，在距支座边缘范围内没有集中荷载；有集中荷载；分布荷载必须是直分布荷载必须是直接作用在梁顶上的，且荷载方向指接作用在梁顶上的，且荷载方向指向梁顶的永久荷载。向梁顶的永久荷载。配箍率超过一定值，箍筋屈服前，斜压杆砼已压坏，配箍率超过一定值，箍筋屈服前，斜压杆砼已压坏，取斜压破坏为受剪承载力上限。取斜压破坏为受剪承载力上限。斜压破坏取决于砼的抗压强度和截面尺寸。斜压破坏取决于砼的抗压强度和截面尺寸。斜压破坏的防止4.2.5 梁截面尺寸或砼强度等级的下限梁截面尺寸或砼强度等级的下限防止防止斜压破坏斜压破坏和和斜裂缝斜裂缝过早出现及开展过大，过早出现及开展过大，规范规定：规范规定：一般梁一般梁4.2.6防止腹筋过少过稀防止腹筋过少过稀腹筋间距过大，可能出现不与腹筋相交的斜裂缝，腹筋间距过大，可能出现不与腹筋相交的斜裂缝，腹筋无从发挥作用。腹筋无从发挥作用。较密的箍筋对抑制斜裂缝宽度有利。较密的箍筋对抑制斜裂缝宽度有利。限制腹筋的最大间距限制腹筋的最大间距 。斜筋间距？斜筋间距？斜拉破坏的防止当配箍率小于一定值，当配箍率小于一定值，斜裂缝出现后，箍筋因不能承担斜裂斜裂缝出现后，箍筋因不能承担斜裂缝截面砼退出工作释放出来的拉应力，而很快达到屈服，发缝截面砼退出工作释放出来的拉应力，而很快达到屈服，发生突然性的脆