《混凝土结构》课程教学一体化方案

混凝土结构课程教学一体化方案混凝土结构（本）是中央广播电视大学“开放教育试点”工学科土建类土木工程专业本科（专升本）结构设计方向的一门专业课，与土木工程专业专科混凝土结构（1）使用同一教材。混凝土结构（本）4学分，72学时。本课程提供了文字教材、录像教材与计算机辅助教学课件CAI三种媒体，以文字教材作为基本教材，其它作为辅助教材。混凝土结构（本）是中央广播电视大学土木工程专业的必修专业课，是土木工程专业的主干课程，课程内容由“混凝土结构基本构件设计原理”（专业基础）和“钢筋混凝土房屋结构”（专业）两部分组成。“混凝土结构基本构件设计原理”部分主要包括混凝土结构构件的基本理论、设计方法、各类构件的受力性能、计算和配筋构造等。“钢筋混凝土房屋结构”部分主要包括现浇楼盖、单层工业厂房、钢筋混凝土多层框架的计算原理和计算方法，内力计算，内力组合及截面配筋，构造要求等内容。本课程的主要任务是培养学生掌握混凝土结构构件和结构的基本原理，计算和设计方法。通过本课程的学习应达到的基本要求是1掌握混凝土构件的基本理论，受力性能；2掌握构件的计算方法和构造要求3学会楼盖、单层厂房和框架的设计和计算方法。课程内容与设计规范内容的紧密配合衔接，并与建筑材料、材料力学和建筑结构试验等课程有机配合，紧密联系实际工程结构，为混凝土结构的课程设计和毕业设计打下基础。本课程力求贯彻简洁扼要，应用和实用相结合。为了帮助引导学生更好地完成学习任务，根据学校“四学”教学模式要求，特制作课程一体化方案。一、导学环节（一）课前导学说明本课程的学习内容,学习方法,学习媒体,网上资源,考核方式等内容1、讲授学习的一般方法，联系本课程以自学为主的性质和特点。2、旨在培养和提高学生自主学习的方法和技巧。3、逐步具备自主学习的能力。4、研究主教材混凝土结构相关内容，根据教学要求掌握教材内容。其中重、难点内容要在辅导课中集中分析讲授，一般内容主要要求学生业余时间自学。5、考核有形成性考核和期末考试两种方式，详细内容见本课程形成性考核实施意见。（二）课中导学根据教材内容分析知识逻辑思路，理顺学生学习思路，提出教学建议。（三）课后导学（1）布置一些启发性的富有趣味的问题由学生思考，通过网上答疑、邮件往来、电话交流创造课后导学的条件。（2）为学生提供一些参考阅读书目、文章，调动学生课后学习的积极性。（3）每次上课时，针对前次的问题，进行简短的分析，力争使课后导学得到落实。二、自学环节（一）个别学习个别学习是自学环节中重要的一环，由于电大学生来源复杂，大多属于在职学习。因此，个别学习非常适合他们的实际情况。但是，由于工作、家庭拖累，以往个别学习时常不了了之。针对本课程的性质和任务，教师要把自学落实到以下几个方面1、预习学习课程相关章节内容，初步理解基本概念、基本解题方法、基本解题技巧。2、根据教学计划有步骤地安排学生自学全部内容；3、对学生自学中的疑难问题，尽量通过网上留言、邮件往来等形式有针对性地及时解答，以调动学生自学的积极性，让他们感受到自学带来的收获和进步。（二）协作学习协作学习在电大有较好的运作基础。在每个教学班，都有数个学生或来自于同一个单位，或按年龄层次的不同，自然形成多个小群体。教师应该引导学生利用这些特点，让他们形成协作学习的小组，培养一种良好的互助学习的氛围。1、教师设计一些适宜协作完成的学习任务，安排程度有差异的学生通过讨论、分工、汇总等方式实现预期目标。2、教师有意引导学生关注混凝土（如预应力混凝土；大体积混凝土等）方面的热点问题，由学生根据自身工作和学习的便利条件，分工搜集资料，勾通信息，取长补短。既培养了学习兴趣，又加强了彼此间的协作。3、形成性考核册中的思考题，最好通过合作讨论的形式完成。（三）集中学习根据开放教育的特点，课程内容的学习以学员自学为主，教师辅导教学工作必须结合学员的学习进度和情况组织安排。在集中学习辅导中要了解学员学习情况和存在的问题，督促学习滞后的学员加快学习进度，同时收交和批改学员的平时作业。统计学习中存在的问题和疑难点，对于较集中的问题和疑难点应及时与主持、主讲教师联系指导学员充分利用多种媒体教材，互相补充和强化对本课知识的学习和理解。根据“混凝土结构”课程教学大纲及课时安排，拟按以下进度进行面授辅导第一单元4课时建立本课程内容框架，使学员对本课有初步了解；介绍教学环节，引导学员制定学习计划；指导学员掌握开放教育特有的学习方式；简单介绍各种教学媒体并教会学员使用，安排学员到网络教室上网练习并参与网上发言，学会与责任教师用各种方式联系。讲解第13章内容，布置学员自学第4、5章内容。第二单元4课时了解学员自学情况，对第4、5章内容重难点进行辅导，集中并回答学员自学中的问题，布置相关作业及下阶段的自学内容第68章。第三单元4课时了解学员自学情况，对第68章内容重难点进行辅导，集中并回答学员自学中的问题，布置相关作业及下阶段的自学内容第9、10章。第四单元4课时了解学员自学情况，对第9、10章内容重难点进行辅导，集中并回答学员自学中的问题，带领学员参与网上教学活动。布置相关作业及下阶段的自学内容第1113章。第五单元4课时了解学员自学情况，对第1113章内容重难点进行辅导，集中并回答学员自学中的问题。布置相关作业及下阶段的复习。第六单元4课时组织网上答疑及收看的期末辅导和复习，对全课程内容进行归纳总结和复习，解析和讲评作业；讲解考试题型，指导学员正确面对考试，认真复习，积极备考。三、助学环节助学即利用各种现代化媒体和手段，帮助学生更好地完成学习任务。因此，除了办学单位要为学生提供多媒体教室、上网条件以外，责任课教师还要尽量提供或制作各种教学资源帮助学生学习。四、督学环节督学环节中最关键的是课程考核和学习监控过程。（一）课程考核混凝土结构（本）课程的形成性考核包括平时作业考核和期中测验两部分。平时作业由中央电大统一布置，各分校负责下发到教学点，各教学点负责具体实施。由课程辅导教师负责批阅、评分。期中测验由试点分校具体组织实施。测验的方式、时间，试题的命制、批阅等均由试点分校参照省电大有关考务工作的文件精神执行。本课程形成性考核作业册安排了5次作业，共回收、批改5次，第一次在第4周，第二次在第7周，第三次在第10周，第四次在第13周,第五次在第16周。期中考试的考核范围为前7章，考试时间安排在学期的第11周。3本课程的最终成绩由两部分组成，一是平时成绩，它由形成性考核作业册（占20）来评价，一是期末考试成绩（占80）。考试成绩乘以80平时成绩最终成绩。形成性考核成绩的评定必须以学生的平时作业成绩和期中考试成绩为依据，任何人不能随意变更。各试点分校要按规定填报混凝土结构课程形成性考核成绩表，应妥善保存学生的作业和期中考试卷，以备省电大检查。（二）学习监控学习监控是目前督学环节中的一个难点。首先，对学生上网观看IP课件和浏览辅导资料的时间应该记录，并纳入形考成绩中。其次，授课教师要认真批阅平时作业，严格划分成绩档次。附件重点教学内容讲稿混凝土结构辅导第一章绪论一、学习目标1理解混凝土结构的一般概念及特点。2了解混凝土结构的发展及应用简况。3掌握本课程的主要内容、任务和学习方法。二、学习重点1混凝土结构的一般概念及特点。2本课程的主要内容、任务和学习方法。三、教学内容素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构等以昆凝土为主制成的结构统称为混凝土结构。混凝土结构是工业和民用建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利、海港等工程中广泛使用的结构形式。混凝土和钢筋是两种力学性能不同的材料，混凝土抗压强度较高，而抗拉强度却很低；钢筋则具有很高的抗拉和抗压强度，但在一般的环境中易于锈蚀，耐火性差，细长的钢筋容易被压屈。若在混凝土中配置钢筋，用抗拉强度高的钢筋承受拉力，用抗压强度较高的混凝土承受压力，使两者性能得到优化，可充分发挥两者的强度，同时放置在混凝土中的钢筋受到昆凝土的保护，则不易锈蚀，提高了耐火性能。试验表明，钢筋和混凝土这两种性质不同的材料能有效地结合在一起共同工作。其原因主要是由于混凝土和钢筋之间有着良好的粘结力，使两者能可靠地结合成一个整体，在荷载作用下能共同变形；其次，钢筋和混凝土具有相近的温度线膨胀系数钢筋的温度线膨胀系数为12105，混凝土的温度线膨胀系数为1010515105。，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结。钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构。钢筋昆凝土结构的特点是充分利用混凝土和钢筋的材料性能，使两者共同发挥作用，在实际工程中应用最普遍。预应力混凝土结构是由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土制成的结构。由于其有效提高混凝土构件的抗裂性能和构件的刚度，因此在实际工程中得到了广泛应用。素混凝土结构是由无筋或不配置受力钢筋的昆凝土制成的结构。素混凝土结构常用于一些非承重结构和道路表层。钢筋混凝土结构的优点很多，除了能合理地利用钢筋和混凝土两种材料的特性外，还有下述一些优点。可模性好。新拌和的混凝土是可塑的，可根据需要设计制成各种形状和尺寸的结构或构件。整体性好。现浇钢筋混凝土结构的整体性较好，设计合理时具有良好的抗震、抗爆和抗振动的性能。耐久性好。钢筋混凝土结构具有很好的耐久性，不需要经常性地保养和维修，维修费用少。耐火性好。钢筋昆凝土结构与钢结构相比具有较好的耐火性。易于就地取材。钢筋混凝土结构所用比重较大的砂、石材料易于就地取材，且可有效利用矿渣、粉煤灰等工业废渣，有利于保护环境。但是，钢筋混凝土结构也存在一些缺点，主要有以下几方面。自重大。钢筋混凝土结构的截面尺寸较相应的钢结构大，所以自重大，不利于大跨度结构、高层建筑结构及抗震。抗裂性能较差。钢筋昆凝土结构在正常使用时往往是带裂缝工作的，对一些不允许出现裂缝或者对裂缝宽度有严格限制的结构，要满足这些要求就需要提高工程造价。隔热、隔声性能较差。施工比较复杂。施工受环境、气候条件的限制，雨季、冬季施工以及高温干燥情况下施工，均需要采取特别措施以保证工程质量，这就导致建造耗工较多，进行补强修复也比较困难。上述钢筋混凝土结构的缺点限制了其应用范围。但是，随着钢筋混凝土结构的材料和施工技术的不断发展，这些缺点已经或正在逐步得到克服。例如，采用轻质高强混凝土以减轻结构自重；采用预应力混凝土以提高结构的抗裂性；采用预制装配结构或工业化的现浇施工方法等加快施工速度；采用高性能混凝土提高混凝土的力学性能和耐久性等。本课程主要以钢筋混凝土结构为研究对象，着重讲述钢筋混凝土结构设计计算的原理和方法，其中部分内容将涉及预应力混凝土结构，为与混凝土结构学科相关的工作和学习研究打下坚实的基础。基本构件设计理论包括受弯构件正截面破坏和斜截面破坏、轴心受力构件受拉和受压、偏心受力构件受拉和受压、受扭构件、预应力混凝土构件以及深受弯构件等，其主要内容涵盖了材料性能、设计规定、各类构件受力时的力学性能、计算方法和配筋构造，以及构件使用阶段的变形、裂缝验算及结构耐久性等；混凝土结构的设计理论主要讲述钢筋混凝土现浇楼盖、单层工业厂房结构和钢筋混凝土框架结构的设计方法和计算理论。本课程是一门综合性很强的应用科学，需要结合数学、力学、材料学及施工实践等知识，系统地学习领会其基本知识、设计理论构成，同时需要有配套实验，并注意以下一些问题。学习时，要注意本课程与理论力学、材料力学、结构力学的联系和区别。首先，它所应用的力学理论与弹性力学、材料力学有很多不同的地方，要通过认识二者的不同之处来掌握混凝土的特点。后者研究的是单一、匀质、连续、弹性或理想弹塑性材料的构件，而钢筋混凝土原理则是以由钢筋和混凝土两种非匀质、非连续、非弹性的材料组成的构件为研究对象。其次，与弹性力学、材料力学一样，钢筋混凝土计算原理也可以通过几何、物理和平衡关系来建立基本方程，但在每一种关系的具体内容上要考虑钢筋混凝土的性能特点。由于钢筋混凝土构件是两种材料组成的复合材料构件，两种材料在数量和强度上的配比就成了一个值得重视的问题。如果钢筋和混凝土在面积上的比例和材料强度搭配超过了一定的界限，则会引起构件受力性能的改变，这是钢筋混凝土构件区别于单一材料构件的基本而又具有实际意义的问题。另外，由于混凝土材料物理力学性能的复杂性，没有非常完善的强度理论，其中的强度和变形规律，在很大程度上依赖于实验分析。因此在学习时，要重视构件的实验研究，了解反映试验中规律性现象的结构和构件受力性能，掌握受力分析中所采用的基本假定和实验依据。在学习和运用计算公式时，要特别注意其适用范围和限制条件，同时在实用中注意结合具体情况，灵活运用。学习本课程，要注意培养对多种因素进行综合分析的能力。本课程要解决的不仅是材料的强度和变形的计算问题，主要还是结构和构件的设计，如结构方案、结构选型、材料选择和配筋构造等。结构设计是一个综合性的问题需要考虑多方面的因素。设计时，同一构件在给定荷载作用下，可以有不同的截面形式、尺寸、配筋方式和数量等。因此，实际中往往需要通过试算、调整，同时进行适用、材料、造价、施工的可行性等各项指标的综合分析比较，才能作出合理的选择。在学习本课程时，对规范的运用是一个非常重要的问题。规范是对多年来混凝土结构方面的科学技术水平、理论计算方法和工程实践经验的总结，以及对国际上有关标准的先进成果的吸收。要力求在学习中熟悉它，在设计中灵活运用它，在实践中进一步验证它。只有对规范条文的概念和实质有正确的理解，才能确切地应用其内容，充分发挥设计者的主动性、创造性。本课程有着较强的实践性，一方面要通过课堂学习、习题、作业来掌握结构设计所必需的理论知识，通过课程设计和毕业设计等实践性教学环节学会运用这些知识来正确地进行结构设计，解决工程中的技术问题；另一方面要通过现场参观来了解实际工程的结构布置、配筋构造、预应力的施工工艺等，以积累感性知识，增加工程经验。四、本章小结混凝土结构是工业和民用建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利、海港等工程中广泛使用的结构形式。本章主要对本课程的主要研究对象、内容和学习方法进行了介绍。五、思考题1钢筋混凝土结构破坏时有哪些特点钢筋和混凝土是如何共同工作的2钢筋混凝土结构有哪些优点和缺点3本课程主要包括哪些内容学习本课程要注意哪些问题第二章钢筋混凝土材料的力学性能一、学习目标1了解钢筋的强度和变形、级别、品种，混凝土结构对钢筋性能的要求。2理解单轴和复合受力状态下混凝土的强度，混凝土的变形性能。3掌握混凝土的弹性模量和强度等级，钢筋与混凝土共同工作原理。二、学习重点1钢筋的强度和变形，钢筋的成分、级别和品种，混凝土结构对钢筋性能的要求。2单轴和复合受力状态下混凝土的强度。3混凝土在一次短期加荷时的变形性能，混凝土处于三向受压的变形特点。4混凝土在重复荷载和长期荷载作用下的变形性能。5混凝土的弹性模量、混凝土的强度和强度等级。6钢筋和混凝土的粘结性能。三、学习建议1注意规范对钢筋的级别和强度、混凝土的强度等级的规定。2混凝土结构是由钢筋、混凝土两种受力性能不同的材料组成的。为了掌握混凝土结构的受力特征、计算原理和设计方法，必须了解钢筋和混凝土各自的力学性能和二者共同工作的机理。钢筋混凝土结构是一种主要的建筑结构形式，混凝土结构是由钢筋、混凝土两种受力性能不同的材料组成的。要能够合理、可靠地设计一个钢筋混凝土房屋，必须掌握混凝土结构的受力特征、计算原理和设计方法，为此必须了解钢筋和混凝土各自的力学性能和二者共同工作的机理。四、教学内容钢筋混凝土结构是一种主要的建筑结构形式，混凝土结构是由钢筋、混凝土两种性能不同的材料组织成的。要能够合理、可靠地设计一个钢筋混凝土房屋，必须掌握混凝土结构的受力特征、计算原理和设计方法，为此必须了解钢筋和混凝土各自的力学性能和二者共同工作的机理。要学习钢筋混凝土材料的力学性能，需要结合以下问题进行。21钢筋了解钢筋的化学成分及含量要求，掌握钢筋中化学成分对钢筋性能的影响及具体的要求。尤其是有害元素对钢筋的危害和对其进行的控制，以及低合金钢中各种元素加入后所起的作用等，都要进行深入学习。掌握钢筋的品种和级别高碳钢和低合金钢等，每种钢筋具有的特点及其基本的使用范围和使用注意事项。了解钢筋的生产工艺和加工条件，以利于选择合适的钢筋用于设计，并在施工中控制施工质量，避免施工隐患。了解钢筋的力学性能主要包括哪些内容，如强度、变形及物理性能等，要用到什么指标来表示，以及如何确定这些性能指标，这些都是我们合理选择钢筋品种的基本依据。对冷加工钢筋的性能变化也要有所认识，以区别普通热轧钢筋。分清有明显流幅的钢筋和无明显流幅钢筋的性能区别和各自包含的钢筋种类。掌握钢筋混凝土结构中钢筋选用的基本原则。掌握钢筋的应力一应变关系曲线的特点和数学模型，分清双直线模型、三折线模型和双斜线模型所代表的钢筋类型。在实际设计中如何选用合理的应力一应变关系，是学习构件的设计原理和方法的基础。另外要了解钢筋的疲劳强度和疲劳变形的概念和原理，以用于构件的疲劳验算。最后，结合钢筋的成分、性能特点和力学指标，掌握钢筋混凝土结构中对钢筋的要求，如屈服强度要求、极限强度要求、塑性变形要求、焊接性要求、温度要求及钢筋与混凝土的粘结能力等。22混凝土1混凝土的组成结构要掌握混凝土的组成结构，包括微观结构、亚微观结构及宏观结构的形成机理，这对于理解混凝土结构的抗裂度和破坏机理是非常重要的。2混凝土的强度要熟悉混凝土结构中混凝土重要的强度指标，包括抗压强度、抗拉强度，单轴受力和复合受力时的强度指标。掌握强度指标的代表值、强度等级分级标准、在工程实际设计中强度代表值如何运用。了解混凝土的抗压强度与抗拉强度之间的关系，以及影响混凝土强度的主要因素，如与采用的水泥品种、标号和水灰比大小有很大关系，其他如骨料砂、石的性质、混凝土的级配、添加剂或掺和料的使用、制作方法人工或机械的、硬化时的环境条件及混凝土龄期等都有或多或少的影响。在试验时，还因为所选择试件的大小和形状、试验方法或加载时间长短的不同，测得的强度值也不同。因此各种单向受力时的混凝土强度指标必须以统一规定的标准试验方法为依据。这些都是在学习中要掌握的内容。了解混凝土的受压破坏机理的三个阶段及其各自的特点，单向受力状态下混凝土的强度指标和复合受力状态下混凝土的强度指标各自的特点及其之间的关系。掌握混凝土应力一应变关系的数学模型，每种模型具有的特点及其适用范围，要结合具体构件的计算进行分析。混凝土的抗压强度是混凝土力学性能中最主要的指标。人们以抗压强度标准值作为混凝土强度分级的标准，该标准也是施工过程中控制混凝土质量的主要依据。混凝土抗压强度之所以如此重要，是因为钢筋混凝土结构中最主要的就是利用其抗压强度。此外，混凝土的其他力学性能，如抗拉强度、弹性模量等也都与混凝土抗压强度有内在联系，因而建立了它们之间的关系，也就可以通过抗压强度推断出混凝土的其他力学性能。混凝土的抗拉强度是混凝土的基本强度指标之一。通常混凝土的抗拉强度很低，只有抗压强度的11818，并且不与抗压强度成比例增大。钢筋混凝土的抗裂性，抗剪、抗扭承载力等均与混凝土的抗拉强度有关。在多轴应力状态下的混凝土强度理论中，混凝土的抗拉强度是一个非常重要的参数。影响混凝土抗拉的因素很多，要实现均匀拉伸非常困难，了解混凝土抗拉强度的试验方法要注意这些影响因素。在荷载作用下，钢筋混凝土构件中任意一点的应力大都处于多轴或复杂应力状态。由于混凝土材料的特点，在复合受力状态下的强度，至今尚未建立起完善的强度理论，目前对其强度的研究还大多是以实验结果为依据，推荐一些近似的方法进行计算。但是研究复合受力状态下混凝土的强度问题，对于认识混凝土强度极限状态具有重要意义。3混凝土在荷载作用下的变形性能混凝土的变形分为混凝土的受荷变形和混凝土体积变形。前者包括一次短期加载作用下的变形、长期荷载作用下的变形以及重复荷载作用下的变形；后者则是由于混凝土收缩产生变形或温度变化产生的变形等。对混凝土在一次短期荷载作用下的变形性能，要掌握混凝土受压时的应力一应变关系。混凝土受压时的应力应变关系反映了受荷各个阶段内部的变化及其破坏机理，它是研究钢筋混凝土结构极限强度理论截面应力分析、内力重分配、刚度和挠度、抗裂性和裂缝宽度控制、结构抗震性能等的重要依据。同时要了解变形的主要阶段及特点和形成机理。掌握混凝土受压应力应变关系的数学模型。虽然描述混凝土受压应力一应变曲线的数学模型形式很多，但应主要掌握规范规定的应力应变关系模型及其在实际设计中的应用。了解混凝土处于三向受压状态时的变形特点。因为如果混凝土试件处于约束状态，不但可以提高它的抗压强度，还可以大大提高其延性。随着侧向约束的增加，试件的强度和延性都有显著提高。在工程中司以通过设置密排螺旋筋、箍筋或采用钢管混凝土来建立对混凝土的侧向约束，这是一种被动的约束方式。了解不同约束方式有不同约束效果。掌握低强混凝土比高强混凝土有较好的延性；三向复合受压状态下的混凝土比单向受压混凝土不但提高了强度并且有效地提高了延性。实际工程中，用密排螺旋筋或密排箍筋约束混凝土及直接采用钢管混凝土是提高延性的有效办法，从而改善混凝土的抗震性能。了解混凝土的变形模量概念及其确定方法和其他物理性能指标的概念。了解混凝土受拉时的应力和变形关系。掌握混凝土在长期荷载作用下的变形性能徐变的概念、组成部分、机理和影响因素。注意混凝土的徐变特性主要与时中间参数有关。混凝土徐变产生的原因之一是混凝土硬结以后，其微观结构组成，骨料之问的水泥浆，一部分变为结晶体，另一部分是充填在晶体间带有微孔的凝胶体，具有粘性流动的性质。当向水泥石施加外荷载时，初期结晶体与凝胶体共同承受外荷载。其后，随着时间的推移，凝胶体由于其粘性流动而逐渐卸荷，此时晶体承受更大的外力，并产生弹性变形，从而使水泥石变形混凝土徐变增加，即水泥凝胶体与水泥结晶体间应力重新分布所造成的结果。另一个原因，是混凝土内部微裂缝在荷载长期作用下不断发展和增加，从而导致应变的增加。当应力不大时，徐变的发展以第一种原因为主；当应力较大时，以第二种原因为主。徐变与下列一些因素有关混凝土的组成成分对徐变有很大影响；混凝土的制作方法、养护条件，特别是养护时的温湿度对徐变有重要影响；加荷时混凝土的龄期，构件截面的形状、尺寸也会对徐变产生很大的影响；钢筋的存在以及应力的性质，也会对徐变产生相应影响。了解混凝土的收缩和膨胀变形特点、机理及其影响因素。掌握混凝土的疲劳强度的概念和疲劳变形特点，以及疲劳强度的确定方法。掌握混凝土构件中混凝土的等级选用的基本规定，以用于概念设计。23钢筋与混凝土的粘结作用在荷载、温度、收缩等外界因素作用下，钢筋和混凝土这两种材料结合在一起能够共同工作，一是因为二者之间相近的温度线膨胀系数；二是因为混凝土硬化后，钢筋与混凝土之间产生的粘结能力来抵抗粘结应力。粘结应力通常是指钢筋与混凝土接触面上的剪应力，如果沿钢筋长度上没有钢筋应力的变化，也就不存在粘结应力。粘结是钢筋与混凝土共同工作的前提，通过粘结，在钢筋与混凝土之间可进行应力传递和变形协调。为保证钢筋不从混凝土中压拔出来，还要求钢筋有良好的锚固能力。钢筋和混凝土之间的粘结能力和锚固能力是混凝土和钢筋保持整体，共同工作的基础。要掌握粘结能力的来源及其所起的作用。钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力，也称胶结力，它仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用。混凝土收缩，将钢筋紧紧裹住而产生摩擦力。钢筋表面凹凸不平产生与混凝土之间的机械咬合作用力，又称咬合力。变形钢筋具有肋会产生咬合力，机械咬合作用往往很大，是变形钢筋粘结能力的主要来源。而钢筋端部加弯钩、弯折或在锚固区焊接短钢筋、角钢来提供附加锚固能力。这种锚固可以提供很大的锚固能力，但布置不当，会产生较大的滑移、裂缝甚至局部混凝土破坏等现象。不同的钢筋的粘结和锚固能力组成有所区别。对于光圆钢筋的粘结性能，直段圆面钢筋的粘结能力主要来源于胶结力和摩擦力。影响光面钢筋粘结力的主要原因是混凝土强度和钢筋表面状态。平均粘结强度随混凝土强度提高而增大，但不与立方体抗压强度成正比，而与抗拉强度大体上呈正比关系。钢筋表面粗糙程度影响摩擦力。轻度锈蚀的钢筋，其粘结强度比新轧制的无锈钢筋高，比除锈处理的钢筋更高。所以在实际工程中，除重锈钢筋外，一般不必除锈。为了安全可靠起见，在具体设计时，光面钢筋末端均需设置弯钩。设置弯钩后，能较大地提高钢筋锚固性能，是一种有效的附加安全措施。对于变形钢筋的粘结性能，粘结能力主要来源于摩擦力和机械咬合力。影响变形钢筋粘结力的主要因素是混凝土强度、锚固长度、保护层相对厚度、钢筋问距、锚筋外形特征、箍筋情况或横向钢筋设置、混凝土浇注情况及锚固钢筋的侧向受力情况等。钢筋和混凝土之间粘结锚固能力的优劣直接影响着结构构件的安全可靠性，在设计时必须予以足够的重视。考虑上述影响粘结强度的因素，扬长避短，采取合理措施，保证钢筋和混凝土不发生粘结破坏或剪切“刮犁式”破坏现象。钢筋的粘结锚固要求是注意钢筋保护层厚度确定的规定，了解在不同环境和不同情况下，混凝土保护层厚度的不同取值；了解钢筋的锚固长度的计算方法和在构件中应符合的具体要求。五、本章小结本章主要介绍了钢筋的化学成分、种类、等级和形式，钢筋的力学性能指标和钢筋混凝土结构对钢筋的要求；介绍了混凝土的组成、混凝土的强度等级、强度指标和强度测试的影响因素、混凝土的受力和变形性能、混凝土的疲劳强度；介绍了钢筋和混凝土结合的粘结能力组成及影响因素。六、思考题1钢筋的化学成分对钢筋的性能有哪些影响2钢筋的种类有哪些，各有什么特点3钢筋的力学性能包括什么用什么指标来表示4钢筋的应力一应变数学模型有哪些各有什么特点5钢筋的疲劳强度是如何规定的6钢筋混凝土结构中对钢筋有哪些要求7混凝土的组成结构是怎样的8混凝土有哪些重要的强度指标如何确定在工程实际中如何运用9混凝土的受压破坏机理是怎样的10影响混凝土的抗压强度的因素有哪些11简述混凝土的抗压强度与受拉强度之间的关系。12简述复合受力状态下混凝土的强度指标之间的影响关系。13混凝土应力一应变关系的数学模型有哪几种14什么是混凝土的徐变混凝土的徐变形成原因是什么变由哪几部分组成影响混凝土徐变的主要因素是什么15什么是混凝土的收缩与膨胀变形收缩产生的原因是什么其影响因素是什么16什么是混凝土的疲劳破坏什么是混凝土的疲劳强度疲劳强度如何确定17钢筋和混凝土为什么能够共同工作如何获得粘结能力和锚固能力18光圆钢筋和变形钢筋的粘结锚固各有什么特点影响变形钢筋粘结锚固强度的因素有哪些19如何满足钢筋和混凝土的粘结锚固要求第三章按近似概率理论的极限状态设计法一、学习目标1了解建筑结构的功能要求、极限状态和概率极限状态设计方法的基本概念。2理解结构的可靠度和可靠指标。3掌握承载能力极限状态和正常使用极限状态实用设计表达式。4理解作用和作用效应、结构重要性系数。5理解荷载和材料的分项系数、荷载和材料强度的标准值及设计值。二、学习重点1建筑结构的功能要求，结构可靠度、失效概率和可靠指标。2承载能力和正常使用两种极限状态的意义和实用设计表达式。3作用和作用效应、结构重要性系数、荷载和材料的分项系数及荷载和材料强度的标准值和设计值。三、学习建议1学习本章前应复习随机变量的统计特征等基本知识。2注意结构设计使用年限及设计基准期的规定。3注意正常使用极限状态设计表达式的规定。4注意荷载和分项系数的概念。四、学习内容31结构上荷载和结构承载能力通常把能使结构产生内力或变形的原因称为“作用”。荷载是直接作用。混凝士的收缩、温度变化、基础不同沉降以及地震作用是间接作用。作用使结构产生弯矩、剪力、轴向力和变形等。作用在结构上的荷载，按作用时间的长短和性质，可分为永久荷载结构自身重力、土压力等、可变荷载楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等和偶然荷载爆炸力、龙卷风等。荷载的标准值是荷载的基本代表值。荷载标准值是根据大量统计资料，运用数理统计的方法确定的具有一定概率的、可能出现的最大荷载值，或按随机变量进行计算，或由经验确定。结构的抗力是指结构抵抗荷载、变形、裂缝开展等的能力。32结构的功能要求进行建筑结构设计时，应根据建筑物的重要程度按不同的安全等级进行设计。根据建筑结构破坏时可能产生的后果的严重程度，将建筑结构的安全等级分为三级。建筑结构应该满足安全性、适用性和耐久性的功能要求。结构的设计使用年限不等同于建筑结构的使用年限。超过设计使用年限的结构并不一定就损坏了不能使用，只是其完成预定功能的能力越来越差。33结构功能的极限状态设计时，结构的可靠性是用结构的极限状态来判断的。整个结构或结构的一部分超过某一特定状态例如，构件即将开裂、倾覆、滑移、压屈、失稳等，就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定状态称为该功能的极限状态。极限状态是结构开始失效的标志。结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。例如，用S表示荷载效应，用7表示结构或构件的抗力，构件的每一个截面满足SR时，才认为构件是可靠的，否则认为是失效的。ZRS，当ZRS0时，结构处于可靠状态；当ZRS0时，结构达到极限状态；当ZR一S0，Z时YSYSF4受压区应力图形的简化根据合力大小及作用点位置不变的等效原则，将曲线形混凝土的应力图形简化为矩形，即将教材图47中的、，分别换成、，、取值见教材表42。CFXCFA1CX1A5基本计算公式根据前述基本假定及简化的受压区等效矩形应力图形，单筋矩形截面梁受弯承载力的计算图如图48所示。根据截面上力的平衡条件，可得SYCAFBXFA1M201XHBFACU或0AFSYU6基本公式的适用条件因基本公式是根据适筋梁A阶段的应力状态推导而得的，故不适用于超筋梁和少筋梁。基本公式的适用条件如下。导。防止超筋破坏，当。时，受拉钢筋屈服和混凝土被压碎同时BB发生。防止少筋破坏。SAMIN,SHI式中是超筋梁和适筋梁的界限，其取值详见教材；是少筋梁和适筋梁的界限，其取BMIN值见教材。7截面构造通过结构计算一般仅能初步确定主要部位的截面尺寸及钢筋数量，对于不易计算的因素就要通过构造措施来弥补。构造要求详见教材。8计算方法1基本公式法基本公式法即按基本公式解二次联立方程式。2计算系数法为方便实用，引入计算系数。令501SA得21021AAFHMBSSYSC9截面设计已知弯矩、混凝土强度等级及钢筋等级。求所需的受拉CFYF钢筋截面面积。1用基本公式法求解按构造要求，假定BH，并求出H。利用基本公式47、410或411解的二次方程，取较小X正根为受压区高度。验算。是否满足，若不满足，加大截面尺寸或提高混凝X0HB土强度等级，返回；若满足，则进人。由。YCSSYCFBXAAFFA11验算面。是否满足，若满足，则即为所求；若不满足，则SAMINSA令SBHI根据构造要求，选取钢筋直径、根数、排数，保证实配不小。SA2用计算系数法求解按构造要求，假定，并求出。HB0由，求得。201FAMCSSA由根据式42S、式4。26计算出、，并验算。是否满SSB足，若不满足，加大截面尺寸或提高混凝土强度等级，返回；若满足，则进入。由YSSYSFHAFH00同基本公式法求解。同基本公式法求解。5选筋选用420钢筋，见配筋布置图。选用钢筋时应满足有关2156SAM243间距、直径及根数等构造要求。42双筋矩形梁正截面承载力计算1基本计算公式和适用条件单筋矩形截面正截面受弯承载力计算的基本理论同样适用于双筋矩形截面。在双筋矩形截面的基本公式中，受压钢筋的应力取值是一个关键问题，根据推导可知，当时，X2AHPB235级、HBB335级和RRB400级钢筋均已屈服，即当成立时，定有X2A由平衡条件可写出以下两个基本计算公式。SYF由，可得0X1CYSYSAFBXAF由，可得1002UCYSMAFBXHFAHA适用条件为保证截面不超筋0BXH保证受压钢筋屈服2A2截面设计1已知、和材料强度等级，计算所需和MSA在两个基本公式中，共有三个未知数，即和和，因而需再补充一个条件方能求X解。在实际工程设计中，为了减少受压钢筋面积，使总用钢量最省，应充分利用SS受压区混凝土承担压力。因此，可先假设受压区高度。或这就使或0BXHBX车成为已知，而只需求算和。具体计算步骤如下。SA确定一排，；两排，。一般可先假定排，因为双筋梁的0H035H06H受拉钢筋一般较多。假定此时混凝土最大限度发挥作用，从而使最小。BSSA若用基本公式求解，则为已知，故方程有唯一解、。若满足0BXHSSSA构造要求，即则、即为所求。若不满足构造要求，即则令21SASSAS21S，此题变为小已知，求问题。此处反映出假定过大，需重新S0BXH求解、。XS若用计算系数法，则有（为对受拉钢筋合力点取矩时，受压区混凝土所抵抗的2105UCBMAFH1UM弯矩）（为受压钢筋对受拉钢筋合力点的抵抗弯距）10USYAF1U若，则2S10CBYSSAFHFAA若，则令，按下一种情况重新求解。2S2S2已知、和材料强度以及，计算所需MBHSAS既然已知，即可求出所承担的弯矩，由减去所承担的弯矩，即为，应承担SASMSASA的弯矩，此问题就已转化为前面已经介绍过的单筋矩形截面问题。具体计算步骤如下。确定。0H解方程式428、429，解得、。XSA验算0BX是否满足。2A若不满足，则说明给定过小，需按未知，按1来水解；SS若不满足，则令此时不考虑压区混凝土作用,是偏于安全的0SYMAFHA若、都满足，则即为所求S若用计算系数法求解，则有20UYSFAHA（即为在作用下的单筋梁）12UM1UM最后12SSA43单筋T形梁正截面承载力计算1基本计算公式1第一类T形梁这一类梁的截面虽为T形，但由于中性轴通过翼缘，即，而计算时不考虑中性FXH轴以下混凝土的作用，故受压区仍为矩形，因此可按的矩形截面计算其正截丽受弯FB承载力，这时，只要将单筋别形梁基本计算公式中的改为，就可得到第一类T形梁的F基本计算公式，即基本公式的适用条件如下。10BXH由于T形截面的翼缘厚度一般都比较小，既然，因此这个条件通常都能满足，FHFXH不必验算。2）（具体计算时，）MIN0SABH,MINISAB必须注意，此处而不是。这是因为，在理论上是根据素混凝土0SBH0SFHMIN梁的受弯承载力与同截面、同混凝土强度等级的钢筋混凝土梁受弯承载力相等的条件得出的，而T形截面素混凝土梁肋宽为，梁高为的受弯承载力比矩形截面素混凝土梁的受弯承载力提高不多因为受弯承载力与受拉区形状关系较大，而受压区形状对之BH影响较小，为简化计算并考虑以往设计经验，此处是相对于的配筋率。BH2第二类T形梁图A这一类梁截面的中性轴通过肋部，即，故受压区为T形。我们可以将截面分为FXH如下两部分图B和C由挑出翼缘部分的受压混凝土与相应的一部分受拉钢筋组成，其计算公式为2GA由肋部受压区与相应受拉钢筋组成，其计算公式与单筋矩形截面相同，即1SA整个T形截面的正截面受弯承载力12UUM受拉钢筋总截面面积12SGA于是第二类T形梁正截面受弯承载力的基本计算公式可以写成基本公式也可以由图（A）用和直接导出。0XM第二类T形梁正截面承载力计算图基本公式的适用条件如下。为防止发生超筋破坏，应当满足或0BXHB为防止发生少筋破坏，MIN,INSSAH由于第二类T形梁受压区较大，相应受拉钢筋也就较多，故一般均能满足此条件，可不必验算。2T形截面翼缘的计算宽度通过对T形梁的试验研究表明，梁受弯后，翼缘的压应力分布并不是均匀的。靠近肋部翼缘压应力最大，离肋部越远，压应力则逐渐减小，在一定距离以外，翼缘将不能充分发挥其受力作用。设计规范规定，T形及倒L形截面受弯构件受压区的翼缘计算宽度缉应按表43各项中的最小值取用。3截面设计由于两类T形截面的计算公式不同，因此必须首先鉴别构件属于哪一类型，鉴别的方法是，先假定中性轴正好通过翼缘下边缘，即。这是两种类型的界限状态，此界限FXH状态截面所能承担的弯矩为，受压区混凝土压应力合力为102FCFABH1CFABH在截面设计时，弯矩设计值为已知，故M当时，属于第一类T形截面；102FCFHAB当时，属于第二类T形截面。10FCFH在复核截面时，由于受拉钢筋截面面积，为已知，故A当时，属于第一类T形截面；1CFYSABA当时，属于第二类T形截面。FSH本章小结受弯构件是土木工程中用的最普遍的构件，设计好此类构件，除需严谨的理论、准确的计算外，还需要进行概念设计。梁、板的概念设计是指梁、板的一般构造。主要是指截面尺寸如何确定，材料如何选取，分布钢筋、受力钢筋的直径、净距、位置如何确定等等。受弯构仍正截面受弯承载力计算的基本原理，是在钢筋混凝土梁刀截面受弯性能实验研究的基础上提出，主要包括正截面承载力计算的基本假定、应力图形的简化、基本计算公式及其适用条件等。其计算方法主要有基本公式法和计算系数法。在基本计算原理的基础上，对单筋矩形截面梁、双筋矩形截面梁、T形截面梁的正截面受弯承载力计算加以详尽介绍。五、思考题41正截面受弯的三个受力阶段分别作为何种计算的依据42适筋梁、超筋梁、少筋梁各自的受力特点是什么43为什么要确定单筋矩形梁基本公式的适用条件44何时采用双筋梁双筋梁基本公式的适用条件与单筋梁有何区别，为什么当XC50和低强混凝土C50有何区别六、习题41已知梁的截面尺寸，承受弯矩设计值，250BHM10MKNMA采用混凝土强度等级为C35，钢筋等级为HRB335，环境类别为一类。求所需纵向钢筋的截面面积。42已知梁的截面尺寸，混凝土强度等级为C30，纵向受4力钢筋为，环境类别为一类，若承受弯矩设计值M80KNM，试216804SA验算此梁正截面承载力是否安全。43已知梁的截面尺寸，混凝土强度等级为C35，钢筋采50BHM用HRB335，截面弯矩设计值M350KNM，环境类别为一类。求所需受拉和受压钢筋截面面积、。S4，4已知弯矩M80KNM，混凝土等级为C30，钢筋采用HRB335，梁的截面尺寸，环境类别为一类。求所需的受拉307,60,120FFBHMBH钢筋截面面积。SA第五章受弯构件斜截面承载力计算一、学习目标1了解斜截面破坏的主要形态和影响因素。2了解无腹筋梁斜裂缝出现后的应力状态。3理解无腹筋梁斜截面受剪承载力计算公式。4了解剪力传递机理，腹筋的作用及其对破坏形态的影响、截面限制条件尽最小配筋率的意义。5掌握有胆筋简支梁户连续梁的受剪承载力计算方、计算公式及其适用范围O6理解抵抗弯矩图、纵筋锚固、弯起及截断等构造要求。二、学习重点1无腹筋梁受剪承载力计算2剪力传递机理,腹筋的作用及其对破坏形态的影响,截面限制条件及最小配筋率。3。有腹筋简支梁的抗剪性能，受剪承载力计算方法及适用范4斜截面受弯承载力，抵抗弯矩图，纵筋的锚固、弯起和截断三、学习建议本章内容较多、较难。建议学习中注意对无腹筋梁斜截面受剪承载力计算中的混凝土强度指标和最小配筋率的理解，有腹筋梁的受剪承载力计算及纵筋弯起、截断的原理和要求四、学习内容51概述在荷载作用下，构件会发生正截面破坏还是斜截面破坏，主要取决于荷载的大小、作用位置以及结构的构造和材料强度。受弯构件抗剪能力的大小很大程度取决于混凝土的抗拉强度和抗压强度。由于素混凝土的破坏具有明显的脆性。因此构件破坏时延性小，通常是脆性的。为了防止受弯构件沿斜方向产生裂缝而破坏，除了要求构件有合理的截面尺寸外，通常配置一定的箍筋和弯起钢筋，与纵筋和架立钢筋组成骨架，箍筋和弯起钢筋的作用是承受主拉应力，阻止斜裂缝开展。52无腹筋梁的受剪性能影响无腹筋简支梁斜截面受剪承载力的主要因素有剪跨比、混凝土强度和纵筋配筋率。剪跨比是影响梁斜截面受剪承载力的主要因素，它可以决定斜截面破坏的形态。剪跨比由小到大变化时，破坏形态从斜压型向剪压型到斜拉型过渡。剪跨比定义为00HAVHM剪跨比可以表示为截面弯矩与剪力的比值。对集中荷载作用下的梁，剪跨比还可以表示为剪跨与截面有效高度的比值。在相同剪跨比的条件下，抗剪强度随混凝土强度的提高而增大。剪跨比不同的梁，其破坏形态也不同。梁的抗剪强度取决于混凝土的抗压强度或抗拉强度。在大剪跨比的情况下，抗剪强度随混凝土强度的提高而增加的速率低于小剪跨比的情况。混凝土结构设计规范采用混凝土抗拉强度作为受剪承载力计算时的混凝土强度指标。纵筋对抗剪强度的影响主要是直接在横截面承受一定剪力，起“销栓”作用，对梁的斜截面承载力有一定影响。纵筋能抑制斜裂缝的发展，增大斜裂缝间交互面的剪力传递。增加纵筋量能加大混凝土剪压区高度，从而间接地提高梁的受剪承载力。截面尺寸是影响斜截面受剪承载力的主要因素之一。对无腹筋混凝土受弯构件，随着高度增加斜截面上出现的裂缝宽度加大，裂缝内表面骨料之间的机械咬合作用被削弱，使得接近开裂端部的开裂区拉应力弱化，传递剪应力的能力降低。构件破坏时；斜截面受剪承载力随着构件高度的增加而降低。当配置箍筋后，由于箍筋对开裂的抑制作用，截面高度的影响会减小。混凝土结构设计规范规定，对一般板类构件，考虑到随着截面高度增大受剪承载力的降低，在截面高度比较大时，对受剪承载力作了折减修正。即，07BHFVTC4108H需要注意的是，斜截面破坏的特点是一旦出现裂缝后，就会很快发展；呈明显的脆性破坏，有较大的危险性。所以，在设计时，即使可以不计算，一般也应按构造要求配置一定数量的箍筋。53有腹筋梁的受剪性能梁沿斜截面的斜裂缝破坏形态可分为斜压破坏、剪压破坏和斜拉破坏。与适筋梁正截面破坏相比较，斜压破坏、剪压破坏和斜拉破坏时梁的变形要小，且具有脆性破坏的特征，尤其是斜拉破坏，破坏前梁的变形很小，有较明显的脆性。为了保证构件的斜截面受剪承载力，设计时通常采取配置一定数量的间距不太大的、满足最小配箍率的箍筋，以防止斜拉破坏发生；不把梁的截面尺寸设计得过小并限制最大配箍率，可以防止斜压破坏发生。对于常见的剪压破坏，需要按计算配置足够的腹筋来保证斜截面受剪承载力。以下分两种情况分别给出计算公式。对于矩形、T形和工字形截面的一般受弯构件002517HSAFBHFVVYTCS对于集中荷载作用下的独立梁（包括作用多种荷载，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的75以上的情况）00175HSFBFVYTCS当梁内还配置弯起钢筋时SSBYBAFVIN80在实际设计中宜首先选用箍筋，当需要的箍筋较多时，再考虑使用弯起钢筋。当满足或。时，混凝土抗剪能力就可以抵抗斜截面的破07TVFH0175TVFH坏，可不进行计算，仅需按构造要求配置箍筋。54截面限制条件当配箍特征值过大时，箍筋的抗拉强度不能发挥，梁的斜截面破坏将由剪压破坏转为斜压破坏。此时，梁沿斜截面的抗剪能力主要由混凝土的截