给排水工程结构

1、 以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士 结构。它主要指结构。它主要指素混凝土结构、钢筋混凝土结构、素混凝土结构、钢筋混凝土结构、 和预应力混凝土结构和预应力混凝土结构。还有型钢混凝土结构、钢还有型钢混凝土结构、钢 管混凝土结构等。管混凝土结构等。 素混凝土结构是指不配置任何钢材的混凝土素混凝土结构是指不配置任何钢材的混凝土 结构。结构。 钢筋混凝土结构是指用圆钢筋作为配筋的普钢筋混凝土结构是指用圆钢筋作为配筋的普 通混凝土结构。通混凝土结构。 型钢筋混凝土结构又称为钢骨混凝土结构。型钢筋混凝土结构又称为钢骨混凝土结构。 它是指用型钢或用钢板焊成的钢骨架作

2、为配筋它是指用型钢或用钢板焊成的钢骨架作为配筋 的混凝土结构。的混凝土结构。 钢管混凝土结构是指在钢管内浇捣混凝土钢管混凝土结构是指在钢管内浇捣混凝土 做成的结构。做成的结构。 本课程本课程重点讲述重点讲述钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构的设计的设计 原理，包括材料性能、设计原则、各种受力构原理，包括材料性能、设计原则、各种受力构 件的计算方法和结构设计构造措施件的计算方法和结构设计构造措施. 素混凝土结构（素混凝土结构（Plain Concrete) 素混凝土基础素混凝土基础 素混凝土素混凝土 钢筋混凝土梁 钢筋混凝土结构（钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete) 预应力混凝土结

3、构（Prestressed Concrete) 预应力混凝土结构是指在结构构件制作时，在其受预应力混凝土结构是指在结构构件制作时，在其受 拉部位人为地预先对混凝土施加压应力的混凝土结构。拉部位人为地预先对混凝土施加压应力的混凝土结构。 一、钢筋混凝土结构的受力特点一、钢筋混凝土结构的受力特点 根据素混凝土简支梁和钢筋混凝土简支梁根据素混凝土简支梁和钢筋混凝土简支梁 的破坏试验的破坏试验 （1 1）素混凝土简支梁的破坏试验：）素混凝土简支梁的破坏试验： 图图0-4a0-4a为一根未配置钢筋的素混凝土简为一根未配置钢筋的素混凝土简 支梁，跨度支梁，跨度4m4m，截面尺，截面尺b bh h=200m

4、m=200mm300mm300mm、 混凝土强度等级为混凝土强度等级为C20C20。梁的跨中作用一个集。梁的跨中作用一个集 中荷载中荷载F F，对其进行破坏性试验。，对其进行破坏性试验。 素混凝土梁的试验结果表明：素混凝土梁的试验结果表明： （1）当荷载较小时，截面上的）当荷载较小时，截面上的应变应变则同弹则同弹 性材料的梁一样，性材料的梁一样，沿截面高度呈直线分布；沿截面高度呈直线分布； （2）当荷载增大使截面受拉区边缘纤维拉）当荷载增大使截面受拉区边缘纤维拉 应变达到混凝土抗拉极限应变时该处的应变达到混凝土抗拉极限应变时该处的混凝土混凝土 被拉裂被拉裂，裂缝沿截面高度方向迅速开展，试件，裂

5、缝沿截面高度方向迅速开展，试件 随即发生断裂破坏。随即发生断裂破坏。 （3）破坏的性质：破坏是突然的，没有明）破坏的性质：破坏是突然的，没有明 显的预兆，属于显的预兆，属于脆性破坏脆性破坏。 钢筋混凝土梁的破坏试验：钢筋混凝土梁的破坏试验： 在梁的受拉区布置三根直径为在梁的受拉区布置三根直径为16 mm16 mm的的 HPB235HPB235级钢筋级钢筋( (记作记作316)316)并在受压区在布置两并在受压区在布置两 根为根为10 mm10 mm的架力钢筋和适量的箍筋。的架力钢筋和适量的箍筋。 再进行同样的荷载试验再进行同样的荷载试验( (图图 0-4b) 0-4b) 当加载到一定阶段使截面

6、受拉区边缘纤维当加载到一定阶段使截面受拉区边缘纤维 拉应力达到混凝土抗拉极限强度时，拉应力达到混凝土抗拉极限强度时，混凝土虽被混凝土虽被 拉裂，但裂缝不会沿截面的高度迅速开展，试件拉裂，但裂缝不会沿截面的高度迅速开展，试件 也不会随即发生断裂破坏。也不会随即发生断裂破坏。 混凝土开裂后，裂缝截面的混凝土拉应力混凝土开裂后，裂缝截面的混凝土拉应力 由纵向受拉钢筋来承受，故荷载还可进一步增由纵向受拉钢筋来承受，故荷载还可进一步增 加。此时变形将相应发展，裂缝的数量和宽度加。此时变形将相应发展，裂缝的数量和宽度 也将增大。也将增大。 受拉钢筋抗拉强度和受压区混凝土抗压受拉钢筋抗拉强度和受压区混凝土抗

7、压 强度强度都都被充分利用时被充分利用时，试件才发生破坏。，试件才发生破坏。 破坏性质：试件破坏前，变形和裂缝都破坏性质：试件破坏前，变形和裂缝都 发展得很充分，呈现出明显的破坏预兆，属于发展得很充分，呈现出明显的破坏预兆，属于 塑性破坏塑性破坏。 虽然试件中纵向受力钢筋的截面面积只占整虽然试件中纵向受力钢筋的截面面积只占整 个截面面积的个截面面积的 1 1左右，但破坏荷载却可以大大左右，但破坏荷载却可以大大 提高。提高。 归纳总结一下：归纳总结一下： 在混凝土结构中配置一定型式和数量的钢筋，在混凝土结构中配置一定型式和数量的钢筋， 可以收到下列的效果：可以收到下列的效果： 结构的承载能力有很

8、大的提高；结构的承载能力有很大的提高； 结构的受力性能得到显著的改善结构的受力性能得到显著的改善 钢筋混凝土破坏前带有明显的预兆即：变形钢筋混凝土破坏前带有明显的预兆即：变形 和裂缝都较明显。和裂缝都较明显。 钢筋和混凝土是两种物理、力学性能很不相钢筋和混凝土是两种物理、力学性能很不相 同的材料，它们可以相互结合同的材料，它们可以相互结合共同工作的主要共同工作的主要 原因原因是：是： 混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在 一起，相互传递内力。一起，相互传递内力。粘结力粘结力是这两种性质不是这两种性质不 同的材料能够共同工作的基础；同的材料能够共同工作的基础； 钢

9、筋的钢筋的线膨胀系数线膨胀系数为为1.21.21010 -5-5 -1-1，混 ，混 凝土的为凝土的为1.01.01010-5 -5 -1 -1 1.51.51010 -5-5 -1-1，二者 ，二者 数值数值相近相近。因此。因此. .当温度变化时，钢筋与混凝土当温度变化时，钢筋与混凝土 之间不会存在较大的相对变形和温度应力而发之间不会存在较大的相对变形和温度应力而发 生粘结破坏。生粘结破坏。 钢筋混凝土结构的优点：钢筋混凝土结构的优点： 钢筋混凝土结构除了比素混凝土结构具有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。与其他较高的承载力和较好的受力性能以外。与其他

10、结构相比还具有下列优点：结构相比还具有下列优点： 就地取材就地取材。钢筋混凝土结构中，砂和石。钢筋混凝土结构中，砂和石 料所占比例很大，水泥和钢筋所占比例较小。料所占比例很大，水泥和钢筋所占比例较小。 砂和石料一般可以由建筑工地附近供应。砂和石料一般可以由建筑工地附近供应。 节约钢材节约钢材。钢筋混凝土结构的承载力较。钢筋混凝土结构的承载力较 高。大多数情况下可用来代替钢结构，因而节高。大多数情况下可用来代替钢结构，因而节 约钢材。约钢材。 耐久、耐火耐久、耐火。钢筋埋放在混凝土中，受混。钢筋埋放在混凝土中，受混 凝土保护不易发生锈蚀，因而提高了结构的耐久凝土保护不易发生锈蚀，因而提高了结构的

11、耐久 性。当火灾发生时。钢筋混凝土结构不会象木结性。当火灾发生时。钢筋混凝土结构不会象木结 构那样被燃烧，也不会象钢结构那样很快软化而构那样被燃烧，也不会象钢结构那样很快软化而 破坏。破坏。 可模性好可模性好。钢筋混凝土结构可以根据需要。钢筋混凝土结构可以根据需要 浇捣成任何形状。浇捣成任何形状。 现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的整整 体性好，刚度大体性好，刚度大。 钢筋混凝土结构的缺点：钢筋混凝土结构的缺点： 自重大。自重大。钢筋混凝土的重度约为钢筋混凝土的重度约为25kN/m25kN/m3 3， 比砌体和木材的重度都大。比砌体和木材的重度都大。 抗裂性差

12、。抗裂性差。混凝土的抗拉强度非常低，因混凝土的抗拉强度非常低，因 此，普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工作。尽管此，普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工作。尽管 裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是 它影响结构的耐久性和美观。当裂缝数量较多和它影响结构的耐久性和美观。当裂缝数量较多和 开展较宽时，还将给人造成不安全感。开展较宽时，还将给人造成不安全感。 施工的周期较长。施工的周期较长。受天气的影响较大，需受天气的影响较大，需 要较多的脚手架、模板。要较多的脚手架、模板。 补强维修较难。补强维修较难。 钢筋混凝土结构的钢筋混凝土结构的优点远远多于其缺点。优点

13、远远多于其缺点。因因 此，它已经在此，它已经在房屋建筑房屋建筑、水池等构筑物、地下结水池等构筑物、地下结 构构（钢筋混凝土桩基）（钢筋混凝土桩基）、桥梁桥梁（城市立交桥）（城市立交桥）、 铁路铁路（钢筋混凝土枕木）（钢筋混凝土枕木）、隧道隧道（钢筋混凝土砌（钢筋混凝土砌 衬）衬）、水利水利（三峡大坝）（三峡大坝）、港口港口（码头平台）（码头平台）等等 工程中得到广泛应用。工程中得到广泛应用。 针对其缺点人们研究出许多的有效措施：针对其缺点人们研究出许多的有效措施： 为了克服自重大的缺点，已经研究出许多高强轻为了克服自重大的缺点，已经研究出许多高强轻 质的混凝土和强度很高的钢筋；为了克服普通质的

14、混凝土和强度很高的钢筋；为了克服普通 钢筋混凝土容易开裂的缺点，可以对它施加预应钢筋混凝土容易开裂的缺点，可以对它施加预应 力等等。但还有许多工程实际问题等待我们的力等等。但还有许多工程实际问题等待我们的 同学们去探索和研究。同学们去探索和研究。 二、钢筋混凝土材料的发展 二、钢筋混凝土材料的发展高强轻质高强轻质 （1)混凝土材料强度大幅提高混凝土材料强度大幅提高 到到20世纪世纪80年代初，在发达国家年代初，在发达国家C60级混凝土已 级混凝土已 经普遍采用。经普遍采用。 近年来国内外采用附加减水剂的方法已制成强度近年来国内外采用附加减水剂的方法已制成强度 为为200 MPa以上的混凝土。以

15、上的混凝土。 高强混凝土的出现更加扩大了混凝土结构的应用范高强混凝土的出现更加扩大了混凝土结构的应用范 围，为高层建筑、地下工程、压力容器、海洋工程等围，为高层建筑、地下工程、压力容器、海洋工程等 领域的应用创造了条件。领域的应用创造了条件。 （2）轻质混凝土的研究与应用）轻质混凝土的研究与应用 从从20世纪世纪60年代以来，轻骨料（陶粒、浮石等）年代以来，轻骨料（陶粒、浮石等） 混凝土和多孔（主要是加气）混凝土得到迅速发展，混凝土和多孔（主要是加气）混凝土得到迅速发展， 其重度为其重度为1418KN/m3。 三、在结构形式方面的发展 三、在结构形式方面的发展 1.1.钢筋混凝土在高层建筑中的

16、应用钢筋混凝土在高层建筑中的应用 1976 1976年建成的美国芝加哥水塔广场大厦达年建成的美国芝加哥水塔广场大厦达7474 层，高层，高262262米。朝鲜平壤的柳京大厦，米。朝鲜平壤的柳京大厦，105105层，高层，高 305305米，也是混凝土结构。美国、俄罗斯等国在米，也是混凝土结构。美国、俄罗斯等国在 建筑工程中采用的混凝土，强度已达建筑工程中采用的混凝土，强度已达C80C80 C100C100。美国西雅图市的。美国西雅图市的Two Union SquareTwo Union Square大厦大厦 （5858层）层）60%60%的竖向荷载由中央四根直径为的竖向荷载由中央四根直径为10

17、10英英 尺（尺（3.05m3.05m）的钢管混凝土柱承受，钢管内填充）的钢管混凝土柱承受，钢管内填充 的混凝土强度等级达的混凝土强度等级达C135C135。 2.2.钢筋混凝土结构广泛用在桥梁，特种结钢筋混凝土结构广泛用在桥梁，特种结 构、水利工程、海洋工程、港口码头工程等。构、水利工程、海洋工程、港口码头工程等。 从从19251925年德国第一次采用折板结构大型年德国第一次采用折板结构大型 煤仓开始，钢筋混凝土薄壁空间结构逐渐在煤仓开始，钢筋混凝土薄壁空间结构逐渐在 屋盖及贮仓水塔、水池等构建物中得到广泛屋盖及贮仓水塔、水池等构建物中得到广泛 应用。应用。 四、混凝土结构的施工方式四、混凝

18、土结构的施工方式 现浇混凝土结构现浇混凝土结构 (cast-in-Situ concrete (cast-in-Situ concrete structure)structure) 在现场支模并整体浇筑而成的混凝在现场支模并整体浇筑而成的混凝 土结构。也叫现浇整体式混凝土结构。土结构。也叫现浇整体式混凝土结构。 装配式混凝土结构装配式混凝土结构 (prefabricated (prefabricated concrete structure)concrete structure) 由预制混凝土构件或部由预制混凝土构件或部 件通过焊接、螺栓连接等方式装配而成的混凝土件通过焊接、螺栓连接等方式装配

19、而成的混凝土 结构。结构。 装配整体式混凝土结构装配整体式混凝土结构 (assembled (assembled monolithic concrete structure)monolithic concrete structure) 由预制混凝由预制混凝 上构件或部件通过钢筋、连接件或施加预应力加上构件或部件通过钢筋、连接件或施加预应力加 以连接并现场浇筑混凝土而形成整体的结构。以连接并现场浇筑混凝土而形成整体的结构。 1 1、混凝土结构通常是由钢筋和混凝土结、混凝土结构通常是由钢筋和混凝土结 合而成的一种结构合而成的一种结构 钢筋混凝土材料与理论力学中的刚性材料钢筋混凝土材料与理论力学中的

20、刚性材料 以及材料力学中理想弹性材料有很大的区别。以及材料力学中理想弹性材料有很大的区别。 为了对混凝土结构的受力性能与破坏特征为了对混凝土结构的受力性能与破坏特征 有较好的了解，首先要求对钢筋混凝土的力学有较好的了解，首先要求对钢筋混凝土的力学 性能要很好地掌握。性能要很好地掌握。 2 2、混凝土结构计算公式具有经验性 、混凝土结构计算公式具有经验性 混凝土结构在裂缝出现以前的抗力行为，混凝土结构在裂缝出现以前的抗力行为， 与理想弹性结构相近。但是在裂缝出现以后，与与理想弹性结构相近。但是在裂缝出现以后，与 理想弹性材料有显著不同。理想弹性材料有显著不同。 混凝土结构的受力性能还与结构的受力

21、状混凝土结构的受力性能还与结构的受力状 态、配筋方式和配筋数量等多种因素有关，难以态、配筋方式和配筋数量等多种因素有关，难以 用一中简单的数学、力学模型来描述。用一中简单的数学、力学模型来描述。 因此，目前主要以混凝土结构构件的试验与因此，目前主要以混凝土结构构件的试验与 工程实践经验为基础进行分析，许多计算公式都工程实践经验为基础进行分析，许多计算公式都 带有经验性质。带有经验性质。 3 3、要了解和掌握国家标准关于混凝土结构、要了解和掌握国家标准关于混凝土结构 设计的技术原则和经济政策设计的技术原则和经济政策 工程实际情况是非常复杂的，建筑结构上工程实际情况是非常复杂的，建筑结构上 的实际

22、荷载和实际材料指标与规范规定的大小的实际荷载和实际材料指标与规范规定的大小 会有一定的出入。不同结构的重要性也不一样，会有一定的出入。不同结构的重要性也不一样， 它们对结构的安全、适用和耐久的要求不相同。它们对结构的安全、适用和耐久的要求不相同。 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范（GB50010-2002)GB50010-2002)、 给水排水构筑物结构设计规范给水排水构筑物结构设计规范（GB50069-GB50069- 20022002）的掌握、应用与不断探索创新的重要性。的掌握、应用与不断探索创新的重要性。 4 4、构造要求非常重要、构造要求非常重要 进行混凝土结构设计时离不开计算。但

23、是，进行混凝土结构设计时离不开计算。但是， 现行的计算方法一般只考虑荷载效应现行的计算方法一般只考虑荷载效应。其他影。其他影 响因素，如：混凝土收缩、温度影响以及地基响因素，如：混凝土收缩、温度影响以及地基 不均匀沉陷等，难于用计算公式来表达。因此，不均匀沉陷等，难于用计算公式来表达。因此， 在学习本课程时，除了要对各种计算公式了解在学习本课程时，除了要对各种计算公式了解 和掌握以外，对于和掌握以外，对于各种构造措施也必须给予足各种构造措施也必须给予足 够的重视够的重视。在设计混凝土结构时，除了进行各。在设计混凝土结构时，除了进行各 种计算之外，还必须检查各项构造要求是否得种计算之外，还必须检

24、查各项构造要求是否得 到满足。到满足。 上海金茂上海金茂 大厦，大厦， 8888层，层， 382m382m 竣工通车于竣工通车于19911991年年1212月月1 1日的南浦大桥，总长日的南浦大桥，总长83468346米，通航净米，通航净 高高4646米，米，5.55.5万吨巨轮可以从桥下从容而过。它是目前世界上第四大万吨巨轮可以从桥下从容而过。它是目前世界上第四大 双塔双索面斜拉桥，呈双塔双索面斜拉桥，呈“H”H”形的主桥塔高形的主桥塔高150150米，上有邓小平同志米，上有邓小平同志 亲笔书写的亲笔书写的“南浦大桥南浦大桥”四个大字。四个大字。 杨浦大桥是黄浦江上的第二座大桥，是世界最大跨

25、径双塔双索面斜杨浦大桥是黄浦江上的第二座大桥，是世界最大跨径双塔双索面斜 拉桥，大桥以其线条流畅、动感强烈的设计造型横跨浦江，成为上海的拉桥，大桥以其线条流畅、动感强烈的设计造型横跨浦江，成为上海的 一个门户特征。杨浦大桥于一个门户特征。杨浦大桥于19931993年年1010月竣工通车，她与南浦大桥遥相月竣工通车，她与南浦大桥遥相 呼应，是内环线高架连接浦东与浦西的过江枢纽，总长为呼应，是内环线高架连接浦东与浦西的过江枢纽，总长为76547654米，跨米，跨 径为径为602602米，主桥长米，主桥长11721172米，犹如一道横跨浦江的彩虹，在世界同类米，犹如一道横跨浦江的彩虹，在世界同类 型

26、斜拉桥中雄居第一。型斜拉桥中雄居第一。 第一章第一章 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构 的材料性能的材料性能 本章主要论述钢筋的力学性能和混凝本章主要论述钢筋的力学性能和混凝 土的力学性能（混凝土的立方体抗压强度、土的力学性能（混凝土的立方体抗压强度、 轴心抗压强度、轴心抗拉强度；混凝土的轴心抗压强度、轴心抗拉强度；混凝土的 变形和混凝土的选用）。重点讨论材料的变形和混凝土的选用）。重点讨论材料的 强度、混凝土的变形、钢筋与混凝土之间强度、混凝土的变形、钢筋与混凝土之间 的相互作用的相互作用粘结力等。它们是学习钢粘结力等。它们是学习钢 筋混凝土结构设计原理的基础。筋混凝土结构设计原理的基础。 1.

27、1 1.1 钢筋钢筋 有屈服点的钢筋试件在试验机上进行拉伸有屈服点的钢筋试件在试验机上进行拉伸 试验得出的典型应力应变曲线试验得出的典型应力应变曲线如图如图1.11.1所示所示。 其中颈缩现象其中颈缩现象如图如图1.21.2。 对于有明显屈服点的钢筋取其屈服强度作对于有明显屈服点的钢筋取其屈服强度作 为钢筋强度的限值为钢筋强度的限值强度指标强度指标。 1.1.1 钢筋的力学性能钢筋的力学性能 一、有屈服点的钢筋一、有屈服点的钢筋 12 1 100% ll l 反映钢筋塑性性能的基本指标是反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率伸长率和和冷冷 弯性能。弯性能。 伸长率伸长率是钢筋试件拉断后的伸长值与原

28、长的是钢筋试件拉断后的伸长值与原长的 比率。应按下式计算：比率。应按下式计算： 钢筋的强度与变形钢筋的强度与变形 有明显屈服点的钢筋有明显屈服点的钢筋 a a b c d e fu a为比例极限 oa为弹性阶段 de为强化阶段 b为屈服上限 c为屈服下限，即屈服强度 fy cd为屈服台阶 e为极限抗拉强度 fu fy f ef为颈缩阶段 图图1.11.1钢筋的应力应变曲线钢筋的应力应变曲线 图图1.21.2钢筋的颈缩钢筋的颈缩 无明显屈服点的钢筋试件在试验机上进行拉无明显屈服点的钢筋试件在试验机上进行拉 伸试验得出的典型应力应变曲线伸试验得出的典型应力应变曲线如图如图1.31.3所示所示。 实

29、际设计中通常取相应于残余应变实际设计中通常取相应于残余应变=0.2%=0.2%时时 的应力的应力0.2 0.2作为 作为名义屈服点名义屈服点，即，即条件屈服强度条件屈服强度。 对于无明显屈服点的钢筋，由于其条件屈服对于无明显屈服点的钢筋，由于其条件屈服 点不容易测定，因此，这类钢筋的质量检验以其点不容易测定，因此，这类钢筋的质量检验以其 极限强度作为主要指标。极限强度作为主要指标。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 规定，条件屈服强度规定，条件屈服强度0.2 0.2取极限强度 取极限强度b b的的0.80.8倍，倍， 即：即： 0.2 0.2=0.8 =0.8b b 二、无屈服点的钢筋二、无

30、屈服点的钢筋 图图1.3无明显屈服点钢筋无明显屈服点钢筋 1.1.钢筋的强度标准值钢筋的强度标准值 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范（GB 500102002GB 500102002） 规定，材料强度的标准值应具有不少于规定，材料强度的标准值应具有不少于95%95%保证保证 率。率。 热轧钢筋的强度标准值根据屈服强度确定，热轧钢筋的强度标准值根据屈服强度确定， 用用f fyk yk表示。预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的 表示。预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的 强度标准值根据极限抗拉强度确定，用强度标准值根据极限抗拉强度确定，用f fptk ptk表示。 表示。 普通钢筋、预应力钢筋的强度标

31、准值见教科普通钢筋、预应力钢筋的强度标准值见教科 书。书。 三、钢筋的强度指标三、钢筋的强度指标 2.2.钢筋的强度设计值钢筋的强度设计值 在进行钢筋混凝土结构构件承载力设计计在进行钢筋混凝土结构构件承载力设计计 算时，钢筋应采用强度设计值。算时，钢筋应采用强度设计值。 钢筋强度设计值等于钢筋强度标准值除以钢筋强度设计值等于钢筋强度标准值除以 钢筋材料分项系数钢筋材料分项系数ss，按不同钢筋种类，分，按不同钢筋种类，分 别取别取s s=1.10=1.101.201.20。 钢筋强度的标准值和设计值见教材。钢筋强度的标准值和设计值见教材。 一、现行规范规定的普通钢筋一、现行规范规定的普通钢筋 普

32、通钢筋强度标准值普通钢筋强度标准值（N/mm2)N/mm2) 1.2 1.2 混凝土混凝土 混凝土是由水泥、水、粗骨料（碎石、卵混凝土是由水泥、水、粗骨料（碎石、卵 石）、细骨料砂等材料按一定配合比，经混合搅石）、细骨料砂等材料按一定配合比，经混合搅 拌，入模浇捣并养护硬化后形成的人工石材。拌，入模浇捣并养护硬化后形成的人工石材。 影响混凝土的强度和变形的主要因素有：影响混凝土的强度和变形的主要因素有：原原 材料的性能；各组成成分的比例，尤其是水灰比材料的性能；各组成成分的比例，尤其是水灰比 的大小；施工方法（搅拌程度、浇捣的密实性、的大小；施工方法（搅拌程度、浇捣的密实性、 对混凝土的养护方

33、法）等。对混凝土的养护方法）等。 混凝土的基本强度指标有混凝土的基本强度指标有立方体抗压强度立方体抗压强度、 轴心抗压强度轴心抗压强度和和轴心抗拉强度轴心抗拉强度三种。三种。 1.2.1 混凝土的强度混凝土的强度 强度是指结构材料所能承受的某种极限应强度是指结构材料所能承受的某种极限应 力。力。 混凝土的强度是靠水泥的水化、硬化获得混凝土的强度是靠水泥的水化、硬化获得 的。水泥的水化硬化早期快、后期慢，故混凝的。水泥的水化硬化早期快、后期慢，故混凝 土强度的增长也是早期快、后期慢，但到土强度的增长也是早期快、后期慢，但到28d28d 龄期时强度的增长就不明显而趋于稳定。因此，龄期时强度的增长就

34、不明显而趋于稳定。因此， 规范以规范以28d28d龄期时混凝土的强度为基准。龄期时混凝土的强度为基准。 1. 1.混凝土强度等级混凝土强度等级立方体抗压强度立方体抗压强度f fcu cu 混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准 值确定。我国混凝土强度等级的确定方法是：值确定。我国混凝土强度等级的确定方法是： 用边长为用边长为150mm150mm的立方体的立方体标准试件，在标准试验标准试件，在标准试验 条件下养护条件下养护28d28d，并用标准试验方法（，并用标准试验方法（C30C30以下以下 的加载速度控制在的加载速度控制在0.30.30.5MPa/s0.5M

35、Pa/s范围；范围；C30C30以上以上 的加载速度控制在的加载速度控制在0.50.50.8MPa/s0.8MPa/s范围。两端不范围。两端不 涂润滑剂）测得的具有涂润滑剂）测得的具有95%95%保证率的立方体抗压保证率的立方体抗压 强度，用符号强度，用符号f fcuk cuk表示。 表示。 一、一、 混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度 2. 2.轴心抗压强度轴心抗压强度f fc c 立方体抗压强度不能代表混凝土在实际构件立方体抗压强度不能代表混凝土在实际构件 中的受力状态，只是作为在同一标准条件下比较中的受力状态，只是作为在同一标准条件下比较 混凝土强度水平和品质的标准。混凝土强度水平和品质的

36、标准。 试验表明：用试验表明：用高宽比为高宽比为2 23 3的棱柱体的棱柱体 （150mm150mm150mm150mm300mm300mm的标准试件测定棱柱体）的标准试件测定棱柱体） 测得的抗压强度与以受压为主的混凝土构件中的测得的抗压强度与以受压为主的混凝土构件中的 混凝土抗压强度基本一致。混凝土抗压强度基本一致。 因此，棱柱体的抗压强度可以作为以受压为因此，棱柱体的抗压强度可以作为以受压为 主的混凝土抗压强度，称为轴心抗压强度，用符主的混凝土抗压强度，称为轴心抗压强度，用符 号号f fc c表示。表示。 混凝土的抗拉性能很差。混凝土的抗拉混凝土的抗拉性能很差。混凝土的抗拉 强度一般只有抗

37、压强度的强度一般只有抗压强度的1/201/81/201/8，且不，且不 与抗压强度成正比。混凝土轴心抗拉强度取与抗压强度成正比。混凝土轴心抗拉强度取 棱柱体（棱柱体（100mm100mm100mm100mm500mm500mm，两端埋有钢，两端埋有钢 筋）的抗拉极限强度为轴心抗拉强度。筋）的抗拉极限强度为轴心抗拉强度。因该因该 法实测数据离散性大，目前多用圆柱体或立法实测数据离散性大，目前多用圆柱体或立 方体试件的劈裂试验来代替。方体试件的劈裂试验来代替。混凝土构件的混凝土构件的 开裂、变形以及受剪、受扭、受冲切等承载开裂、变形以及受剪、受扭、受冲切等承载 力均与抗拉强度有关。力均与抗拉强度有

38、关。 二、混凝土的轴心抗拉强度二、混凝土的轴心抗拉强度 1. 1.混凝土的强度标准值混凝土的强度标准值 通过立方体抗压强度试验，经统计分析，并通过立方体抗压强度试验，经统计分析，并 考虑结构中混凝土强度与试件强度之间的差异，考虑结构中混凝土强度与试件强度之间的差异， 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范给出了混凝土强度标准给出了混凝土强度标准 值，详见教科书。值，详见教科书。 2. 2.混凝土的强度设计值混凝土的强度设计值 混凝土强度设计值为混凝土强度标准值除以混凝土强度设计值为混凝土强度标准值除以 混凝土的材料分项系数混凝土的材料分项系数c c，规范规定，规范规定c c=1.4=1.4， 即

39、即f fc c= =f fck ck/ /c c，f ft t= =f ftk tk/ /c c。f ft t、f fc c见教科书。见教科书。 三、混凝土的强度指标三、混凝土的强度指标 1.2.2 混凝土的变形混凝土的变形 混凝土变形混凝土变形有两类：有两类： 一类是一类是荷载作用下的受力变形，包括荷载作用下的受力变形，包括一一 次短期加荷时的变形、次短期加荷时的变形、多次重复加荷时的变多次重复加荷时的变 形、形、长期荷载作用下的变形；长期荷载作用下的变形； 另一类是另一类是体积变形，包括收缩、膨胀和温体积变形，包括收缩、膨胀和温 度变形。度变形。 1.1.混凝土在一次短期加荷时的应力应变关

40、混凝土在一次短期加荷时的应力应变关 系系 混凝土在一次短期加荷时的应力应变关混凝土在一次短期加荷时的应力应变关 系可通过对混凝土棱柱体的受压或受拉试验测系可通过对混凝土棱柱体的受压或受拉试验测 定。定。 混凝土受压时典型的应力应变曲线如图混凝土受压时典型的应力应变曲线如图 所示。请见教科书。所示。请见教科书。 混凝土受拉时的应力应变曲线的形状与混凝土受拉时的应力应变曲线的形状与 受压时相似。对应于抗拉强度受压时相似。对应于抗拉强度f ft t的应变的应变ct ct很小， 很小， 计算时可取计算时可取ct ct=0.0015 =0.0015。 一、混凝土的弹性模量一、混凝土的弹性模量 2.2.混

41、凝土的弹性模量混凝土的弹性模量 混凝土的应力混凝土的应力与其弹性应变与其弹性应变ce ce之比值 之比值 称为称为混凝土的弹性模量混凝土的弹性模量，用符号，用符号EcEc表示。根据表示。根据 大量试验结果，混凝土规范采用以下公式计算大量试验结果，混凝土规范采用以下公式计算 混凝土的弹性模量：混凝土的弹性模量： 混凝土的剪变模量是指剪应力混凝土的剪变模量是指剪应力和剪应变和剪应变 的比值，即：的比值，即： 5 2 10 (/) 2.234.7/ c cu EN mm f c G 混凝土的弹性模量与变形模量混凝土的弹性模量与变形模量 混凝土受压后除产生瞬时压应变外，在维持混凝土受压后除产生瞬时压应

42、变外，在维持 其外力不变的条件下（即荷载长期不变），应变其外力不变的条件下（即荷载长期不变），应变 随时间继续增长的现象，叫做混凝土的徐变。随时间继续增长的现象，叫做混凝土的徐变。 混凝土的徐变对混凝土结构构件的受力性能混凝土的徐变对混凝土结构构件的受力性能 有重要的影响：有重要的影响：它将使结构构件的变形增加；轴它将使结构构件的变形增加；轴 心受压构件中钢筋的应力增加而混凝土的压应力心受压构件中钢筋的应力增加而混凝土的压应力 减小的应力重分布现象产生；在预应力混凝土结减小的应力重分布现象产生；在预应力混凝土结 构构件中引起预应力损失等。构构件中引起预应力损失等。 二、混凝土的徐变二、混凝土的

43、徐变 影响混凝土徐变的主要因素有：影响混凝土徐变的主要因素有： （1 1） 构件中截面上的应力愈大，徐变就愈构件中截面上的应力愈大，徐变就愈 大；构件承载前，混凝土的强度越高，徐变就越大；构件承载前，混凝土的强度越高，徐变就越 小。小。 （2 2） 配合比、水灰比越大，徐变越大；骨配合比、水灰比越大，徐变越大；骨 料的级配愈好，含量愈高，徐变愈小。料的级配愈好，含量愈高，徐变愈小。 （3 3） 构件浇捣愈密实，养护条件愈好，徐构件浇捣愈密实，养护条件愈好，徐 变愈小；反之，徐变愈大。变愈小；反之，徐变愈大。 图图1.9混凝土的徐变曲线混凝土的徐变曲线 混凝土在空气中凝结硬化时，体积减小的现象混

44、凝土在空气中凝结硬化时，体积减小的现象 称为称为收缩变形收缩变形。其规律。其规律见图见图1.101.10所示所示。 收缩变形是一种非受力变形；而徐变变形只有收缩变形是一种非受力变形；而徐变变形只有 在受力达到一定数值并且持续作用下才产生。在受力达到一定数值并且持续作用下才产生。 影响混凝土收缩的主要因素有：影响混凝土收缩的主要因素有： （1 1）水泥用量愈多，水灰比愈大，收缩愈大。水泥用量愈多，水灰比愈大，收缩愈大。 （2 2）高标号水泥制成的混凝土构件收缩大。高标号水泥制成的混凝土构件收缩大。 三、三、 混凝土的收缩变形混凝土的收缩变形 （3 3）骨料级配好，含量高，骨料的弹性模骨料级配好，

45、含量高，骨料的弹性模 量大，收缩小。量大，收缩小。 （4 4） 养护条件好，使用环境湿度大，收缩养护条件好，使用环境湿度大，收缩 小。小。 （5 5） 混凝土密实度好，收缩小。混凝土密实度好，收缩小。 图图1.10混凝土的收缩变形混凝土的收缩变形 和其它许多材料一样，当温度发生变化时混和其它许多材料一样，当温度发生变化时混 凝土的体积也具有热胀冷缩的性质。凝土的体积也具有热胀冷缩的性质。混凝土结混凝土结 构设计规范构设计规范规定，当温度在规定，当温度在00到到100100范围范围 内时，混凝土线膨胀系数内时，混凝土线膨胀系数cc可采用可采用1 11010-5 -5/ /。 温度变形能使混凝土开

46、裂，在某些场合应认温度变形能使混凝土开裂，在某些场合应认 真对待。尤其对水池结构，大多数应通过计算考真对待。尤其对水池结构，大多数应通过计算考 虑温度应力的影响。虑温度应力的影响。 四、四、 温度变形温度变形 1.2.3 混凝土的选用混凝土的选用 给水排水工程构筑物结构设计规范给水排水工程构筑物结构设计规范 （GB50069-2002GB50069-2002）规定：贮水或水处理构筑物、）规定：贮水或水处理构筑物、 地下构筑物的混凝土强度等级不应低于地下构筑物的混凝土强度等级不应低于C25C25。高。高 于一般房屋建筑结构的最低要求，可以理解为水于一般房屋建筑结构的最低要求，可以理解为水 池等构

47、筑物所处的环境类别至少是二池等构筑物所处的环境类别至少是二a a类。类。 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低 于于C30C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预 应力筋时，混凝土强度等级不宜低于应力筋时，混凝土强度等级不宜低于C40C40。 1.3 1.3 钢筋与混凝土的相互作用粘结力钢筋与混凝土的相互作用粘结力 粘结力粘结力是存在于钢筋与混凝土界面上的作用是存在于钢筋与混凝土界面上的作用 力。它反映的是钢筋与混凝土交界面上沿钢筋纵力。它反映的是钢筋与混凝土交界面上沿钢筋纵 向的抗剪能力。向的抗剪能力。如图如图3.

48、113.11所示所示。 产生粘结力的主要因素是：产生粘结力的主要因素是：（1 1） 混凝土收混凝土收 缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；（2 2） 混凝混凝 土颗粒与钢筋表面产生的化学粘合力；土颗粒与钢筋表面产生的化学粘合力；（3 3）由由 于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬 合力。合力。 1.3.1 粘结力的概念和作用粘结力的概念和作用 图图1.11钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结 1.3.2 粘结力的测定粘结力的测定 粘结力的测定一般采用拔出试验方法，粘结力的测定一般采用拔出试验方法，如图如图 3.

49、123.12所示所示。 粘结强度粘结强度f f 可由下式计算 可由下式计算 根据拔出试验可知：根据拔出试验可知： （1 1） 粘结应力按曲线分布，最大粘结应力粘结应力按曲线分布，最大粘结应力 在离开端部的某一位置出现，且随拔出力的大小在离开端部的某一位置出现，且随拔出力的大小 而变；而变； P f dl （2 2） 钢筋埋入长度越长，拔出力越大，但钢筋埋入长度越长，拔出力越大，但 埋入过长则尾部的粘结力很小，甚至为零；埋入过长则尾部的粘结力很小，甚至为零； （3 3） 粘结强度随混凝土强度等级的提高而粘结强度随混凝土强度等级的提高而 增大；增大； （4 4） 变形钢筋的粘结强度比光面钢筋的大；

50、变形钢筋的粘结强度比光面钢筋的大； 但若在光面钢筋末端做弯钩，则拔出力大大提高。但若在光面钢筋末端做弯钩，则拔出力大大提高。 图图3.123.12钢筋拔出试验中粘结应力分布图钢筋拔出试验中粘结应力分布图 规范根据拔出试验给出受拉钢筋的基本锚固规范根据拔出试验给出受拉钢筋的基本锚固 长度为长度为 其中，锚固钢筋的外形系数按其中，锚固钢筋的外形系数按表表1.11.1取值。取值。 构件中钢筋的实际锚固长度，应根据钢筋的构件中钢筋的实际锚固长度，应根据钢筋的 受力情况、保护层厚度、钢筋形式等对粘结强度受力情况、保护层厚度、钢筋形式等对粘结强度 的影响，采用基本锚固长度乘以一定修正系数。的影响，采用基本

51、锚固长度乘以一定修正系数。 1.3.3 保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施保证钢筋和混凝土之间粘结力的措施 一、纵向受拉钢筋的基本锚固长度一、纵向受拉钢筋的基本锚固长度 y a t f ld f 表表1.1锚固钢筋的外形系数锚固钢筋的外形系数 钢筋类型钢筋类型 光面钢光面钢 筋筋 带肋钢带肋钢 筋筋 三面刻三面刻 痕钢丝痕钢丝 螺旋肋螺旋肋 钢丝钢丝 三股钢三股钢 绞线绞线 七股钢七股钢 绞线绞线 钢筋外形钢筋外形 系数系数 0.160.140.190.130.160.17 钢筋的连接可分为两类：钢筋的连接可分为两类：绑扎搭接、机械连接绑扎搭接、机械连接 或焊接或焊接。 规范规定，位于同一连接区

52、段内的受拉钢筋搭规范规定，位于同一连接区段内的受拉钢筋搭 接接头百分率不宜大于接接头百分率不宜大于25%25%，当工程中确有必要增大，当工程中确有必要增大 时，对于梁内构件也不应大于时，对于梁内构件也不应大于50%50%，对板类、墙类及，对板类、墙类及 柱类构体，可根据实际情况放宽。纵向受拉钢筋绑柱类构体，可根据实际情况放宽。纵向受拉钢筋绑 扎搭接的搭接长度按下式计算（但不小于扎搭接的搭接长度按下式计算（但不小于300mm300mm）：）： l l1 1= =lla a 纵向受拉钢筋搭接长度修正系数按纵向受拉钢筋搭接长度修正系数按表表3.23.2采用。采用。 二、纵向受力钢筋的连接二、纵向受力

53、钢筋的连接 规范规定，两搭接接头的中心距应不小于规范规定，两搭接接头的中心距应不小于 1.3l1.3l1 1（见图见图1.141.14），否则，则认为两搭接接头），否则，则认为两搭接接头 属于同一搭接范围。属于同一搭接范围。 对于纵向受压钢筋，其搭接长度不应少于对于纵向受压钢筋，其搭接长度不应少于 0.7l0.7l1 1，且不小于，且不小于200mm200mm。 近年来采用机械方式进行钢筋连接的技术已近年来采用机械方式进行钢筋连接的技术已 很成熟，如锥螺连接、挤压连接等。很成熟，如锥螺连接、挤压连接等。 在纵向受力钢筋搭接长度范围内应加密配置在纵向受力钢筋搭接长度范围内应加密配置 箍筋，箍筋，

54、见图见图1.151.15，其直径不应小于搭接钢筋较大，其直径不应小于搭接钢筋较大 直径的直径的0.250.25倍。倍。 表表1.2纵向受拉钢筋搭接长度修正系数纵向受拉钢筋搭接长度修正系数 同一搭接范围内搭同一搭接范围内搭 接钢筋面积百分率接钢筋面积百分率 25%50%100% 1.21.41.6 图图1.14钢筋搭接接头的间距钢筋搭接接头的间距 图图1.15受力钢筋搭接处箍筋加密受力钢筋搭接处箍筋加密 第二章第二章 结构设计基本规定结构设计基本规定 本章阐述国家标准规定的本章阐述国家标准规定的 按近似概率理论的极限状态设按近似概率理论的极限状态设 计法。简述结构上的作用、结计法。简述结构上的作

55、用、结 构的可靠性，荷载标准值、作构的可靠性，荷载标准值、作 用效应标准值，极限状态设计用效应标准值，极限状态设计 表达式。表达式。 结构上的作用结构上的作用 直接作用：荷载直接作用：荷载 间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基 础的差异沉降、地震等础的差异沉降、地震等 作用在结构上并使结构产生内力（如弯矩、作用在结构上并使结构产生内力（如弯矩、 剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等作用剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等作用 称为作用效应或荷载效应。称为作用效应或荷载效应。 荷载的分类荷载的分类 按作用时间的长短和性质，荷载分为三类：按作用时间的长短和性质，

56、荷载分为三类： 1.永久荷载永久荷载在结构设计使用年限内，其值在结构设计使用年限内，其值 不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以 忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的 荷载。荷载。 2.可变荷载可变荷载在结构设计基准期内其值随时在结构设计基准期内其值随时 间而变化，其变化与平均值不可忽略的荷载。间而变化，其变化与平均值不可忽略的荷载。 3.偶然荷载偶然荷载在结构设计基准期内不一定出在结构设计基准期内不一定出 现，但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷现，但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷 载。载。 荷载的标准

57、值荷载的标准值 1.定义定义 将荷载视为随机变量，采用数理统将荷载视为随机变量，采用数理统 计的方法加以处理而得到的具有一定概率的最大计的方法加以处理而得到的具有一定概率的最大 荷载值荷载值 2.确定方法确定方法 a.结构的自重可根据结构的设计尺寸和材料结构的自重可根据结构的设计尺寸和材料 的重力密度确定；的重力密度确定； b.可变荷载常与时间有关，在缺少大量统计可变荷载常与时间有关，在缺少大量统计 材料的条件下，可近似按随机变量来考虑；材料的条件下，可近似按随机变量来考虑； 结构的可靠性概念结构的可靠性概念 1.结构的安全等级结构的安全等级 安全等级安全等级破坏后的影响程度破坏后的影响程度

58、建筑物的类型建筑物的类型 一级一级很严重很严重重要的建筑物重要的建筑物 二级二级严重严重一般的建筑物一般的建筑物 三级三级不严重不严重次要的建筑物次要的建筑物 2.2.结构的设计使用年限结构的设计使用年限 结构的设计使用年限是指设计规定的结结构的设计使用年限是指设计规定的结 构或结构构件不需要进行大修即可按达到其构或结构构件不需要进行大修即可按达到其 预定功能的使用时期。预定功能的使用时期。 设计年限可按设计年限可按建筑结构可靠度设计统建筑结构可靠度设计统 一标准一标准确定，也可经过主管部门的批准按确定，也可经过主管部门的批准按 业主的要求确定。业主的要求确定。一般建筑结构（包括给水一般建筑结

59、构（包括给水 排水构筑物）的设计使用年限为排水构筑物）的设计使用年限为5050年。年。 注意：注意：区别建筑物的设计使用年限与建区别建筑物的设计使用年限与建 筑物的使用寿命。筑物的使用寿命。 3. 3. 结构的功能结构的功能 安全性安全性 如如（MMu）。结构在预定的使用期间内。结构在预定的使用期间内 （一般为一般为5050年年），应能承受在正常施工、正常），应能承受在正常施工、正常 使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形 （如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变 形（如温度和收缩变形受到约束时）等的作用。形（如温度

60、和收缩变形受到约束时）等的作用。 在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发 生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒生后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒 塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。 适用性适用性 如如（ limlim ）。结构在正常使用期。结构在正常使用期 间，具有良好的工作性能。如不发生影响正间，具有良好的工作性能。如不发生影响正 常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振动 （频率、振幅），或产生让使用者感到不安（频率、振幅），或产生让使用者感到不安 的过大的裂缝宽度。的过