《混凝土与砌体结构(一)》教案要点

1、混凝土与砌体结构（一）教案学院、系：任课教师：授课专业：课程学分：课程总学时:课程周学时:建筑工程学院位翠霞土木工程4学分64学时1-10周：6学时11 周；14-16周：4学时2011 年9 月1日混凝土与砌体结构教学进程周课音 书计划教学教学次次早 下学时手段环境21A章绪论2学时讲授教室22第二章混凝土结构材料的物理力学性能2学时讲授教室2.123第二章混凝土结构材料的物理力学性能2学时讲授教室2.2 ; 2.331第十章混凝土结构设计的一般原则和方2学时讲授教室法 10.1 ; 10.2 ;32第十章混凝土结构设计的一般原则和方2学时讲授教室法 10.333第三章受弯构件正截面承载力计

2、算2学时讲授教室3.1; 3.241第三章受弯构件正截面承载力计算2学时讲授教室3.342第三章受弯构件正截面承载力计算2学时讲授教室3.443第三章受弯构件正截面承载力计算2学时讲授教室3.451第三章受弯构件正截面承载力计算2学时讲授教室3.552第三章受弯构件正截面承载力计算2学时讲授教室3.653第四章 受弯构件的斜截面承载力2学时讲授教室4.1 ; 4.2 ; 4.361第四章 受弯构件的斜截面承载力2学时讲授教室4.462第四章 受弯构件的斜截面承载力2学时讲授教室4.5 ; 4.663第五章受压构件的截面承载力2学时讲授教室5.1 ; 5.2 ;81第五章受压构件的截面承载力2学

3、时讲授教室5.3 ; 5.482讲解第3章、第4章作业2学时讲授教室83第五章受压构件的截面承载力2学时讲授教室5.5 ; 5.691第五章受压构件的截面承载力2学时讲授教室5.692第五章受压构件的截面承载力2学时讲授教室5.7; 5.893第五章受压构件的截面承载力5.9; 5.102学时讲授教室101用八早讲解期中试卷受拉构件的截面承载力2学时讲授教室102第七章6.1;6.2受扭构件的扭曲截面承载力2学时讲授教室103第七章7.1 ; 7.2 ; 7.3受扭构件的扭曲截面承载力2学时讲授教室111第八章7.4 ; 7.5 ; 7.6 ; 7.7挠度、裂缝宽度验算及延性和耐2学时讲授教室

4、112第八章久性8.1挠度、裂缝宽度验算及延性和耐2学时讲授教室141第八章久性8.2挠度、裂缝宽度验算及延性和耐2学时讲授教室142第九章久性 8.3 ; 8.4块应力混凝土构件2学时讲授教室151第三章9.1受弯构件正截面承载力2学时实验实验室152第四章受弯构件的斜截面承载力2学时实验实验室161第四章受弯构件的斜截面承载力2学时实验实验室162答疑2学时讲授教室河北科技大学教案用纸第 J 次课 2 学时课程安排：1、课程安排：总学时 64,学分4。1-2周每周6学时；3-15周每周4学时。2、教学内容安排：第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十章内容。3、课堂作业：随堂布置作业。4、

5、考核成绩：期中考试、课堂考察、课堂提问、实验占30%期末考试占70%本次课题(或教材章节题目)： 第一章 绪论教学要求：1掌握混凝土结构的定义和分类；熟悉配筋的作用与要求。2了解钢筋硅结构的特点，混凝土结构的发展与应用概况，学习本课程应注意的问题。重点：掌握混凝土结构的定义和分类难点：配筋的作用与要求教学手段及教具：讲授讲授内容及时间分配：1 、课程介绍和要求：10分钟；2 、导入：5分钟；3 、讲授：65分钟；4 、小结：5分钟；5 、提醒学生需注意的事项：5分钟。课后作业思考题全部；课下浏览本课程教材上册和中册的内容。参考资料混凝土结构设计规范(GB50010-2002 )建筑结构可靠度设

6、计统一标准(GB50068)混凝土结构基本原理顾祥林主编同济大学出版社绪论 自我介绍：课程导入：1.首先回顾前面课程所学的主要内容(1)材料力学：以单个杆件为研究对象,理想杆件，主要研究研究在外力和其它外界因素作用 下杆件的强度、刚度、稳定性。(2)结构力学：以杆件结构为研究对象,理想杆件，主要研究在外力和其它外界因素作用下结_构的内力和变形，结构的强度、刚度和动力反应以及结构的组成规律。(3)钢筋混凝土：是考虑材料特性的材料力学，同样以杆件为对象，但杆件非理想的杆件。让学生思考以下几个问题：(1)在什么建筑里面见过混凝土结构？见过哪些混凝土构件？( 由此引出：混凝土结构的应用 范围一混凝土构

7、件应用范围 )(2)什么是混凝土？什么是混凝土结构？( 由此引出：混凝土定义一混凝土结构的定义一设计 混凝土结构需掌握的知识一本课程的知识点)(3)本课程的主要内容：。1构件设计一上册(特殊的材料力学)。2结构设计一中册(特殊结构 力学)C3桥梁设计一下册(专业内容拓展)2 .本节课的主要内容：第一章(教学要求：掌握混凝土结构的定义和分类；熟悉配筋的作用与要求； 了解钢筋硅结构的特点，混凝土结构的发展与应用概况。)2.1 一般概念：讲述混凝土结构的定义及分类2.2 发展概况：介绍一下混凝土的发展历史及前景2.3 注意几个问题：学习过程中应注意的几个问题3 .本次课的重点：(1) 钢筋与混凝土共

8、同工作的原理(2) 混凝土结构的优缺点4 .带着以下问题学习：(1)混凝土结构常用于哪些建筑？混凝土常用于哪些构件？(2)为什么建筑都是采用由钢筋和混凝土组成的钢筋混凝土构件呢？而不采用素混凝土构件或 者混凝土与其它材料组成的构件呢？ 1.1 一般概念一、混凝土结构的定义及分类1 .定义：以碎为主制成的结构成为硅结构。(注意与结构力学中结构的概念相结合)2 .分类：(1)素混凝土：定义及应用范围(2)钢筋混凝土：定义及应用范围；0普通钢筋混凝土构件：解释课件上图中各字母的含义。新型混凝土构件：钢骨混凝土构件、型钢混凝土构件、纤维增强混凝土构件。(3)预应力混凝土：由配置受力的预应力钢筋或其它方

9、法建立预应力结构。(让同学们思考：施加预应力有什么好处？) 二、钢筋与混凝土共同工作的原理：(同学们思考：配置钢筋的好处，共同工作的原理)1 .实例：素混凝土梁与钢筋混凝土梁作对比，(1)素混凝土梁：跨度为 4m,截面尺寸为200mm 300mm混凝土强度等级为 C2Q简支梁，在 跨中施加集中荷载。当集中荷载 F=8KN时，素混凝土梁破坏。(2)钢筋混凝土梁：截面尺寸、跨度、支承条件均同素混凝土梁。配筋条件如图上所示(解释图中各配筋的含义)在跨中施加集中荷载，当集中荷载F=35KN时，钢筋混凝土梁发生破坏。(3)结果对比：承载力：钢筋混凝土梁相对于素混凝土梁承载力大大提高一配置钢筋可大大提高构

10、件承载 力一为什么？破坏形态：素混凝土梁破坏前无征兆，发生的是脆性破坏；钢筋混凝土梁破坏前有征兆， 发生的是延性破坏。(4)原因分析：混凝土宜于抗压，钢筋宜于抗拉(共同工作的前提)一充分利用材料特性。思考：是不是所有宜于受拉的材料均可以与混凝土组成构件使用呢？2 .共同工作的条件：(1)二者材料的特性(2)可靠连接一两种材料共同变形共同受力的前提。(3)线膨胀系数接近：比如碳纤维(同时还有造价要求)(4)混凝土对钢筋的保护作用：玻璃纤维一需处理碱腐蚀的问题。3.钢筋与混凝土组合的原则：注意二者的放置位置。(1)位置：注意材料特性一钢筋宜于抗拉；混凝土宜于抗压。(2)骨架：钢筋必须绑扎着骨架的形

11、式。三、混凝土结构的优缺点1 .组成：放录像一放录像的过程中穿插讲解，加深学生去混凝土结构的理解。2 .优点：(主要与目前常见的木结构、钢结构、砌体结构作对比)(1)取材容易；(2)合理用材；(3)较长的耐久性；(4)较好的耐火性；(5)良好的可模性； (6)很好的整体性。注意与其它结构形式相比进而得到。3 .缺点(及改进措施)：(1)自重较大：不适用于高层、大跨度建筑中，对抗震不利一轻质高强混凝土(2)抗裂性差：不适宜用于裂缝等级要求高的建筑，如大坝等一预应力混凝土(3)施工速度慢：施工需使用大量的模板，且受季节的影响较大一预制构件工厂化(4)隔声隔热差：其隔热隔声性能低于砌体结构等一保温或

12、隔热的砂浆。4.拓展内容：目前常用的四种结构形式(根据材料划分，让同学们根据日常所见的建筑进行回答)(1)钢结构：造价高；防火差；防腐蚀能力差一工业与大型的公共建筑中，如国家大剧院等。(2)木结构：造价高；防火、防虫能力差；一景区建筑(3)混凝土结构：一应用实例，目前建筑的主要结构形式，多用于多高层的工业与民用建筑中。(4)砌体结构：整体性差；抗震性能差；一多用于低多层的民用建筑中，如住宅。 1.2发展概况：了解，主要从五个方面讲述 一、 混凝土结构的诞生1.1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥。2.1849年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船。3.

13、1861年，法国花匠 J. Monier用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后由申请了钢筋混 凝土板、管道、拱桥等专利-尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他却被认为是钢筋混凝土结构的发明者；4.1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。5.1884年，德国人 Wayss, Bauschingger 和Koenen等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位 和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。二、材料方面的发展普通混凝土一高强度混凝土一轻质混凝土一无砂混凝土一FRP三、结构方面的发展普通混凝土结构一预应力结构 (提高结构的抗裂度，降低自重)

14、一结构体系进一步丰富(预应力混凝土结构、钢筋与混凝土的组合结构)四、理论方面的发展：混凝土结构设计规范 (GB50010-2002)1 .设计方法方面的发展(1)允许应力法：材料力学的方法一材料的不均匀性、荷载的情况均未考虑。(2)破坏阶段设计法：又称安全系数法，引入安全系数做为安全储备。(3)极限状态法：考虑到材料不均匀、工作环境、荷载等情况的影响。2 .基本理论的发展：规范中设计方法有所改善，可考虑材料的非线性；对旧结构的维护、改造与 加固理论的完善；计算机仿真技术的应用；结构试验技术的完善。3 .试验技术的进一步提高五、应用方面4 .房屋工程：(图片)(1)台北101大厦，世界第一高，5

15、08米，2003年(2)上海金茂大厦，世界第四高，421米，1998年(3)吉隆坡的石油双塔(4)迪拜塔：全高828m,世界第一高。5 .交通工程：图片(此处需查资料进行补充)6 .水利工程：图片(此处需查资料进行补充)7 .特种工程：图片(此处需查资料进行补充) 1.3 习当中应该注意的问题一、特殊的材料力学：学习此门课的立足点1 .二者之间的联系(1)基本原理完全相同：物理关系；几何关系；平衡关系。(2)基本受力状态相同：受弯、受扭、受拉、受压。(3)基本构件划分相同：受弯构件；受扭构件；受拉构件；受压构件。(4)截面的基本应力状态相同：正截面；斜截面；扭曲截面。2 .二者之间的区别：(1

16、)材料力学：理想材料(连续性、均匀性假定)(2)混凝土结构：。1由两种材料组成，非匀质的理想构件；。 2两种材料的配比决定构件的受力 改性能；C3两种材料的相同之间的作用影响构件的整体性能。3 .本课程的主要研究内容(1)材料的物理力学性能：(第2章)(2)构件设计：上册内容强度：构件承载力计算(根据构件的截面应力状态进划分)。受弯构件(第 3、4章)、受压构件(第5章)、受拉构件(第6章)、受扭构件(第7章)、预应力构件(第 9章)。刚度：变形和裂缝限值(第 8章)(3)结构设计：楼盖设计：本学期末的课程设计单层厂房设计：下学期初的课程设计多高层建筑结构设计：另外一门新的课程砌体结构：下学期

17、讲解。本门课程：结构设计原理=基础知识+构件设计基本原理二、实验性：大多数理论均是从实验中得到，而非有严密推理得到。三、实践性：多观察身边的建筑，多学习，很多理论均是由经验得到的。四、应注意的事项1 .考勤：达到两次不交作业或者三次旷课，平时成绩均按0计算，请务必按时上课和交作业。2 .期中考试：安排在第 4章学习完之后进行，重在考虑对基本概念的理解。目的是加强对前面的知识的掌握，为后面知识的学习打下基础。70%3 .成绩考核：期中考试、课堂考察、课堂提问、实验占30%期末考试占4 .预习第二章的内容：我们下次课的内容是第2章的第1节和第2节。第 2 次课 2 学时上次课复习：1、混凝土结构的

18、定义和分类；2、配筋的作用与要求；3、钢筋硅结构的特点，混凝土结构的发展与应用概况。本次课题(或教材早下题目)：第二章 混凝土结构材料的物理力学性能2.1教学要求：1掌握混凝土的强度和变形性能重点：混凝土的强度难 点：混凝土的应力-应变曲线教学手段及教具：多媒体、板书讲授内容及时间分配：1 、导入：5分钟；2 、讲授：75分钟；3 、小结：5分钟；4 、布置作业和课下内容及下课安排：5分钟。课后作业思考题第1、2题；预习卜节课要学习的内容参考资料混凝土结构设计规范(GB5001A2002 )建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068)混凝土结构基本原理顾祥林主编同济大学出版社混凝土结构材料的物

19、理力学性能 引入：上次课讲到，混凝土结构的构件是由钢筋和混凝土两种材料组成，要进行混凝土的构件设计和结构设计，首先有必要知道：(1)钢筋和混凝土两种材料各自的物理力学性能(2)钢筋和混凝土两种材料在同一个构件中如何共同工作1 .本章的主要内容： 2.1(1)混凝土的物理力学性能：本次课内容(2)钢筋的物理力学性能(3)混凝土与钢筋的粘结(4)钢筋的锚固与连接2 .本章的重点：(1)混凝土与钢筋的物理力学性能(2)钢筋与混凝土共同工作的原理 2.1混凝土的物理力学性能 一、混凝土的结构组成：1 .混凝土的定义：是由水泥、砂、石和水按一定比例配合而成人工石材。2 .结构组成：微观，(1)砂、石、未

20、水化的水泥颗粒组成的骨料一骨架一弹性变形的基础(2)水泥结晶体一骨架一弹性变形的基础(3)水泥凝胶体：其中的空隙、界面初始裂缝一塑形变形的基础一受力性能一徐变二、混凝土的强度：种类比较多；标准的问题1.立方体抗压强度fcu,k ：(1)测定方法：标准试件在标准条件下养护28天，用标准试验方法测得的测得的破坏时的平均压应力称为混凝土的立方体抗压强度。按上述规定所测得的具有95琳证率的抗压强度称为混凝土的立方体抗压强度标准值 fcu,k。注意fcu,k的表示含义，f :强度；cu ： cube (立方体)；k :标准值。标准试件：边长为150mm勺立方体试件。标准条件：温度为 2030C,湿度在9

21、0队上。&标准试验方法：试件两端不涂润滑剂，加载速度C30以下是0.3 s0.5Mpa/sec , C30心上为 0.5 s0.8N/mm2/sec(2)影响因素：端部约束情况(是不中涂滑剂)；龄期；加载速率；试块尺寸；(3)强度等级划分：根据 fcu,k将混凝土划分为14个等级，C15、C20C80 (C: concrete (混 凝土)； 15:立方体抗压强度标准值)，其中C5g C80属于高强度混凝土范畴(注意并非混凝土强度 等级越高越好)(4)选择要求：混凝土结构设计规范专业术语解释混凝土结构设计规范4.1.2 :钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15;当采用HRB335级钢筋时

22、，不宜低于 C20;当采用HRB400 RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于20;预应力混凝土结构， 不应低于C30;当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，不宜低于C40o不得、不应：正常情况下均不应这样做的情况；不且：允许稍有选择，但在允许条件下首先不应 该选择这样做的用词；可：条件允许情况下可选择；严禁：在任何情况下均不得这样做的情况。(5)立方体抗压强度的意义：可衡量混凝土的强度水平和品质标准，但不代表实际构件中的应 力状态。原因：实际的构件一般情况下第三边的尺寸要远远大于其余两个边的尺寸；但立方体抗压强 度测得的标准试件是三个方向尺寸相等的立方体，与

23、实际的构件应力状态有所差别。2 .轴心抗压强度fc,k：混凝土宜于抗压，因此在结构中主要利用混凝土的抗压性能，所以fc是混凝土的主要性能参数(1)测定方法：用棱柱体试件测得的抗压强度称为棱柱体抗压强度标准值或轴心抗压强度标准值。通常棱柱体的高宽 h/b取23,常用试件尺寸为 150mm 150mm 300mm(2)与立方体抗压强度标准值的对比：采用的试验试件更接近构件的实际尺寸，比立方体抗压强度标准值fwk更能反应实际构件的应力状态。因此规范中均采用f%k来表示材料的性能。(3)轴心抗压强度设计值 fc： f c= fck/ 丫(可得到每种强度等级混凝土的抗压强度值fc,k、fc ,汇总得到教

24、材上附表 2-1和2-2 )3 .轴心抗拉强度九二混凝土在有的情况下处于受拉的情况，所以也必须掌握混凝土的抗压性能(1)必要性：混凝土构件的开裂、变形、冲切等均取决于混凝土的抗拉性能。(2)测定方法：直接测试法：用100mmS外部荷载产生的影响 S,当小于结构可以承担的范围R,则可以看出，结构安全(2)若R0: RS则，结构安全；(2) Z0: R 0时，RS结构处于可靠状态当Z= 0对，R=S结构处于极限状态当ZV0时，RVS结构处于失效状态二、近似概率的极限状态设计方法1 .定义：以概率理论为基础的极限状态设计方法，简称为概率极限状态设计法，又称为近似概率法。此法是以结构的失效概率或可靠指

25、标来度量结构的可靠度。Ps- Pf - P -】一分项系数2 .极限状态设计方法的思路：功能要求、设计使用年限一可靠性一可靠度一概率范围一3 .相关概念及推导过程(1)设计使用年限：指设计规定的结构或构件不需进行大修即可按其预定目的使用时期，即结 构在规定的条件下所应达到的使用年限。临时性建筑：5年易于替换的结构构件：25年一般工业与民用建筑：50年纪念性和特别重要的建筑物：100年(2)结构的可靠性：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。(3)结构的可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。结构可靠度是结构可靠性的概率度量，常用可靠概率ps来表示。(4

26、)结构的失效概率 pf和可靠指标P :概率密度曲线：由于作用效应S和结构抗力R都是随机变量，因此函数R和S应该均符合 正态分布，假设二者线性相关，曲线如下图所示：分析: 平均值UR、Us :对称轴；标准差ffR. 0s :决定曲线的平坦与陡峭阴影交叉区域：RO交叉曲线面积一 pf。功能函数曲线：如下图所示0工出阴影部分的面积即为失效概率：pf = P(Z 0)=f (Z)dZ =9 二G azJ平均值Uz T 一对称轴右移一阴影面积减小一 Pf J ；标准差仃z T 一功能函数曲线变平坦一阴 影面积变大一 pf T。总的来说， U =uz/oz T , pf J- P与pf 一对应。即保证可靠指 标P ,便可保证结构一定的可靠性。(5)结构的可靠度指标 I?】：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构的可靠度。可靠度是对结构可靠性的一种定量描述，亦即概率度量。只要保证了IP】，即可保定结构一定的可靠性要求。注意安全等级的要求：等级越高，则其重要性越大，可靠度要求越高，则 IP 越大。破坏形态影响：脆性破坏相对延性破坏后果比较严重，因此目标可靠指标P,延性破坏脆性破坏。4.如何采用P 进行设计：(1)指导思想：