钢筋混凝土课程授课教案(史上最全面)

1、l第一章第一章 绪论绪论l第二章第二章 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 l第三章第三章 按近似概率理论的极限状态设计法按近似概率理论的极限状态设计法l第四章第四章 受弯构件的正截面受弯承载力受弯构件的正截面受弯承载力l第五章第五章 受弯构件的斜截面承载力受弯构件的斜截面承载力l第六章第六章 受压构件的截面承载力受压构件的截面承载力l第七章第七章 受拉构件的截面承载力受拉构件的截面承载力l第八章第八章 受扭构件的扭曲截面承载力受扭构件的扭曲截面承载力l第九章第九章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结结 构的耐久性构的耐久性l第十章第十

2、章 预应力混凝土构件预应力混凝土构件l1.11.1 混混凝土结构的一般概念凝土结构的一般概念l1.2 1.2 学习本课程要注意的问题学习本课程要注意的问题l2.1 2.1 混凝土的物理力学性能混凝土的物理力学性能l2.2 2.2 钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能 l2.3 2.3 混凝土与钢筋的粘结混凝土与钢筋的粘结 l3.13.1 极限状态极限状态l3.23.2 按近似概率的极限状态设计法按近似概率的极限状态设计法l3.3 3.3 使用设计表达式使用设计表达式l4.1 4.1 梁、板的一般构造梁、板的一般构造l4.2 4.2 受弯构件正截面受弯的受力全过程受弯构件正截面受弯的受力全过程l

3、4.3 4.3 正截面受弯承载力计算原理正截面受弯承载力计算原理 l4.4 4.4 单筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载单筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算力计算 l4.5 4.5 双筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载双筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算力计算l4.6 T4.6 T形截面受弯构件正截面受弯承载力计算形截面受弯构件正截面受弯承载力计算 l5.1 5.1 概述概述 l5.2 5.2 斜裂缝斜裂缝、剪跨比及斜截面受剪破坏形态剪跨比及斜截面受剪破坏形态l5.3 5.3 简支梁斜截面受剪机理简支梁斜截面受剪机理l5.4 5.4 斜截面受剪承载力计算公式斜截面受剪承载力计算公式l5.5

4、 5.5 斜截面受剪承载力的设计计算斜截面受剪承载力的设计计算l5.5.6 6 保证斜截面受弯承载力的构造措施保证斜截面受弯承载力的构造措施l6.1 6.1 受压构件一般构造要求受压构件一般构造要求l6.2 6.2 轴心受压构件正截面受压成载力轴心受压构件正截面受压成载力l6.3 6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态偏心受压构件正截面受压破坏形态l6.4 6.4 偏心受压长柱的二阶弯矩偏心受压长柱的二阶弯矩l6.5 6.5 矩形截面偏心受压构件正截面受压承载矩形截面偏心受压构件正截面受压承载力基本计算公式力基本计算公式l6.6 6.6 不对称配筋矩形截面偏心受压构件正截不对称配筋矩形截面偏心

5、受压构件正截面受压承载力计算方法面受压承载力计算方法 6.7 6.7 对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面受压对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面受压 承载力计算方法承载力计算方法 6.8 6.8 对称配筋对称配筋I I形截面偏心受压构件正截面受压承形截面偏心受压构件正截面受压承 载力计算载力计算 6.9 6.9 正截面承载力正截面承载力NuNuMuMu的相关曲线及其应用的相关曲线及其应用 6.10 6.10 双向偏心受压构件的正截面承载力计算双向偏心受压构件的正截面承载力计算 6.11 6.11 偏心受压构件斜截面受剪承载力计算偏心受压构件斜截面受剪承载力计算l7.1 7.1 轴心受拉构件正截面

6、受拉承载力计算轴心受拉构件正截面受拉承载力计算 l7.2 7.2 偏心受拉构件正截面受拉承载力计算偏心受拉构件正截面受拉承载力计算l7.3 7.3 偏心受拉构件斜截面受剪承载力汁算偏心受拉构件斜截面受剪承载力汁算 8.1 8.1 概述概述 8.2 8.2 纯扭构件的拭验研究纯扭构件的拭验研究 8.3 8.3 纯扭构件的扭曲截面承载力纯扭构件的扭曲截面承载力 8.4 8.4 弯剪扭构件的扭曲截面承载力弯剪扭构件的扭曲截面承载力 8.5 8.5 在袖向压力、弯矩、剪力和扭矩共同作用在袖向压力、弯矩、剪力和扭矩共同作用下钢筋混凝土矩形截面框架柱受扭承载力计算下钢筋混凝土矩形截面框架柱受扭承载力计算

7、8.8.6 6 对属于协调扭转的钢筋混凝土构件扭曲截对属于协调扭转的钢筋混凝土构件扭曲截面承载力面承载力 8.7 8.7 构造要求构造要求 9 91 1 钢筋混凝土受弯构件的挠度验算钢筋混凝土受弯构件的挠度验算 9 92 2 钢筋混凝土构件裂缝宽度验算钢筋混凝土构件裂缝宽度验算 9 93 3 混凝土构件的截面延性混凝土构件的截面延性 9 94 4 混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性 10.1 10.1 概述概述 10.2 10.2 预应力混凝土轴心受拉构件的计算预应力混凝土轴心受拉构件的计算 10.3 10.3 预应力混凝土受弯构件的计算预应力混凝土受弯构件的计算 10.4 10.4 预应力

8、混凝土构件的构造要求预应力混凝土构件的构造要求 10.5 10.5 部分预应力混凝土与无粘结预应力混凝土部分预应力混凝土与无粘结预应力混凝土 以混凝土为主要材料制成的结构称为混凝土结以混凝土为主要材料制成的结构称为混凝土结构，包括钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和构，包括钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和素混凝土结构等。素混凝土结构等。 (1) (1)配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢骨架的混配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢骨架的混凝土制成的结构称为钢筋混凝土结构；凝土制成的结构称为钢筋混凝土结构； (2) (2)配置预应力钢筋，再经过张拉或其他方法建配置预应力钢筋，再经过张拉或其他方法建立预加应力

9、的混凝土制成的结构称为预应力混凝立预加应力的混凝土制成的结构称为预应力混凝土结构；土结构； (3) (3)无钢筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结无钢筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构称为素混凝土结构。构称为素混凝土结构。 钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种不同的材料组钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种不同的材料组成的。用混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，成的。用混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，二者共同工作，以满足工程结构的使用要求。二者共同工作，以满足工程结构的使用要求。取材容易：取材容易： 混凝土所用的砂、石一般易于就地取材。另外，混凝土所用的砂、石一般易于就地取材。另外，还可有效利用矿

10、渣、粉煤灰等工业废料。还可有效利用矿渣、粉煤灰等工业废料。合理用材：合理用材： 钢筋混凝土结构合理地发挥了钢筋和混凝土两种钢筋混凝土结构合理地发挥了钢筋和混凝土两种材料的性能，与钢结构相比，可以降低造价。材料的性能，与钢结构相比，可以降低造价。耐久性：耐久性： 密实的混凝土有较高的强度，同时由于钢筋被混密实的混凝土有较高的强度，同时由于钢筋被混凝土包裹，不易锈蚀，维修费用也很少，所以钢凝土包裹，不易锈蚀，维修费用也很少，所以钢筋混凝土结构的耐久性比较好。筋混凝土结构的耐久性比较好。耐火性：耐火性： 混凝土包裹在钢筋外面，火灾时钢筋不会很快达混凝土包裹在钢筋外面，火灾时钢筋不会很快达到软化温度而

11、导致结构整体破坏。与裸露的木结到软化温度而导致结构整体破坏。与裸露的木结构、钢结构相比耐火性要好。构、钢结构相比耐火性要好。可模性：可模性： 根据需要，可以较容易地浇筑成各种形状和尺寸根据需要，可以较容易地浇筑成各种形状和尺寸的钢筋混凝土结构。的钢筋混凝土结构。整体性：整体性： 整浇或装配整体式钢筋混凝土结构有很好的整体整浇或装配整体式钢筋混凝土结构有很好的整体性，有利于抗震、抵抗振动和爆炸冲击波。性，有利于抗震、抵抗振动和爆炸冲击波。 (1) (1) 自身重力较大，这对大跨度结构、高层建筑自身重力较大，这对大跨度结构、高层建筑 结构以及结构以及 抗震不利，抗震不利， (2) (2) 给运输和

12、施工吊装带来困难。给运输和施工吊装带来困难。 (3) (3) 钢筋混凝土结构抗裂性较差。钢筋混凝土结构抗裂性较差。1.3 1.3 学习本课程要注意的问题学习本课程要注意的问题 1 1加强实验、实践性教学环节并注意扩大知识面加强实验、实践性教学环节并注意扩大知识面 2 2突出重点，并注意难点的学习突出重点，并注意难点的学习 3 3深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基深刻理解重要的概念，熟练掌握设计计算的基本功，且忌死记硬背。本功，且忌死记硬背。 普通混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合普通混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合硬化后形成的人工石材，是多相复合材料。通常硬化后形成的人工石材，是多相复

13、合材料。通常把混凝土的结构分为三种基本类型：把混凝土的结构分为三种基本类型： 1 1）微观结构即水泥石结构；）微观结构即水泥石结构； 2 2）亚微观结构即混凝土中的水泥砂浆结构；）亚微观结构即混凝土中的水泥砂浆结构； 3 3）宏观结构即砂浆和粗骨料两组分体系。）宏观结构即砂浆和粗骨料两组分体系。 1 1混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度 (1) (1)混凝土的立方体抗压强度和强度等级混凝土的立方体抗压强度和强度等级 我国把立方体抗压强度作为评定混凝土强度我国把立方体抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准。我国国家标准普通混凝土力学性等级的标准。我国国家标准普通混凝土力学性能试验方法（能试验方法（G

14、BJ81GBJ81一一8585）规定以边长为）规定以边长为150150mmmm的立方体为标准试件，标准立方体试件在（的立方体为标准试件，标准立方体试件在（20203 3）C C的温度和相对湿度的温度和相对湿度9090以上的潮湿空气中养护以上的潮湿空气中养护2828d d， 按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝按照标准试验方法测得的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度，单位为土的立方体抗压强度，单位为N/mmN/mm2 2。 混凝土结构设计规范规定混凝土强度等混凝土结构设计规范规定混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定，用符号级应按立方体抗压强度标准值确定，用符号f fcucu,k,k表示。

15、用上述标准试验方法测得的表示。用上述标准试验方法测得的 具有具有9595保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级。度等级。 混凝土设计规范规定的混凝土强度等级有混凝土设计规范规定的混凝土强度等级有C15C15、C20C20、C25C25、C30C30、C35C35、C40C40、C45C45、C50C50、C55C55、C60C60、C65C65、C70C70、C75C75和和C80C80，共共1414个等级。个等级。例如，例如，C30C30表示立方体抗压强度标准值为表示立方体抗压强度标准值为3030N Nmmmm2 2。其中，其中，C50C50C80C8

16、0属高强度混凝土范畴。属高强度混凝土范畴。 （2 2）混凝土的轴心抗压强度）混凝土的轴心抗压强度 混凝土的抗压强度与试件的形状有关，采用棱柱混凝土的抗压强度与试件的形状有关，采用棱柱体比立方体能更好地反映混凝土结构的实际抗压体比立方体能更好地反映混凝土结构的实际抗压能力。用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称轴能力。用混凝土棱柱体试件测得的抗压强度称轴心抗压强度。心抗压强度。 我国普通混凝土力学性能试验方法规定以我国普通混凝土力学性能试验方法规定以150150mmmm150mm150mm300mm300mm的棱柱体作为混凝土轴心抗的棱柱体作为混凝土轴心抗压强度试验的标准试件。压强度试验的标准试件。

17、 混凝土结构规范规定以上述棱柱体试件试验混凝土结构规范规定以上述棱柱体试件试验测得的具有测得的具有9595保证率的抗压强度为混凝土轴心保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值，用符号抗压强度标准值，用符号f fckck表示。表示。混凝土设计规范基于安全取偏低值，轴心抗压强混凝土设计规范基于安全取偏低值，轴心抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值的关系按下式确度标准值与立方体抗压强度标准值的关系按下式确定：定： f fckck0.880.881 12 2f fcu,kcu,k f fc c= =f fckck/1.4 /1.4 （2 21 1） 式中：式中： 1 1为棱柱体强度与立方体强度之比，

18、对混凝土强为棱柱体强度与立方体强度之比，对混凝土强度等级为度等级为C50C50及以下的取及以下的取1 1=0.76=0.76，对，对C80C80取取1 1=0.82=0.82，在此之间，在此之间 按直线规律变化取值。按直线规律变化取值。2 2为为高强度混凝土的脆性折减系数，对高强度混凝土的脆性折减系数，对C40C40取取2 2=1.00=1.00，对对C80C80取取2 2=0.87=0.87，中间按直线规律变化取值。，中间按直线规律变化取值。0.880.88为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异为考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而取用的折减系数。而取用的折减系数。 2.2.混凝土的轴

19、心抗拉强度混凝土的轴心抗拉强度 抗拉强度是混凝土的基本力学指标之一，抗拉强度是混凝土的基本力学指标之一，也可用它间接地衡量混凝土的冲切强度等其也可用它间接地衡量混凝土的冲切强度等其他力学性能。国内外也常用劈裂试验来间接他力学性能。国内外也常用劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。根据弹性理论，测试混凝土的轴心抗拉强度。根据弹性理论，劈拉强度劈拉强度f ft,st,s可按下式计算。可按下式计算。 (2-3)(2-3)dlFfst2,式中式中 F F破坏荷载；破坏荷载； d d圆柱体直径或立方体边长；圆柱体直径或立方体边长； 圆柱体长度或立方体边长。圆柱体长度或立方体边长。l 试验表明，劈裂抗拉

20、强度略大于直接受拉强度，试验表明，劈裂抗拉强度略大于直接受拉强度，劈拉试件的大小对试验结果也有一定影响。混劈拉试件的大小对试验结果也有一定影响。混凝土结构设计规范考虑了从普通强度混凝土到凝土结构设计规范考虑了从普通强度混凝土到高强度混凝土的变化规律，取轴心抗拉强度标准高强度混凝土的变化规律，取轴心抗拉强度标准值值f ftktk与立方体抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值f fcucu,k,k的关系为的关系为 f ftktk=0.88=0.880. (1-1.645 )0. (1-1.645 )0.450.452 2 （2 24 4） 式中式中 为变异系数；为变异系数；0.880.88的意义和的

21、意义和a a2 2的取值与式的取值与式(2(21 1）中的相同。）中的相同。55. 0.395kcuf在在两两个个平平面面作作用用着着法法向向应应力力1 1和和2 2。第第三三个个平平面面上上应应力力为为零零的的双双向向应应力力状状态态下下，混混凝凝土土二二向向破破坏坏包包络络图图如如图图2 27 7所所示示。一一旦旦超超出出包包络络线线就就意意味味着着材材料料发发生生破破坏坏。图图中中第第一一象象限限为为双双向向受受拉拉区区，1 1、2 2相相互互影影响响不不大大，不不同同应应力力1 1/ /2 2比比值值下下的的双双向向受受拉拉强强度度均均接接近近于于单单向向受受拉拉强强度度。 第第三三象

22、象限限为为双双向向受受压压区区， 大大体体上上一一向向的的强强度度随随另另一一向向压压力力的的增增加加而而增增加加， 混混凝凝土土双双向向受受压压强强度度比比单单向向受受压压强强度度最最多多可可提提高高2 27 7。第第二二、四四象象限限为为拉拉- -压压应应力力状状态态，此此时时混混凝凝土土的的强强度度均均低低于于单单向向拉拉伸伸或或压压缩缩时时的的强强度度。 由试验得到的经验公式为：由试验得到的经验公式为： （2 25 5） 式中式中 ccf有侧向压力约束试件的轴心抗压强有侧向压力约束试件的轴心抗压强度；度； cf无侧向压力约束试件的轴心抗压强度；无侧向压力约束试件的轴心抗压强度； lf侧

23、向约束压应力。侧向约束压应力。 公式中，公式中，lf前的数字为侧向应力系数， 平均值为前的数字为侧向应力系数， 平均值为 5.65.6， 当侧向压应力较低时得到的系数值较高。当侧向压应力较低时得到的系数值较高。 lcccfff)0 . 75 . 4( 混凝土在一次短期加载、荷载长期作用和多次混凝土在一次短期加载、荷载长期作用和多次重复荷载作用下会产生变形。这类变形称为受力变重复荷载作用下会产生变形。这类变形称为受力变形。另外，混凝土由干硬化过程中的收缩以及温度形。另外，混凝土由干硬化过程中的收缩以及温度和湿度变化也会产生变形，这类变形称为体积变形。和湿度变化也会产生变形，这类变形称为体积变形。

24、变形是混凝土的一个重要力学性能。变形是混凝土的一个重要力学性能。 1 1一次短期加载下混凝土的变形性能一次短期加载下混凝土的变形性能（1 1）混凝土受压时的应力一应变关系）混凝土受压时的应力一应变关系 曲线包括上升段和下降段两个部分。上升段（曲线包括上升段和下降段两个部分。上升段（OCOC）又可分为三段又可分为三段. .1)1)从加载至应力约为从加载至应力约为(0.3-0.4) (0.3-0.4) f fc c的的A A点为第点为第1 1阶段，阶段，这时应力较小，应力这时应力较小，应力- -应变关系接近直线，称应变关系接近直线，称A A点点为比例极限点。为比例极限点。2)2)超过超过A A点，

25、进入裂缝稳定扩展的第点，进入裂缝稳定扩展的第2 2阶段，至临界阶段，至临界点点B B，临界点的应力可以作为长期抗压强度的依据。临界点的应力可以作为长期抗压强度的依据。3)3)试件中所积蓄的弹性应变能保持大于裂缝发展试件中所积蓄的弹性应变能保持大于裂缝发展所需要的能量，从而形成裂缝快速发展的不稳所需要的能量，从而形成裂缝快速发展的不稳定状态直至峰点定状态直至峰点C C，这一阶段为第这一阶段为第3 3阶段，这时阶段，这时的峰值应力的峰值应力 maxmax 通常作为混凝土棱柱体的抗通常作为混凝土棱柱体的抗压强度压强度f fc c，相应的应变称为峰值应变相应的应变称为峰值应变 0 0，其值，其值在在0

26、.00150.00150.00250.0025之间波动，通常取为之间波动，通常取为0.0020.002。下降段下降段CECE是混凝土到达峰值应力后裂缝继续扩展、是混凝土到达峰值应力后裂缝继续扩展、贯通，贯通， 从而使应力从而使应力- -应变关系发生变化。此段曲线中曲率最应变关系发生变化。此段曲线中曲率最大的一点大的一点E E称为称为“收敛点收敛点”。收敛段。收敛段EFEF已失去结构意义已失去结构意义。 图图2-102-10的试验曲线表明混凝土强度越高，下降段的的试验曲线表明混凝土强度越高，下降段的坡度越陡，即应力下降相同幅度时变形越小，延性越差。坡度越陡，即应力下降相同幅度时变形越小，延性越差

27、。 （2 2）混凝土单轴向受压应力）混凝土单轴向受压应力- -应变曲线的数学模型应变曲线的数学模型 1 1）美国）美国E. E. Hognestad Hognestad 建议的模型建议的模型 如图如图2-112-11所示，模型的上升段为二次抛物线，所示，模型的上升段为二次抛物线，下降段为斜直线。下降段为斜直线。上升段：上升段： ,0 )(2200cf （2 2- -6 6） 下降段：下降段： u0， 15. 01 00ucf （2 2- -7 7） 式中式中 cf 峰值应力（棱柱体极限抗压强度） ；峰值应力（棱柱体极限抗压强度） ； 0 相应于峰值应力时的应变， 取相应于峰值应力时的应变， 取

28、0= =0 0.002002； u 极限压应变，取极限压应变，取u=0.0038=0.0038。 2 2）德国）德国RuschRusch建议的模型建议的模型 如图如图2 21212所示，该模型形式较简单，上升段也所示，该模型形式较简单，上升段也采用二次抛物线，下降段则采用水平直线。采用二次抛物线，下降段则采用水平直线。当当,0)(2200cf （2 2- -8 8） u0 cf （2 2- -9 9） 式式中中，取取0= =0 0. .0 00 02 2; ; u= =0 0. .0 00 03 35 5。 （3 3）三三向向受受压压状状态态下下混混凝凝土土的的变变形形特特点点 工工程程上上可

29、可以以通通过过设设置置密密排排螺螺旋旋筋筋或或箍箍筋筋来来约约束束混混凝凝土土，改改善善钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构的的抗抗震震性性能能。 (4) (4) 混凝土的变形模量混凝土的变形模量 1 1）混凝土的弹性模量（即原点模量）混凝土的弹性模量（即原点模量） 在应力在应力- -应变曲线的原点作一切线，其斜率应变曲线的原点作一切线，其斜率为混凝土的原点摸量，称为弹性模量，以为混凝土的原点摸量，称为弹性模量，以E Ec c表表示示 E Ec c = =tgatga0 0 (2-10)(2-10) 式中式中a a0 0为混凝土应力为混凝土应力- -应变曲线在原点处的切应变曲线在原点处的切线与横坐标的

30、夹角。线与横坐标的夹角。2 2）混凝土的变形模）混凝土的变形模量量 o o点至曲线任一点至曲线任一点应力为处割线的斜点应力为处割线的斜率，称为任意点割线率，称为任意点割线模量或称变形模量。模量或称变形模量。它的表达式为：它的表达式为： E Ec c=tga=tga1 1 (2- (2-11)11) 这时，由于总变形这时，由于总变形 中包含弹性变形中包含弹性变形 和塑性和塑性 变形变形 两部分，由此所确定的模量也可称为弹塑两部分，由此所确定的模量也可称为弹塑 性模量或割线模量。性模量或割线模量。3 3）混凝土的切线模量）混凝土的切线模量 在混凝土应力在混凝土应力- -应变曲线上某一应力应变曲线上

31、某一应力 处作一切处作一切线，其应力增量与应变增量之比值称为相应于应线，其应力增量与应变增量之比值称为相应于应力力 时混凝土的切线模量。时混凝土的切线模量。 (2-12) (2-12) 注意：混凝土不是弹性材料，不能用已知的混凝注意：混凝土不是弹性材料，不能用已知的混凝土应变乘以规范中所给的弹性模量值去求混凝土土应变乘以规范中所给的弹性模量值去求混凝土的应力。的应力。 celaplacc1 tgaEc（5 5）混凝土轴向受拉时的应力）混凝土轴向受拉时的应力- -应变关系应变关系 受拉弹性模量与受压弹性模量值基本相同。受拉弹性模量与受压弹性模量值基本相同。2 2荷载长期作用下混凝土的变形性能荷载

32、长期作用下混凝土的变形性能)/(7 .342 . 21022mmkNfEcuc(2-13)(2-13)只有当混凝土应力很低时，它的弹性模量与变形模只有当混凝土应力很低时，它的弹性模量与变形模量值才近似相等。混凝土的弹性模量可按下式计算量值才近似相等。混凝土的弹性模量可按下式计算 结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变或变结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象称为徐变。当对棱柱体试件加形随时间增长的现象称为徐变。当对棱柱体试件加载，应力达到载，应力达到0.50.5f fc c时，其加载瞬间产生的应变为瞬时，其加载瞬间产生的应变为瞬时应变时应变 。若保持荷载不变，随着加载作用

33、时间的。若保持荷载不变，随着加载作用时间的增加，应变也将继续增长，这就是混凝土的徐增加，应变也将继续增长，这就是混凝土的徐变变 。 elacr 影响混凝土徐变的因素很多：影响混凝土徐变的因素很多：1)1)内在因素内在因素2)2)环境影响环境影响3)3)应力因素。应力因素。 3 3混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形） 混凝土的疲劳是在荷载重复作用下产生的。混凝混凝土的疲劳是在荷载重复作用下产生的。混凝土在荷载重复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。土在荷载重复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。4.4.混凝土的收缩与膨胀混凝土的收缩与膨胀 混凝土凝结硬化时，在空气

34、中体税收缩，在水中体混凝土凝结硬化时，在空气中体税收缩，在水中体积膨胀。通常，收缩值比膨胀值大很多。积膨胀。通常，收缩值比膨胀值大很多。 影响混凝土收缩的因素有：影响混凝土收缩的因素有： 1 1）水泥的品种：水泥强度等级越高制成的混凝土）水泥的品种：水泥强度等级越高制成的混凝土 收缩越大。收缩越大。 2 2）水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，）水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大， 收缩也越大。收缩也越大。 3 3）骨料的性质：骨料的弹性模量大，收缩小。）骨料的性质：骨料的弹性模量大，收缩小。 4 4）养护条件：在结硬过程中周围温、湿度越大，）养护条件：在结硬过程中周围温、湿度

35、越大， 收缩越小。收缩越小。 5 5）混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。）混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。 6 6）使用环境：使用环境温度、湿度大时，收缩小。）使用环境：使用环境温度、湿度大时，收缩小。 7 7）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。）构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。 混凝土结构设计规范规定，用于钢筋混凝混凝土结构设计规范规定，用于钢筋混凝土结构的国产普通钢筋可使用热轧钢筋。用手预土结构的国产普通钢筋可使用热轧钢筋。用手预应力混凝土结构的国产预应力钢筋可使用消除应应力混凝土结构的国产预应力钢筋可使用消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝、钢绞线，也可力钢

36、丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝、钢绞线，也可使用热处理钢筋。热轧钢筋根据其力学指标的高使用热处理钢筋。热轧钢筋根据其力学指标的高低，分为低，分为HPB235HPB235级（级（ I I级，符号），级，符号）， HRB335HRB335级级（级，符号级，符号）,HRB400,HRB400级（级（级，符号级，符号）和和 RRB400RRB400级（余热处理级（余热处理级，符号级，符号R R）四个种类。四个种类。I I级钢筋的强度最低，级钢筋的强度最低，级钢筋的次之，级钢筋的次之，级钢筋级钢筋的最高。钢筋混凝土结构中的纵向受力钢筋宜优的最高。钢筋混凝土结构中的纵向受力钢筋宜优先采用先采用HRB400HRB

37、400级钢筋。级钢筋。 消除应力钢丝是将钢筋拉拔后，校直，经中温消除应力钢丝是将钢筋拉拔后，校直，经中温回火消除应力并稳定化处理的光面钢丝。光面钢丝回火消除应力并稳定化处理的光面钢丝。光面钢丝和螺旋肋钢丝控直径可分为和螺旋肋钢丝控直径可分为4 4、5 5、6 6、7 7、8 8和和9 9六个六个级别。级别。 刻痕钢丝是在光面钢丝的表面上进行机械刻痕刻痕钢丝是在光面钢丝的表面上进行机械刻痕处理，以增加与混凝土的粘结能力，分处理，以增加与混凝土的粘结能力，分1 15 5和和1 17 7两种。两种。钢绞线是由多根高强钢丝捻制在一起经过低温回火钢绞线是由多根高强钢丝捻制在一起经过低温回火处理清除内应力

38、后而制成，分为处理清除内应力后而制成，分为2 2股、股、3 3股和股和7 7股三种。股三种。 钢筋混凝土结构中使用的钢筋可以分为柔性钢筋及钢筋混凝土结构中使用的钢筋可以分为柔性钢筋及劲性钢筋。常用的普通钢筋统称为柔性钢筋，其外劲性钢筋。常用的普通钢筋统称为柔性钢筋，其外形有光圆和带肋两类，带肋钢筋又分等高肋和月牙形有光圆和带肋两类，带肋钢筋又分等高肋和月牙肋两种。肋两种。I I级钢筋是光圆钢筋，级钢筋是光圆钢筋，级、级、级钢筋是带级钢筋是带肋的，统称为变形钢筋。肋的，统称为变形钢筋。 劲性钢筋是由各种型钢、钢轨或者用型钢与钢劲性钢筋是由各种型钢、钢轨或者用型钢与钢筋焊成的骨架。筋焊成的骨架。

39、钢筋的应力钢筋的应力- -应变曲线，有的有明显的流幅，有的应变曲线，有的有明显的流幅，有的则没有明显的流幅。则没有明显的流幅。 1 1描描述述完完全全弹弹塑塑性性的的双双直直线线模模型型 当当ys时时， sssE )(yysfE ( (2 2- -1 15 5) ) 当当hsy,时时， ysf （2 2- -1 16 6） 2 2描描述述完完全全弹弹塑塑性性加加硬硬化化的的三三折折线线模模型型 当当ys，hsy,时时， 表表达达式式同同式式（2 21 15 5）和和（2 21 16 6） ； 当当usshs,时时， ,)(tgffhssys ( (2 21 17 7） 可取可取 ssEEtg0

40、1. 0 （2 2-1818） 3.3.描述弹塑性的双斜城模型描述弹塑性的双斜城模型 当当ys时，时， )(yyssssfEE （2 2-1919） 当当ussy,时时, , )(tgfysys (2 (2- -20)20) 式中式中 yusyussffEtg, (2 (2- -21)21) 钢筋的疲劳是指钢筋在承受重复、周期性的动荷钢筋的疲劳是指钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后，突然脆性断裂的现象。载作用下，经过一定次数后，突然脆性断裂的现象。2.2.5 2.2.5 混凝土结构对钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求性能的要求1. 钢筋的强度钢筋的强度 所谓钢筋强度是指钢筋的屈服

41、强度及极限强度。所谓钢筋强度是指钢筋的屈服强度及极限强度。钢筋的屈服强度是设计计算时的主要依据（对无明钢筋的屈服强度是设计计算时的主要依据（对无明显流幅的钢筋，取它的条件屈服点）。显流幅的钢筋，取它的条件屈服点）。2钢筋的塑性钢筋的塑性 钢筋的伸长率和冷弯性能是施工单位验收钢筋是钢筋的伸长率和冷弯性能是施工单位验收钢筋是否合格的主要指标。否合格的主要指标。 3 钢筋的可焊性钢筋的可焊性 可焊性是评定钢筋焊接后的接头性能的指标。可焊性是评定钢筋焊接后的接头性能的指标。4. 钢筋的耐火性钢筋的耐火性 热轧钢筋的耐火性能最好，冷轧钢筋其次，热轧钢筋的耐火性能最好，冷轧钢筋其次， 预应力钢筋最差。预应

42、力钢筋最差。5. 钢筋与混凝土的粘结力钢筋与混凝土的粘结力 钢筋表面的形状是影响粘结力的重要因素。钢筋表面的形状是影响粘结力的重要因素。 钢筋和混凝土这两种材料能够结合在一起共同工作，钢筋和混凝土这两种材料能够结合在一起共同工作，除了二者具有相近的线膨胀系数外，更主要的是由于除了二者具有相近的线膨胀系数外，更主要的是由于混凝土硬化后，钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结混凝土硬化后，钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力。粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作力。粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础。的基础。 钢筋混凝土受力后会沿钢筋和混凝土接触面上产生钢筋混凝土受力后会沿钢筋和混凝土

43、接触面上产生剪应力，通常把这种剪应力称为粘结应力。剪应力，通常把这种剪应力称为粘结应力。 钢筋端部加弯钩、弯折，或在锚固区贴焊短钢筋、钢筋端部加弯钩、弯折，或在锚固区贴焊短钢筋、贴焊角钢等，可以提高锚固能力。光圆钢筋末端均需贴焊角钢等，可以提高锚固能力。光圆钢筋末端均需设置弯钩。设置弯钩。 光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理。光圆钢筋与变形钢筋具有不同的粘结机理。 光圆钢筋与混凝土的粘结作用主要由三部分所组成：光圆钢筋与混凝土的粘结作用主要由三部分所组成：1 1）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力( (胶结力）。胶结力）。2 2）混凝土收缩握裹钢筋而产

44、生摩阻力。）混凝土收缩握裹钢筋而产生摩阻力。3 3）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力（咬合力）。用力（咬合力）。 变形钢筋的横肋对混凝土的挤压如同一个楔，会产变形钢筋的横肋对混凝土的挤压如同一个楔，会产生很大的机械咬合力，从而提高了变形钢筋的粘结能生很大的机械咬合力，从而提高了变形钢筋的粘结能力力. . 由由直直接接拔拔出出试试验验，钢钢筋筋和和混混凝凝土土之之间间的的平平均均粘粘结结应应力力 可可表表示示为为 dlN （2 2- -2 22 2） 式式中中 N N- - - - 钢钢筋筋的的拉拉力力； d d- - - -钢钢筋筋

45、的的直直径径； l l- - - -粘粘结结长长度度 (1) 光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度都随混凝土强度等级的提高而提高，但不与立方体强度成正比。度等级的提高而提高，但不与立方体强度成正比。 (2) 与光圆钢筋相比，变形钢筋具有较高的粘结强与光圆钢筋相比，变形钢筋具有较高的粘结强度。度。 (3) 混凝土构件截面上有多根钢筋并列在一排时，混凝土构件截面上有多根钢筋并列在一排时，钢筋间的净距对粘结强度有重要影响，钢筋间的净距对粘结强度有重要影响， (4) 横向钢筋（如梁中的箍筋）可以限制混凝土内横向钢筋（如梁中的箍筋）可以限制混凝土内部裂缝的发展，提高粘结强

46、度。部裂缝的发展，提高粘结强度。 (5) 在直接支承的支座处，横向压应力约束了在直接支承的支座处，横向压应力约束了混凝土的横向变形，使钢筋与混凝土间抵抗滑动混凝土的横向变形，使钢筋与混凝土间抵抗滑动的摩阻力增大，因而可以提高粘结强度。的摩阻力增大，因而可以提高粘结强度。 (6) 粘结强度与浇筑混凝土时钢筋所处位置有粘结强度与浇筑混凝土时钢筋所处位置有关。关。 1保证粘结的构造措施保证粘结的构造措施 混凝土结构设计规范采用不进行粘结计算，混凝土结构设计规范采用不进行粘结计算，用构造措施来保证混凝土与钢筋粘结的方法。用构造措施来保证混凝土与钢筋粘结的方法。 保证粘结的构造措施有如下几个方面。保证粘

47、结的构造措施有如下几个方面。（l）对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长对不同等级的混凝土和钢筋，要保证最小搭接长度和锚固长度；度和锚固长度；（2）为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须）为了保证混凝土与钢筋之间有足够的粘结，必须满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；满足钢筋最小间距和混凝土保护层最小厚度的要求；（3）在钢筋的搭接接头范围内应加密箍筋；）在钢筋的搭接接头范围内应加密箍筋；（4）为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩。）为了保证足够的粘结在钢筋端部应设置弯钩。钢钢筋筋表表面面粗粗糙糙程程度度影影响响摩摩擦擦阻阻力力，从从而而影影响响粘粘结结强强度度。轻轻度度锈锈蚀

48、蚀的的钢钢筋筋，其其粘粘结结强强度度比比新新轧轧制制的的无无锈锈钢钢筋筋要要高高， 比比除除锈锈处处理理的的钢钢筋筋更更高高。 所所以以， 一一般般除除重重锈锈钢钢筋筋外外，可可不不必必除除锈锈。 2 2基基本本锚锚固固长长度度 dffltya ( (2 22 23 3) ) 式式中中，l la a为为受受拉拉钢钢筋筋的的锚锚固固长长度度；a a 为为锚锚固固钢钢筋筋的的外外形形系系数数，详详见见混混凝凝土土设设计计部部范范 ；d d为为锚锚固固钢钢筋筋的的直直径径，或或锚锚固固并并筋筋（钢钢筋筋束束）的的等等效效直直径径。 3 3钢钢筋筋的的搭搭接接 钢钢筋筋搭搭接接的的原原则则是是：接接头

49、头应应设设置置在在受受力力较较小小处处同同一一根根钢钢筋筋上上应应尽尽量量少少设设接接头头，机机械械连连接接接接头头能能产产生生较较牢牢固固的的连连接接力力，所所以以应应优优先先采采用用机机械械连连接接。受受拉拉钢钢筋筋绑绑扎扎搭搭接接接接头头的的搭搭接接长长度度按按下下式式计计算算： 1lal （2 22 24 4） 式式中中，为为受受拉拉钢钢筋筋搭搭接接长长度度修修正正系系数数， 它它与与同同一一连连接接区区段段内内搭搭接接钢钢筋筋的的截截面面面面积积有有关关，详详见见混混凝凝土土设设计计规规范范 。 使结构产生内力或变形的原因称为使结构产生内力或变形的原因称为“作用作用”，直接，直接作和

50、间接作用两种。作和间接作用两种。荷载是直接作用，混凝土的收缩、温度变化、基础荷载是直接作用，混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等引起结构外加变形或约束的原的差异沉降、地震等引起结构外加变形或约束的原因称为间接作用。因称为间接作用。间接作用不仅与外界因素有关，还与结构本身的特间接作用不仅与外界因素有关，还与结构本身的特性有关。性有关。 不能把地震作用称为不能把地震作用称为“地震荷载地震荷载”。 结构上的作用使结构产生的内力、变形、裂缝等统结构上的作用使结构产生的内力、变形、裂缝等统称为作用效应或荷载效应。称为作用效应或荷载效应。1.1.荷载的分类荷载的分类 1 1）永久荷载）永久荷载

51、2 2）可变荷载）可变荷载 3 3）偶然荷载）偶然荷载 2.2.荷载的标准值荷载的标准值 荷载标准值是荷载的基本代表值。荷载标准值是荷载的基本代表值。1 1结构的安全等级结构的安全等级2 2结构的设计使用年限结构的设计使用年限 计算结构可靠度所依据的年限称为结构的计算结构可靠度所依据的年限称为结构的设计使用年限。一般建筑结构的设计使用年设计使用年限。一般建筑结构的设计使用年限可为限可为5050年。年。 注意：结构的设计使用年限虽与其使用寿命有注意：结构的设计使用年限虽与其使用寿命有联系，但不等同。超过设计使用年限的结构联系，但不等同。超过设计使用年限的结构并不是不能使用，而是指它的可靠度降低了

52、。并不是不能使用，而是指它的可靠度降低了。3 3建筑结构的功能建筑结构的功能 （1 1）安全性）安全性 （2 2）适用性）适用性 （3 3）耐久性）耐久性 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定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权限状态，完成预定的各项状态称为该功能的权限状态，完成预定的各项功能时，结构处于有效状态；反之，则处于失功能时，结构处于有效状态；反之，则处于失效状态，有效状态和失效状态的分界，称为极效状态，有效状态和失效状态的分界，称为极限状态，是结构开始失效的标志。限状态，是结构

53、开始失效的标志。极限状态可分为二类。极限状态可分为二类。1 1承载能力极限状态承载能力极限状态 结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态，称为承载能力极限状态。续承载的变形状态，称为承载能力极限状态。2.2.正常使用权限状态正常使用权限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态称为正常使用极限状态。限度的状态称为正常使用极限状态。结构或构件按承载能力极限状态进行计算后，还结构或构件按承载能力极限状态进行计算后，还应该按正常使用极限状态进行验算。应该按正常使用极限状态进行验算。设设

54、S S表示荷载效应，设表示荷载效应，设R R表示结构构件抗力，承载表示结构构件抗力，承载能力极限状态函数可表示为能力极限状态函数可表示为 Z = RZ = RS S （3-13-1）当当Z= RZ= RS S0 0时，结构处于可靠状态；时，结构处于可靠状态；当当Z= R- S= 0Z= R- S= 0时，结构达到极限状态；时，结构达到极限状态；当当Z= RZ= RS 0S 0.2%,0.2%,满足。满足适用条件且在经济配筋满足。满足适用条件且在经济配筋率范围内。率范围内。 例例4 4- -3 3 已已知知：弯弯矩矩设设计计值值M M= =2 27 70 0k kN Nm m，混混凝凝土土强强度

55、度等等级级为为C C7 70 0；钢钢筋筋为为H HR RB B4 40 00 0，即即级级钢钢筋筋。环环境境类类别别为为一一级级。 求求：梁梁截截面面尺尺寸寸 b bX Xh h 及及所所需需的的受受拉拉钢钢筋筋截截面面面面积积 A AS S。 【解解】cf= =3 31 1. .8 8N Nm mm m2 2 , , yf= =3 36 60 0N Nm mm m2 2, ,查查表表 4 4- -5 5，得得1= =0 0. .9 96 6, ,1= =0 0. .7 76 6, ,假假定定= =0 0. .0 01 1 及及 b b= = 2 25 50 0m mm m, , 则则 11

56、8. 08 .3196. 036001. 01cyff 令令 M M= =M Mu u 则则由由式式 M M= =201015.01)2(hbfxhbxfcc 可可得得： 5 . 0110bfMhc= =118. 05 . 01118. 02508 .3196. 0102706=564mm=564mm 由附表由附表 5 54 4 知，环境类别为一类，混凝土强度等级为知，环境类别为一类，混凝土强度等级为 C70C70 的梁的混凝土保护层最小厚度为的梁的混凝土保护层最小厚度为 25mm25mm， 取， 取 a= 45mma= 45mm，h= hh= h0 0a= 564a= 56445= 609m

57、m45= 609mm，实际取，实际取 h= 600mmh= 600mm，h h0 06006004545555mm555mm。 201bhfMcs= =265552508 .3196. 010270=0.115=0.115 s211= =115. 0211= =0.1230.123 )211 (5 . 0ss= =115. 02115 . 0= =0 0. .9 93 39 9 0hfMAsys= =555939. 0360102706= =1 14 43 39 9m mm m2 2 选选配配3 32 25 5， A As s= =1 14 47 73 3m mm m2 2，见见图图4 4-

58、-1 18 8。 验验算算适适用用条条件件： 1 1) ) 查查表表4 4- -6 6知知b= =0 0. .4 48 81 1，故故b= =0 0. .4 48 81 1b= =0 0. .1 12 23 3，满满足足。 2 2) ) %06. 155525014370bhAs %26. 036014. 24545minytff, ,且且值值大大于于 0 0. .2 2% %，满满足足要要求求。 【例例 4 44 4】已已知知梁梁的的截截面面尺尺寸寸为为 b bh h2 25 50 0m mm m4 45 50 0m mm m；受受拉拉钢钢筋筋为为 4 4 根根直直径径为为 1 16 6m

59、mm m 的的 H HR RB B3 33 35 5 钢钢筋筋，即即级级钢钢筋筋，A As s= = 8 80 04 4m mm m2 2；混混凝凝土土强强度度等等级级为为 C C4 40 0；承承受受的的弯弯矩矩 M M= = 8 89 9k kN Nm m。环环境境类类别别为为一一类类。 求求：验验算算此此梁梁截截面面是是否否安安全全。 【解】【解】cf= =19.1N19.1Nmmmm2 2，tf= =1.71N1.71Nmmmm2 2, ,yf= =300 N300 Nmmmm2 2。 由附表由附表 5 54 4 知， 环境类别为一类的混凝土保护层最小厚知， 环境类别为一类的混凝土保护

60、层最小厚度为度为 25mm 25mm，故设，故设mmhmma41535450,350, ,%77. 04152508040bhAs %26. 030071. 14545minytff, ,同时同时值也值也 0.2%0.2%。 则则5 . 0121. 01 .190 . 13000077. 01bcyff , ,满足适用条件。满足适用条件。 双筋截面只适用于以下情况：双筋截面只适用于以下情况： （1 1） 弯矩很大， 同时按单筋矩矩形截面计算所得的） 弯矩很大， 同时按单筋矩矩形截面计算所得的又又大于大于b, ,而梁截面尺寸受到限制，混凝土强度等级又不而梁截面尺寸受到限制，混凝土强度等级又不能提