数据结构电子 钢筋混凝土基本受力构件PPT学习教案

1、会计学1数据结构电子数据结构电子 钢筋混凝土基本受力构件钢筋混凝土基本受力构件 教学要求：教学要求：要求学生熟练掌握各种钢筋混凝土基本受力构件的破要求学生熟练掌握各种钢筋混凝土基本受力构件的破坏形态；掌握各种构件的基本计算公式及适用条件、设计计算方法和坏形态；掌握各种构件的基本计算公式及适用条件、设计计算方法和步骤；了解各种构件的构造要求；理解提高构件受力性能的各项有利步骤；了解各种构件的构造要求；理解提高构件受力性能的各项有利措施。措施。第1页/共191页 本节重点介绍钢筋和混凝土材料各自的力学性能及其共同工作的原理，并从强度和变形两个方面，阐述这两种材料的物理力学性能以及两种材料在工程中的

2、使用。本节重点介绍钢筋和混凝土材料各自的力学性能及其共同工作的原理，并从强度和变形两个方面，阐述这两种材料的物理力学性能以及两种材料在工程中的使用。 钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能一、一、钢筋的物理力学性能钢筋的物理力学性能1. 材料的连续、均匀、各向同性假设材料的连续、均匀、各向同性假设 混凝土结构中使用的钢筋按照钢材的化学成分分为：碳素钢和普通低合金钢。碳素钢根据含碳量的多少，又可分为低碳钢混凝土结构中使用的钢筋按照钢材的化学成分分为：碳素钢和普通低合金钢。碳素钢根据含碳量的多少，又可分为低碳钢(含碳量含碳量0.25%)、中碳钢、中碳钢(0.25%含碳量含碳量

3、0.6%)以及高碳钢以及高碳钢(0.6%含碳量含碳量1.4%)，且含碳量越高强度越高，但其塑性和可焊性会有所降低。在碳素钢中加入少量的硅、锰、钛、钒、铬等合金元素可以有效地提高钢材的强度，称普通低合金钢。，且含碳量越高强度越高，但其塑性和可焊性会有所降低。在碳素钢中加入少量的硅、锰、钛、钒、铬等合金元素可以有效地提高钢材的强度，称普通低合金钢。 按照生产加工工艺的不同，钢筋可分为热轧钢筋、冷加工钢筋、预应力钢筋、预应力钢绞线和热处理钢筋等。按照生产加工工艺的不同，钢筋可分为热轧钢筋、冷加工钢筋、预应力钢筋、预应力钢绞线和热处理钢筋等。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范(GB 50010200

4、2) (以后简称以后简称规范规范) 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；用于预应力混凝土结构的国产预应力钢筋可使用螺旋肋钢丝、刻痕钢丝、钢绞线，也可使用热处理钢筋。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；用于预应力混凝土结构的国产预应力钢筋可使用螺旋肋钢丝、刻痕钢丝、钢绞线，也可使用热处理钢筋。 按照外形，钢筋可分为光圆钢筋和带肋钢筋。光圆钢筋与带肋钢筋相比，由于表面光滑，故其与混凝土之间的粘结力较差。钢筋形式如图按照外形，钢筋可分为光圆钢筋和带肋钢筋。光圆钢筋与带肋钢筋相比，由于表面光滑，故其与混凝土之间的粘结力较差。钢筋形式如图11.1所示。所示。 第2页/

5、共191页钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能图图11.1 钢筋形式钢筋形式 按照力学性能，钢筋可分为有明显屈服点的钢筋按照力学性能，钢筋可分为有明显屈服点的钢筋(软钢软钢)和无明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋(硬钢硬钢)两大类。有明显屈服点的钢筋其应力两大类。有明显屈服点的钢筋其应力-应变曲线如图应变曲线如图11.2所示。此曲线的特点是有明显的屈服点和流幅，断裂时有所示。此曲线的特点是有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩颈缩”现象，且伸长率比较大。对于有明显屈服点的钢筋，其屈服强度是钢筋关键性的强度指标；而无明显屈服点的钢筋，由于其屈服点不容易测定，因此对于此类钢

6、筋是以极限抗拉强度现象，且伸长率比较大。对于有明显屈服点的钢筋，其屈服强度是钢筋关键性的强度指标；而无明显屈服点的钢筋，由于其屈服点不容易测定，因此对于此类钢筋是以极限抗拉强度b的的85%作为其主要强度指标，其应力作为其主要强度指标，其应力-应变曲线如图应变曲线如图11.3所示。所示。 在工程实践中，为了提高钢材的强度，达到节约钢材的目的，可以采用冷拉和冷拔的方法对钢筋进行冷加工以提高钢筋的强度。在工程实践中，为了提高钢材的强度，达到节约钢材的目的，可以采用冷拉和冷拔的方法对钢筋进行冷加工以提高钢筋的强度。 经过冷加工后的钢筋屈服强度有所提高，但其延伸率和塑性降低。经过冷加工后的钢筋屈服强度有

7、所提高，但其延伸率和塑性降低。 冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，冷拔则可同时提高抗拉及抗压强度。冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，冷拔则可同时提高抗拉及抗压强度。第3页/共191页钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能图图11.3 无明显屈服点钢筋的应力无明显屈服点钢筋的应力-应变曲线应变曲线图图11.2 有明显屈服点钢筋的应力有明显屈服点钢筋的应力-应变曲线应变曲线 规范规范将热轧钢筋根据其力学指标的高低，分为将热轧钢筋根据其力学指标的高低，分为HPB235级级(级级)、HRB335级级(级级)、HRB400级级(级级)和和RRB400级级(级级)。级钢筋的强度最低，级钢筋的强度

8、最低，级钢筋次之，级钢筋次之，级钢筋的强度最高。级钢筋的强度最高。 在钢筋混凝土结构中，不同的受力构件宜采用不同级别的钢筋，且应遵守相应的规范要求。在以上所述钢筋不同分类的标准中，热轧钢筋是属于有明显屈服点的钢筋；在钢筋混凝土结构中，不同的受力构件宜采用不同级别的钢筋，且应遵守相应的规范要求。在以上所述钢筋不同分类的标准中，热轧钢筋是属于有明显屈服点的钢筋；HPB235级钢筋是光圆钢筋，级钢筋是光圆钢筋，HRB335、HRB400、RRB400级钢筋是带肋钢筋。级钢筋是带肋钢筋。第4页/共191页钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能2. 钢筋的变形钢筋的变形 混凝土结构

9、中的钢筋除了应具有一定的强度外，还必须保证有一定的塑性变形能力。衡量钢筋塑性变形能力大小的指标是伸长率和冷弯性能。钢筋拉断后的伸长值与原长的比率称为伸长率，伸长率越大，表明钢筋的塑性变形越好，破坏前有明显的预兆。具有明显屈服点的钢筋有较大的伸长率，而无明显屈服点的钢筋伸长率很小。混凝土结构中的钢筋除了应具有一定的强度外，还必须保证有一定的塑性变形能力。衡量钢筋塑性变形能力大小的指标是伸长率和冷弯性能。钢筋拉断后的伸长值与原长的比率称为伸长率，伸长率越大，表明钢筋的塑性变形越好，破坏前有明显的预兆。具有明显屈服点的钢筋有较大的伸长率，而无明显屈服点的钢筋伸长率很小。 冷弯是指在常温下将直径冷弯是

10、指在常温下将直径d的钢筋绕直径的钢筋绕直径D的辊轴弯曲到规定的角度后的辊轴弯曲到规定的角度后(如图如图11.4所示所示)，钢筋无裂纹及起层现象，为合格。冷弯的两个参数是弯心直径和冷弯角度，弯心直径越小，冷弯角度越大，则钢筋的冷弯性能越好，说明钢筋的塑性性能越好。，钢筋无裂纹及起层现象，为合格。冷弯的两个参数是弯心直径和冷弯角度，弯心直径越小，冷弯角度越大，则钢筋的冷弯性能越好，说明钢筋的塑性性能越好。 屈服强度、极限强度、伸长率和冷弯性能是对有明显屈服点的钢筋进行质量检测的四项主要指标；对无明显屈服点的钢筋只测定后三项。屈服强度、极限强度、伸长率和冷弯性能是对有明显屈服点的钢筋进行质量检测的四

11、项主要指标；对无明显屈服点的钢筋只测定后三项。图图11.4 钢筋冷弯钢筋冷弯第5页/共191页钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能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 (1) 强度。钢筋的强度标准值应具有不小于强度。钢筋的强度标准值应具有不小于95%的保证率。热轧钢筋的强度标准值系根据屈服强度确定，用的保证率。热轧钢筋的强度标准值系根据屈服强度确定，用fyk 表示。预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度标准值系根据极限抗拉强度确定，用表示。预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋的强度标准值系根据极限抗拉强度确定，用 fpdk表示。表示。 (2) 强度设计值。

12、普通钢筋的抗拉强度设计值强度设计值。普通钢筋的抗拉强度设计值 fy及抗压强度设计值及抗压强度设计值 f y应按表应按表11-1采用；当构件中配有不同种类的钢筋时，每种钢筋应采用各自的强度设计值。采用；当构件中配有不同种类的钢筋时，每种钢筋应采用各自的强度设计值。表表11-1 普通钢筋强度设计值普通钢筋强度设计值(N/mm2)第6页/共191页钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能二、二、混凝土材料的物理力学性能混凝土材料的物理力学性能1. 混凝土的强度混凝土的强度 混凝土是由水泥、水和骨料等原材料经搅拌后入模浇注，并经养护硬化后做成的人工石材。国内对各种单向受力下的混凝土

13、强度都规定了统一的标准试验方法。混凝土是由水泥、水和骨料等原材料经搅拌后入模浇注，并经养护硬化后做成的人工石材。国内对各种单向受力下的混凝土强度都规定了统一的标准试验方法。 1) 立方体抗压强度立方体抗压强度fcu 立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值fcu,k 是混凝土各种力学指标的基本代表值。是混凝土各种力学指标的基本代表值。规范规范规定，混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值是指按照标准方法制作、标准养护的边长为规定，混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值是指按照标准方法制作、标准养护的边长为150mm的立方体试件在的立方体试件在28天

14、龄期，用标准试验方法测得的具有天龄期，用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。根据混凝土立方体抗压强度标准值，保证率的抗压强度。根据混凝土立方体抗压强度标准值，规范规范将混凝土强度等级分为将混凝土强度等级分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80，共，共14个等级，单位为个等级，单位为N/mm2，其中，其中C代表混凝土，代表混凝土，C后的数值为立方体抗压强度标准值后的数值为立方体抗压强度标准值fcu,k 。例如，。例如，C40表示混凝土的立方体抗压强度标准值为表示混凝土的立方体抗压强度标准值为40 N/mm2。第7

15、页/共191页 由于组成的复杂性，影响混凝土立方体抗压强度大小的因素很多。当试件的尺寸越小时，其抗压强度值越高，因此当试件尺寸采用边长为由于组成的复杂性，影响混凝土立方体抗压强度大小的因素很多。当试件的尺寸越小时，其抗压强度值越高，因此当试件尺寸采用边长为200mm或或100mm的立方体试块时，必须将其抗压强度实测值乘以换算系数转换成标准试块的立方体抗压强度值，换算系数分别取的立方体试块时，必须将其抗压强度实测值乘以换算系数转换成标准试块的立方体抗压强度值，换算系数分别取1.05和和0.95；试验时加荷速度越快，测得的混凝土强度越高；试验时，试件上下表面涂润滑剂时，测得的抗压强度变小；截面局部

16、受压时，比全截面受压时的混凝土强度高。；试验时加荷速度越快，测得的混凝土强度越高；试验时，试件上下表面涂润滑剂时，测得的抗压强度变小；截面局部受压时，比全截面受压时的混凝土强度高。 规范规范规定，钢筋混凝土结构的强度等级不应低于规定，钢筋混凝土结构的强度等级不应低于C15；当采用；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20；当采用；当采用HRB400和和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件时，混凝土强度等级不得低于级钢筋以及承受重复荷载的构件时，混凝土强度等级不得低于C20；预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于；预应力混凝土结构的混凝土强度

17、等级不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。 2) 轴心抗压强度轴心抗压强度fc 混凝土轴心抗压强度混凝土轴心抗压强度fc 是混凝土最基本的强度指标。是混凝土最基本的强度指标。规范规范规定按照标准方法制作、标准养护的边长为规定按照标准方法制作、标准养护的边长为 的棱柱体试件在的棱柱体试件在28天龄期，用标准试验方法测得的具有天龄期，用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值保证率的抗压强度为混凝土轴心抗压强度标准值(如图如图11.5所示所示)。

18、但是在实际工程中很少直接测量轴心抗压强度，而是根据测定的立方体抗压强度值进行换算，其关系式为：。但是在实际工程中很少直接测量轴心抗压强度，而是根据测定的立方体抗压强度值进行换算，其关系式为： 钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能ckc1c2cu,k0.88ff (11-1)第8页/共191页钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能图图11.5 混凝土棱柱体抗压试验和裂缝分布混凝土棱柱体抗压试验和裂缝分布 3) 轴心抗拉强度轴心抗拉强度ft 混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度ft是混凝土的基本力学指标之一，通常用测定混凝土立方体试件的劈裂抗拉强度值得到。测定

19、混凝土轴心抗拉强度也可以采用直接轴心受拉的试验方法是混凝土的基本力学指标之一，通常用测定混凝土立方体试件的劈裂抗拉强度值得到。测定混凝土轴心抗拉强度也可以采用直接轴心受拉的试验方法(如图如图11.6所示所示)。混凝土的抗拉强度很低，一般只有抗压强度的。混凝土的抗拉强度很低，一般只有抗压强度的1/181/9，混凝土强度等级越高，这个比值越小。由于构件与试件的差别、尺寸效应、加载速度等因素的影响，混凝土强度等级越高，这个比值越小。由于构件与试件的差别、尺寸效应、加载速度等因素的影响，规范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值考虑了从普通强度混凝土到高强度混凝土的变

20、化规律，取轴心抗拉强度标准值ftk与立方体抗压强度标准值与立方体抗压强度标准值fcu,k的关系为：的关系为： 式中，式中， 为变异系数。为变异系数。 0.550.45tkcu,k20.880.395(1 1.645 )ff(11-2)第9页/共191页钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能图图11.6 混凝土抗拉试验混凝土抗拉试验 混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度设计值混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度设计值fc、ft应按表应按表11-2采用。采用。 表表11-2 混凝土强度设计值混凝土强度设计值(N/mm ) 4) 复合应力状态下的混凝土强度复合应力状态下的混凝土强度 在混凝土结

21、构中，混凝土往往处于复合应力状态，如双向应力状态或三向应力状态。双向应力状态下混凝土试验曲线如图在混凝土结构中，混凝土往往处于复合应力状态，如双向应力状态或三向应力状态。双向应力状态下混凝土试验曲线如图11.7所示。所示。第10页/共191页钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能图图11.7 双向应力状态下混凝土的试验曲线双向应力状态下混凝土的试验曲线 从图中可知，在双向拉应力状态下，混凝土强度与单向拉应力作用下的几乎相同；在双向压应力作用下，一向的强度随另一向压应力的增加而增加。由此可见，双向受压下的混凝土强度比单向受压强度最多可提高从图中可知，在双向拉应力状态下，混凝

22、土强度与单向拉应力作用下的几乎相同；在双向压应力作用下，一向的强度随另一向压应力的增加而增加。由此可见，双向受压下的混凝土强度比单向受压强度最多可提高27%；而在拉、压组合情形下，无论是抗拉强度还是抗压强度均低于单向拉伸或单向压缩时的强度。；而在拉、压组合情形下，无论是抗拉强度还是抗压强度均低于单向拉伸或单向压缩时的强度。 在三向压力作用下，由于周围压力约束了混凝土的横向变形，抑制混凝土内部开裂的倾向以及体积的膨胀，因此，混凝土在三向压力作用下强度和延性会大大提高。在钢筋混凝土柱中配置螺旋钢箍或密集钢箍就是基于这个原因。在三向压力作用下，由于周围压力约束了混凝土的横向变形，抑制混凝土内部开裂的

23、倾向以及体积的膨胀，因此，混凝土在三向压力作用下强度和延性会大大提高。在钢筋混凝土柱中配置螺旋钢箍或密集钢箍就是基于这个原因。第11页/共191页钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能2. 混凝土的变形混凝土的变形 1) 混凝土在一次短期加载下的变形及应力混凝土在一次短期加载下的变形及应力-应变曲线应变曲线 一次短期加载也称为单调加载。而混凝土受压时的应力一次短期加载也称为单调加载。而混凝土受压时的应力-应变关系是混凝土最基本的力学性能之一。应变关系是混凝土最基本的力学性能之一。 我国采用棱柱体试件测定一次短期加载下混凝土受压应力我国采用棱柱体试件测定一次短期加载下混凝土

24、受压应力-应变全曲线，如图应变全曲线，如图11.8所示。此曲线包括上升段和下降段两部分。所示。此曲线包括上升段和下降段两部分。C点对应的峰值应力点对应的峰值应力max 通常作为混凝土棱柱体的抗压强度通常作为混凝土棱柱体的抗压强度 fc，而曲线中相应的应变称为峰值应变，而曲线中相应的应变称为峰值应变0 ，其值在，其值在0.00150.0025之间波动，一般取之间波动，一般取0.002。图图11.8 混凝土棱柱体受压的应力混凝土棱柱体受压的应力-应变曲线应变曲线第12页/共191页钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能 当应变持续增长，应力当应变持续增长，应力-应变曲线在应变

25、曲线在D点出现反弯，则表明试件已充分破碎，此时混凝土达到极限压应变点出现反弯，则表明试件已充分破碎，此时混凝土达到极限压应变 cu ，它包括弹性应变和塑性应变两部分。塑性应变越长，表明混凝土的变形能力越大，延性越好。强度等级低的混凝土受荷时的延性比强度等级高的好。，它包括弹性应变和塑性应变两部分。塑性应变越长，表明混凝土的变形能力越大，延性越好。强度等级低的混凝土受荷时的延性比强度等级高的好。 2) 混凝土的弹性模量、变形模量混凝土的弹性模量、变形模量 从应力从应力-应变曲线的原点应变曲线的原点O作曲线的切线，则该切线与横坐标夹角的正切称为混凝土的原点弹性模量，即弹性模量，记为作曲线的切线，则

26、该切线与横坐标夹角的正切称为混凝土的原点弹性模量，即弹性模量，记为 ，但是它的稳定数值不易从试验中测得。，但是它的稳定数值不易从试验中测得。 连接原点连接原点O和曲线上任一点和曲线上任一点A的割线的正切称为混凝土的变形模量，记为的割线的正切称为混凝土的变形模量，记为 ；混凝土弹性模量与变形模量的关系为：；混凝土弹性模量与变形模量的关系为： ，式中，式中 为混凝土受压时的弹性模量，它等于混凝土某一应力状态下的弹性应变与总应变之比。为混凝土受压时的弹性模量，它等于混凝土某一应力状态下的弹性应变与总应变之比。 在曲线上任一点作曲线的切线，该切线与横坐标夹角的正切或其应力增量与应变增量的比值称为该点应

27、力的切线模量，记为：在曲线上任一点作曲线的切线，该切线与横坐标夹角的正切或其应力增量与应变增量的比值称为该点应力的切线模量，记为： 。 具体作法如图具体作法如图11.9所示。所示。 混凝土弹性模量与混凝土立方体抗压强度之间的关系为：混凝土弹性模量与混凝土立方体抗压强度之间的关系为：(单位为单位为N/mm2)。 cc0tanEc1tanE ccEEctanE5ccu,k1034.72.2Ef(11-3)第13页/共191页钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能 混凝土受压或受拉的弹性模量混凝土受压或受拉的弹性模量Ec应按表应按表11-3采用。采用。 表表11-3 混凝土弹性

28、模量混凝土弹性模量(104N/mm2)图图11.9 混凝土弹性模量、变形模量的表示方法混凝土弹性模量、变形模量的表示方法第14页/共191页 3) 混凝土在重复荷载下的变形混凝土在重复荷载下的变形 目前我国目前我国规范规范中弹性模量中弹性模量 值是用下列方法确定的：采用棱柱体试件，取应力上限为值是用下列方法确定的：采用棱柱体试件，取应力上限为0.5fc 重复加荷重复加荷510次。由于混凝土的塑性性质，每次卸载为零时，存在有残余变形。但随荷载多次重复，残余变形逐渐减小，重复加荷次。由于混凝土的塑性性质，每次卸载为零时，存在有残余变形。但随荷载多次重复，残余变形逐渐减小，重复加荷510次后，变形趋

29、于稳定，混凝土的应力次后，变形趋于稳定，混凝土的应力-应变曲线接近于直线应变曲线接近于直线(如图如图11.10所示所示)，该直线的斜率即为混凝土的弹性模量。，该直线的斜率即为混凝土的弹性模量。图图11.10 混凝土在重复荷载下的应力混凝土在重复荷载下的应力-应变曲线应变曲线 4) 混凝土的徐变混凝土的徐变 试验表明，把混凝土棱柱体加压到某个应力之后维持荷载不变，则混凝土会在加荷瞬时变形的基础上，产生随时间而增长的应变。这种在荷载长期作用、即应力不变的情形下，随时间而增长的应变称为徐变。徐变开始半年内增长较快，以后逐渐减慢，经过一定时间后，徐变趋于稳定试验表明，把混凝土棱柱体加压到某个应力之后维

30、持荷载不变，则混凝土会在加荷瞬时变形的基础上，产生随时间而增长的应变。这种在荷载长期作用、即应力不变的情形下，随时间而增长的应变称为徐变。徐变开始半年内增长较快，以后逐渐减慢，经过一定时间后，徐变趋于稳定(如图如图11.11所示所示)。徐变应变值约为瞬时弹性应变的。徐变应变值约为瞬时弹性应变的l4倍。倍。钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能第15页/共191页 影响混凝土徐变大小的因素有很多，当水泥用量越多，水灰比越高，徐变越大；骨料级配越好，骨料越坚硬，徐变越小；混凝土养护条件越好以及混凝土受荷时的龄期越长，徐变越小；混凝土在高温、低湿度条件下发生的徐变要比低温、高湿

31、度条件下发生的徐变大；构件表面积较大的构件，徐变较大。混凝土的徐变直接影响混凝土构件的受力性能，它将使构件的变形增加如受弯构件挠度增大，柱的附加偏心距增大等不利后果；在截面中引起应力重分布，在预应力混凝土结构中还会引起较大的预应力损失。影响混凝土徐变大小的因素有很多，当水泥用量越多，水灰比越高，徐变越大；骨料级配越好，骨料越坚硬，徐变越小；混凝土养护条件越好以及混凝土受荷时的龄期越长，徐变越小；混凝土在高温、低湿度条件下发生的徐变要比低温、高湿度条件下发生的徐变大；构件表面积较大的构件，徐变较大。混凝土的徐变直接影响混凝土构件的受力性能，它将使构件的变形增加如受弯构件挠度增大，柱的附加偏心距增

32、大等不利后果；在截面中引起应力重分布，在预应力混凝土结构中还会引起较大的预应力损失。 钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能图图11.11 混凝土徐变与时间的关系混凝土徐变与时间的关系第16页/共191页钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能3. 钢筋与混凝土的粘结钢筋与混凝土的粘结 钢筋和混凝土之间的粘接，是保证钢筋和混凝土这两种力学性能截然不同的材料在结构中共同工作的基本前提。钢筋和混凝土之间的粘接，是保证钢筋和混凝土这两种力学性能截然不同的材料在结构中共同工作的基本前提。 为了保证钢筋与混凝土之间有足够的粘结强度，在构造上应满足以下措施：为了保

33、证钢筋与混凝土之间有足够的粘结强度，在构造上应满足以下措施： (1) 钢筋之间的距离和混凝土保护层厚度不能太小，一般要求板的保护层厚度不小于钢筋之间的距离和混凝土保护层厚度不能太小，一般要求板的保护层厚度不小于15mm，梁、柱保护层不小于，梁、柱保护层不小于25mm。钢筋间距不小于。钢筋间距不小于25mm。 (2) 光面钢筋粘接性能较差，应在钢筋末端设弯钩增强其锚固粘接能力。光面钢筋粘接性能较差，应在钢筋末端设弯钩增强其锚固粘接能力。 (3) 为保证钢筋伸入支座的粘接力，应使钢筋伸入支座有足够的锚固长度，如支座长度不够时，可将钢筋弯折，弯折长度计入锚固长度内，也可在钢筋端部焊短钢筋、短角钢等方

34、法加强钢筋和混凝土的粘结能力，机械锚固的形式及构造要求宜按图为保证钢筋伸入支座的粘接力，应使钢筋伸入支座有足够的锚固长度，如支座长度不够时，可将钢筋弯折，弯折长度计入锚固长度内，也可在钢筋端部焊短钢筋、短角钢等方法加强钢筋和混凝土的粘结能力，机械锚固的形式及构造要求宜按图11.12所示采用。所示采用。图图11.12 钢筋机械锚固的形式及构造要求钢筋机械锚固的形式及构造要求第17页/共191页钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能 (4) 实际工作中，钢筋需要搭接，钢筋的搭接要有一定长度才能满足粘接强度的要求。钢筋的搭接可分为两类：绑扎搭接、机械搭接或焊接。实际工作中，钢筋

35、需要搭接，钢筋的搭接要有一定长度才能满足粘接强度的要求。钢筋的搭接可分为两类：绑扎搭接、机械搭接或焊接。 规范规范规定，直接承受中、重级工作制吊车的构件，其纵向受拉钢筋不得采用绑扎搭接接头，也不宜采用焊接接头。如受力钢筋必须接头时，宜优先采用焊接或机械连接。对轴心受拉及小偏心受拉杆件的纵向受力钢筋，不得采用绑扎搭接接头。规定，直接承受中、重级工作制吊车的构件，其纵向受拉钢筋不得采用绑扎搭接接头，也不宜采用焊接接头。如受力钢筋必须接头时，宜优先采用焊接或机械连接。对轴心受拉及小偏心受拉杆件的纵向受力钢筋，不得采用绑扎搭接接头。 当受拉钢筋直径当受拉钢筋直径 mm及受压钢筋直径及受压钢筋直径 mm

36、时，不宜采用绑扎搭接接头。时，不宜采用绑扎搭接接头。 同一构件中相邻纵向受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开。同一构件中相邻纵向受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开。 具体要求是：钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为具体要求是：钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度，凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段。同一连接区段内纵向钢筋搭接接头面积百分率为该区段内有搭接接头的纵向受力钢筋截面面积与全部纵向受力钢筋截面面积的比值倍搭接长度，凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段。同一连接区段内纵向钢筋搭接接头面积百分率为该区段内有搭接接头的纵向受力钢筋截面面

37、积与全部纵向受力钢筋截面面积的比值(如图如图11.13所示所示)。第18页/共191页说明：图中所示同一连接区段内的搭接接头为两根，当钢筋直径相同时，钢筋搭接接头面积百分率为说明：图中所示同一连接区段内的搭接接头为两根，当钢筋直径相同时，钢筋搭接接头面积百分率为50%绑扎搭接受拉钢筋的搭接长度由规范查取且应不小于绑扎搭接受拉钢筋的搭接长度由规范查取且应不小于300mm。 图图11.13 同一连接区段的纵向受拉钢筋绑扎搭接接同一连接区段的纵向受拉钢筋绑扎搭接接头头钢筋及混凝土材料的物理力学性能钢筋及混凝土材料的物理力学性能第19页/共191页受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算 本节

38、重点介绍受弯构件的承载力计算及构造问题。包括受弯构件正截面承载力的计算公式及其适用条件、设计计算方法和步骤；受弯构件的基本构造要求；影响受弯构件承载力的主要因素及提高梁抗弯能力的措施。本节重点介绍受弯构件的承载力计算及构造问题。包括受弯构件正截面承载力的计算公式及其适用条件、设计计算方法和步骤；受弯构件的基本构造要求；影响受弯构件承载力的主要因素及提高梁抗弯能力的措施。 受弯构件是指承受荷载时截面上有弯矩和剪力共同作用的构件。受弯构件是指承受荷载时截面上有弯矩和剪力共同作用的构件。实际工程中典型的受弯构件是梁和板。梁与板的主要区别在于：梁的截面高度一般大于其宽度，而板的截面高度则远小于其宽度。

39、实际工程中典型的受弯构件是梁和板。梁与板的主要区别在于：梁的截面高度一般大于其宽度，而板的截面高度则远小于其宽度。 梁的种类很多，其中有简支梁，如图梁的种类很多，其中有简支梁，如图11.14(a)所示，如混合结构房屋的过梁、车间吊车梁、支承于梁上或墙上的预置楼板等都可以简化为简支梁；悬臂梁，如图所示，如混合结构房屋的过梁、车间吊车梁、支承于梁上或墙上的预置楼板等都可以简化为简支梁；悬臂梁，如图11.14(b)所示，如阳台的挑梁、承受水平风荷载的围墙等可以简化为悬臂梁；连续梁，如图所示，如阳台的挑梁、承受水平风荷载的围墙等可以简化为悬臂梁；连续梁，如图11.14(c)所示，如框架结构主、次梁等。

40、所示，如框架结构主、次梁等。图图11.14 梁的种类梁的种类第20页/共191页一、一、受弯构件的破坏形态受弯构件的破坏形态 简支梁内通常配有以下简支梁内通常配有以下4种钢筋，构成钢筋骨架：种钢筋，构成钢筋骨架： (1) 纵向受拉钢筋。位于正截面受拉区的底部，主要承受弯矩，保证正截面抗弯承载力，是本节研究的中心内容。纵向受拉钢筋。位于正截面受拉区的底部，主要承受弯矩，保证正截面抗弯承载力，是本节研究的中心内容。 纵向受拉钢筋的合力点至截面受拉区边缘的竖向距离为纵向受拉钢筋的合力点至截面受拉区边缘的竖向距离为as ，则纵向受拉钢筋的合力点至截面受压区边缘的竖向距离为，则纵向受拉钢筋的合力点至截面

41、受压区边缘的竖向距离为h0=h-as ,h0 称为截面有效高度。称为截面有效高度。bh0 称为截面的有效面积。称为截面的有效面积。 (2) 架立钢筋。放置在梁的受压区顶部，它的主要作用是与纵向受拉钢筋和箍筋构成钢筋骨架。架立钢筋通常按构造要求配置，一般只配两根，直径较小，所以在计算中可不考虑它的影响。架立钢筋。放置在梁的受压区顶部，它的主要作用是与纵向受拉钢筋和箍筋构成钢筋骨架。架立钢筋通常按构造要求配置，一般只配两根，直径较小，所以在计算中可不考虑它的影响。 (3) 箍筋。沿梁长按一定间距配置，主要起抗剪作用；同时还能联系梁内的受拉及受压纵向受力钢筋使其共同工作，并固定纵向受力钢筋的位置，利

42、于混凝土浇灌。箍筋。沿梁长按一定间距配置，主要起抗剪作用；同时还能联系梁内的受拉及受压纵向受力钢筋使其共同工作，并固定纵向受力钢筋的位置，利于混凝土浇灌。 (4) 弯起钢筋。一般将纵向受拉钢筋的一部分在支座附近弯起，可在跨中抗弯，支座附近弯起部分抗剪。弯起钢筋。一般将纵向受拉钢筋的一部分在支座附近弯起，可在跨中抗弯，支座附近弯起部分抗剪。 箍筋和弯起钢筋统称为腹筋，如图箍筋和弯起钢筋统称为腹筋，如图11.15所示。所示。受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算第21页/共191页 纵向受力钢筋的外表面至截面边缘的垂直距离称为混凝土保护层厚度，用符号纵向受力钢筋的外表面至截面边缘的垂直距

43、离称为混凝土保护层厚度，用符号c 表示。混凝土保护层厚度有三个作用：保护纵向钢筋不被锈蚀；在火灾等情况下，使钢筋的温度上升缓慢；使纵向钢筋与混凝土有较好的粘结。其保护层厚度按表示。混凝土保护层厚度有三个作用：保护纵向钢筋不被锈蚀；在火灾等情况下，使钢筋的温度上升缓慢；使纵向钢筋与混凝土有较好的粘结。其保护层厚度按规范规范规定选取见表规定选取见表11-4。 图图11.15 钢筋的形式钢筋的形式表表11-4 纵向受力钢筋混凝土保护层最小厚度纵向受力钢筋混凝土保护层最小厚度(mm)受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算第22页/共191页 受弯构件的破坏形态受到许多因素的影响，例如配筋率、

44、混凝土强度等级、截面形式等。其中配筋率对构件的破坏特征影响最为显著。构件的截面配筋率是指纵向受力钢筋截面面积与截面有效面积的百分比，即受弯构件的破坏形态受到许多因素的影响，例如配筋率、混凝土强度等级、截面形式等。其中配筋率对构件的破坏特征影响最为显著。构件的截面配筋率是指纵向受力钢筋截面面积与截面有效面积的百分比，即 s0Abh(11-4)式中，式中， As纵向受拉钢筋总截面面积纵向受拉钢筋总截面面积(mm2)； b矩形截面宽度矩形截面宽度(mm)； h0 矩形截面有效高度矩形截面有效高度(mm)。1. 钢筋混凝土梁的破坏形态钢筋混凝土梁的破坏形态 随着配筋率的改变，构件的破坏特征将发生本质的

45、变化。随着配筋率的改变，构件的破坏特征将发生本质的变化。 1) 少筋破坏少筋破坏(受拉破坏受拉破坏) 当构件的受拉区配筋太少时当构件的受拉区配筋太少时(min )，随着荷载的增加，受拉区边缘出现裂缝，裂缝截面处的拉力即全部转由钢筋承受，由于钢筋配置较少，其应力突增很快超过屈服极限进入强化阶段，甚至被拉断，裂缝就急速发展，构件也立即破坏，这种破坏称为少筋破坏。少筋破坏的受弯构件破坏前无明显预兆，破坏是突然发生的，呈脆性性质，随着荷载的增加，受拉区边缘出现裂缝，裂缝截面处的拉力即全部转由钢筋承受，由于钢筋配置较少，其应力突增很快超过屈服极限进入强化阶段，甚至被拉断，裂缝就急速发展，构件也立即破坏，

46、这种破坏称为少筋破坏。少筋破坏的受弯构件破坏前无明显预兆，破坏是突然发生的，呈脆性性质(如图如图11.16(a)所示所示)。在实际工程中不允许采用少筋构件。一般用最小配筋率。在实际工程中不允许采用少筋构件。一般用最小配筋率min 来加以限制。来加以限制。受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算第23页/共191页 当当 min为少筋梁与适筋梁的界限配筋率，即是适筋梁的最小配筋率。为少筋梁与适筋梁的界限配筋率，即是适筋梁的最小配筋率。 2) 适筋破坏适筋破坏(拉压破坏拉压破坏) 当构件的受拉区配置适量的钢筋时当构件的受拉区配置适量的钢筋时( min max )，随着荷载的增加，受拉区边缘

47、出现裂缝，裂缝截面处的拉力即全部转由钢筋承受，之后荷载继续增加，受拉区钢筋屈服，受压区高度减小，之后受压区混凝土被压碎导致构件破坏，这种破坏称为适筋破坏。破坏前有明显的裂缝和塑性变形，破坏不是突然发生的，呈塑性性质，钢筋与混凝土的强度均得到充分发挥，随着荷载的增加，受拉区边缘出现裂缝，裂缝截面处的拉力即全部转由钢筋承受，之后荷载继续增加，受拉区钢筋屈服，受压区高度减小，之后受压区混凝土被压碎导致构件破坏，这种破坏称为适筋破坏。破坏前有明显的裂缝和塑性变形，破坏不是突然发生的，呈塑性性质，钢筋与混凝土的强度均得到充分发挥(如图如图11.16(b)所示所示)。实际设计中必须将受弯构件设计成适筋构件

48、。实际设计中必须将受弯构件设计成适筋构件。 3) 超筋破坏超筋破坏(受压破坏受压破坏) 当构件的受拉区配置太多的受拉钢筋时当构件的受拉区配置太多的受拉钢筋时(max )，随着荷载的增加，受拉区边缘出现裂缝，裂缝截面处的拉力即全部转由钢筋承受，但由于钢筋配置太多，荷载继续增加，钢筋还未屈服时受压区混凝土先压碎导致构件破坏，这种破坏称为超筋破坏。超筋破坏带有脆性性质，破坏时钢筋的强度得不到充分利用，这个不仅不经济，同时破坏前毫无预兆，所以在实际工程中不允许采用超筋构件，随着荷载的增加，受拉区边缘出现裂缝，裂缝截面处的拉力即全部转由钢筋承受，但由于钢筋配置太多，荷载继续增加，钢筋还未屈服时受压区混凝

49、土先压碎导致构件破坏，这种破坏称为超筋破坏。超筋破坏带有脆性性质，破坏时钢筋的强度得不到充分利用，这个不仅不经济，同时破坏前毫无预兆，所以在实际工程中不允许采用超筋构件(如图如图11.16(c)所示所示)。一般用最大配筋率。一般用最大配筋率max 来加以限制。来加以限制。 适筋梁破坏与超筋梁破坏的分界适筋梁破坏与超筋梁破坏的分界(max )称为界限破坏，其特征是钢筋屈服和混凝土压碎同时发生。称为界限破坏，其特征是钢筋屈服和混凝土压碎同时发生。 受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算第24页/共191页图图11.16 梁的三种破坏形态梁的三种破坏形态2. 界限相对受压区高度界限相对受压

50、区高度 b 界限破坏时的相对受压区高度界限破坏时的相对受压区高度 称为界限相对受压区高度，用称为界限相对受压区高度，用b 表示。表示。 热轧钢筋的界限相对受压区高度热轧钢筋的界限相对受压区高度 b公式可以表示为：公式可以表示为：b0/xh1byscu1fE(11-5)受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算第25页/共191页 b的大小仅与钢筋种类和混凝土的强度等级有关，取值见表的大小仅与钢筋种类和混凝土的强度等级有关，取值见表11-5。 表表11-5 1、1 、b 和和 cu取值取值c二、二、单筋矩形截面正截面承载力计算单筋矩形截面正截面承载力计算 只在截面的受拉区配置纵向受力钢筋的

51、构件称为单筋受弯构件。只在截面的受拉区配置纵向受力钢筋的构件称为单筋受弯构件。 1. 基本假定基本假定 为了简化起见，计算中引入下面几个假定：为了简化起见，计算中引入下面几个假定： (1) 截面应保持平面；截面应保持平面； (2) 不考虑混凝土的抗拉强度；不考虑混凝土的抗拉强度； (3) 混凝土受压的应力混凝土受压的应力-应变曲线按下列规定取用：应变曲线按下列规定取用：受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算第26页/共191页 当当c0时时(上升段上升段)， ccc01(1)nf受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算 当当0c cu时时(水平段水平段)， ccfcu,k50

52、cu,k5cucu,k12(50)600.0020.5(50) 100.0033(50) 10nfff式中，式中，c混凝土压应变为混凝土压应变为c 时的混凝土压应力；时的混凝土压应力； fc混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值； 0混凝土压应力刚达到混凝土压应力刚达到fc 时的混凝土压应变，当计算的时的混凝土压应变，当计算的0 值小于值小于0.002时，取为时，取为0.002； cu正截面的混凝土极限压应变，当处于非均匀受压时，按公式正截面的混凝土极限压应变，当处于非均匀受压时，按公式(11-9)计算，如计算的计算，如计算的cu 值大于值大于0.0033，取为，取为0.0033；

53、当处于轴心受压时取为；当处于轴心受压时取为0 ； fcu,k混凝土立方体抗压强度标准值；混凝土立方体抗压强度标准值； n系数，当计算的系数，当计算的n 值大于值大于2.0时，取为时，取为2.0。(11-6a)(11-6b)(11-9)(11-7)(11-8)第27页/共191页 (4) 纵向受力钢筋的应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但其绝对值不应大于其相应的强度设计值。纵向受拉钢筋的极限拉应变取为纵向受力钢筋的应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但其绝对值不应大于其相应的强度设计值。纵向受拉钢筋的极限拉应变取为0.1。 由此可以得到单筋矩形截面的计算简图，如图由此可以得到单筋矩形截面的

54、计算简图，如图11.17所示。所示。图图11.17 单筋矩形截面的计算简图单筋矩形截面的计算简图 更进一步简化，我们可以将受压区混凝土的应力图形用一个等效的矩形应力图代替，如图更进一步简化，我们可以将受压区混凝土的应力图形用一个等效的矩形应力图代替，如图11.18所示。所示。 两个图形等效的条件是：混凝土压应力的合力大小相等；两图形中受压区合力的作用点位置不变。两个图形等效的条件是：混凝土压应力的合力大小相等；两图形中受压区合力的作用点位置不变。 受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算第28页/共191页 在图在图11.18(b)中，为受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强

55、度设计值的比值。其值按表中，为受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值。其值按表11-5取用。等效矩形应力图的计算受压区高度取用。等效矩形应力图的计算受压区高度x与按平截面假定确定的受压区高度与按平截面假定确定的受压区高度x0之间存在以下关系：之间存在以下关系： 1按表按表11-5取用。取用。 10 xx(11-10)图图11.18 单筋矩形截面混凝土的等效矩形应力图单筋矩形截面混凝土的等效矩形应力图受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算第29页/共191页2. 基本公式及其适用条件基本公式及其适用条件 根据图根据图11.18(b)所示的受力情况，由静力平衡方程

56、得：所示的受力情况，由静力平衡方程得： 1cysu1c0uys00,0,()2()2xf bxf AxMMMf bx hxMMf A h式中，式中， M设计弯矩；设计弯矩； fc混凝土轴心抗压设计强度；混凝土轴心抗压设计强度； fy钢筋的抗拉设计强度；钢筋的抗拉设计强度； As受拉钢筋截面面积；受拉钢筋截面面积； b截面宽度；截面宽度； x混凝土的受压区高度；混凝土的受压区高度； h0截面有效高度；截面有效高度； 1系数，按表系数，按表11-5取值。取值。(11-11)(11-12)(11-13)受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算第30页/共191页 为了使所设计的截面保持在适筋

57、梁的范围内，同时应满足以下两个条件：为了使所设计的截面保持在适筋梁的范围内，同时应满足以下两个条件： b1cbb0by ,fxxhf(11-14)(11-15) 满足上述条件，可保证截面不发生超筋破坏。如若不满足式满足上述条件，可保证截面不发生超筋破坏。如若不满足式(11-15)的要求，可以采用加大梁有效高度的要求，可以采用加大梁有效高度h0的方法提高其承载力。但梁的截面高度增加时也应该有个限度，通常钢筋混凝土矩形梁的的方法提高其承载力。但梁的截面高度增加时也应该有个限度，通常钢筋混凝土矩形梁的“宽高比宽高比”值值 不宜小于不宜小于 。bh15min 满足该条件，可保证截面不发生少筋破坏。式中

58、满足该条件，可保证截面不发生少筋破坏。式中min的取值为：的取值为： tminy45%0.2ff且(11-17)(11-16)受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算第31页/共191页3. 基本公式的应用基本公式的应用 单筋矩形截面受弯构件设计一般有两类问题，即截面设计和截面校核。单筋矩形截面受弯构件设计一般有两类问题，即截面设计和截面校核。 1）截面设计）截面设计 已知构件的材料、内力已知构件的材料、内力M ，确定截面尺寸及钢筋数量。，确定截面尺寸及钢筋数量。 此时应先选定钢筋等级、混凝土强度等级和截面尺寸，再利用公式计算钢筋用量。下面举例说明此类问题的解题步骤。此时应先选定钢筋等

59、级、混凝土强度等级和截面尺寸，再利用公式计算钢筋用量。下面举例说明此类问题的解题步骤。 【例例11.1】某矩形截面钢筋混凝土简支梁，计算跨度某矩形截面钢筋混凝土简支梁，计算跨度L0=6m，截面尺寸为，截面尺寸为bh=250mm650mm；环境类别为一级，承受均布活荷载标准值；环境类别为一级，承受均布活荷载标准值qk=21kN/m ，均布恒荷载标准值，均布恒荷载标准值gk=16kN/m (未包括自重未包括自重)。试确定梁受拉区所需纵向受力钢筋并绘出配筋图。试确定梁受拉区所需纵向受力钢筋并绘出配筋图。 解解 (1) 选择材料：选择材料： 混凝土强度等级采用混凝土强度等级采用C30，HRB335级钢

60、筋，查表可得级钢筋，查表可得fc=14.3N/mm2，fy=300N/mm2，ft=1.43N/mm2 且且11.0、10.8、b0.55。 由已知条件知，环境为一级，设钢筋为单排筋，则由已知条件知，环境为一级，设钢筋为单排筋，则as=35 mm，则梁的有效高度为，则梁的有效高度为h0=650-35=615mm受弯构件正截面承载力计算受弯构件正截面承载力计算第32页/共191页 (2) 内力计算：内力计算： 取结构重要性系数取结构重要性系数 01.0 恒荷载设计值：恒荷载设计值： 活荷载设计值：活荷载设计值： 梁跨中截面弯矩设计值的最大值为：梁跨中截面弯矩设计值的最大值为：ggk1.2(250