给排水工程结构学习教案

1、会计学1给排水工程给排水工程(gngchng)结构结构第一页，共293页。以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士结构。它主要指素混凝土结构、钢筋混凝土结构、和预应力混凝土结构。还有型钢混凝土结构、钢管混凝土结构等。 素混凝土结构是指不配置任何(rnh)钢材的混凝土结构。 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。第1页/共292页第二页，共293页。方法和结构设计构造措施方法和结构设计构造措施.第2页/共292页第三页，共293页。素混凝土结构(jigu)（Plain Concrete)素混凝土基础素混凝土第3页/共292页第四页，共293页。钢筋(gngjn)混凝土结构（Reinf

2、orced Concrete)第4页/共292页第五页，共293页。 预应力混凝土结构是指在结构构件制作时，在其受拉部位(bwi)人为地预先对混凝土施加压应力的混凝土结构。第5页/共292页第六页，共293页。第6页/共292页第七页，共293页。第7页/共292页第八页，共293页。 素混凝土梁的试验结果表明： （1）当荷载较小时，截面上的应变则同弹性材料的梁一样，沿截面高度呈直线(zhxin)分布； （2）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混凝土被拉裂，裂缝沿截面高度方向迅速开展，试件随即发生断裂破坏。 （3）破坏的性质：破坏是突然的，没有明显的预兆，属于脆

3、性破坏。 第8页/共292页第九页，共293页。第9页/共292页第十页，共293页。 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加。此时变形(bin xng)将相应发展，裂缝的数量和宽度也将增大。 受拉钢筋抗拉强度和受压区混凝土抗压强度都被充分利用时，试件才发生破坏。 破坏性质：试件破坏前，变形(bin xng)和裂缝都发展得很充分，呈现出明显的破坏预兆，属于塑性破坏。 第10页/共292页第十一页，共293页。第11页/共292页第十二页，共293页。 钢筋和混凝土是两种物理、力学性能很不相同的材料，它们可以相互结合共同工作的主要原因是：混凝土结硬后，能与

4、钢筋牢固地粘结在一起，相互传递内力。粘结力是这两种性质不同的材料能够共同工作的基础；钢筋的线膨胀系数为1.210-5-1，混凝土的为1.010-5-11.510-5-1，二者数值相近。因此.当温度变化时，钢筋与混凝土之间不会存在(cnzi)较大的相对变形和温度应力而发生粘结破坏。 第12页/共292页第十三页，共293页。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较高的承载力和较好的受力性能以外。与其他结构相比还具有下列优点：就地取材。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。砂和石料一般可以由建筑工地附近(fjn)供应。节约钢材。钢筋混凝土结构的承载力

5、较高。大多数情况下可用来代替钢结构，因而节约钢材。第13页/共292页第十四页，共293页。第14页/共292页第十五页，共293页。 钢筋混凝土结构的缺点： 自重大。钢筋混凝土的重度约为25kN/m3，比砌体和木材的重度都大。 抗裂性差。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。当裂缝数量较多和开展较宽时，还将给人造成不安全感。 施工的周期较长。受天气(tinq)的影响较大，需要较多的脚手架、模板。 补强维修较难。第15页/共292页第十六页，共293页。实际问题等待我们的同学们去探索和研究。实际问

6、题等待我们的同学们去探索和研究。第16页/共292页第十七页，共293页。二、钢筋混凝土材料的发展高强轻质 （1)混凝土材料强度大幅提高 到20世纪80年代初，在发达国家C60级混凝土已经普遍采用。 近年来国内外采用附加减水剂的方法(fngf)已制成强度为200 MPa以上的混凝土。 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。 （2）轻质混凝土的研究与应用 从20世纪60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，其重度为1418KN/m3。 第17页/共292页第十八页，共293页。 三、

7、在结构形式方面的发展 1.钢筋混凝土在高层建筑(o cn jin zh)中的应用 1976年建成的美国芝加哥水塔广场大厦达74层，高262米。朝鲜平壤的柳京大厦，105层，高305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C80C100。美国西雅图市的Two Union Square大厦（58层）60%的竖向荷载由中央四根直径为10英尺（3.05m）的钢管混凝土柱承受，钢管内填充的混凝土强度等级达C135。 第18页/共292页第十九页，共293页。 2.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。 从1925年德国第一次采用折板结构大

8、型(dxng)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应用。第19页/共292页第二十页，共293页。第20页/共292页第二十一页，共293页。第21页/共292页第二十二页，共293页。第22页/共292页第二十三页，共293页。3、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 工程(gngchng)实际情况是非常复杂的，建筑结构上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，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（GB50010-2002)、给水排水构筑物结构设计规范（GB5006

9、9-2002）的掌握、应用与不断探索创新的重要性。 第23页/共292页第二十四页，共293页。4、构造要求非常重要 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(kol)荷载效应。其他影响因素，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，在学习本课程时，除了要对各种计算公式了解和掌握以外，对于各种构造措施也必须给予足够的重视。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到满足。 第24页/共292页第二十五页，共293页。上海金茂大厦(dsh)，88层，382m第25页/共292页第二十六页，共293页。 竣工通车于1

10、991年12月1日的南浦大桥(nn p d qio)，总长8346米，通航净高46米，5.5万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“H”形的主桥塔高150米，上有邓小平同志亲笔书写的“南浦大桥(nn p d qio)”四个大字。 第26页/共292页第二十七页，共293页。 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，成为上海的一个门户特征。杨浦大桥于1993年10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(shni)，总长为7654米，跨径为602米，主桥长1172米，

11、犹如一道横跨浦江的彩虹，在世界同类型斜拉桥中雄居第一。 第27页/共292页第二十八页，共293页。第28页/共292页第二十九页，共293页。第一章 钢筋混凝土结构(jigu) 的材料性能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、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(cilio)的强度、混凝土的变形、钢筋与混凝土之间的相互作用粘结力等。它们是学习钢筋混凝土结构设计原理的基础。 第29页/共292页第三十页，共293页。度作为钢筋强度的限值强度指标。n钢筋(gngjn)的力学性能一、有屈服点的钢筋第30页/共292页第三十一页，共2

12、93页。121100%lll反映钢筋塑性(sxng)性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。伸长率是钢筋试件拉断后的伸长值与原长的比率。应按下式计算： 第31页/共292页第三十二页，共293页。钢筋(gngjn)的强度与变形 有明显屈服点的钢筋(gngjn)aabcdefua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 fycd为屈服台阶e为极限抗拉强度 fu fyfef为颈缩阶段(jidun)图1.1钢筋的应力(yngl)应变曲线第32页/共292页第三十三页，共293页。图1.2钢筋(gngjn)的颈缩 第33页/共292页第三十四页，共293页。无明显屈服点的钢

13、筋试件在试验机上进行拉伸试验得出(d ch)的典型应力应变曲线如图1.3所示。 实际设计中通常取相应于残余应变=0.2%时的应力0.2作为名义屈服点，即条件屈服强度。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极限强度作为主要指标。混凝土结构设计规范规定，条件屈服强度0.2取极限强度b的0.8倍，即：0.2=0.8b 二、无屈服点的钢筋(gngjn)第34页/共292页第三十五页，共293页。图1.3无明显(mngxin)屈服点钢筋 第35页/共292页第三十六页，共293页。1.钢筋的强度标准值混凝土结构设计规范（GB 500102002）规定，材料强度的

14、标准值应具有不少于95%保证率。热轧钢筋的强度标准值根据(gnj)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根据(gnj)极限抗拉强度确定，用fptk表示。普通钢筋、预应力钢筋的强度标准值见教科书。三、钢筋的强度(qingd)指标第36页/共292页第三十七页，共293页。2.钢筋的强度设计值在进行钢筋混凝土结构(jigu)构件承载力设计计算时，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材料分项系数s，按不同钢筋种类，分别取s=1.101.20。钢筋强度的标准值和设计值见教材。第37页/共292页第三十八页，共293页。普通(ptng)钢筋强度标

15、准值（N/mm2)第38页/共292页第三十九页，共293页。土的养护方法）等。n混凝土的基本强度指标有立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度三种。第39页/共292页第四十页，共293页。混凝土的强度(qingd)强度是指结构材料所能承受的某种极限应力。 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，故混凝土强度的增长也是早期快、后期慢，但到28d龄期(ln q)时强度的增长就不明显而趋于稳定。因此，规范以28d龄期(ln q)时混凝土的强度为基准。 第40页/共292页第四十一页，共293页。 1.混凝土强度等级立方体抗压强度fcu混凝土强度等级应按立方体抗压强

16、度标准值确定。我国混凝土强度等级的确定方法是：用边长为150mm的立方体标准试件，在标准试验条件下养护28d，并用标准试验方法（C30以下的加载速度控制在0.30.5MPa/s范围；C30以上(yshng)的加载速度控制在0.50.8MPa/s范围。两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度，用符号fcuk表示。 一、 混凝土的抗压强度(kn y qin d)第41页/共292页第四十二页，共293页。 2.轴心抗压强度fc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混凝土强度水平和品质的标准。试验表明：用高宽比为23的棱柱体（150mm150m

17、m300mm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主的混凝土抗压强度，称为(chn wi)轴心抗压强度，用符号fc表示。 第42页/共292页第四十三页，共293页。混凝土的抗拉性能很差。混凝土的抗拉强度一般只有抗压强度的1/201/8，且不与抗压强度成正比。混凝土轴心抗拉强度取棱柱体（100mm100mm500mm，两端埋有钢筋(gngjn)）的抗拉极限强度为轴心抗拉强度。因该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。混凝土构件的开裂、变形以及受剪、受扭、受冲切等承载力均与抗拉强度有

18、关。二、混凝土的轴心(zhu xn)抗拉强度第43页/共292页第四十四页，共293页。 1.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给出了混凝土强度标准值，详见教科书。 2.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的材料分项系数(xsh)c，规范规定c=1.4，即fc=fck/c，ft=ftk/c。ft、fc见教科书。三、混凝土的强度(qingd)指标第44页/共292页第四十五页，共293页。混凝土的变形(bin xng)混凝土变形有两类： 一类是荷载作用下的受力变形，包括一次短期(dun q

19、)加荷时的变形、多次重复加荷时的变形、长期荷载作用下的变形； 另一类是体积变形，包括收缩、膨胀和温度变形。 第45页/共292页第四十六页，共293页。 1.混凝土在一次短期加荷时的应力(yngl)应变关系混凝土在一次短期加荷时的应力(yngl)应变关系可通过对混凝土棱柱体的受压或受拉试验测定。混凝土受压时典型的应力(yngl)应变曲线如图所示。请见教科书。 混凝土受拉时的应力(yngl)应变曲线的形状与受压时相似。对应于抗拉强度ft的应变ct很小，计算时可取ct=0.0015。一、混凝土的弹性模量(tn xn m lin)第46页/共292页第四十七页，共293页。2.混凝土的弹性模量混凝土

20、的应力与其(yq)弹性应变ce之比值称为混凝土的弹性模量，用符号Ec表示。根据大量试验结果，混凝土规范采用以下公式计算混凝土的弹性模量： 混凝土的剪变模量是指剪应力和剪应变的比值，即： 5210(/)2.234.7/ccuEN mmfcG第47页/共292页第四十八页，共293页。第48页/共292页第四十九页，共293页。混凝土受压后除产生瞬时压应变外，在维持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。混凝土的徐变对混凝土结构构件的受力性能有重要(zhngyo)的影响：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减小的应力重分布

21、现象产生；在预应力混凝土结构构件中引起预应力损失等。 二、混凝土的徐变第49页/共292页第五十页，共293页。影响混凝土徐变的主要因素有：（1） 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，徐变就越小。（2） 配合(pih)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。（3） 构件浇捣愈密实，养护条件愈好，徐变愈小；反之，徐变愈大。第50页/共292页第五十一页，共293页。图1.9混凝土的徐变曲线(qxin) 第51页/共292页第五十二页，共293页。混凝土在空气中凝结硬化时，体积减小的现象称为收缩变形。其规律见图1.10所示。 收缩变形是一种非受力

22、变形；而徐变变形只有在受力达到一定(ydng)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：（1）水泥用量愈多，水灰比愈大，收缩愈大。（2）高标号水泥制成的混凝土构件收缩大。三、 混凝土的收缩(shu su)变形第52页/共292页第五十三页，共293页。第53页/共292页第五十四页，共293页。图1.10混凝土的收缩(shu su)变形 第54页/共292页第五十五页，共293页。和其它许多材料一样，当温度(wnd)发生变化时混凝土的体积也具有热胀冷缩的性质。混凝土结构设计规范规定，当温度(wnd)在0到100范围内时，混凝土线膨胀系数c可采用110-5/。温度(wnd)变形能使

23、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虑温度(wnd)应力的影响。 四、 温度(wnd)变形第55页/共292页第五十六页，共293页。混凝土的选用(xunyng)给水排水工程构筑物结构设计规范（GB50069-2002）规定：贮水或水处理(chl)构筑物、地下构筑物的混凝土强度等级不应低于C25。高于一般房屋建筑结构的最低要求，可以理解为水池等构筑物所处的环境类别至少是二a类。 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理(chl)钢筋作预应力筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。 第56页/共292页第五十七页，共293页。粘结力的

24、概念(ginin)和作用第57页/共292页第五十八页，共293页。图1.11钢筋(gngjn)与混凝土之间的粘结 第58页/共292页第五十九页，共293页。粘结力的测定(cdng)粘结力的测定一般(ybn)采用拔出试验方法，如图3.12所示。粘结强度f可由下式计算根据拔出试验可知：（1） 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，且随拔出力的大小而变； Pfdl第59页/共292页第六十页，共293页。（2） 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；（3） 粘结强度随混凝土强度等级的提高(t go)而增大；（4） 变形钢筋的粘结强度比光面钢筋的

25、大；但若在光面钢筋末端做弯钩，则拔出力大大提高(t go)。 第60页/共292页第六十一页，共293页。图3.12钢筋(gngjn)拔出试验中粘结应力分布图 第61页/共292页第六十二页，共293页。规范根据拔出试验给出受拉钢筋的基本锚固长度为其中，锚固钢筋的外形系数按表1.1取值。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(xngsh)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。 保证钢筋(gngjn)和混凝土之间粘结力的措施 一、纵向受拉钢筋的基本(jbn)锚固长度yatfldf第62页/共292页第六十三页，共293页。表1.1锚固钢筋的外形(wi

26、 xn)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第63页/共292页第六十四页，共293页。钢筋的连接可分为两类：绑扎搭接、机械连接或焊接。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25%，当工程中确有必要增大时，对于梁内构件也不应大于50%，对板类、墙类及柱类构体，可根据实际情况(qngkung)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300mm）： l1=la 纵向受拉钢筋搭接长度修正

27、系数按表3.2采用。 二、纵向(zn xin)受力钢筋的连接第64页/共292页第六十五页，共293页。规范规定，两搭接接头的中心距应不小于1.3l1（见图1.14），否则，则认为两搭接接头属于同一搭接范围。 对于纵向受压钢筋(gngjn)，其搭接长度不应少于0.7l1，且不小于200mm。 近年来采用机械方式进行钢筋(gngjn)连接的技术已很成熟，如锥螺连接、挤压连接等。 在纵向受力钢筋(gngjn)搭接长度范围内应加密配置箍筋，见图1.15，其直径不应小于搭接钢筋(gngjn)较大直径的0.25倍。 第65页/共292页第六十六页，共293页。表1.2纵向受拉钢筋搭接(d ji)长度修正

28、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第66页/共292页第六十七页，共293页。图1.14钢筋(gngjn)搭接接头的间距 第67页/共292页第六十八页，共293页。图1.15受力钢筋搭接(d ji)处箍筋加密 第68页/共292页第六十九页，共293页。第二章 结构设计基本(jbn)规定 本章阐述国家标准规定的按近似概率理论的极限状态设计法。简述结构上的作用(zuyng)、结构的可靠性，荷载标准值、作用(zuyng)效应标准值，极限状态设计表达式。第69页/共292页第七十页，共293页。第70页/共292页第七十

29、一页，共293页。 荷载的分类 按作用时间的长短和性质，荷载分为(fn wi)三类： 1.永久荷载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忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。 2.可变荷载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。 3.偶然荷载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载。第71页/共292页第七十二页，共293页。 荷载的标准值 1.定义 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荷载值 2.确定方法 a.结构的自重可根据结构的设计尺寸和材料的重力密度(md)确定

30、； b.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； 第72页/共292页第七十三页，共293页。安全等级安全等级破坏后的影响程度破坏后的影响程度 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第73页/共292页第七十四页，共293页。 2.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构或结构构件不需要进行大修(d xi)即可按达到其预定功能的使用时期。 设计年限可按建筑结构可靠度设计统一标准确定，也可经过主管部门的批准按业主的要求确定。一般建筑结

31、构（包括给水排水构筑物）的设计使用年限为50年。 注意：区别建筑物的设计使用年限与建筑物的使用寿命。第74页/共292页第七十五页，共293页。3. 结构(jigu)的功能第75页/共292页第七十六页，共293页。第76页/共292页第七十七页，共293页。第77页/共292页第七十八页，共293页。结构(jigu)的可靠性可靠性安全性、适用性和耐久性的总称 就是指结构(jigu)在规定的使用期限内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构(jigu)功能的能力。 结构(jigu)可靠性越高，建设造价投资越大。 如何在结构(jigu)可靠与经济之间取得均衡，就是设计

32、方法要解决的问题。第78页/共292页第七十九页，共293页。 显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。 规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是国家法律。 设计人员可以根据具体工程的重要程度(chngd)、使用环境和情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。 经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考虑维修，损失及修复的费用第79页/共292页第八十页，共293页。 为了科学定量的表示(biosh)结构可靠性的大小，采用概率方法是比较合理的。 结构的可靠概率也称为结构可靠度。更确切地说，结构在规定的时间内，规定的条件下，完成顶定功

33、能的概率称为结构可靠度。失效概率越小，表示(biosh)结构可靠性越大。 当失效概率Pf小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小而不再担心，即可认为结构设计是可靠的。第80页/共292页第八十一页，共293页。 作用(zuyng)效应S的不确定性就主要取决于结构上作用(zuyng)Q的不确定性 不同的荷载，其变异情况不同。根据统计分析可以确定一个具有一定保证率（如95%）的上限荷载分位值，该特征值称为荷载标准值（符号(fho)Gk，Qik）。 按荷载标准值确定的荷载效应，称为荷载效应标准值Sk 有多个可变荷载同时作用的情况，考虑到它们同时达到标准值的可能性较小，考虑荷载组合系数y，n2ikiQ

34、iQik11QkGkQCQCGCS第81页/共292页第八十二页，共293页。二、结构(jigu)抗力标准值Rk)(0，hbAffRRsskckkRS kSSS作用效应(xioyng)设计值s作用效应(xioyng)分项系数三、作用效应(xioyng)设计值、结构抗力设计值第82页/共292页第八十三页，共293页。RkRR结构抗力(kn l)设计值R结构抗力(kn l)分项系数n2ikiQiQiQik11Q1QkGGQCQCGCS)hbAff(RRR0ssskcckRk，第83页/共292页第八十四页，共293页。)hbAff(RQCQCGC0sskcckn2ikiQiQiQik11Q1Qk

35、GG0，四、规范规定(gudng)的设计表达式0 结构重要性系数(xsh)，根据安全等级分别不应小于1.1；1.0；0.9RS0第84页/共292页第八十五页，共293页。五、材料强度(qingd)设计值cckcffsykyff混凝土强度(qingd)设计值（ N/mm2）混 凝 土 强 度 等 级强度(qingd)种类符号C15C20C25C30C35C40轴心抗压强度fc7.29.611.914.316.719.1轴心抗拉强度ft0.911.101.271.431.571.71混 凝 土 强 度 等 级C45C50C55C60C65C70C75C8021.223.125.327.529.7

36、31.833.835.91.801.891.962.042.092.142.182.22表4.3 普通钢筋强度设计值（ N/mm2）RRB400(20MnSi)种 类符号fyyfHPB235(Q235)210210HRB335(20MnSi)300300热轧钢筋HRB400(20MnSiV、 20MnSiNb、 20MnTi)360360第85页/共292页第八十六页，共293页。第86页/共292页第八十七页，共293页。第87页/共292页第八十八页，共293页。第88页/共292页第八十九页，共293页。第89页/共292页第九十页，共293页。第90页/共292页第九十一页，共293页

37、。第91页/共292页第九十二页，共293页。minjjkQjQjckQQikGiGiQCQCGCS121113-2 极限状态计算(j sun)规定第92页/共292页第九十三页，共293页。n可变作用的组合值系数，可取0.90计算。Gi、QjQ1c第93页/共292页第九十四页，共293页。第94页/共292页第九十五页，共293页。混凝土结构(jigu)的环境类别第95页/共292页第九十六页，共293页。第96页/共292页第九十七页，共293页。第97页/共292页第九十八页，共293页。第四章 受弯构件(gujin)正截面受弯承载 力计算 试验研究(ynji)的主要结论 结构计算(j

38、 sun)的基本假定 矩形、T形截面受弯承载力计算受弯构件的基本构造第98页/共292页第九十九页，共293页。一、受弯构件的截面形状(xngzhun)、尺寸 与构件的计算轴线相垂直的截面称为正截面。结构和构件要满足承载能力极限(jxin)状态和正常使用极限(jxin)状态的要求。梁、板正截面受弯承载力计算就是从满足承载能力极限(jxin)状态出发的，即要求满足 MMu 式中的M是受弯构件正截面的弯矩设计值，它是由结构上的作用所产生的内力设计值；Mu是受弯构件正截面受弯承载力的设计值，它是由正截面上材料所产生的抗力。 第99页/共292页第一百页，共293页。第100页/共292页第一百零一页

39、，共293页。 2)梁的高度采用h250、300、350、750、800、900、1000mm等尺寸。800mm以下(yxi)的级差为50mm，以上的为l00mm。 3)现浇板的宽度一般较大，设计时可取单位宽度(b=1000mm)进行计算。 3、材料(cilio)选择 1）混凝土强度等级，梁、板常用的混凝土强度等级是C25、C30、C35、C40。 2）钢筋强度等级及常用直径 ，梁中纵向受力钢筋宜采用HRB400级或RRB400级(级)和HRB335级(级)，常用直径为12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm和25mm。第101页/共292页第一百零二页，共293页。 3）梁

40、的箍筋宜采用HPB235级(级)、HRB335(级)和HRB400(级钢筋)级的钢筋，常用直径是6mm、8mm和10mm。 4）板的分布钢筋，当按单向板设计时，除沿受力方向(fngxing)布置受力钢筋外，还应在垂直受力方向(fngxing)布置分布钢筋。分布钢筋宜采用HPB235级(级)和HRB335级(级)级的钢筋，常用直径是6mm和8mm。 第102页/共292页第一百零三页，共293页。 5）纵向受拉钢筋的配筋百分率 设正截面上所有(suyu)纵向受拉钢筋的合力点至截面受拉边缘的竖向距离为as，则合力点至截面受压区边缘的竖向距离h0has。这里，h是截面高度，下面将讲到对正截面受弯承载

41、力起作用的是h0，而不是h，所以称h0为截面的有效高度，称bh0为截面的有效面积，b是截面宽度。 第103页/共292页第一百零四页，共293页。0bhAs第104页/共292页第一百零五页，共293页。 5）混凝土保护层厚度 纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离，称为(chn wi)混凝土保护层厚度，用c表示。 混凝土保护层有三个作用：保护纵向钢筋不被锈蚀；在火灾等情况下，使钢筋的温度(wnd)上升缓慢；使纵向钢筋与混凝土有较好的粘结。 第105页/共292页第一百零六页，共293页。弯筋箍筋PP剪力引起的斜裂缝弯矩引起的垂直裂缝架立第106页/共292页第一百零七页，共293页。受弯构

42、件：指截面上通常有弯矩和剪力共同作用而轴力可以(ky)忽略不计的构件(图3-1)。 梁和板是典型的受弯构件。它们是土木工程中数量最多、使用面最广的一类构件。第107页/共292页第一百零八页，共293页。肋形结构：图3-4，板不但将其上的荷载传递给梁，而且(r qi)和梁一起构成形或倒L形截面共同承受荷载。 图3-4 现浇梁板结构的截面形状二、受弯构件的破坏形式(xngsh) 两种主要的破坏：正截面破坏（一种沿弯矩最大的截面破坏图3-5a)；斜截面破坏（一种沿剪力最大或弯矩和剪力都较大的截面破坏图3-5b)T形梁倒L形梁第108页/共292页第一百零九页，共293页。进行受弯构件设计时： 既要

43、保证构件不得沿正截面发生破坏只要(zhyo)保证构件不得沿斜截面发生破坏 ，因此要进行正截面承载能力和斜截面承载能力的计算。第109页/共292页第一百一十页，共293页。 As0bhAs第110页/共292页第一百一十一页，共293页。 构件的破坏特征取决于配筋率、混凝土的强度等级、截面形式等诸多因素，但是以配筋率对构件破坏特征的影响最为明显，试验表明随着配筋率改变，构件的破坏特征发生质的变化。1.少筋破坏（min）。构件承载能力很低，只要其一开裂，裂缝就急速开展.裂缝截面处的拉力全部由钢筋承受 ，钢筋由于突然增大的应力而屈服.构件立即发生破坏(图3-7a).这种破坏具有明显的脆性(cuxn

44、g)性质。 第111页/共292页第一百一十二页，共293页。 2.适筋破坏（ min max）。构件的破坏首先是由于受拉区纵向受力钢筋屈服.然后(rnhu)受压区混凝土被压碎，钢筋和混凝土的强度都得到充分利用。这种破坏前有明显的塑性变形和裂缝预兆.破坏不是突然发生的，呈塑性性质(图3-7b)。第112页/共292页第一百一十三页，共293页。 3.超筋破坏（max）。构件的破坏是由于受压区的混凝土被压碎而引起，受拉区纵向受力钢筋(gngjn)没有达到屈服强度，而且当混凝土压碎时，破坏突然发生，钢筋(gngjn)的强度得不到充分利用，破坏带有脆性性质(图3-7c)。 界限破坏：适筋破坏的特例，

45、 当max时，当受拉钢筋(gngjn)达到屈服强度的同时，受压区混凝土压碎。即当受拉钢筋(gngjn)达到屈服时，受压混凝土也同时达到其抗压强度（受压区混凝土边缘达到极限压应变）。 第113页/共292页第一百一十四页，共293页。 试验证明，对于配筋量适中的受弯构件，从开始加载到正截面完全破坏，截面的受力状态(zhungti)可以分为下面三个大的阶段第一阶段未裂阶段。当荷载很小时，截面上应力与应变成正比，应力分布为直线, 称为第阶段。当荷载增大到某一数值时，受拉区边缘的混凝土达其实际的抗拉强度和拉极限应变值、截面处在开裂前的临界状态(zhungti)，这种受力状态(zhungti)称为第a阶

46、段第114页/共292页第一百一十五页，共293页。 第二阶段从截面开裂到受拉区纵向受力钢筋开始屈服的阶段。截面受力达a阶段后，荷载只要稍许增加截面立即开裂，截面上应力发生重分布，裂缝处混凝土不再承受拉应力，钢筋的拉应力突然增大，受压区混凝土出现明显的塑性变形，应力图形呈曲线。荷载继续增加，裂缝进一步开展，钢筋和混凝土的应力不断增大。当荷载增加到某一数值时，受拉区纵向受力钢筋开始屈服，钢筋应力达到其屈服强度。这种特定(tdng)的受力状态称为a阶段。 第115页/共292页第一百一十六页，共293页。第116页/共292页第一百一十七页，共293页。habAsh0 xnecesfxnecesf

47、MAshabh0habAsh0exncesfMcrMftsss第117页/共292页第一百一十八页，共293页。habAsh0 xnecesfbhaAsh0ecxnesfMfyhabAsh0 xnecesfMyfyMufsss第118页/共292页第一百一十九页，共293页。 基本假定：（1）平截面假定：截面应变保持平面；（2）不考虑混凝土的抗拉强度；（3）钢筋、混凝土的应力-应变关系为已知；（4）纵向钢筋应力等于钢筋应变与弹性模量的乘积，其绝对值不应大于相应(xingyng)的设计强度，纵向受拉钢筋的极限拉应变取为0.01。 截面抗裂验算是建立在第a阶段的基础之上，构件使用阶段的变形和裂缝宽

48、度的验算是建立在第阶段的事础之上，而截面的承载力计算则是建立在第a阶段的基础之上的。 第119页/共292页第一百二十页，共293页。 单筋矩形截面-在截面的受拉区配有纵向受力钢筋的矩形截面，称为单筋矩形截面。 双筋矩截面-不但在截面的受拉区，而且在截面的受压区同时配有纵向受力钢筋的矩形截面，称为双筋矩形截面。 需要说明的是，为了(wi le)构造上的原因(例如为了(wi le)形成钢筋骨架)，梁的受压区通常也需要配置纵向钢筋，这种纵向钢筋称为架立钢筋。第120页/共292页第一百二十一页，共293页。 架立钢筋是根据构造要求设置，通常直径较细、根数较少；而受力钢筋则是根据受力要求按计算设置，

49、通常直径较粗、根数较多。受压区配有架力钢筋的截面(jimin)，不属于双筋截面(jimin)。第121页/共292页第一百二十二页，共293页。2dcaahhss01cfbx=xcfaxzCfyuAsMMsAuyfCz图4-7 等效矩形应力图形h0(a)(b)assah1cf第122页/共292页第一百二十三页，共293页。 所谓“等效”，是指这两个(lin )图形不但压应力合力的大小相等，而且合力的作用位置完全相同。 按等效矩形应力图形计算的受压区高度x与按平截面假定确定的受压区高度xa之间的关系为 =1a系数1和1的取值见表3-2。混凝土强度等级C50C55C60C65C70C75C801

50、1.000.990.980.970.960.950.941 0.800.790.780.770.760.750.74表3-2 系数(xsh)1和1 第123页/共292页第一百二十四页，共293页。00()()22cysucysf bxf AxxMMf bx hf Ah10 x0M1cfbx=xcfaxzCfyuAsMMsAuyfCz图4-7 等效矩形应力图形h0(a)(b)assah1cf第124页/共292页第一百二十五页，共293页。正 截 面 平 截 面 假 定 应 变 图图 4-8 ycubx0h适 筋界 限 破 坏超 筋aycucubahxeee0scuyabEfex11第125页

51、/共292页第一百二十六页，共293页。0hxbbx令abbxx1scuybEfex11当混凝土强度(qingd)等级不大于C50时，取 代入得 80003301.cue及sybE.f.00330180 x第126页/共292页第一百二十七页，共293页。基本(jbn)公式的适用条件0max02,max,max0,max bbscbyuscssxhAfbhfMMf bhxxxx或或防止超筋脆性(cuxng)破坏防止少筋脆性(cuxng)破坏 bhAsmin受弯构件正截面受弯承载力计算包括截面设计、截面复核两类问题。 第127页/共292页第一百二十八页，共293页。()()0sysyc10ss

52、sssc120shfMA,ffbhA21121,2115.01fbhMxxxx或有：可求得：第128页/共292页第一百二十九页，共293页。()min0sss0syssbssss20c1ssbhAA)5(AhfMAA4:3211,21121)2(bhfM)1(xxx计算并检验用实际的判断：选钢筋得实际的：）求（？（适筋范围）是否满足判断）（：求：求第129页/共292页第一百三十页，共293页。0smaxbhAbhAsmin第130页/共292页第一百三十一页，共293页。cd25dcahh0cd25ccd25cd1.5d30a301.5d0hhss图4-2 梁中受力钢筋间距注意(zh y)

53、第131页/共292页第一百三十二页，共293页。 我国混凝土设计规范（GB50010-2002)规定： 受弯构件、偏心受拉、轴心受拉构件，其一侧纵向(zn xin)受拉钢筋的配筋率不应小于0.2和45ft/fy中的较大值； 详见教科书。第132页/共292页第一百三十三页，共293页。naa简支梁的净跨度(kud)与计算跨度(kud)nnl05. 1all第133页/共292页第一百三十四页，共293页。 双筋截面是指同时配置(pizh)受拉和受压钢筋的情况。A sA s受压钢筋(gngjn)受拉钢筋第134页/共292页第一百三十五页，共293页。 一般来说在正截面受弯中，采用纵向受压钢筋

54、协助混凝土承受压力是不经济(jngj)的，工程中从承载力计算角度出发通常仅在以下情况下采用： 弯矩很大，按单筋矩矩形截面计算所得的大于b，而梁截面尺寸受到限制，混凝土强度等级又不能提高时。 ()20c1bbmaxbhf5 . 01MMxx当不满足(mnz)注意(zh y)第135页/共292页第一百三十六页，共293页。基本(jbn)公式00()()2cysysucyssf bxf Af AxMMf bx hf A ha 双筋矩形截面梁承载力计算图式图4-9(c)(b)(a)212x-h0s-a0hfyuAsMsAyfxfyuAsMfyAsMsAuyfx12fc11fcbx1cfbxfc1as

55、as第136页/共292页第一百三十七页，共293页。2121sssuuuAAAMMM令0hxbx()bbcmaxu.bhfMMxx501201112uuuMMM()sybbcsyusahf.bhfMahfMA020102501xxsybcysAfhbffA011x第137页/共292页第一百三十八页，共293页。适用(shyng)条件防止超筋脆性(cuxng)破坏002 sxahha或 保证受压钢筋(gngjn)强度充分利用 提问：双筋截面会不会出现少筋破坏？min11max0bb;hx;xxx第138页/共292页第一百三十九页，共293页。挖去中和轴 受弯构件在破坏时，大部分受拉区混凝土

56、早已退出工作，故将受拉区混凝土的一部分去掉。只要把原有的纵向受拉钢筋集中布置在梁肋中，截面的承载力计算值与原有矩形截面完全相同。 受拉钢筋较多，可将截面底部宽度适当增大，形成(xngchng)工形截面。工形截面的受弯承载力的计算与T形截面相同。第139页/共292页第一百四十页，共293页。fhxfhxfhx第一类T形截面(jimin)第二类T形截面(jimin)界限(jixin)情况 分类第140页/共292页第一百四十一页，共293页。第一类T形截面(jimin)计算公式与宽度等于bf的矩形截面(jimin)相同)2(0 xhxbfMAfxbffcsyfc基本(jbn)公式第一类T形截面计

57、算应力图形图4-13fc1xbxcf1h0-x2MufyAssAbbfhfh0has第141页/共292页第一百四十二页，共293页。第二类T形截面(jimin)图4-14第二类T形截面受弯承载力计算图示1fcbx1fcf-b)b(21bfashbsAx0hh0 xAsbhfbbfhfashbsAx0h2211(bb)-ffh1fcsAyfuM2x-0hbxcf11fcsAyfuM2-0hcf1MufyAscf1fhsahffhhf第142页/共292页第一百四十三页，共293页。 bxfc1)2hh(h)bb(ff0ffc1ffc1h)bb(fsyAf)2xh(bxfM0c1u基本(jbn)

58、公式ffcsyhbbfAf112011fffcuhhhbbfM21uuuMMM21sssAAA第143页/共292页第一百四十四页，共293页。bxfAfc12sy2012xhbxfMcumax,120max,1max010 sscsycbsbbbhfMffbhAhxxxxx或或基本公式的适用(shyng)条件注意(zh y)第144页/共292页第一百四十五页，共293页。截面(jimin)设计 一般截面尺寸(ch cun)已知，求受拉钢筋截面面积As，故可按下述两种类型进行： 1)第一种类型，满足下列(xili)鉴别条件 uMM 2f0ffc1hhhbfM2)第二种类型，满足下列鉴别条件u

59、MM 2f0ffc1hhhbfM计算方法同单筋矩形截面第145页/共292页第一百四十六页，共293页。取21MMM()2f0ffc11hhhbbfM2012xhfbxM()yffc1s1fhbbfA()xx5 . 0120c112bhfMMMAs2 ？()s2yffc1s2s1sAfhbbfAAA验算(yn sun) 0bhxx第146页/共292页第一百四十七页，共293页。T形及倒L形截面受弯构件(gujin)翼缘计算宽度bf第147页/共292页第一百四十八页，共293页。第148页/共292页第一百四十九页，共293页。截面(jimin)复核 1)第一种类型(lixng) 当满足按

60、矩形梁的计算方法求Mu。0f hbsffc1y hbfAf2)第二种类型(lixng) 是y1cff s f Af bh()yffc1s1fhbbfA？第149页/共292页第一百五十页，共293页。 s1ss2AAA022bhAsc1y2ffx2f0s1yu1hhAfM()xx5 . 01su2u1uMMMMuM ?20c1su2bhfM第150页/共292页第一百五十一页，共293页。第五章 受弯构件(gujin)的斜截面承载力 受弯构件斜截面破坏的概念 斜截面受剪破坏的主要影响(yngxing)因素 斜截面受剪承载力计算公式与适用范围 保证斜截面受弯承载力的构造措施第151页/共292页