砼设计原理-施工员培训11

1、混凝土结构设计原理n绪论n粘结、锚固与耐久性n钢筋和砼材料力学性能n受弯构件正截面承载力n受弯构件斜截面承载力n拉压构件的承载力第一章 绪论一、混凝土结构的概念和特点 1. 一般概念PPPP素混凝土梁承载力小，破坏突然。钢筋混凝土梁承载力大，变形性能好，破坏有预告。一、混凝土结构的概念和特点 1. 一般概念PP钢筋（加筋） +混凝土钢筋混凝土结构（构件）拉压性能均好抗压性能好利用混凝土抗压，钢筋受拉（利用材料性能）钢筋混凝土结构不是钢筋和混凝土之间的任意组合。组合原则：发挥钢筋抗拉、抗压强度高的特点；发挥混凝土抗压强度高，避免抗拉强度低的弱点。一、混凝土结构的概念和特点 1. 一般概念板PPP

2、Pee柱简支梁PPPP连续梁素混凝土梁素混凝土梁钢筋混凝土梁：受拉区配钢筋混凝土梁：受拉区配2 2 2020钢筋钢筋F FF=13.4KN F=13.4KN 截面开裂并破坏截面开裂并破坏Fcr=15 KN Fcr=15 KN 截面开裂截面开裂; ; Fu=87KN Fu=87KN 截面破坏。截面破坏。200200300300F F2002003003002 2 2020梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。示例示例ft一、混凝土结构的概念和特点 2. 混凝土和钢筋共同工作的原因* 混凝土和钢筋之间有良好的工作性能，两者可靠地结合在一起，混凝土和钢筋之间有良

3、好的工作性能，两者可靠地结合在一起，可共同受力，共同变形可共同受力，共同变形 ；* 两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的温度线膨胀系数很接近，避免产生较大的温度应力破坏两者的粘结力，混凝土：两者的粘结力，混凝土：1.01.510-5 ，钢筋：，钢筋： 1.2 10-5 ；* 混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化混凝土包裹在钢筋的外部，可使钢筋免于腐蚀或高温软化 ；PP一、混凝土结构的概念和特点 3. 混凝土结构的组成柱下基础楼板柱梁梁墙楼梯墙下基础地下室底板一、混凝土结构的概念和特点 4. 常见混凝土构件形式 材料利用合理：钢筋和混凝土的材料强度可以得到充

4、分发挥，结构承载力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题，对于一般工程结构，单位应力价格低。 可模性好：混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳等。 耐久性和耐火性较好，维护费用低：钢筋有混凝土的保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长；混凝土是不良热导体，30mm厚混凝土保护层可耐火2小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。一、混凝土结构的概念和特点 5.混凝土结构的优点 现浇混凝土结构的整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。 刚度大、阻尼大，有利于结构的变形控制。 易于就地取材：混

5、凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，近年来，已有利用工业废料来制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。一、混凝土结构的概念和特点 6.混凝土结构的优点 自重大：不适用于大跨、高层结构。 抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差时会影响耐久性；也限制了普通RC用于大跨结构。 承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太大，减小使用空间。 施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。 混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。一、混凝土结构的概念和特点 7.混凝土结构的缺点PP(6)隔热隔声性能差,随着科技不断

6、发展，正逐渐被克服。二、混凝土结构的发展 1.钢筋混凝土结构的诞生* 1824年，英国人年，英国人J. Aspdin 发明了波特兰水泥，有了混凝土；发明了波特兰水泥，有了混凝土； * 1849年，法国人年，法国人Joseph Louis Lambot 用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船小船-最早的钢筋混凝土结构；最早的钢筋混凝土结构； * 1861年，法国花匠年，法国花匠J. Monier 用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后又申请了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利又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

7、土结构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；发明者； PP* 1884年，德国人年，德国人Wayss, Bauschingger和和Koenen等提出了钢筋应配置在构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。渐得到了推广应用。*1895年在俄国首先提出砼强度和水灰比关系；年在俄国首先提出砼强度和水灰比关系；1920年美国人发明了在年美国人发明了在

8、圆形结构上施加预应力的方法；圆形结构上施加预应力的方法；19301960年之间，英国人提出和发展年之间，英国人提出和发展了部分预应力的概念。了部分预应力的概念。二、混凝土结构的发展 2.材料方面的发展强度不断提高强度不断提高 美国美国60年代混凝土抗压强度平均值：年代混凝土抗压强度平均值：28N/mm2，70年代年代 ：42N/mm2，有特，有特殊需要时：殊需要时：40N/mm2100 N/mm2，试验室中：，试验室中：266 N/mm2；轻质混凝土的应用轻质混凝土的应用 容重一般为：容重一般为：14kN/m318kN/m3(普通混凝土为普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝土、，加气混凝土、

9、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等；陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等；无砂混凝土无砂混凝土 只有粗骨料，无细骨料；只有粗骨料，无细骨料；FRP筋的应用筋的应用 用用FRP(Fiber Reinforced Plastic)筋代替钢筋。筋代替钢筋。二、混凝土结构的发展 3.结构方面的发展PPPP预应力混凝土结构的应用预应力混凝土结构的应用 在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，减轻构件的自重土结构的抗裂度，减轻构件的自重结构体系的丰富结构体系的丰富 不同用途、不同结构功能具有相应的结构不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土

10、结构、钢与混凝土的组合结构、体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构、FRP混凝土及预应力混凝土结构等混凝土及预应力混凝土结构等二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展设计方法允许应力设计法破坏阶段设计法极限状态设计法半经验半概率法近似概率法全概率法生命全过程设计法材料力学的方法按经验法确定安全系数二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展结构基本理论-如何设计一个新结构荷载的确定方法荷载的确定方法结构的力学分析：线性和非线性结构的力学分析：线性和非线性构件的承载力计算、设计方法和构造措施构件的承载力计算、设计方法和构造措施未来的方向：计算机的应用与发展，结构整未来的方向：计算机的应用与发

11、展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用体空间作用分析方法的完善与应用二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展结构基本理论-旧结构的维护、改造与加固（80年代中期发展起来）承载力计算承载力计算耐久性评估耐久性评估寿命预测寿命预测损伤分析损伤分析加固理论加固理论修复理论修复理论灾害评估等灾害评估等二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展结构基本理论-计算机仿真技术的应用 二、混凝土结构的发展 4.理论研究方面的发展结构基本理论-结构试验技术的完善三、混凝土结构的应用 1.房屋工程我国超过100m高的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或为混凝土和钢的组合结构混凝土组合柱组合楼板钢柱组合梁组合桁

12、架钢筋混凝土筒体三、混凝土结构的应用 2.交通工程隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。如1994年建成的上海内环线浦西段高架公路，以及与之相连的南浦大桥、杨浦大桥的塔架，1995年建成英吉利海峡隧道等。三、混凝土结构的应用 3.水利工程大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构；瑞士大狄克桑期坝，1962年，高285m，世界最高的混凝土重力坝；我国湖北宜昌三峡大坝，高186m，装机容量1786千瓦；三、混凝土结构的应用 4.特种工程核电站的安全壳、热电厂的冷却塔、储水池、储气灌、海洋石油平台、电视塔等四、本课程的目的和学习方法 1.目的是土木工程专业的一门主要专业基础课

13、是土木工程专业的一门主要专业基础课混凝土结构构件的受力性能和力学分析方法；混凝土结构构件的受力性能和力学分析方法；混凝土结构构件的设计方法；混凝土结构构件的设计方法；现有混凝土结构构件的性能评估；现有混凝土结构构件的性能评估；四、本课程的目的和学习方法 2.学习方法注意本课程与相关课程尤其是注意本课程与相关课程尤其是“材料力学材料力学”、“结构力学结构力学”课程课程的异同点，正确运用已有的力学知识解决实际问题；的异同点，正确运用已有的力学知识解决实际问题；混凝土结构理论大都建立在试验研究的基础之上，目前还缺乏完混凝土结构理论大都建立在试验研究的基础之上，目前还缺乏完善的理论体系。很多公式不能有

14、严密的逻辑推导得出，只能由试验善的理论体系。很多公式不能有严密的逻辑推导得出，只能由试验结果回归而成。学习和应用时要注意思维方式的转变；结果回归而成。学习和应用时要注意思维方式的转变；结构设计单靠理论分析还不够，还要辅以一定的构造措施，才能结构设计单靠理论分析还不够，还要辅以一定的构造措施，才能保证安全可靠；保证安全可靠；注意理论联系实际，积累一定的感性认识，对学习本课程十分有益。注意理论联系实际，积累一定的感性认识，对学习本课程十分有益。第二章 粘结、锚固与耐久性粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础。粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础。钢筋与混凝土之间粘结应力示意图

15、（a）锚固粘结应力 （b）裂缝间的局部粘结应力一、粘结作用与粘结机理 1. 粘结意义一、粘结作用与粘结机理 2. 粘结作用PP裂缝出现后的粘结作用T两种粘结作用锚固粘结保证钢筋和混凝土共同工作缝间粘结改善钢筋混凝土的耗能性能一、粘结作用与粘结机理 3. 粘结机理光圆钢筋粘附力摩擦力机械咬合力（钢筋表面不平、微锈时可显著提高咬合力）有滑移时粘附力即消失钢筋受力较大时粘结力主要由此二部分组成一、粘结作用与粘结机理 3. 粘结机理变形钢筋粘附力摩擦力机械咬合力主要作用一、粘结作用与粘结机理 4. 粘结试验拔出试验搭接长度延伸长度半梁试验搭接长度试验延伸长度试验一、粘结作用与粘结机理 5. 粘结破坏形

16、态光圆钢筋钢筋拔出一、粘结作用与粘结机理 5. 粘结破坏形态变形钢筋纵向分量径向分量构件纵向开裂一、粘结作用与粘结机理 5. 粘结破坏形态变形钢筋纵向分量径向分量混凝土撕裂混凝土局部挤碎刮出式破坏二、钢筋与混凝土间粘结强度一般用拔出试验测出钢筋与混凝土间的平均粘结强度lTsuu钢筋周长埋置长度拔出拉力剪应力分布ldTmax二、钢筋与混凝土间粘结强度lTu影响因素混凝土强度浇注位置（水平浇注、竖向浇注）钢筋的外形特征保护层厚度和钢筋的净距三、锚固、搭接长度 1. 锚固长度的理论分析原则钢筋屈服时正好发生锚固破坏对象以直径为2c的混凝土试件内配直径为d的变形钢筋为例假定纵裂发生在刮出式破坏以前三、

17、锚固、搭接长度 1. 锚固长度的理论分析假定由于p引起的混凝土中的拉应力按线形分布dccdpttataldcdpl2)2(tdcp)21(当t=ft时，锚固破坏tufdcp)21(la三、锚固、搭接长度 1. 锚固长度的理论分析当变形钢筋肋倾角为45时dpttuupayayasuuldfdlfdlT44/2tyafdcfdl)21(la三、锚固、搭接长度 1. 锚固长度的理论分析dffdffltytya16. 06dc2令tyafdcfdl)21(2c当c2d时，la的数值比上式的数值要小。三、锚固、搭接长度 2. 实用锚固长度的计算公式dffltyala基本锚固长度（GB50010）：锚固钢

18、筋的外形系数，见有关规范对不同的情况还要作修正对上式作修正可得搭接长度alll三、锚固、搭接长度la锚固长度钢筋类型钢筋类型光面钢筋光面钢筋带肋钢筋带肋钢筋刻痕钢筋刻痕钢筋螺旋肋钢筋螺旋肋钢筋三股钢绞线三股钢绞线0.160.140.190.130.16受拉钢筋的锚固受拉钢筋的锚固当计算中充分利用钢筋的强度时，混凝土结构中纵当计算中充分利用钢筋的强度时，混凝土结构中纵向受拉钢筋的锚固长度应按下列公式计算：向受拉钢筋的锚固长度应按下列公式计算：dffltya三、锚固、搭接长度当符合下列条件时，锚固长度应加以修正：当符合下列条件时，锚固长度应加以修正：对于直径大于对于直径大于25mm的的HPB335

19、、HRB400和和RRB400时，时，其锚固长度应取计算结果乘以修正系数其锚固长度应取计算结果乘以修正系数1.1 为了减少锚固长度，可在受拉钢筋末端采用机械锚固为了减少锚固长度，可在受拉钢筋末端采用机械锚固措施。对于措施。对于HRB335、HRB400和和RRB400级钢筋，当采用级钢筋，当采用机械锚固措施时，其锚固长度（包括附加锚固端头在内）机械锚固措施时，其锚固长度（包括附加锚固端头在内）可取按公式计算的锚固长度的可取按公式计算的锚固长度的0.7倍。倍。三、锚固、搭接长度采用机械锚固措施时，在锚固长度范围内的箍筋不应少于采用机械锚固措施时，在锚固长度范围内的箍筋不应少于3个，其直径不应小于

20、锚固钢筋直径的个，其直径不应小于锚固钢筋直径的0.25倍；间距不应小于倍；间距不应小于锚固直径的锚固直径的5倍。当锚固钢筋的混凝土保护层厚度不小于钢倍。当锚固钢筋的混凝土保护层厚度不小于钢筋公称直径的筋公称直径的5倍时，可不配置上述箍筋。倍时，可不配置上述箍筋。受压钢筋的锚固受压钢筋的锚固当计算中充分利用纵向钢筋的受压强度时，其锚固长度不应当计算中充分利用纵向钢筋的受压强度时，其锚固长度不应小于受拉钢筋锚固长度的小于受拉钢筋锚固长度的0.7倍。倍。必须注意，对于光面钢筋（受拉或受压），其末端均应做必须注意，对于光面钢筋（受拉或受压），其末端均应做180o标准弯钩。焊接骨架、焊接网中的光面钢筋可

21、不做弯钩。标准弯钩。焊接骨架、焊接网中的光面钢筋可不做弯钩。三、锚固、搭接长度绑扎搭接绑扎搭接 绑扎搭接的工作原理是通过钢筋与混凝土之间的粘结强绑扎搭接的工作原理是通过钢筋与混凝土之间的粘结强度来传递内力的。因此，钢筋的绑扎接头要有足够的搭接长度来传递内力的。因此，钢筋的绑扎接头要有足够的搭接长度。度。规范规范规定：纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度规定：纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据位于同一连接区段内应根据位于同一连接区段内(1.3(1.3ll) )的搭接钢筋面积百分率按的搭接钢筋面积百分率按下列公式计算，但任何情况下均不应小于下列公式计算，但任何情况下均不应小于300mm300m

22、m。 alll三、锚固、搭接长度式中式中 ll 受拉钢筋的搭接长度；受拉钢筋的搭接长度； la受拉钢筋的锚固长度，按前面公式计算。受拉钢筋的锚固长度，按前面公式计算。 纵向受拉钢筋搭接长度修正系数，按下表规定取用。纵向受拉钢筋搭接长度修正系数，按下表规定取用。纵向钢筋搭接接头面积（纵向钢筋搭接接头面积（%）（在（在1.3l l的搭接区段内）的搭接区段内）25 50 100 1.21.41.6表表:纵向钢筋搭接长度修正系数纵向钢筋搭接长度修正系数三、锚固、搭接长度1.3lllln混凝土结构的混凝土结构的耐久性耐久性是指在设计使用年限内，在正常是指在设计使用年限内，在正常维护条件下，维持其适用性的

23、能力。维护条件下，维持其适用性的能力。n混凝土的混凝土的碳化碳化和钢筋受和钢筋受侵蚀侵蚀是影响混凝土结构耐久性是影响混凝土结构耐久性的综合原因。的综合原因。n耐久性耐久性设计依据设计依据主要是结构的环境类别、设计使用年主要是结构的环境类别、设计使用年限及考虑对混凝土材料的基本要求。限及考虑对混凝土材料的基本要求。四、混凝土结构的耐久性四、混凝土结构的耐久性四、混凝土结构的耐久性四、混凝土结构的耐久性四、混凝土结构的耐久性四、混凝土结构的耐久性减少混凝土碳化的措施：减少混凝土碳化的措施：n合理设计混凝土配合比，合理采用掺合料合理设计混凝土配合比，合理采用掺合料n提高混凝土的密实性、抗渗性提高混凝

24、土的密实性、抗渗性n规定钢筋保护层的最小厚度规定钢筋保护层的最小厚度n采用覆盖面采用覆盖面防止钢筋锈蚀的重要措施：防止钢筋锈蚀的重要措施：n混凝土降低水灰比，保证密实度，具有足够的保护层厚混凝土降低水灰比，保证密实度，具有足够的保护层厚度，严格控制含氯量度，严格控制含氯量n采用覆盖层，防止采用覆盖层，防止CO2、O2、Cl-侵入侵入n采用物理方法使钢筋表面氧化膜更完整，更稳定采用物理方法使钢筋表面氧化膜更完整，更稳定四、混凝土结构的耐久性n 规定最小保护层厚度；规定最小保护层厚度；n 满足混凝土的基本要求：满足混凝土的基本要求：控制最大水灰比、最小水泥控制最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级

25、、最大氯离子含量及最大碱含量。用量、最低强度等级、最大氯离子含量及最大碱含量。n 裂缝控制：裂缝控制：一级：严格要求不出现裂缝的构件；二级：一级：严格要求不出现裂缝的构件；二级：一般要求不出现裂缝的构件；三级：允许出现裂缝的一般要求不出现裂缝的构件；三级：允许出现裂缝的构件。构件。n 其他措施其他措施 对环境较差的构件，宜采用可更换或易更换的构件；对环境较差的构件，宜采用可更换或易更换的构件； 对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋环氧涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。环氧涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。 采用有利提高耐久性的高强混凝土。

26、采用有利提高耐久性的高强混凝土。四、混凝土结构的耐久性第三章 钢筋和混凝土材料力学性能 钢筋的 曲线lPPAAPll一、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的应力-应变曲线钢筋受压和受拉时的应钢筋受压和受拉时的应力力-应变曲线几乎相同应变曲线几乎相同软刚和硬刚钢筋的强度和变形性软刚和硬刚钢筋的强度和变形性能主要由单向拉伸测得的应力应变能主要由单向拉伸测得的应力应变曲线来表征。试验表明，钢筋的拉曲线来表征。试验表明，钢筋的拉伸应力应变曲线可分为两类：有明伸应力应变曲线可分为两类：有明显的流幅的钢筋（也称软钢），没显的流幅的钢筋（也称软钢），没有明显流幅的钢筋（也称硬钢）。有明显流幅的钢筋（也称硬钢）。比

27、例极限比例极限 有明显流幅的钢筋应力有明显流幅的钢筋应力 应变应变曲线，轴向拉伸时，在达到比例极曲线，轴向拉伸时，在达到比例极限限a a点之前，材料处于弹性阶段，软点之前，材料处于弹性阶段，软钢应力与应变的比值为常数，即为钢应力与应变的比值为常数，即为钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量Es Es ，a a为应力应变为应力应变成比例的极限状态，它所对应的应成比例的极限状态，它所对应的应力称为比例极限。力称为比例极限。(Mpa)abcde比例极限屈服强度极限强度流幅屈服极限屈服极限 当应力达到当应力达到b b点后，材料开始屈点后，材料开始屈服，服，b b点称屈服的上限点，过点后，点称屈服的上限点，过点后

28、，应力与应变曲线出现上下波动，形应力与应变曲线出现上下波动，形成一个明显的屈服台阶，屈服台阶成一个明显的屈服台阶，屈服台阶的下限的下限c c点所对应的应力称为点所对应的应力称为“屈屈服强度。服强度。 极限强度极限强度当钢筋屈服塑流到一定程度，即到当钢筋屈服塑流到一定程度，即到达点以后，应力达点以后，应力 应变曲线又开始应变曲线又开始上升，抗拉能力有所提高，随着曲上升，抗拉能力有所提高，随着曲线上升到最高点线上升到最高点d d，相应的应力称为，相应的应力称为钢筋的极限强度，钢筋的极限强度，cdcd段称为钢筋的段称为钢筋的强化阶段。过了强化阶段。过了d d点以后，钢筋在薄点以后，钢筋在薄弱处的断面

29、将显着缩小，发生局部弱处的断面将显着缩小，发生局部颈缩现象，变形迅速增加，应力随颈缩现象，变形迅速增加，应力随之下降，直到过点时试件被拉断。之下降，直到过点时试件被拉断。应力应变关系一、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的应力-应变曲线(Mpa)0.85 b b 0.2%条件屈服强度（硬刚）条件屈服强度（硬刚） 高碳钢与低碳钢不同，见图高碳钢与低碳钢不同，见图1.31.3，它没有明显的屈服台阶，塑，它没有明显的屈服台阶，塑性变形小，延伸率亦小，但极限强性变形小，延伸率亦小，但极限强度高。通常用残余应变为度高。通常用残余应变为0.2%0.2%的应的应力，约力，约0.85b0.85b作为假想屈服点作为假

30、想屈服点( (或或称条件屈服点称条件屈服点) )，用，用0.20.2表示，表示， 0.850.85b b 作为条件屈服强度。作为条件屈服强度。 b b 极限抗拉强度值。极限抗拉强度值。-曲线一、钢筋的强度和变形 1. 钢筋的应力-应变曲线钢筋的伸长率钢筋的伸长率 除强度指标外，钢筋还应具有一定的塑性变形能力。反除强度指标外，钢筋还应具有一定的塑性变形能力。反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。所谓伸长率映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。所谓伸长率即钢筋拉断后的伸长值与原长的比率：即钢筋拉断后的伸长值与原长的比率：式中：式中：伸长率（伸长率（% %） L L- -试件受力前的标

31、距长度（有试件受力前的标距长度（有5d5d、10d10d、100d100d） L L1 1- -试件拉断后的标距长度试件拉断后的标距长度 伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸长，使构件的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而长，使构件的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而呈现脆性。呈现脆性。钢筋的冷弯性能钢筋的冷弯性能 为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋具有一为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋具有一定的冷弯性能。冷弯是将直径为定的冷弯性能。冷弯是将直径为d d的钢筋绕某一规定直径为的钢筋绕某一规定直径为D D的钢辊进行弯曲，

32、在达到规定的冷弯角度（的钢辊进行弯曲，在达到规定的冷弯角度（180180）时钢筋不）时钢筋不发生裂纹、鳞落或断裂，就表示合格。见表发生裂纹、鳞落或断裂，就表示合格。见表1 1表1：各种钢筋伸长率及冷弯试验要求钢筋种类HPB235HRB335HRB400伸长率（%）5251614冷弯要求冷弯角度1800180018005表示试件长度为5d的钢筋的伸长率一、钢筋的强度和变形 2. 钢筋的成分、级别和品种碳素钢（铁、碳、硅、锰、硫、磷等元素）低碳钢（含碳量0.25%）中碳钢（含碳量0.250.6%）高碳钢（含碳量0.61.4%）普通低合金钢（另加硅、锰、钛、钒、铬等）按化学成分分类按化学成分分类:

33、:强度高，塑性低强度高，塑性低强度高，粘结性好强度高，粘结性好强度高强度高预应力钢筋预应力钢筋钢筋钢筋热轧钢筋热轧钢筋钢钢 丝丝钢绞线钢绞线热处理钢筋热处理钢筋HPB235HRB335HRB400RRB400光圆钢筋光圆钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋变形钢筋非预应力钢筋非预应力钢筋强度强度塑性塑性弱弱强强高高低低按加工方式分类按加工方式分类: :我国常见钢筋外形我国常见钢筋外形普通钢筋强度标准值（N/mm2）种 类符号fykHPB235(Q235)235HRB335(20MnSi)335热轧钢筋HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)RRB400(20MnS

34、i)400(1)(1)冷拉：冷拉是将钢筋拉到超过钢筋屈服强度的某一应力值，以提冷拉：冷拉是将钢筋拉到超过钢筋屈服强度的某一应力值，以提高钢筋的抗拉强度，达到节约钢材的目的。冷拉能提高钢筋抗拉强度，高钢筋的抗拉强度，达到节约钢材的目的。冷拉能提高钢筋抗拉强度，但不能提高抗压强度。冷拉能使钢筋伸长，能节省钢材，调直钢筋，但不能提高抗压强度。冷拉能使钢筋伸长，能节省钢材，调直钢筋，自动除锈，检查焊接质量的作用。自动除锈，检查焊接质量的作用。(2)(2)冷拔：冷拔是将冷拔：冷拔是将6688的的HPB235HPB235级钢筋，用强力从直径较小的级钢筋，用强力从直径较小的硬质合金拔丝模拔出使它产生塑性变形

35、，拔成较细直径的钢丝，以提硬质合金拔丝模拔出使它产生塑性变形，拔成较细直径的钢丝，以提高其强度的冷加工方法。冷拔后钢筋的强度得到了较大的提高，但塑高其强度的冷加工方法。冷拔后钢筋的强度得到了较大的提高，但塑性却有较大的降低。经过冷拔加工的低碳钢丝，须逐盘检验，分为甲、性却有较大的降低。经过冷拔加工的低碳钢丝，须逐盘检验，分为甲、乙两级，甲级用作预应力钢筋，乙级用作非预应力钢筋。乙两级，甲级用作预应力钢筋，乙级用作非预应力钢筋。(3)(3)冷轧：钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳丝接近，塑性好一些。冷轧：钢筋表面轧成带肋，强度与冷拔低碳丝接近，塑性好一些。一、钢筋的强度和变形 3. 钢筋的冷加工和

36、热处理o冷拉控制应力(N/mm2)冷拉率残余变形oabccdd冷拉无时效冷拉经时效(a)(b)d1d2Pd2d1一、钢筋的强度和变形 3. 钢筋的冷加工和热处理热处理对特定钢号的钢筋进行淬火和回火处理强度提高，塑性降低不降低强度的前提下，消除由淬火产生的内力，改善塑性和韧性一、钢筋的强度和变形 5. 混凝土结构对钢筋的要求强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还强度要求：屈服强度和极限强度，抗震设计时还要求有一定的屈强比要求有一定的屈强比塑性要求：伸长率和冷弯要求塑性要求：伸长率和冷弯要求可焊性可焊性与混凝土的粘结性与混凝土的粘结性一、钢筋的强度和变形 6. 钢筋应力-应变曲线的数学模型ss

37、s=Essys,hfysss=Essys,hfyfs,us,us,usss=Essyfys,hfs,u有明显流幅的钢筋无明显流幅的钢筋二、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度立方体抗压强度fcu承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于我国规范的方法：不涂润滑剂压力压力试件试件裂缝裂缝发展发展扩张扩张整个体整个体系解体，丧失承载力系解体，丧失承载力另影响强度的因素另影响强度的因素还有：龄期、加载速还有：龄期、加载速率、试块尺寸等率、试块尺寸等二、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度标准试块：150150 150非标准试块：100100 100 换算系数

38、0.95 200200 200 换算系数 1.05立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国规范混凝土的强度等级有：强度等级有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方体抗压强度立方体抗压强度fcu二、混凝土的强度和变形 1. 单轴受力状态下混凝土的抗压强度棱柱体抗压强度fc承压板试块标准试块：150150 300非标准试块：100100 300 换算系数 0.95 200200 400 换算系数 1.05考虑到承压板对试件的约束，立

39、方体抗压强度大考虑到承压板对试件的约束，立方体抗压强度大于棱柱体抗压强度，且有：于棱柱体抗压强度，且有：fc=0.76fcu (试验结果)考虑到构件和试件的区别，取考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu 二、混凝土的强度和变形 2. 单轴受力状态下混凝土的抗拉强度直接受拉试验ft100100150150500试验结果：试验结果：ft=0.26fcu 2/3考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷速度等考虑到构件和试件的区别，尺寸效应，加荷速度等的影响，取的影响，取ft=0.23fcu 2/3n应力小,近似线性关系；应力大,非线性关系；n近峰值, 不稳定非线性；下降段,反弯点后平缓。二、混

40、凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能上升段：)1 (1 0ncccf0下降段：ccfcu05,5,010)50(0033. 010)50( 5 . 0002. 0)50(6012kcucukcucufffn规范混凝土应力-应变曲线参数fcuC50C60C70C80n21.831.671.500.0020.002050.00210.00215u0.00330.00320.00310.00300.0010.0020.0030.00410203040506070C80C60C40C20二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能混凝土的收缩-结硬过程中混凝土体积缩小的性质水泥品种：等级越高，收

41、缩越大水泥品种：等级越高，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大骨料：骨料越硬，收缩越小骨料：骨料越硬，收缩越小养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等混凝土在空气中结硬体积减小的现象。蒸汽养护常温养护051015200.10.20.30.4收缩(103)时间 (月)收缩：二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能混凝土在受到荷载作用后，在荷载(应力) 不变的情况下，变形(应变)随时间而不断增长的现象。161284369121518212427Acecr徐变ce弹性变形ch

42、收缩ceaeerBCD(104)t (月)0徐变：二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能-徐变0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)c0.5fc，线性徐变c0.8fc，非线性徐变creeecrP原因之一，胶凝体原因之一，胶凝体的粘性流动的粘性流动原因之二，混凝土原因之二，混凝土内部微裂缝不断发展内部微裂缝不断发展二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能长期荷载作用下混凝土的变形性能-影响徐变的因素应力：应力： c0.5fc，徐变变形与应力成正比-线性徐变 0.5fcc

43、0.8fc，造成混凝土破坏，不稳定加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小骨料越硬，徐变越小二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能徐变对混凝土结构的影响PAsPAs s1c1Ps2As s2P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：徐变： s， c二、混凝土的强度和变形 4. 混凝土的变形性能收缩对混凝土结构的影响AssAs s收缩：收缩： 钢筋受压， 混凝土受拉As混凝土的收缩混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发是随时间而增长的变形，早期收缩变形发

44、展较快，两周可完成全部收缩的展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，最终收缩应变值约为一般情况下，最终收缩应变值约为(25)10-4 混凝土开裂应变为混凝土开裂应变为(0.52.7)10-414d 28dtsh(25)10-425%50%收缩随时间变化曲线第四章 受弯构件正截面承载力一、工程实例主要截面形式归纳为箱形截面 T形截面 倒L形截面 I形截面多孔板截面槽形板截面T形截面二、受弯构件的配筋形式弯筋箍筋PP剪力引起的斜裂缝弯矩引起的垂直裂缝架立三、

45、截面尺寸和配筋构造 1. 梁净距25mm 钢筋直径dcccbhc25mm dh0=h-35bhh0=h-60净距30mm 钢筋直径d净距30mm 钢筋直径d)(0 . 45 . 2)(5 . 32形截面矩形截面Tbh)4014(2810mmmmd桥梁中三、截面尺寸和配筋构造 2. 板hh0c15mm d分布钢筋mmd128200 hh板厚的模数为10mm四、受弯构件的试验研究 1. 试验装置0bhAsP荷 载 分配梁L数 据 采 集系统外加荷载L/3L/3试 验梁位 移计应 变计hAsbh0纵向受力钢筋截面面积As与截面有效面积的百分比。四、受弯构件的试验研究 2. 试验结果当配筋很少时-少筋

46、梁的破坏过程少筋梁： 一裂即断, 由砼的抗拉强度控制, 承载力很低。 破坏很突然, 属脆性破坏。 砼的抗压承载力未充分利用。 设计不允许。 max四、受弯构件的试验研究 2. 试验结果五、正截面受弯构件受力全过程跨中弯矩M/Muf点等曲线图n第I阶段（整体工作阶段） 范围：受力开始-开裂 Ia 特征：荷载与挠度、材料应变呈线性 中和轴位于换算截面的形心处 受压区混凝土处于弹性而受拉区混凝土有明显塑性。 应用：抗裂计算依据MIcsAstftMcrcsAst=ft(t =tu)五、正截面受弯构件受力全过程n第II阶段（带裂缝工作阶段带裂缝工作阶段）范围：开裂-受拉钢筋屈服 II a特征：刚度降低，

47、变形加快，荷载与挠度呈非线性，裂缝处 受拉区混凝土大部分退出工作中和轴上移，受压区混凝土的塑性特征明显。应用：使用阶段变形和裂缝的计算依据。MIIcsAssyfyAsMIIIc(c=cu)(Mu)五、正截面受弯构件受力全过程n少筋截面：没有第二阶段；n适筋截面：三阶段，第三阶段过程长，延性越好；n超筋截面：没有第三阶段。五、正截面受弯构件受力全过程1、基本假定平截面假定 不计砼的抗拉 本构关系2、等效应力图形基本方程 cbdy=fyAs； Mu=cb(h0-xc+y)dy； c=g(c) c/y=cu/xc 矩形应力分布等效的原则 合力作用点不变 合力大小不变 等效结果：矩形应力值=1fc 受

48、压区高度 x =1xc 3、适筋截面的界限条件(1)超筋和适筋的界限界限破坏：钢筋屈服时，边缘混凝土达到其极限压应变界限破坏时受压区高度实际值： 计算值： 分析 当xbh0 超筋破坏； 当x=bh0，界限破坏，相应配筋率为最大配筋率 当xbh0 破坏时受拉钢筋屈服； b与混凝土（强度等级）和钢筋屈服应变有关。 ycucubabahx0scuyycucubbEfhx1110（2）少筋和适筋的界限界限破坏：开裂时（Ia）立即达到极限状态（IIIa）最小配筋率的确定理论上：开裂荷载=极限荷载应用时：考虑温度收缩等影响，按规范规定的。（3）适筋梁的判别条件避免超筋破坏：x bh0 避免少筋破坏：=As

49、/bhmin 4、单筋受弯构件正截面承载力计算（1）基本设计公式计算公式合力为零： 合弯矩为零： 公式适用条件避免超筋： ，或 MMmax，或=As/bh0 b h0 ： x b h0 ： Asfy当 时的近似计算近似取内力臂得：当不满足 时 截面尺寸不足，增加受压钢筋或截面尺寸。0szha0()uyssMf A habsax 2sax 2b)1 (1xaEscuss（3）设计计算方法截面设计类型I: 已知弯矩、截面和材料求受压和受拉钢筋。 三个未知数，两个方程 无穷组解 第一步：令x = bh0 （充分利用材料） 第二步：求受压钢筋 第三步：求受拉钢筋 第四步：验算最小配筋率 )()5 .

50、01 (0201sycbbsahfbhfMAsyyycbsAffbhffA01类型II：已知弯矩、截面、材料及受压钢筋，求受拉钢筋。 第一步：解方程求受压区高度： 第二步：验算： x ? b h0 , x ? 2a 第三步：计算As： 满足条件时： x bh0时：增加（设As未知）重算 当x b h0时： Mu = 1fcbxb(h0-xb/2)+fyAs(h0 - a) x M（I类）？ ft时，梁的剪弯段开裂，出现斜裂缝根据a的不同(M和V比值不同)裂缝可能由截面中部开始出现（腹剪裂缝）裂缝可能由截面底部开始出现（弯剪裂缝）00bIVs)454545剪弯型腹剪型tpcp11213a)b)d

51、)c)1.二、简支无腹筋梁的抗剪机制 1. 构件的开裂二、简支无腹筋梁的抗剪机制 1. 构件的开裂bhh0AsPPaa引入概念：剪跨比000VhMVhVaha反映了集中力作用截面处弯矩M和剪力V的比例关系计算剪跨比广义剪跨比二、简支无腹筋梁的抗剪机制 2. 裂缝的发展及破坏形态3时斜拉破坏二、简支无腹筋梁的抗剪机制 2. 裂缝的发展及破坏形态所有的破坏均表现为脆性所有的破坏均表现为脆性二、简支无腹筋梁的抗剪机制 3. 抗剪机制以剪压破坏为例以剪压破坏为例(相对于斜压破坏和斜拉破坏，它更能给人以破坏预告)VuVcCcVdViTsa销栓力，随着裂缝的发展逐渐增大咬合力，随着裂缝的发展逐渐减小dic

52、uiscVVVVYVTCXsin, 0cos, 0数值很难估计数值很难估计三、影响无腹筋梁抗剪承载力的因素 1. 剪跨比PPaa0.40.30.20.10123450bhfVc斜压剪压斜拉三、影响无腹筋梁抗剪承载力的因素 2. 混凝土的强度与纵筋的配筋率混凝土的强度提高纵筋配筋率增大抗剪承载力提高四、有腹筋梁的抗剪机制 1. 构件的开裂开裂前构件的受力性能与无腹筋梁相似，腹筋中的应力很小A01InAsv0bIVS2242tp2242cpPPsA当tpmaxft时，梁的剪弯段开裂，出现斜裂缝开裂后，腹筋的应力增大，限制了斜裂缝的发展，提高了抗剪承载力四、有腹筋梁的抗剪机制 2. 裂缝的发展及破坏

53、形态3且腹筋配置量较小时，斜拉破坏，腹筋用量太少，起不到应有的作用四、有腹筋梁的抗剪机制 2. 裂缝的发展及破坏形态设计时应避免出现设计时应避免出现此二种破坏形态此二种破坏形态所有的破坏均表现为脆性所有的破坏均表现为脆性四、有腹筋梁的抗剪机制 3. 抗剪机制以剪压破坏为例以剪压破坏为例Vdsinsin, 0coscos, 0bvdicubiscTTVVVVYTVTCXVuVcCcViTsaTvTb五、影响有腹筋梁抗剪承载力的因素 1. 剪跨比-和无腹筋梁类似0.40.30.20.10123450bhfVc斜压剪压斜拉PPaa五、影响有腹筋梁抗剪承载力的因素 2. 混凝土的强度与腹筋的配筋量混凝

54、土的强度提高在一定的范围内在一定的范围内，腹筋配筋率增大抗剪承载力提高抗剪承载力提高六、受弯构件抗剪承载力分析1. 无腹筋梁的抗剪承载力Vch0asAs1h0c00bhfbhfVtcc六、受弯构件抗剪承载力分析2. 有腹筋梁的抗剪承载力hbAsv1P考虑到混凝土的抗剪贡献，则有scuVVV00hsAfbhfVsvyvtu由试验确定七、实用抗剪承载力计算公式0bhfVtutyvsvtsvyvffsbhfhAf00sbhfhAfbhfVtsvyvtu0000 . 175. 10.2混凝土结构设计规范（GB50010）取试验结果的下包值：000 . 175. 1hsAfbhfVsvyvtu集中荷载下

55、或集中荷载引起的支座边缘的剪力占总剪力75%以上的独立梁0025. 17 . 0hsAfbhfVsvyvtu矩形、T形、I形截面的一般受弯构件七、实用抗剪承载力计算公式000 . 175. 1hsAfbhfVsvyvtu集中荷载下或集中荷载引起的支座边缘的剪力占总剪力75%以上的独立梁PqL0P/2+qL0/2P/275. 02/2/2/0qLPP七、实用抗剪承载力计算公式不配箍筋的一般板类受弯构件的抗剪承载力07 . 0bhfVthu4/10800hh200020008008000000hhhh时，取时，取七、实用抗剪承载力计算公式配置弯筋和箍筋的受弯构件的抗剪承载力ssbyscuAfVVV

56、sin8 . 0考虑到弯筋位于斜裂缝顶端时达不到屈服强度而引入的修正系数PPss（1 1）截面的最小尺寸或截面抗剪承载力的上限值）截面的最小尺寸或截面抗剪承载力的上限值当hw/b 4时0max25. 0bhfVVccuu矩形截面取h0；T形取h0-hf；I形取h-hf-hf当hw/b6时0max20. 0bhfVVccuu当4hw/b6时按线性插值防止梁发生斜压破坏防止梁发生斜压破坏七、实用抗剪承载力计算公式计算公式的适用范围计算公式的适用范围（2 2）箍筋的最小含量或截面抗剪承载力的下限值）箍筋的最小含量或截面抗剪承载力的下限值防止梁发生斜拉破坏防止梁发生斜拉破坏七、实用抗剪承载力计算公式A

57、sh0bfbhfhasAsbfAsbfhh0hfhfbbhh0Asyvt1svminv,s24. 0ffbsnA八、箍筋的形式和构造要求 1. 箍筋的形式单肢箍n=1双肢箍n=2四肢箍n=4箍筋形式箍筋形式：封闭式：封闭式 箍筋间距箍筋间距：在绑扎骨架中不应大于：在绑扎骨架中不应大于15d15d；在焊接骨架中则不应大于；在焊接骨架中则不应大于20d 20d （d d为纵筋最小直径），且不应大于为纵筋最小直径），且不应大于400mm400mm，也不，也不大于构件横截面的短边尺寸大于构件横截面的短边尺寸 箍筋直径箍筋直径：不应小于：不应小于 d d4 (d4 (d为纵筋最大直径为纵筋最大直径) )

58、，且不应小于，且不应小于 6mm6mm。 截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋 当纵筋配筋率超过当纵筋配筋率超过 3时，箍筋直径不应小于时，箍筋直径不应小于8mm，其间距不应，其间距不应大于大于10d，且不应大于，且不应大于200mm。当截面短边不大于当截面短边不大于400mm，且纵筋不多于四根时，可不设置复合，且纵筋不多于四根时，可不设置复合箍筋箍筋(附加箍筋附加箍筋)；当截面短边大于；当截面短边大于400mm且纵筋多于且纵筋多于3根时，应根时，应设置复合箍筋。设置复合箍筋。八、箍筋的形式和构造要求 2. 最小配箍率和箍筋的最大间距PPsy

59、vtsvsvffbsA/24. 0min最小配箍率最大箍筋间距（和梁高、剪力大小有关，参照规范）原则0maxhs九、基本公式的应用 1. 设计PPs0max)25. 02 . 0(bhfVVccu若不满足调整截面尺寸cVV 按最小配箍率配箍筋)25. 1 ()7 . 0(sin8 . 00 . 175. 100sbybsvyvtuAfhsAfbhfVV预先选定求sAsvsvAyvtsvsvff /24. 0min选定s九、基本公式的应用 2. 已有构件的承载力PPscuVV minsvsvbscccuVVVbhfV0)25. 02 . 0(minminsvsv九、基本公式的应用 3. 计算截面

60、的位置112233*支座边缘处截面支座边缘处截面1-1*纵筋弯起点处截面纵筋弯起点处截面2-2*箍筋面积或间距改变处截面箍筋面积或间距改变处截面3-3*腹板宽度改变处截面腹板宽度改变处截面十、保证斜截面受弯的措施 1. 基本概念Mu斜VcCcTsTvTbZsvZsbZMu正CcTsZsbbsvvsuZTZTZTM斜ZTMsu正一般情况下正斜uuMM斜截面受弯承载力总能满足支座处纵筋锚固不足纵筋弯起、切断不当异常情况需采取构造措施（1）定义：按实际截面确定的各正截面所能抵抗的弯矩。（2）绘制要点 按As分割Mu 钢筋与中轴相交前部分作用 钢筋切断后应满足锚固要求 （3）示例无弯起和切断时示例分析