钢筋混凝土结构设计原理教案

1、钢筋混凝土结构设计原理 课程教案设计授课教师：课题1.1混凝土结构的一般概念计划学时1学时基本要 求熟悉混凝土的一般概念内容重 点1、熟悉混凝土结构的类型；2、掌握钢筋和混凝土能共同工作的主要原因；3、熟悉混凝土结构的优缺点。内容难 点钢筋和混凝土这两种性质不同的材料能够组合在一起共同工作 的原因。课后作 业需要时间讲授内容备注熟练掌握基本概念透彻理解钢筋和混凝 士能共同工作的原因熟悉钢筋混凝土结构 的优缺点g图】,I 素料融土梨和钢筋混凝上梁的破坏情况 心菜海盘t: W ( b J渤册流质土里一、混凝土结构的概念钢筋和混凝土这两种材料按照合理的方式结合在一起共同工作，钢筋主要承受拉力，混凝土

2、主要承受压力。二、昆凝土结构的分类1、素混凝土结构2、钢筋混凝土结构3、预应力混凝土结构4、其他形式的加筋混凝土结构二、钢筋和混凝土能够有效结合在一起共同工作的原因1、钢筋和混凝土之间存在粘结力，使二者之间能传递力和变 形。粘结力是使这两种/、同性质的材料能够共同工作的基础。2、钢筋和混凝土两种材料的温度线膨胀系数接近。当温度变化 时，钢筋和混凝土的粘结力不会因两者之间过大的相对变形而破 坏。四、钢筋混凝土基本构件的分类1、受弯构件2、受压构件3、受拉构件4、受扭构件5、复杂受力构件，如压弯构件、拉弯构件、弯扭构件、拉弯扭 构件等。五、混凝土结构的优点1、强度局2、耐久性好3、耐火性好4、可模

3、性好5、整体性好6、易于就地取材六、混凝土结构的缺点1、结构自重大2、抗裂性差3、一旦损坏修复比较困难4、施工受季节环境影晌较大第2页课题1.2混凝土结构的发展简况及其工程应用1. 3本课程的特点与学习方法计划学时1学时基本要 求了解混凝土结构的发展简况及其工程应用， 了解本课程的特点与学习方法内容重 点1、混凝土结构的发展简况及其工程应用2、本课程的特点3、学习方法内容难 点本课程的特点和学习方法课后作 业需要时间讲授内容备注1.2混凝土结构的发展简况及其工程应用一、混凝土结构发展的几个阶段1、A阶段：2、第二阶段：3、第三阶段： 二、混凝土结构的工程应用1、房屋建筑工程2、桥梁工程3、特种

4、结构与图耸结构4、水利及其他工程三、混凝土结构的发展概况1、材料方卸2、结构方面3、施工技术四、混凝土结构计算理论的发展概况1、混凝土结构计算理论的发展概况目前，包括我国在内的很多国家都采用以概率理论为基础的 极限状态设计方法。2、我国混凝土结构设计规范的发展概况现行混凝土结构设计规范1. 3本课程的特点与学习方法一、本课程的特点与学习方法1、掌握好钢筋和混凝土材料的力学性能2、钢筋和混凝土两种材料的数量比例和强度搭配问题3、计算公式1、学会对多种因素进行综合分析的设计方法5、学会运用现行的混凝土结构设计规范(GB50010 2002)了解混凝土结构的发 展简况及其工程应用了解本课程的特点 熟

5、悉学习方法第3页课题2钢筋混凝土材料的力学性能1. 1钢筋的形式和品种2.2钢筋的力学性能计划学时1学时基本要 求掌握钢筋的力学性能，熟悉钢筋的形式和品种内容重 点1、钢筋的形式和品种2、掌握钢筋的力学性能内容难 点钢筋的力学性能课后作 业需要时间讲授内容备注1. 1钢筋的形式和品种了解钢筋的形式和品 种一、钢筋的主要化学成分铁（Fe）、碳（C）、镒（Mn）、 硅（Si）、磷（P）、硫（S）掌握钢筋的力学性能二、钢筋和钢丝的分类1、热轧钢筋：HPB235、HRB335、HRB400、RRB4002、冷拉钢筋3、钢丝4、热处理钢筋(A)图a. t 交，刊陆的外ILCfi J螂线钥断门牙绿钢筋1.

6、2钢筋的力学性能一、有明显屈服点的钢筋的应力一应变曲线热轧钢筋和冷拉钢筋属于有明显屈服点的钢筋。二、无明显屈服点的钢筋的应力一应变曲线钢丝和热处理钢筋属于无明显屈服点的钢筋。一般取残余应变为 0.2 %的应力为 条件屈服强度2.3钢筋的冷加工和热处理计划学时1学时对钢筋质量的要求钢筋的蠕变、松弛和疲劳混凝土的强度等级基本要 求掌握混凝土的强度等级的划分，熟悉对钢筋质量的要求及钢筋的蠕 变、松弛和疲劳的概念，了解钢筋的冷加工和热处理。内容重 点1、混凝土的强度等级2、对钢筋质量的要求，Q需变、松弛和疲劳的概念3、冷加工和热处理工艺内容难 点混凝土的强度等级的划分，钢筋质量的要求。课后作 业需要时

7、间讲授内容备注2.3钢筋的冷加工和热处理一、冷拉只能提高钢筋的抗拉强度二、冷拔可以同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度熟悉基本概念掌握混凝土的强度等级的启美内容图2. 6 钢筋冷拉前后的 应力-应变曲线2.4对钢筋质量的要求一、屈服强度在一般结构的设计中，取屈服强度作为可以利用的应力上限，也就是钢筋的强度。二、强屈比极限抗拉强度与屈服强度的比值不低于1.25三、伸长率四、四项保证屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能五、钢筋的接头形式2.5铢该篇晟一端和疲劳一、蠕变钢筋在高应力作用下，随时间增长其应变继续增加的现象。二、松弛钢筋受力后，若保持长度不变，则其应变随时间增长而降低的现象。三、钢筋的疲

8、劳钢筋在承受重复、周期动荷载作用下， 经过一定次数后，从塑性破 坏的性质转变成脆性破坏突然断裂的现象。钢筋在疲劳破坏时的强度低于钢筋在静荷载下的极限强度。混凝土的强度等级一、混凝土的立方体强度混凝土的立方体强度， 是衡量混凝土强度大小的基本指标，是评价混凝土等级的标准。用符号fcu表示，单位为N/mm2 0规范规定：用边长为 150mm的标准立方体试件，在标准养护条件 下(温度20c 3C ,相对温度不小于 90%)养护28d后在试验 机上试压。试验时，试块表面不涂润滑剂，全截面受力，加荷速度 约为 0.150.25N/(mm2.s)。二、混凝土的强度等级我国现行混凝土结构设计规范规定的混凝土

9、强度等级，是按立 方体强度标准值确定的，用符号C表示，规范中列出14个等级，即：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。字母C后面的数字表示以 N/mm2 为单位的立方体抗压强度标准值。课题混凝土的强度徜裁作用卜混凝土的父形性能混凝土的徐变和收缩计划学时1学时基本要 求掌握混凝土强度和变形性能，熟悉混凝土的徐变和收缩内容重 点1、掌握混凝土的强度和大小如何确定 2、掌握荷载作m下混凝土的变形性能3、掌握混凝土的徐变和收缩内容难 点立方体抗压强度、复杂受力状态卜.的强度 混凝土在荷载作对下的应力-应变曲线 徐变和收缩的概念、

10、分析课后作 业需要时间讲授内容备注熟练掌握基本概念透彻理解混凝土的变 形性能熟悉混凝土的徐变和 收缩的有关内容混凝土的强度一、混凝土的立方体抗压强度立方体抗压强度是混凝土的基本强度指标。混凝土结构设计中使用的混凝土其他强度值，都可以根据立方体强度值换算得 出。二、混凝土的轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）fc标准棱柱体试件：150X 150X300三、混凝土的轴心抗拉强度 ft混凝土的抗拉强度远小于其抗压强度，一般只有抗压强度的1/181/9 。四、复杂受力状态下混凝土的强度混凝土两向受压和三向受压时，各个方向上的抗压 强度都有很大的提高。荷载作用下混凝土的变形性能一、混凝土的应力一应变关系 二、

11、混凝土的弹性模量1、初始弹性模量Ec tan 0一，2、切线模量Ec tan一3、割线模量Ec tan 1规范推荐1052Ec 347(N/mm2)2.2 fcu三、泊松比横向应变与纵向应变的比值称为泊松比。Gc -Ec-2(1)2.9混凝土的徐变和收缩一、 混凝土的徐变混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长的变形称为徐变。徐变会造成结构的内力重分布，会使结构变形增大， 会引起预应力损失，在高应力作用下，还会导致构件破坏。二、混凝土的收缩和膨胀混凝土在空气中结硬时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。 混凝土在水中结硬时体积会膨胀，这种现象称为混凝土的膨胀。第9页课题钢筋与混凝土间的黏结钢筋混

12、凝土的一般构造规定计划学时1学时基本要 求掌握钢筋混凝土的一般构造规定内容重 点1、钢筋与混凝土间的黏结2、钢筋混凝土的一般构造规定内容难 点钢筋混凝土的构造规定课后作 业需要时间讲授内容备注钢筋与混凝土间的粘结一、钢筋与混凝土之间粘结力1、钢筋与混凝土接触面上化学吸附作用力，也称胶结力。2、混凝土的收缩将钢筋紧紧握固而产生摩擦力。3、钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力，也 称咬合力。4、钢筋端部加弯钩、弯折或在锚固区焊短钢筋、焊角钢等来提 供锚固能力。二、直段光面钢筋的粘结能力来源于胶结力和摩擦力。 三、变形钢筋的粘结能力主要来源于摩擦力和机械咬合 作用力。钢筋混凝土的一般构造

13、规定一、混凝土保护层从钢筋外边缘到混凝土外边缘的距离为混凝土的保护层厚度。二、钢筋的锚固三、钢筋的连接四、纵向钢筋的最小配筋率熟练掌握钢筋混凝土 的，般构造规止直FB2.25 臭U）光寓惭胡常交祐匍的第10页课题3混凝土结构基本设计原则3.1结构的功能要求计划学时1学时基本要 求熟悉结构的功能要求，理解作用、作用效应、抗力和可靠性的概念内容重 点1、结构的作用、作用效应和抗力2、结构的功能要求3、结构的可靠性与安全等级内容难 点结构的作用的分类 结构的功能要求 安全等级课后作 业需要时间讲授内容备注熟悉基本概念3.1 结构的功能要求一、混凝土结构的组成与作用结构是由不同受力构件组成的承受各种外

14、部作用的骨架。二、结构上的作用结构上的作用是指施加在结构上的集中荷载或分布荷载（包括永荷载、可变荷载等），以及引起结构外加变形或约束变形的原因， 如基础沉降、温度变化、混凝土收缩、焊接等作用。施加在结构上的集中荷载或分布荷载称为直接作用。引起结构外加变形或约束变形的其他作用称为间接作用。三、结构上的作用的分类 、按随时间的变异分类1、永久作用2、可变作用3、偶然作用、按随空间位置的变异分类1、固定作用2、可动作用、按结构的反映分类1、静态作用2、动态作用四、荷载效应一 S结构上的作用使结构产生的内力和变形（如轴力、弯矩、剪 力扭矩、挠度、转角和裂缝等）称为作用效应，若作用为直接作 用，则其效应

15、称为荷载效应 So五、结构抗力R结构或结构构件承受内力和变形的能力（如构件的承载能 力、刚度等）称为结构抗力R。第11页六、结构的功能要求1、安全性2、实用性3、耐久性七、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。八、结构的安全等级第12页课题结构的极限状态随机变量的统计特征计划学时1学时基本要 求掌握结构的极限状态，了解随机变量的统计特征内容重 点1、结构的极限状态的概念2、结构的极限状态的分类3、结构极限状态方程内容难 点结构的极限状态的分类 结构的极限状态方程课后作 业需要时间讲授内容备注熟练掌握极限状态的 分类、各自的状态内 容第13页3.2结构极限状态一、极

16、限状态的概念结构在即将不能满足某项功能要求时的特定状态，称为该功能的极限状态。二、极限状态的分类承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载力或产生了不 适于继续承载的过大变形。1、整个结构或其中的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、过大的滑移）；2、结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包括疲劳破坏）,或因过度的塑性变形而不适于继续承载（如受弯构件中的少筋梁）；3、结构转变为机动体系（如超静定结构由于某些截面的屈服，使结构成为几何可变体系）；3、结构或构件丧失稳定（如细长柱达到临界荷载发生压屈 ）。、正常使用极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的极限状态。1、影响正常使用或外观的变

17、形 （如过大白挠度）；2、影响正常使用或耐久性的局部损坏（如不允许出现裂缝结构的 开裂，对允许出现裂缝的构件，其裂缝宽度超过了允许限值）；3、影响正常使用的振动；4、影响正常使用的其它特定状态，如相对沉降量过大等。通常按承载能力极限状态进行结构构件的设计。再按正常使用极限状态进行验算。二、结构极限状态方程Z R S g（R,S）当Z0时，结构处于可靠状态。当Z p MIN.截面构造要求板的分布钢筋的作用：垂直于板受力钢筋方向上布置的构造钢筋称为分布钢筋。分布钢筋的作用是将板面上的荷载更均匀地传布 给受力钢筋，同时在施工中可固定受力钢筋位置，而且它也能抵 抗温度和收缩应力。分布钢筋按构造配置，分

18、布钢筋的截面面积 不应小于受力钢筋截面面积的10%,其间距不应大于 300mm,当第23页板所受的温度变化较大时，或板上集中荷载较大时，分布钢筋间距不宜大于200mm.分布钢筋的直径通常取 46mm。熟练掌握截面的构 造要求净距30%严Il L5 d挣配，25rpm层m 一护rnn 就25 净孑(1)、梁的构造要求：图4. 13梁钢筋净距、保护层厚度及有效高度(2)、板的构造要求:藐小分脑筋【一1图4. 14 板的配筋第24页课题4.4单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算计划学时1学时基本要 求熟练掌握基本公式和适用条件，熟悉截面构造要求内容重 点基本公式的应用内容难 点基本公式的应用课后作

19、业习题 4.16、4.17、需要时间1学时讲授内容备注透彻理解基本公式和 适用条件熟练运用公式计算4.4单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算二、基本公式的应用.基本概念控制截面.截面设计在进行截面设计时，通常是已知弯矩设计值 M ,要求确定构 件的截面尺寸及配筋。对适筋梁正截面受弯承载力起决定作用的 是钢筋的强度，而混凝土强度等级的影响不很明显。(1)基本公式法(2)计算表格法1-2-(3)例题讲解对已经建成的或已完成设计的结构构件，其截面尺寸、配筋量 和材料等均已知，要求计算截面的受弯承载力，或复校截面承受 某个弯矩值是否安全。截面复核的根本是求截面极限弯矩值。1.截面复核例题讲解第25页课

20、题4.5双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算计划学 时1学时基本要求熟练掌握基本公式和适用条件内容重点.基本公式的推导.适用条件内容难点.基本公式.适用条件课后作业需要时 问讲授内容4.5双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算透彻理解基本 公式和适用条 件一、基本概念.双筋截面的适用范围?采用双筋截面1、当截面承受的弯矩较大，而截面尺寸受到使用条件 的限制，不允许继续加大，混凝土强度等级也不宜提高时，则应采用双 筋截面，即在受压区配置钢筋以协助棍凝土承担压力，使破坏时受拉钢筋应力达到屈服强度而受压混凝土尚不致过早被压碎。2、在某些构件的截面中，不同的荷载作用情况下可能产生变号弯矩，如在风力或地震

21、力作用下的框架横梁，为了承受正负弯矩分别作用时截面出现的拉力， 需在梁截面的顶部及底部均配置钢筋，则截面便成为双筋截面。3、在一般情况下采用受压钢筋来承受截面的部分压力是不经济的，应 避免采用，但双筋梁可以提高截面的延性及减小使用阶段的变形。.双筋截面的优缺点 二、受压钢筋的应力规范规定在计算中考虑受压钢筋并取s fy时，必须满足：x 2as如不满足上式，说明截面破坏时受压钢筋应变不能达到0.002,认为受压钢筋不屈服。 二、基本公式与适用条件 1、基本公式一入小/ + nA；=八a+MJVf u-八.人力 2、适用条件(1)、为防止超筋破坏：第26页x Xbbh0(2)、为保证受压钢筋达到抗

22、压设计强度： 3)、若X 2as,则说明受压钢筋不能达到抗压设计强度，规范规定取X 2as则对受压钢筋合力点取矩，得到正截面受弯承载力、计算公式：M M u fyAs(ho as)第27页课题4.5双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算计划学时1学时基本要 求熟练掌握基本公式和适用条件内容重 点基本公式的应用内容难 点基本公式的应用课后作 业习题 4.19、4.22需要时间1学时讲授内容备注透彻理解基本公式和 适用条件熟练运用公式计算4.5双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算二、基本公式的应用.截面设计情况1：已知材料强度等级、截面尺寸及弯矩设计值，求受拉受压钢筋面积。计算步骤：(1)在实际计算

23、中，应使截面的总的钢筋截面面积最少，应考虑充分利用混凝土的强度。令Xbh0XM i fcbx(ho -)As一 卜 ,、2(2)将其代入，解得：fy(ho as) ifcbx fy a a (3)解得：fy情况2:已知材料强度等级、截面尺寸、弯矩设计值及受压钢筋 面积，求受拉钢筋面积。充分利用受压钢筋的强度，以使总用钢量为最小。联立求解两个基本公式，求解混凝土受压区高度和受拉钢筋面积。2、截面2、截面复核已知材料强度等级、截面尺寸和受拉受压钢筋面积，要求复核截面的受弯承载力。联立求解两个基本公式。第28页课题4.6T形截面受弯构件正截面承载力计算计划学时1学时基本要 求熟练掌握基本公式和适用条

24、件内容重 点.基本公式的推导.适用条件内容难 点.基本公式.适用条件课后作业需要时间讲授内容透彻理解基本公式和 适用条件4.6T形截面受弯构件正截面承载力计算 一、基本概念T形截面T截面的翼缘计算宽度的取值T形截面的运用情况二、基本计算公式与适用条件1. T形截面类型的判别2.两类T形截面的界限,1,hf.Muifcbfhfh0一i fcbf hffyAs2国2!1 网樊1形般面的界甩第29页透彻理解基本公式 和适用条件(2)、第二类T形截面Mu1 fcbf hf (ho2.第一类T形截面的基本公式及适用条件图30 第一类丁形戳而计算简图3、判别公式:ighffyAMuifcbfhf (ho(

25、1)、第一类T形截面ifcbfhffyAs(1)基本公式(1 fcbfXfyAs1. XM M u 1fcbf x h02(2)适用条件A.防止超筋破坏：X p min 注意:配筋率是对于梁肋部计算的第30页基本要求熟练掌握基本公式和适用条件的应用内容重点1.基本公式的推导2.适用条件3.基本公式的应用内容难点1.基本公式2.适用条件透彻理解基本公式 和适用条件课后作业习题 4.23、4.27需要时间1学时4.6T形截面受弯构件正截面承载力计算计划学时1学时3.第二类T形截面的基本公式及适用条件1 fcbx1fc bf b hfMMu1fcbfX hox22hf1fc bf b hfhoMr(

26、D基本公式 I I第31页(2)适用条件A.防止超筋破坏：X p MIN一般能泄，可不验算三、基本公式的应用1 .截面设计.(一一 ，.hfMuifcbfhf % -(1)类型判别：2(2)第一类T形截面：计算方法同bfXh单筋矩形截面(3)第二类T形截面：计算步骤.截面复核，,(1)类型判别：1fcbfX fyA(2)第一类T形截面：计算方法同bf，xh单筋矩形截面(3)第二类T形截面：计算步骤.例题讲解第32页课题5受弯构件斜截面承载力计算5.1概述5.2无腹筋梁斜截面的受力特点和破坏形态计划学时1学时基本要 求理解斜裂缝出现前后的应力状态，了解斜截面的基本概念内容重 点斜裂缝出现前的应力

27、状态，斜裂缝的类型特点 无腹筋梁斜裂缝出现后的应力状态腹筋的组成内容难 点斜裂缝出现后的应力状态课后作 业需要时间讲授内容备注5.1概述熟练掌握基本概念箍筋和弯起钢筋通称为腹筋。理解无腹筋梁斜裂缝出现前后的应力变化5.2无腹筋梁斜截面的受力特点和破坏形态一、无腹筋梁斜裂缝出现前的应力状态、无腹筋梁斜裂缝出现后的应力状态第33页课题无腹筋梁斜截面的受力特点和破坏形态有腹筋梁斜截面的受力特点和破坏形态计划学时1学时基本要 求理解有腹筋梁斜裂缝出现后的应力状态，掌握斜截面破坏形态内容重 点有腹筋梁斜裂缝出现后的应力状态 斜截面破坏的主要形态内容难 点有腹筋梁斜裂缝出现后的应力状态 斜截面破坏的主要形

28、态课后作 业需要时间讲授内容三、无腹筋梁沿斜截面破坏的主要形态 1、斜压破坏2、剪压破坏3、斜拉破坏5.3有腹筋梁斜截面的受力特点和破坏形态、有腹筋梁斜裂缝出现前后的受力特点熟练掌握斜截面破坏 的形态理解有腹筋梁斜裂缝 出现后的受力特点。二、有腹筋梁沿斜截面破坏的形态1、斜压破坏-腹筋配置过多2、剪压破坏-腹筋配置适当3、斜拉破坏-腹筋配置过少第34页课题5.4影响斜截面受剪承载力的主要因素计划学时1学时基本要 求掌握影响斜截面受剪承载力的主要因素内容重 点影响因素剪跨比、配箍率内容难点课后作业需要时间讲授内容5.4影响斜截面受剪承载力的主要因素剪跨比熟练掌握斜截面破坏 的形态广义剪跨比:Vho计算剪跨比:ho理解有腹筋梁斜裂缝 出现后的受力特点。集中荷载作用下简支梁的剪跨比配程率和箍筋强度的影响第35页课题5.5受弯构件斜截面承载力的计算公式计划学时1学时基本要 求理解建立计算公式的原则，掌握无腹筋梁受剪承载力的计算公式内容重点建立计算公式的原则无腹筋梁受剪承载力计算公式建立计算公式的原则内容难点课后作业需要时间讲授内容55 受弯构件斜截面受剪承载力计算公式理解建立计算公式的 原则建立计算公式的原则1、配置箍筋和弯起钢筋VuVcVsvVsb2、配置箍筋Vu Vc Vsv Vcs二、无腹筋梁受剪承载力计算公式1、一般受弯构件：Vc 0.7 h 械1800 4h2、