第一章一般概念及材料性能白底

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湖南科技大学土木工程学院路桥系舒小娟

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QQ:254528003钢筋混凝土结构设计总论结构设计原理1.

什么叫结构,它包括哪些范畴？2.

设计是要作哪些工作？设计要达到怎样的要求？3.原理，即结构设计依据的理论、遵循的原则一般把构造物的承重骨架称为结构。

先修课程

（1）材料力学—单一材料杆件（2）建筑材料

0.1结构分类按建筑材料分类混凝土结构素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土钢结构按受力情况分受弯构件（梁），受压构件（柱），受扭构件（扭杆），圬工结构适用于中小跨径的拱桥、墩台、挡土墙、涵洞、护坡等，以及低层房屋建筑中，木结构用作支架、临时支护、模板等构造。FRP混凝土圬工结构木结构组合结构混凝土结构应用广泛，大量应用于房屋、桥梁、水工建筑中，约占现代结构的70％，中国人人均年消耗混凝土3t。钢结构材料弹性模量大、强度高、可靠性好，便于机械化施工；多应用于高层建筑、水工建筑、大跨径桥梁中组合受力构件受拉构件（系杆、吊杆）受剪构件（深梁），节点构造（支座、局部承压区、铰结构），

采用主体符号或带上、下标的主体符号。如

M，fs，

Ecf，

fs′

主体符号：用斜体大、小写字母；

上、下标：用标号或小写正体字母。

例外：lE力：N(牛顿)，kN(千牛)1kN=1000N;1kgf=10N应力：N/mm2

或

MPa(兆帕)长度：mm,cm,m0.2符号系统与计量单位

*1.除应力单位外，有量纲的符号采用英文字母符号，主符号一般采用相应英文首字母，如

M--moment，T—torsion,H—height2.大多数无量纲的符号采用希腊字母标示，另外，应力符号采用希腊字母σ。如ξη

，ρ

0.3学习中应注意的问题本课程是一门专业技术基础课，是学习《桥梁工程》等课程的基础。注重对结构分析设计中各种构件的理想特性的剖析，以求学者对结构设计基本原理有清晰的概念理解。本课程重点内容是结构构件设计，只要符合要求设计是可以多样化的；有很多半经验半理论公式，须注意使用条件和适用范围；要学会使用设计规范；

本书中涉及的部分我国现行规范:《公路桥涵设计通用规范》（JTJD60-2004）交通部《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）交通部《公路工程结构可靠度统一设计标准》（GB/T50283-1999）《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50281-2002）《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）第一章钢筋混凝土结构概念及材料钢筋混凝土结构的基本概念混凝土材料钢筋钢筋与混凝土之间的粘结1.1混凝土结构的一般概念PP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1.1.1钢筋混凝土梁PP钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构。钢筋布置于受拉区在混凝土开裂后代替混凝土受拉.钢筋协助混凝土受压，减小构件断面尺寸，螺旋箍筋使混凝土处于三向受压状态，提高其强度和延性。1.1.2钢筋混凝土柱①可靠的粘结力PPPP无粘结，钢筋不能承载，不起作用思考题：两梁叠放，与两梁顶底相互完全粘结，那种情况承载力大？1.1.3钢筋与混凝土柱共同工作机理②相近的温度线膨胀系数

混凝土的温度膨胀系数约在(1.0～1.5)×10-5m/℃之间，钢筋的线膨胀系数为1.2×10-5m/℃。③混凝土对钢筋的防腐蚀作用优点：耐久性好耐火性好整体性好可模性好就地取材节约钢材阻止射线的穿透缺点：自重大易开裂耗模板施工受季节性影响隔热隔声性能差随着科学技术的不断发展，正逐渐被克服PP1.1.4钢筋混凝土结构的优缺点1824年，英国人J.Aspdin发明了波特兰水泥，有了混凝土；1849年，法国人JosephLouisLambot用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船----最早的钢筋混凝土结构；1861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，后由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发明者；1884年，德国人Wayss,Bauschingger和Koenen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，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。1.钢筋混凝土结构的诞生1.1.5钢筋混凝土结构的发展强度不断提高

美国60年代混凝土抗压强度平均值：28MPa，70年代：42Mpa，有特殊需要时：40Mpa~100Mpa，试验室中：266Mpa轻质混凝土的应用

容重一般为：14kN/m3~18kN/m3(普通混凝土为24kN/m3)，加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等无砂混凝土

只有粗骨料，无细骨料FRP筋的应用

用FRP筋代替钢筋2.材料的发展1.1.5钢筋混凝土结构的发展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，减轻构件的自重结构体系的丰富不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：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1.1.5钢筋混凝土结构的发展1.2混凝土1.2.1混凝土的强度承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂强度大于国标试验标准：

标准试块尺寸（mm）：150×150×150标准试验方法：不涂润滑剂标准养护条件

温度：20℃±2℃湿度：>95%试件龄期：28d压力试件裂缝发展扩张整个体系解体，丧失承载力另影响强度的因素还有：龄期、加载速率、试块尺寸等非标准试块：100×100×100换算系数0.95200×200×200换算系数1.05标号（强度等级）：C15-C801.立方体抗压强度fcu,k承压板试块标准试块：150×150×300非标准试块：100×100×300换算系数0.95200×200×400换算系数1.05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：fc=0.76fcu(试验结果)考虑到构件和试件的区别，取fc=0.67fcu对国外（美国、日本、欧洲混凝土协会等）采用的圆柱体试件（d=150,h=300），有fc’=0.79fcu圆柱体抗压强度2.混凝土轴心抗压强度fc（棱柱体抗压强度）1.2.1混凝土的强度1.冠2.恰1混凝请土的康强度直接算受拉墙试验100100150150500试验欲结果冷：ft=0革.3辉95fcu0.载55考虑针到构谅件和盘试件沾的区少别，征尺寸孕效应旨，加抽荷速番度等滑的影茂响，贸取ft=0际.3暴48fcu0.肯55劈裂窗试验ftsddftsFFFF我国呈根据10供0m庭m立方赚体的伍劈裂赞与抗纵压试勉验结王果有守：fts=0忽.1钞9fcu3/柱4ft=0必.9fts3.混凝步土的口抗拉泳强度ft4.强度迎指标苦的确罩定强度随机态变量强度标准值根据青统计狮资料惹，运聋用数屿理统翁计方辣法确俘定的宽具有饱一定仍保证百率（95丈%）的驴统计渣特征帅值：强度客标准雀值=强度突平均秤值-1系.6股45蝴×均方辉差概率密度材料强度强度平均值强度标准值1.某2.柜1混凝相土的宪强度5.复合候受力正状态屈下混若凝土隐的强盆度双轴趁应力郊下的配强度拉1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc压/fc/fc0.20.1-0.10.00.61.0单轴抗拉强度单轴抗压强度*他双向芝受压棋强度示较单液向受析压有眼所提疗高，匪应力串比约殖为2时强壳度提爽高最扫多，趟约25诊%双向旋受拉糕，强榜度几厅乎较鸟单向富拉无闯变化侵；一课向拉扩、一遍向压羡，强冠度下势降。*帅混凝睬土抗抖压强竭度随疫剪应木力存父在而故降低流，抗昆剪强净度因近压应倦力水秆平不凡同而林变化1.萌2.降1混凝花土的沃强度图-法向惹应力飘和剪浑应力车下的练强度倦曲线图-双向衣正应险力下卡的强杯度曲赶线三向颗受压蓄时的疏混凝蹈土强纯度1=fcc’1=fcc’2=3=fLfL----侧向约束压应力（加液压）圆柱趴体试痒验有侧辛向约册束时顷的抗敲压强直度无侧云向约钥束时呆圆柱仍体的脱单轴叮抗压翻强度6.混凝麦土的趟疲劳枯强度图-重复沫荷载架下的御应力-应变题曲线破坏fcf321疲劳强度<fcfcf的确定刊原则朱：10苗0×1笨00调×广30牵0或15签0×1狗50挖×巧45善0的棱携柱体化试块旁承受20水0万次誉（或自以上蚕）循分环荷逝载时拾发生鹊破坏注的最赴大压花应力源值1.声2.台1混凝己土的项强度1.桐2.痒2混凝怒土的炒变形枝性能单轴滨受压正时的应力-应变锦关系作用是：峰值应力后，吸收试验机的变形能，测出下降段(MPa)fc0峰值应变abcd252015105峰值应力efo(10-3)246810残余应力收敛点反弯点1.混凝蠢土在据单调行、短党期加么载下访的变罚形性何能影响致单轴受压挥应力-应变胳曲线舞因素蚕：（1）混归凝土迈强度秒，强宿度对畜上升患段影直响小叫，下州降段婆随强赶度提齿高而态变陡（2）测淡试技符术和鸦试验照条件浩，宜使采用笑等应希变加棉载（3）应姻变速堤率，奸速率盲小，颤峰值改应力金下降遇，应顿变提待高，绝曲线火拉长混凝残土的户弹性时模量艳、变悔形模殿量cccep01原点适切线览模量盐（弹越性模榨量）希：拉星压相谊同变形蒜模量谷（割爹线模鄙量、遮弹塑笑性模炉量）切线纯模量弹性以特征蠢系数受压造时，然为0.龄4~拐1.集0；受拉仆破坏匙时，蛙为1.程01.踪蝶2.逆2混凝悄土的咽变形荐性能混凝里土的局泊松嫌比和何剪切软模量混凝镇土的个泊松颗比，亩在压爬力较巨小时幸为0.市15稠~0届.1呀8，接火近破听坏时姨可达0.艳5以上北，一惨般可尼取0.以2混凝壳土的攀剪切帅模量山为混凝子土的这弹性梯模量昂的试抬验方尾法（15剃0×15票0羡×国30稼0标准民试件）c/fcc0.55~10次此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec1.显2.移2混凝销土的剩变形茶性能2.混凝椒土在坟长期交荷载别作用原下的畅变形便性能—徐变0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)cree’e’’cr’P原因萌之一渗，胶孕凝体柳的粘朵性流蝴动原因灰之二槽，混河凝土逐内部剑微裂迟缝的由不断倘发展徐变光的原包因1.裁2.登2混凝俱土的兄变形渐性能应力众：c<0地.5卷fc，徐变稻变形圆与应门力成泡正比--压--线性谊徐变0.刮5fc<c<0饭.8鹿fc，非线北性徐宽变c>0膀.8悬fc，造成践混凝朵土破败坏，徐不稳采定加荷积时混凝帝土的挎龄期见，越风早，误徐变把越大水泥毁用量挪越多离，水为灰比狂越大熔，徐款变越绩大骨料归越硬柿，徐短变越枯小影响刻徐变昏的因汁素0.51.01.52.02.505101520253035(×10-3)(月)c<0润.5fc，线性号徐变c<0将.8fc，非线吸性徐纽奉变cree’e’’cr’1.庙2.榴2混凝杏土的井变形著性能3.混凝尼土的慌收缩混凝治土的氧收缩--百--结硬置过程妹中混艘凝土租体积阶缩小割的性曲质水泥限品种签：等彼级越毫高，野收缩蜡越大水泥阶用量添：水攻泥用缩慧量越阴多，地水灰阶比越旷大，究收缩俭越大骨料冤：骨合料越厅硬，愿收缩阀越小养护余条件搭、制耐作方支法、文使用肤环境纤、体驻积与红表面霜积的饰比值似等1.行2.印2混凝滴土的刘变形府性能4.混凝乱土的卷收缩川徐变趣对结伙构的扮影响徐变走对混享凝土矛结构污的影担响PAsPAss1c1Ps2Ass2P拆去趟，钢浪筋受悼压混仁凝土高受拉抖，可脉能会垒引起句混凝寇土开化裂徐变袍：s，汇c收缩节对混震凝土格结构貌的影蚁响AssAss收缩户：向钢筋朱受压，混凝款土受某拉As1.扣2.禽2混凝打土的芝变形锈性能1.杆2钢筋上屈服点不稳定出现颈缩拉断AB’BCDE下屈服点BC段为屈服平台CD段为强化段0.2%0.2图-有明斜显流城幅的傲钢筋图-无明灶显流喉幅的乘钢筋钢筋泛受压柄和受寒拉时壶的应荐力-应变缴曲线均几乎牙相同*明显诊流幅桐的钢宋筋：尼下屈倘服点令对应昂的强塌度作另为设哥计强笛度的区依据柿（钢仓筋屈社服后古会产降生大碍的塑浑性变喷形，崇钢筋哭混凝司土构奥件会夸产生碧不可篮恢复厌的变猫形和痕不可奔闭合就的裂陶缝，叮以至守不能闹使用箩）*扩无明所显流复幅的锻钢筋查：残凳余应粉变为0.遥2%时所对应母的应陆力作举为条材件屈魔服强图度,随着丹冶金柳系统龙采用捎国际宁标准长及质元量的遭提高营，在察相应济的产捷品标粪准中镜明确畅规定眠屈服散强度σ0.数2不得筝小于恐极限曾抗拉赌强度σb的85鸟%（0.辆85临σb）。因此摸，实娃际应腐用中桶可取夕极限伞抗拉门强度σb的85聚%作为熟条件铅屈服胶点1.哗2.维1钢筋逝的强孝度与拢变形1.应力—应变倘关系巡寿曲线2.钢筋巾的力掘学参肆数指蹲标弹性捞模量E屈服作强度σb变形倡指标*搏伸长臣率：写钢筋庄拉断卡后的救伸长测与原诱长的恐比值*响冷弯贱要求拌：将饿直径陕为d的钢筋滥绕直排径为D的钢焰辊弯象成一础定的才角度恋而不漠发生源断裂牵（远见书墨图1-辫20）AB’BCDEE：斜率屈服强度：下屈服点0.2%0.2屈服强度：条件屈服点1.玻2.昨1钢筋软的强专度与躲变形3.钢筋气的成锻分、芬级别层和品欲种按化渣学成侮分碳素余钢（剧铁、碍碳、届硅、量锰、唇硫、啦磷等绕元素鲜）低碳字钢（管含碳薯量<0栽.2惊5%）中碳陆钢（敬含碳孩量0.挑25捧~0虏.6捆%）高碳泄钢（遭含碳病量0.萌6~均1.罩4%）普通祝低合塔金钢韵（另饮加硅驼、锰腐、钛婆、钒销、铬台等）锰系硅钒拘系硅钛旷系硅锰秤系硅铬虽系按加膜工钢筋热轧腊钢筋判：热笛轧光哲面钢陆筋HR单B2沸35，热轧娘带肋潮钢筋HR屯B3绩35、HR岛B4锋00，余热龙处理助钢筋RR虫B4筹00冷拉钢筋阳：由栽热轧旨钢筋罪在常夸温下娱用机津械拉讯伸而盾成热处谈理钢谈筋：的将HR惊B4济00、RR鲜B4勤00钢筋碎通过持加热朽、淬到火、浅回火索而成1.吗2.爽1钢筋林的强今度与啄变形按加诊工钢丝碳素叮钢丝做：高愤碳镇召静钢袋通过喇多次须冷拔向、应夜力消蠢除、时矫正周、回影火处屋理而赛成刻痕净钢丝支：在色钢丝付表面嗽刻痕坛，以英增强棒其与桑混凝众土间猫的粘工结力钢绞材线：东若干涂根相储同直冒径的蒸钢丝敏成螺著旋状琴铰绕宅在一撑起冷拔黑低碳芝钢丝罢：由肚低碳匠钢冷抗拔而甲成按表柴面形软状光圆挡钢筋变形孙钢筋钢筋需的强类度等买级及限应用玩范围非预楼应力防钢筋鉴：R2蜡35，HR任B3裁35，HR站B4斧00，KL装40粥0预应描力钢虎筋：蜂碳素对钢丝池，刻徐痕钢顿丝，删钢绞炼线，禾热处佳理钢喝筋，居冷拉歌钢筋1.芝2.没1钢筋廉的强剪度与良变形4.钢筋段的冷赠加工糖和热牙处理冷拉BKZZ’K’残余变形冷拉伸长率无时严效经时粱效K点的选择裁：应圣力控形制和岭应变屋控制温度演的影私响：诵温度赛达70忘0º岁C时恢屈复到驻冷拉名前的春状态站，先梢焊后请拉特性旺：只势提高翠抗拉挂强度渣，不歪提高危抗压世强度亡，强做度提僻高，港塑性对下降冷拔经过把冷拔趣后钢民筋没泄有明蕉显的苏屈服最点和非流幅冷拔景既能仓提高揪抗拉射强度珍又能蔑提高钳抗压醒强度1.颈2.透1钢筋网的强问度与艺变形热处迈理对特定颈钢号皇的钢丈筋进厕行淬圆火和将回火续处理强度咬提高小，塑激性降括低不降脑低强蚕度的寺前提鹿下，嗓消除胳由淬茄火产午生的嘱内力父，改遭善塑亏性和沾韧性5.钢筋烟的徐沾变和父松弛徐变应力室不变孟，随钢时间抹的增密长应冲变继伶续增堤加松弛长度炕不变订，随裁时间止的增茂长应赤力降各低对结构撒，尤塌其是庆预应足力结高构，俭产生瞧不利张的影炼响，嘱需采徐取必喘要的为措施6.钢筋鼓的疲拿劳重复盛荷载依作用颤下，枕钢筋匹的强屈度<静载虎作用钻下的管强度规定科的应乳力幅饰度内竿，经链一定脂次数满的重荷复荷辞载后脸，发嚷生疲蓬劳破放坏的风最大江应力瞧值称做为疲括劳强望度。木对钢肥筋用泥疲劳酱应力辅幅来毅表示倒其疲痰劳强弃度。1.腥2.可1钢筋捆的强咏度与牧变形1.喉4钢筋贝与混猜凝土夕之间尊的粘携结1.执4.紧1粘结绒作用PPM2=M1+MM1T2=T1+TT1xM2=M1+MM1理想分布实际分布st钢筋看的周科长粘结客应力畏：钢两筋与赵混凝捐土交帮界面惠上承伍受相装对滑隆移变灭形产延生的衣剪应登力，斤称为粘结林应力粘结版应力梁中艺粘结港应力遵的分昨布与V的分删布规乱律相触同；实际钟上由虽于微乌裂缝句的存珠在分射布规介律还舰要变吹化粘结苏强度粘结弊应力桃分布一般溜用拔朵出试乘验测筐出钢测筋与具混凝魔土间鸣的平灿均粘擦结强策度钢筋完周长埋置长度拔出拉力1.誉4.愉1粘结溜作用1.透4.索2粘结像机理北分析光圆温钢筋粘附妹力摩擦猴力机械添咬合惨力（钢泪筋表绵面不羊平、估微锈在时可冷显著歇提高站咬合朝力）有滑移府时粘武附力肿即消示失钢筋索受力夏较大俊时粘庸结力合主要抵由此疲二部届分组意成变形港钢筋粘附严力摩擦怜力机械附咬合铺力主要皮作用粘结意破坏矮形态光圆木钢筋钢筋劣拔出变形荷钢筋纵向分量径向分量混凝老土撕听裂混凝滨土局全部挤封碎刮出捆式破坏1.度4.土2粘结汉机理腊分析1.莫4.缸3影响哲粘结奇强度温的因躲素混凝它土强庆度：黏结谨强度旺与混准凝土痛抗拉板强度旧大致端成正滩比关吹系。浇注费位置意（水涂平浇抹注、肢竖向猛浇注零）混凝丛土沉好淀收伸缩和锅离析巧泌水橡使对刺水平赛放置该的钢琴筋下挡部会哄形成矮疏松抢层，约导致肿黏结千强度毙降低闭。若冲混凝槐土浇劣注方心向与百钢筋鹅平行傻，黏壶结强脚度比及浇注若方向仍与钢湿筋垂居直的染情况五有明弱显提究高。钢筋许的外请形特恨征：变形辫钢筋驶的黏蒜结强咏度较绍高，桨但是仰，使毫用变丘形钢拳筋，悉在黏淘结破贷坏时归容易珍使周是围混伸凝土县产生丽劈裂盲裂缝季。保护泛层厚貌度和萍钢筋爪的净碧距：在一遭定相