《混凝土与砌体结构》教案

《混凝土与砌体结构》教案

系建筑工程技术系

任课教师：武芳___________

授课专业：14土木工程甲、乙

课程学分：5学分

课程总学时：80学时

1-4、6-9周每周8学时

课程周学时：

2016年9月3日

《混凝土与砌体结构》W发学进程

周课计划教学教学

章节

次次学时手段环境

21第一章绪论2学时讲授教室

22第二章混凝土结构材料的物理力学性能2学时讲授教室

2.1

23第二章混凝土结构材料的物理力学性能2学时讲授教室

2.2；2.3

31第十章混凝土结构设计的一般原则和方2学时讲授教室

法10.1；10.2；

32第十章混凝土结构设计的一般原则和方2学时讲授教室

法10.3

33第三章受弯构件正截面承载力计算2学时讲授教室

3.1；3.2

41第三章受弯构件正截面承载力计算2学时讲授教室

3.3

42第三章受弯构件正截面承载力计算2学时讲授教室

3.4

43第三章受弯构件正截面承载力计算2学时讲授教室

3.4

51第三章受弯构件正截面承载力计算2学时讲授教室

3.5

52第三章受弯构件正截面承载力计算2学时讲授教室

3.6

53第四章受弯构件的斜截面承载力4学时讲授教室

4.1；4.2；4.3

61第四章受弯构件的斜截面承载力4学时讲授教室

4.4

62第四章受弯构件的斜截面承载力4学时讲授教室

4.5；4.6

63第五章受压构件的截面承载力2学时讲授教室

5.1；5.2；

81第五章受压构件的截面承载力2学时讲授教室

5.3；5.4

82讲解第3章、第4章作业2学时讲授教室

83第五章受压构件的截面承载力2学时讲授教室

5.5；5.6

91第五章受压构件的截面承载力2学时讲授教室

5.6

92第五章受压构件的截面承载力2学时讲授教室

1.7；5.8

93第五章受压构件的截面承载力2学时讲授教室

5.9：5.10

讲解期中试卷

101第六章受拉构件的截面承载力2学时讲授教室

6.1;6.2

102第七章受扭构件的扭曲截面承载力2学时讲授教室

7.1；7.2；7.3

103第七章受扭构件的扭曲截面承载力2学时讲授教室

7.4；7.5；7.6；7.7

111第八章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐2学时讲授教室

久性8.1

112第八章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐2学时讲授教室

久性8.2

141第八章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐2学时讲授教室

久性8.3；8.4

142第九章预应力混凝土构件2学时讲授教室

9.1

151第三章受弯构件正截面承载力2学时实验实验室

152第四章受弯构件的斜截面承载力2学时实验实验室

161第四章受弯构件的斜截面承载力2学时实验实验室

162答疑2学时讲授教室

第1次课2学时

课程安排：

1、课程安排：总学时64,学分4。1-2周每周6学时：3T5周每周4学时。

2、教学内容安排：第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十章内容。

3、课堂作业：随堂布置作业。

4、考核成绩：期中考试、课堂考察、课堂提问、实验占30%,期末考试占70%。

本次课题(或教材章节题目)：第一章绪论

教学要求：1掌握混凝土结构的定义和分类；熟悉配筋的作用与要求。

2了解钢筋碎结构的特点，混凝土结构的发展与应用概况，学习本课程应注意的问题。

重点：掌握混凝土结构的定义和分类

难点：配筋的作用与要求

教学手段及教具：讲授

讲授内容及时间分配：

1、课程介绍和要求：10分钟；

2、导入：5分钟；

3、讲授：65分钟；

4、小结:5分钟;

5、提醒学生需注意的事项：5分钟。

课后作业思考题全部；课下浏览本课程教材上册和中册的内容。

《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)《建筑结构可靠度设计统一标准》

参考资料(GB50068)

《混凝土结构基本原理》顾祥林主编同济大学出版社

第一章绪论

自我介绍：

课程导入：

1.首先回顾前面课程所学的主要内容

(1)材料力学：以单个杆件为研究对象,理想杆件,主要研究研究在外力和其它外界因素作用

下杆件的强度、刚度、稳定性。

(2)结构力学：以杆件结构为研究对象,理想杆件,主要研究在外力和其它外界因素作用下结

构的内力和变形，结构的强度、刚度和动力反应以及结构的组成规律。

(3)钢筋混凝土：是考虑材料特性的材料力学，同样以杆件为对象，但杆件非理想的杆件。

让学生思考以下几个问题：

(1)在什么建筑里面见过混凝土结构？见过哪些混凝土构件？(由此引出：混凝土结构的应用

范围一混凝土构件应用范围)

(2)什么是混凝土？什么是混凝土结构？(由此引出：混凝土定义-混凝土结构的定义-设计

混凝土结构需掌握的知识f本课程的知识点)

(3)本课程的主要内容：①构件设计一上册(特殊的材料力学)②结构设计一中册(特殊结构

力学)③桥梁设计一下册(专业内容拓展)

2.本节课的主要内容：第一章(教学要求：掌握混凝土结构的定义和分类；熟悉配筋的作用与要求；

了解钢筋碎结构的特点，混凝土结构的发展与应用概况。)

1.1一般概念：讲述混凝土结构的定义及分类

1.2发展概况：介绍一下混凝土的发展历史及前景

1.3注意几个问题：学习过程中应注意的几个问题

3.本次课的重点：

(1)钢筋与混凝土共同工作的原理

(2)混凝土结构的优缺点

4.带着以下问题学习：

(1)混凝土结构常用于哪些建筑？混凝土常用于哪些构件？

(2)为什么建筑都是采用由钢筋和混凝土组成的钢筋混凝土构件呢？而不采用素混凝土构件或

者混凝土与其它材料组成的构件呢？

§1.1一般概念

一、混凝土结构的定义及分类

1.定义：以碎为主制成的结构成为硅结构。(注意与结构力学中结构的概念相结合)

2.分类：

(1)素混凝土：定义及应用范围

(2)钢筋混凝土：定义及应用范围；

①普通钢筋混凝土构件：解释课件上图中各字母的含义。

②新型混凝土构件：钢骨混凝土构件、型钢混凝土构件、纤维增强混凝土构件。

(3)预应力混凝土：由配置受力的预应力钢筋或其它方法建立预应力结构。(让同学们思考：施

加预应力有什么好处？)

二、钢筋与混凝土共同工作的原理：(同学们思考：配置钢筋的好处，共同工作的原理)

1.实例：素混凝土梁与钢筋混凝土梁作对比，

(1)素混凝土梁：跨度为4m,截面尺寸为200mm义300mm,混凝土强度等级为C20。简支梁，在

跨中施加集中荷载。当集中荷载F=8KN时，素混凝土梁破坏。

(2)钢筋混凝土梁：截面尺寸、跨度、支承条件均同素混凝土梁。配筋条件如图上所示(解释

图中各配筋的含义)在跨中施加集中荷载，当集中荷载F=35KN时，钢筋混凝土梁发生破坏。

(3)结果对比：

①承载力：钢筋混凝土梁相对于素混凝土梁承载力大大提高f配置钢筋可大大提高构件承载

力f为什么？

②破坏形态：素混凝土梁破坏前无征兆，发生的是脆性破坏；钢筋混凝土梁破坏前有征兆，

发生的是延性破坏。

（4）原因分析：混凝土宜于抗压，钢筋宜于抗拉（共同工作的前提）一充分利用材料特性。思

考：是不是所有宜于受拉的材料均可以与混凝土组成构件使用呢？

2.共同工作的条件：

（1）二者材料的特性

（2）可靠连接一两种材料共同变形共同受力的前提。

（3）线膨胀系数接近：比如碳纤维（同时还有造价要求）

（4）混凝土对钢筋的保护作用：玻璃纤维一需处理碱腐蚀的问题。

3.钢筋与混凝土组合的原则：注意二者的放置位置。

（1）位置：注意材料特性一钢筋宜于抗拉；混凝土宜于抗压。

（2）骨架：钢筋必须绑扎着骨架的形式。

三、混凝土结构的优缺点

1.组成：放录像一放录像的过程中穿插讲解，加深学生去混凝土结构的理解。

2.优点：（主要与目前常见的木结构、钢结构、砌体结构作对比）

（1）取材容易；（2）合理用材；（3）较长的耐久性；（4）较好的耐火性；（5）良好的可模性；

（6）很好的整体性。注意与其它结构形式相比进而得到。

3.缺点（及改进措施）：

（1）自重较大：不适用于高层、大跨度建筑中，对抗震不利一轻质高强混凝土

（2）抗裂性差：不适宜用于裂缝等级要求高的建筑，如大坝等一预应力混凝土

（3）施工速度慢：施工需使用大量的模板，且受季节的影响较大一预制构件工厂化

（4）隔声隔热差：其隔热隔声性能低于砌体结构等一保温或隔热的砂浆。

4.拓展内容：目前常用的四种结构形式（根据材料划分，让同学们根据日常所见的建筑进行回答）

（1）钢结构：造价高；防火差；防腐蚀能力差一工业与大型的公共建筑中，如国家大剧院等。

（2）木结构：造价高；防火、防虫能力差；一景区建筑

（3）混凝土结构：一应用实例，目前建筑的主要结构形式，多用于多高层的工业与民用建筑中。

（4）砌体结构：整体性差；抗震性能差；一多用于低多层的民用建筑中，如住宅。

§1.2发展概况：了解，主要从五个方面讲述

一、混凝土结构的诞生

1.1824年英国人阿斯普丁（J.Aspdin）发明硅酸盐水泥。

2.1849年法国人朗波（LLambot）制造了第一只钢筋混凝土小船。

3.1861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、拱桥等专利一一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；

4.1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。

5.1884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。

二、材料方面的发展

普通混凝土一高强度混凝土一轻质混凝土一无砂混凝土一FRP

三、结构方面的发展

普通混凝土结构一预应力结构（提高结构的抗裂度，降低自重）一结构体系进一步丰富（预应力混

凝土结构、钢筋与混凝土的组合结构）

四、理论方面的发展：《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

1.设计方法方面的发展

（1）允许应力法：材料力学的方法一材料的不均匀性、荷载的情况均未考虑。

（2）破坏阶段设计法：又称安全系数法，引入安全系数做为安全储备。

（3）极限状态法：考虑到材料不均匀、工作环境、荷载等情况的影响。

2.基本理论的发展：规范中设计方法有所改善，可考虑材料的非线性；对旧结构的维护、改造与

加固理论的完善；计算机仿真技术的应用；结构试验技术的完善。

3.试验技术的进一步提高

五、应用方面

1.房屋工程：（图片）

（1）台北101大厦，世界第一高，508米，20XX年

（2）上海金茂大厦，世界第四高，421米，1998年

（3）吉隆坡的石油双塔

（4）迪拜塔：全高828m,世界第一高。

2.交通工程：图片（此处需查资料进行补充）

3.水利工程：图片（此处需查资料进行补充）

4.特种工程：图片（此处需查资料进行补充）

§1.3学习当中应该注意的问题

一、特殊的材料力学：学习此门课的立足点

1.二者之间的联系

（1）基本原理完全相同：物理关系；几何关系；平衡关系。

（2）基本受力状态相同:受弯、受扭、受拉、受压。

（3）基本构件划分相同：受弯构件；受扭构件；受拉构件；受压构件。

（4）截面的基本应力状态相同：正截面；斜截面；扭曲截面。

2.二者之间的区别：

（1）材料力学：理想材料（连续性、均匀性假定）

（2）混凝土结构：①由两种材料组成，非匀质的理想构件；②两种材料的配比决定构件的受力

改性能；③两种材料的相同之间的作用影响构件的整体性能。

3.本课程的主要研究内容

（1）材料的物理力学性能：（第2章）

（2）构件设计：上册内容

①强度：构件承载力计算（根据构件的截面应力状态进划分）。受弯构件（第3、4章）、受

压构件（第5章）、受拉构件（第6章）、受扭构件（第7章）、预应力构件（第9章）。

②刚度：变形和裂缝限值（第8章）

（3）结构设计：

①楼盖设计：本学期末的课程设计

②单层厂房设计：下学期初的课程设计

③多高层建筑结构设计：另外一门新的课程

④砌体结构：下学期讲解。

本门课程：结构设计原理=基础知识+构件设计基本原理

二、实验性：大多数理论均是从实验中得到，而非有严密推理得到。

三、实践性：多观察身边的建筑，多学习，很多理论均是由经验得到的。

四、应注意的事项

1.考勤：达到两次不交作业或者三次旷课，平时成绩均按0计算，请务必按时上课和交作业。

2.期中考试：安排在第4章学习完之后进行，重在考虑对基本概念的理解。目的是加强对前面的

知识的掌握，为后面知识的学习打下基础。

3.成绩考核：期中考试、课堂考察、课堂提问、实验占30%,期末考试占70队

4.预习第二章的内容：我们下次课的内容是第2章的第1节和第2节。

第2次课学时

上次课复习：

1、混凝土结构的定义和分类；

2、配筋的作用与要求；

3、钢筋碎结构的特点，混凝土结构的发展与应用概况。

本次课题(或教材章节题目)：第二章混凝土结构材料的物理力学性能2.1

教学要求：1掌握混凝土的强度和变形性能

重点：混凝土的强度

难点：混凝土的应力-应变曲线

教学手段及教具：多媒体、板书

讲授内容及时间分配：

1、导入：5分钟；

2、讲授：75分钟；

3、小结：5分钟；

4、布置作业和课下内容及下课安排：5分钟。

课后作业思考题第1、2题；预习下节课要学习的内容

《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)《建筑结构可靠度设计统一标准》

参考资料(GB50068)

《混凝土结构基本原理》顾祥林主编同济大学出版社

第二章混凝土结构材料的物理力学性能

引入：

上次课讲到，混凝土结构的构件是由钢筋和混凝土两种材料组成，要进行混凝土的构件设计和结

构设计，首先有必要知道：

(1)钢筋和混凝土两种材料各自的物理力学性能

(2)钢筋和混凝土两种材料在同一个构件中如何共同工作

1.本章的主要内容：§2.1

(1)混凝土的物理力学性能：本次课内容

(2)钢筋的物理力学性能

(3)混凝土与钢筋的粘结

(4)钢筋的锚固与连接

2.本章的重点：

(1)混凝土与钢筋的物理力学性能

(2)钢筋与混凝土共同工作的原理

§2.1混凝土的物理力学性能

一、混凝土的结构组成：

1.混凝土的定义：是由水泥、砂、石和水按一定比例配合而成人工石材。

2.结构组成：微观，

(1)砂、石、未水化的水泥颗粒组成的骨料一骨架一弹性变形的基础

(2)水泥结晶体f骨架一弹性变形的基础

(3)水泥凝胶体：其中的空隙、界面初始裂缝一塑形变形的基础一受力性能一徐变

二、混凝土的强度：种类比较多；标准的问题

1.立方体抗压强度fwk：

(1)测定方法：标准试件在标准条件下养护28天,用标准试验方法测得的测得的破坏时的平均

压应力称为混凝土的立方体抗压强度。按上述规定所测得的具有95%保证率的抗压强度称为混凝土的

立方体抗压强度标准值力注意力1a的表示含义，/：强度；cube(立方体)；k:标准值。

①标准试件：边长为150mm的立方体试件。

②标准条件：温度为20±3匕，湿度在90%以上。

③标准试验方法：试件两端不涂润滑剂，加载速度C30以下是0.3so.5Mpa/sec,C30心上

为0.5so.8N/mm'/sec

(2)影响因素：端部约束情况(是不中涂滑剂)；龄期；加载速率；试块尺寸；

(3)强度等级划分：根据力将混凝土划分为14个等级,C15、C20……C80(C：concrete(混

凝土)；15：立方体抗压强度标准值)，其中C50-C80属于高强度混凝土范畴(注意并非混凝土强度

等级越高越好)

(4)选择要求：《混凝土结构设计规范》专业术语解释

《混凝土结构设计规范》4.1.2：

钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；当采用HRB335级钢筋时，不宜低于C20；当

采用HRB400、RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于20；预应力混凝土

结构，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，不宜低于C40。

不得、不应：正常情况下均不应这样做的情况；不且：允许稍有选择，但在允许条件下首先不应

该选择这样做的用词；可：条件允许情况下可选择；严禁：在任何情况下均不得这样做的情况。

(5)立方体抗压强度的意义：可衡量混凝土的强度水平和品质标准，但不代表实际构件中的应

力状态。原因：实际的构件一般情况下第三边的尺寸要远远大于其余两个边的尺寸；但立方体抗压强

度测得的标准试件是三个方向尺寸相等的立方体，与实际的构件应力状态有所差别。

2.轴心抗压强度力/混凝土宜于抗压，因此在结构中主要利用混凝土的抗压性能，所以工是

混凝土的主要性能参数

（1）测定方法：用棱柱体试件测得的抗压强度称为棱柱体抗压强度标准值或轴心抗压强度标准

值。通常棱柱体的高宽h/b取2〜3,常用试件尺寸为150mmX150mmX300mm。

（2）与立方体抗压强度标准值的对比：采用的试验试件更接近构件的实际尺寸，比立方体抗压

强度标准值人.更能反应实际构件的应力状态。因此规范中均采用力,*来表示材料的性能。

（3）轴心抗压强度设计值fc：f0=3/Y（可得到每种强度等级混凝土的抗压强度值、

力，汇总得到教材上附表2-1和2-2）

3.轴心抗拉强度混凝土在有的情况下处于受拉的情况，所以也必须掌握混凝土的抗压性能

（1）必要性：混凝土构件的开裂、变形、冲切等均取决于混凝土的抗拉性能。

（2）测定方法：

①直接测试法:用lOOmmX100mmX500mm的柱体试件，两端埋设长为150nlm的变形钢筋，试

验机夹住两端伸出的钢筋使试件受拉，破坏时平均应力即为混凝土的轴心抗拉强度标准值

存在的问题：材料不均匀，施工偏差影响较大。

②间接测试法（劈拉试验）：用立方体或圆柱体试件的劈拉试验来间接测定混凝土的抗拉强

度。对立方体或圆柱体施加线荷载。其劈拉强度为:f,=2p/ndl（可得到每种强度等级混

凝土的抗压强度值flk.ft,汇总得到教材上附表2-1和2-2）

4.复合应力状态下：在实际建筑中，大多数构件处于复合应力状态下，通常承受M、N、V共同

作用，因此研究复合应力状态下，混凝土的强度非常必要。混凝土复合应力状态下的强度以单向应力

状态下的强度为基础。

（1）双向应力状态下：观看双向应力状态下混凝土强度的破坏包络图，注意解释各象限以及各

字母的含义。

①双向受拉：位于第一象限。从图上可以看出，接近于单向受拉的抗拉强度；

②双向受压：位于第三象限。混凝土受到侧向约束的影响，强度均高于单向受压时的强度。

③一拉一压：位于第二、第四象限。拉应力的存在加速了混凝土内侧裂缝的开展，抗压和抗

拉强度均有所降低。

（2）剪压复合应力状态下：从图上看出

①x轴左侧：随着拉应力增大，混凝土的抗剪强度逐渐降低；

②x轴右侧：随着压应力的增大，混凝土的抗剪强度逐渐增大；当压应力超过0.6£后，

抗剪强度随压应力增大而减小。

（3）三向应力状态下:随着侧向约束的逐渐增大，混凝土的强度逐渐增大。

£=力'+（4.5~7.0）力

三、混凝土的变形

混凝土的变形由混凝土的受力变形和混凝土的体积变形两部分组成。

1.混凝土的受力变形

（1）单调短期加载下混凝土的变形性能：

①应力-应变曲线：0A段：弹性变形阶段，水泥凝胶体粘流动和初始裂缝变形影响较小，接

近直线，此时接近于弹性材料。A：比例极限点，名=0.3-0.4/°

AB段：裂缝稳定发展阶段，4=0.8工°,B：临界点。

BC段：裂缝开始相互贯通，进入裂缝不稳定发展时期，由第二图可以看

出体积应变由压缩变为膨胀。横向应变继续增大。C：峰值点，£0；

峰值应变，一般取为0.002

CD段：形成破坏面，进入下降段。出现纵向裂缝，横向变形急剧增大，

承载力明显下降。

DE段：超过D点后，只靠骨料之间咬合力及摩擦力及残余承压面来承受

荷载，应力-应变曲线指向水平轴。超过E点之后，裂缝很宽，

已无意义。

②对于高强度混凝土：由图中曲线可以看出，应力-应变曲线弹性段越长；峰值应变有所

增大，脆性越显著，下降段越陡。由此可以看出，混凝土随着强度的

增大，材料会越来越脆。即并不是混凝土强度越高越好。

③应力-应变模型：试验测得的应力-应变曲线相对比较复杂，并且用于实际工程没有必要。

因此各国均采用对其简化的模型。

美国Hognestad模型：二次抛物线+斜直线（下降段）模型

德国Rusch模型：二次抛物线+直线模型

中国规范：曲线+直线，如图所示，注意图中各字母的含义

峰值应变，对应应力-应变曲线中的C点；邑：混凝土的极限压应

变，对应应力-应变曲线中的E点。同时考虑了混凝土的强度等级的影

响，而引入工⑪（前面分析混凝土的强度等级越高，应力-应变曲线越

陡峭）。

④变形模量：应力与应变之间的桥梁，材料力学中的物理关系：=由图中可得：请

同学们思考，几种弹性模量分别由什么得到，并且用于什么地方。同时混凝土采用的模量应即简便，

又能反应材料的实际性能。

初始弹性模量纥：过原点切线的斜率，用于弹性阶段，&.=3％（用于材料力学的

研究，或者当荷载较小时，用于混凝土构件的研究）

割线模量耳：任意一点的变形模量，为该点与原点连线的斜率，又称为变形模量或弹塑

性模量。（对应每个应力均对应不同的变形模量，使用起来不方便）

切线模量耳：任意一点的切线模量，为过该点切线所对应的斜率。（能真实反应材料任

意一种情况下对应的模量，仅于理论研究，用于工程中，既不方便,

也完全没有必要。）

1（）5

规范中采用的混凝土变形模量：耳=—-（N/mm2）

c一c34.7

（2）长期荷载作用下混凝土的变形性能：

由生活当中的实例引入：比如建筑中的梁，从开始使用到50年后，梁上承受的荷载相同，但随

着时间的增长，荷载没有变，但梁的变形越来越大，为什么？（荷载不变，但建筑的反应却越来载大）

请同学们举其余相似的例子。原因就是：徐变

①徐变的定义：结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间而增长的现象。

②徐变的特点：由混凝土徐变的图上可以看出，混凝土的徐变随着时间增加，开始增长较快,

以后逐渐减慢，最后趋于稳定。

③徐变的原因：水泥凝胶体的黏性流动，使骨料应力增大；混凝土中内部裂缝的发展。

。影响徐变的因素：内在因素：混凝土的组成和配比，骨料的刚度越大，体积比越大，徐变

就越小，水灰比越小，徐变也越小。环境因素：养护条件和使用条件，

受荷载前养护的温湿度越高，徐变就越小：受荷后所处的环境温度越高,

相对湿度越小，徐变就越大。应力因素：应力越大，徐变就越大。

⑤徐变对结构设计的影响：使钢筋混凝土构件截面产生内力重分布；使受弯构件和偏压构件

的变形加大；使预应力混凝土构件产生预应力损失。注意引导学生思考

为什么会造成这些影响呢？

(3)在重复荷载作用下的混凝土的变形性能：疲劳破坏(引导同学们思考：一是哪些地方会出

现重复荷载作用的情况；二是重复荷载下的构件与静荷载作用下的构件反应有什么差别？)

①实例：厂房里面的吊车梁；道路；桥梁

②应力-应变曲线特征：与单调短期荷载作用下的差别，裂缝小，变形大。从重复荷载作用

下的应力-应变曲线图上可以看出，一开始加载，再卸载，会产生残

余变形，即塑性变形，反复加载卸载之后构件会因裂缝过宽或变形

过大而破坏。

2.混凝土的体积变形：

(1)体积变形的特征：在空气中凝结硬化，体积收缩；在水中凝结硬化，体积膨胀。

(2)影响混凝土收缩的因素:①水泥的品种：②水泥用量；③骨料的性质；④养护条件；⑤磴

制作方法；⑥使用环境；⑦构件体积与表面积比值

讲课过程中需注意的问题：混凝土的应力-应变曲线比较难以理解，注意放慢速度，结合图片、实验

讲解。

下课前需提醒内容：预习下次课，第二章的剩余内容；注意对混凝土的强度以及应力应变曲线的理解。

第3次课学时

上次课复习：混凝土的物理力学性能

1.混凝土的组成：(1)宏观：多相复合材料f非匀质非完全弹性材料

(2)微观：骨架、水泥结晶体一弹性变形的基础

水泥凝胶体一塑性变形的基础

2.混凝土的强度：(1)单向应力状态：①力”.一确定混凝土强度等级

②力kf混凝土抗压强度

③7;“一混凝土抗拉强度

(2)双向应力状态：

(3)三向应力状态：约束混凝土

3.混凝土的变形：(1)受力变形：①单向短期荷载作用下：应力-应变曲线；应力-应变模型；

变形模量

②长期荷载作用下：徐变

③重复荷载作用下：疲劳破坏

(2)体积变形：混凝土凝结硬化

本次课题(或教材章节题目)：第二章混凝土结构材料的物理力学性能2.2；2.3

教学要求：掌握钢筋的物理力学性能；了解混凝土与钢筋的粘结的意义和原理

重点：钢筋的力学性能

难点：混凝土与钢筋的粘结

教学手段及教具：多媒体、板书

讲授内容及时间分配：

1、导入：5分钟；

2、讲授：73分钟；

3、本章小结：10分钟；

4、布置作业和布置课下内容：2分钟。

课后作业第二章课后思考题；预习第十章的内容

《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)《建筑结构可靠度设计统一标准》

参考资料(GB50068)

《混凝土结构基本原理》顾祥林主编同济大学出版社

§2.2钢筋的物理力学性能

引入：上次课已经学过了混凝土的物理力学性能，这次课我们就主要来学习钢筋混凝土构件中另外一

种材料的物理力学性能，以及二者是如何共同工作的。

本次课内容：

(1)钢筋的物理力学性能

(2)钢筋与混凝土共同工作的原理

在学习过程中需要注意的问题：钢筋的物理力学性能分析的思路与混凝土的物理力学性能分析思路完

全一样。

一、钢筋常见的种类和符号说明：(提问：生活中同学们都见到哪些钢筋)

1.钢筋按化学成分的不同分为：碳素结构钢和普通低合金钢。

2.钢筋按生产加工工艺的不同分为：

(1)热轧钢筋：注意图片(包括HPB235、HRB335,HRB400,RRB400)

(2)热处理钢筋：图片，多用于预应力混凝土结构。它是将特定强度的钢筋通过加热、淬火和

回火等调质工艺处理，使钢筋强度大大提高，而延伸率降低不多得到的钢筋。

(3)钢丝：图片，多用于预应力混凝土结构中，钢筋拉拔后，校直，经中温回火消除就力并稳

定化得到。有光面、刻痕和螺旋肋三种形式。

(4)钢较线：图片，多用地预应力混凝土结构中。高强钢丝捻制在一起，经过低温回火处理，

消除内应力后制成，有3股和7股两种形式。

3.钢筋按其外形的不同分为：(注意各字母的含义)

(1)光面钢筋：如HPB235(此处钢筋强度较低，多作为楼板的受力钢筋、分布钢筋以便其它构件

的箍筋使用)

(2)变形钢筋：如HRB335、HRB400、RRB400(变形钢筋，多作为钢筋混凝土构件受力钢筋使用)

生产工艺：hotrolledremainedheattreatment

ribbed

bar

RRB400

4.钢筋按力学性能的不同分为：(1)有物理屈服点的钢筋(软钢)(2)无物理屈服点的钢筋(硬钢)

二、强度与变形

1.强度：《混凝土结构设计规范》规定：具有不小于95%保证率的强度标准值。根据钢筋种类的

不同，其强度标准值按上值确定。

(1)热轧钢筋：屈服强度一&

(2)预应力钢筋：抗拉强度一fplk

2.应力-应变曲线：

(1)热轧钢筋：有明显流幅的钢筋

A：比例极限点；B:屈服上限，不稳定；B：屈服卜限，稳定。

AB：基本位于弹性阶段，发生的是弹性变形。

BC：过B点之后，开始塑流，BC：屈服平台，此时钢筋应力基本不增加，应变急剧增长。

CD：强化阶段，应力逐渐上升，D：钢筋应力达到最大值，即为极限抗拉强度。

DE：破坏阶段，过D点之后，开始颈缩，E：拉断，到达极限拉应变。

分析：过B点以后，构件出现过大的变形或者裂缝，不适宜继续使用，因此采用下屈服点B作为

强度标准值，表示为4“，相应的参数值请查看教材上面附表2-6。

（2）预应力钢筋：无明显流幅的钢筋

条件屈服强度D点：0.85x0/以耳0.85X%或者残余应变的0.2%->fplk（由极限抗拉强度得到）

—附表2-7

三.简化模型：

1.完全弹塑性模型：中国规范（适用于流幅较长的低强度钢材），&定值一附表2-10

2.三段线性模型：适用于流幅较短的钢材

3.双斜线模型：没有明显流幅的钢材

四、疲劳破坏

1.特性：在重复荷载作用下，钢筋的强度远远小于静载作用下的强度

2.试验方法：单根钢筋的轴拉疲劳；钢筋埋入混凝土上重复受拉或受弯

五、对钢筋的要求

1.钢筋的强度：

2.塑性：

3.可焊性：

4.钢筋与混凝土的粘结：

§2.3混凝土与钢筋的粘结

引入：由前面分析,二者共同组成构件，共同受力的前提是二者之间连接，既粘结和锚固的构造措施。

一、粘结：粘结是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础。

1.定义：钢筋与混凝土接触面上产生的沿钢筋纵向有剪应力。

2.粘结强度：

（1）定义：粘结失效时的最大（平均）粘结应力

（2）测试方法：如图所示，由平衡条件可以得到。粘结强度粘结强度的测定通常采用拔出试验

方法；粘结应力等于钢筋的拉力与钢筋表面积的比。

3.分布情况：

（1）开裂前：只有锚部附近的粘结应力（注意启发学生思考原因）

（2）开裂后：锚步粘结力+裂缝间的局部粘合力一使钢筋与混凝土共同变形，共同受力（注意引

导学生分析原因）

二、粘结力的组成：

L化学胶结力：水泥浆体对钢的表面氧化层的渗透及水化过程中水泥晶体的生长和硬化，化学胶

结力比较小，当钢筋发生滑移时，此力消失。

2.摩阻力：混凝土在凝结硬化过程中，发生收缩，从而对钢筋表面产生压力。当在受力过程中，

钢筋相对混凝土发生相对移动，从而在钢筋表面产生限制其滑动的静摩擦力。

3.机械咬合力：变形钢筋的原理，（注意对照PPT上图片进行讲解）

4.粘结力的组成：光面钢筋的粘结力由化学胶结力和摩擦力组成；变形钢筋的粘结力由以上三部

分组成。

三、粘结力的影响因素

1.混凝土强度：粘结力随着混凝土强度的提高而逐渐增大，但实验证明，二者的增长并不成正

比。

2.钢筋外形：由粘结力的组成可以看出，变形钢筋的粘结力增大了机械咬合力，相对光面钢筋

而言，粘结应力较大，但注意因此而产生的劈裂裂缝。

3.保护厚度及钢筋间距：注意在黑板上绘制梁的断面图。(并根据图形此导学生分析原因)钢筋

根数越多，净间距越小,粘结强度越低。

4.横向钢筋:可限制构件的横向变形，从而限制裂缝的开展，从而提高混凝土与钢筋之间的粘结

力。

5.横向压力：原理等同于上者

6.浇注时钢筋所处位置：

四、钢筋的锚固与搭接

1.指导思想：保证混凝土与钢筋共同工作，共同变形，采用粘结力和构造措施共同执行的方式。

在《混凝土结构设计规范》中规定：对构件不进行粘结力计算，只通过构造措施来进行保证。

2.保证混凝土和钢筋粘结力的构造措施：此处采用引导的方式讲解，不用记忆，仅需理解

(1)保证钢筋的最小锚固长度与搭接长度：

①最小搭接长度的定义：

②最小搭接长度的计算公式：P102,公式(4-25)

③常见钢筋的搭接方式：绑扎连接；焊接连接；机械连接

④搭接的构造要求：搭接百分率限制；搭接长度限制；具体参看《混凝土结构设计规范》

f

⑤最小锚固长度：意义；计算公式：./；,/“=

(2)满足钢筋最小间距和碎最小保护层厚度的要求:原因同前面。

(3)在钢筋搭接接头范围内应加密箍筋:提高混凝土与钢筋的粘结力，使连接处，二者能够共同受

力，共同变形。同时应注意搭接位置，由于接头处，构件整体性相对于其余位置较差，因此应尽可能

选择受力较小区域进行钢筋的搭接。

(4)钢筋端部设置弯钩：

本章内容小结：

一、混凝土的物理力学性能

1.混凝土的组成：(1)宏观：多相复合材料一非匀质非完全弹性材料

(2)微观：骨架、水泥结晶体一弹性变形的基础

水泥凝胶体一塑性变形的基础

2.混凝土的强度：(1)单向应力状态(本章重点)：①£“"一确定混凝土强度等级

②人*一混凝土抗压强度一人一附表2-1、2-2

③/«一混凝土抗拉强度一力一附表2-1、2-2

(2)双向应力状态：

(3)三向应力状态：约束混凝土

3.混凝土的变形：(1)受力变形：①单向短期荷载作用下：应力-应变曲线；应力-应变模型；变形模

量附表2-3

②长期荷载作用下：徐变

③重复荷载作用下：疲劳破坏

二、钢筋的物理力学性能

1.钢筋的种类及符号说明：着重掌握热轧钢筋

2.钢筋的强度与变形：(1)热轧钢筋：有明显流幅一屈服平台一屈服强度一＜*―/,-附表2-6

(2)预应力钢筋：无明显流幅一无屈服平台一极限抗拉强度-fplk-力“f附

(3)钢筋的弹性模量：

3.钢筋的疲劳破坏：特性

4.对钢筋的要求

三、粘结

1.意义；2.组成；3.影响因素；4.构造要求

下课前需提醒内容：由于教材的问题，将课程调整

1.课下预习混凝土中册第十章的内容，比较难以理解，所以一定要课下提前预习。

2.下次课记得带中册书。

第4次课2学时

上次课复习：

一、钢筋的物理力学性能

1.钢筋的种类及符号说明：着重掌握热轧钢筋

2.钢筋的强度与变形：重点

(1)热轧钢筋：有血显域词一屈服平台一屈服强度-£*一£-附表2-6

(2)预应力钢筋：无明显流幅一无屈服平台一极限抗拉强度―/““f£”一附表2-6

(3)钢筋的弹性模量：

3.钢筋的疲劳破坏：特性

4.对钢筋的要求

二、粘结

意义；2.组成；3.影响因素；4.构造要求

本次课题(或教材章节题目)：第十章混凝土结构设计的一般原则和方法10.1；10.2

教学要求：1掌握结构的极限状态；2掌握按近似概率的极限状态设计法

重点：近似概率极限状态设计方法

难点：近似概率极限状态设计方法

教学手段及教具：讲授

讲授内容及时间分配：

1、导入：5分钟；

2、讲授：80分钟：

3、小结：3分钟；

4、布置作业和课下内容安排：2分钟。

课后作业课后思考题

《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)《建筑结构可靠度设计统一标准》

参考资料(GB50068)

《混凝土结构基本原理》顾祥林主编同济大学出版社

第十章按近似概率的极限状态设计方法

引入：前面讲到，总的设计方法经历了三个阶段，容许应力法f破除阶段设计方法f近似概率极限状

态设计方法。近似概率极限状态设计方法，是总的设计原则，因此在讲述具体的构件设计之前，必须

先学习本知识的内容。

1.学习本章主要从三个问题入手

(1)什么是极限状态？

(2)什么是近似概率的极限状态设计方法？

(3)实用设计表达式？

2.本章的重点：实用表达式

3.感性分析：

结构工作，其实就是抗力R与荷载产生的效应S共同作用有结果，因此可得以下结论：

(1)若R>S：外部荷载产生的影响S,当小于结构可以承担的范围R,则可以看出，结构安全

(2)若R<S：外部荷载产生的影响S,当大于结构可以承担的范围R,则可以看出，结构不安全

(3)若口=5：外部荷载产生的影响S,等于结构正好可以承担的范围R,则结构处于极限情况。

则可以作如下推导：取2=15,

(1)Z>0:R>S则，结构安全；(2)Z<0：R<S,结构不安全；(3)Z=0：R=S,结构处于极限状态

则Z可表示出来结构所处的状态，称为功能函数。可见Z的大小跟R和S相关。

一、极限状态

1.结构上的作用及其效应

(1)定义：凡能使结构产生内力或变形的原因称为“作用”

(2)分类:

①直接作用：又称为荷载。

荷教根据作用时间的长短和性质：

永久荷载：是指荷载的大小随着时间推移不发生变化或者变化较小可以忽略的荷载，包括结

构或构件的自重以及恒荷载；

可变荷载：是指荷载的大小随着时间的推移而发生变化，并且其变化不可以忽略的荷载。主

要是指建筑上面所作用的活荷载；

偶然荷载：指一般情况不会发生，一旦发生便会产生严重性的后果，比如爆炸力等。

荷载根据结构的反应特点：

静荷载：荷载作用的位置不发生改变的情况，如结构自重、住宅或办公楼的楼面活荷载等。

动荷载：荷载作用的位置随着时间而改变的情况，如吊车荷载、风荷载、地震等。

永久荷载的标准值和永久荷载分项系数均可以通过《建筑结构荷载规范》查到。

②间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等引起结构外中变形或约束

的原因。

(3)荷载代表值：

①永久荷载的代表值：荷载标准值；荷载设计值

永久荷载标准值：按结构设计规定的尺寸和材料容重(可由《混凝土结构设计规范》查得)

平均值确定；

永久荷载设计值：设计值=恒荷载分项系数X永久荷载标准值。

②可变荷载代表值：标准值；设计值；组合值；准永久值：频遇值。

可变荷载标准值：荷载标准值可由设计基准值最大荷载概率分布的某一分位值确定.

可变荷载设计值：设计值=可变荷载分项系数X可变荷载标准值。

可变荷载准永久值：准永久值=准永久系数X可变荷载标准值；

可变荷载频遇值：频遇值=频遇值系数X可变荷载标准值

可变荷载组合值：组合值=组合值系数X可变荷载标准值。

可变荷载的标准值和荷载分项系数(可变荷载分项系数、组合值系数、频遇值系数、准永久值系

数均可以查《建筑结构荷载规范》中查到)

(4)实例：河北科技大学新校区公共教学楼，请试利用规范确定楼面恒荷载标准值、楼面恒荷

载设计值、楼面活荷载的组合值、楼面活荷载设计值、楼面活荷载的组合值、楼面活荷载的准永久值、

楼面活荷载的频遇值。楼面的构造层次如下图所示：(补充图形)

2.结构的抗力R：结构抗力是指结构或构件承受作用效应的能力。如构件的承载力、刚度等，用只R

表示。

(1)影响因素：材料性能的不定性；构件几何参数的不定性。

(2)材料强度设计值：

材料强度标准值：混凝土强度标准值的保证率为9