混凝土教案设计

第1章（章或课）

课题：1章绪论讲授节数4

授课班级

授课日期第1周至第1周

教学目的要求：掌握混凝土结构的概念以及本课程的目的及特点。

教学重点：1、本课程的目的及特点

2、

3、

教学难点：1、混凝土的力学性能及强度理论。

2、能进行一般工业与民用建筑结构的设计

教学方法：直观演示法、讨论法，讲授法教具：计算机、投影仪、黑板等。

总

节其中

内容课

次

时讲授实验、实习课堂作业

1绪论44

课

时

安

排

合计44

第1节（每节、每课或连排2课时）

课题：绪论讲授节数4节

授课班级

授课日期星期日/月星期日/月

教学目的要求：掌握混凝土结构的概念以及本课程的目的及特点。；了解混凝土结构的的过去、

现状和发展趋势。

教学重点：1、本课程的目的及特点

教学难点：1、混凝土的力学性能及强度理论。

2、能进行一般工业与民用建筑结构的设计

作业布置：

教具：计算机，投影仪，黑板

教学过程

课后小结：本次课对我国的混凝土结构做了简单的介绍，并着重讲解了混凝土结构的

分类。难点在于分类。利用到先进的多媒体教学，图文并茂，达到了很好的效果。

转下页

教案内容及教学过程提示与补充

课题导入：

①混凝土结构基本概念；

於

②混凝土结构分类；

1、素混凝土结构

2、钢筋混凝土结构

3、预应力混凝土结构

③钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构的特点及应用范围。

钢筋混凝土结构是最重要的结构形式之一，其组成材料钢筋和混凝

土的性能对结构的影响很大。

④本课程的目的及特点

主要目的：掌握混凝土结构的基本概念、基本理论及构造要求，能

进行一般工业与民用建筑结构的设计,并具有绘制和识读结构施工

图的能力，为将来从事设计工作、施工及管理岗位的技术工作工作

打下牢固的基础。

课题第2章钢筋和混凝土的力学性能

课时4

2.1钢筋的力学性能

教学目的①熟悉钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构所用钢筋的主要品种；

②熟悉钢筋的应力应变曲线及各项力学性能指标的意义，了解冷加工钢筋的性能；

③了解混凝土结构对钢筋性能的要求。

教学重点①软钢、硬钢的应力应变曲线；

②钢筋的力学性能指标：屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能的概念及工程意义。

教学难点钢筋的强度与塑性指标

教学关键点①软钢、硬钢的应力应变曲线；

②钢筋的力学性能指标：屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能的概念及工程意义。

教具《混凝土结构》教材及教案

板书设计第2章钢筋和混凝土的力学性能

2.1钢筋的力学性能

一、钢筋的分类二、钢筋的强度和变形

1.按化学成分1.钢筋屈服强度的取值：

2.按外形软钢和硬钢

3.按加工方法2.钢筋的变形

力学指标：伸长率和冷弯性

三.混凝土结构对钢筋性能的要求四、钢筋的选用

1.较高的强度；1.钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结

2.良好的塑性；构中的非预应力钢筋宜采用I、II、III级热

3.良好的可焊性；轧钢筋

4.较强的耐火性；2.预应力钢筋宜采用钢丝、钢绞线和热处理钢

5.钢筋与混凝土良好的粘结力。筋，

教案内容及教学过程提示与补充

课题导入：

复习提问：①混凝土结构基本概念；

②混凝土结构分类；

③钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构的特点及应用范围。

钢筋混凝土结构是最重要的结构形式之一，其组成材料钢筋和混凝土

的性能对结构的影响很大

课程新授：

第2章钢筋和混凝土的力学性能

本章学习要点

1、熟悉钢筋的分类及混凝土结构和预应力混凝土结构所用钢筋的主要品

种及性能；

2、熟悉有明显屈服点钢筋和无明显屈服点钢筋的应力应变曲线；

3、熟悉钢筋的力学性能指标及意义；

4、了解钢筋冷加工的概念及冷加工钢筋的性能与应用；

5、熟悉混凝土结构对钢筋性能的要求；

6、熟悉混凝土的强度概念及三个强度指标，了解混凝土强度等级的选用；

7、熟悉混凝土一次短期加载时混凝土的受压应力应变曲线；

8、熟悉混凝土收缩、徐变的概念，影响因素，对工程的影响及工程中为

减小收缩和徐变所采取的措施；

9、钢筋与混凝土共同工作的原因

10、粘结强度及影响因素

11、保证粘结强度的构造措施

教案内容及教学过程提示与补充

2-1钢筋的力学性能

2.1.1混凝土结构用钢筋的种类

1、按化学成分分类

‘低碳钢（含碳量＜0.25%）

碳素钢，中碳钢（含碳量0.25〜0.6%）

V〔高碳钢（含碳量＞0.6%）

〔普通低合金钢

含碳量越高，强度越高，但塑性和可焊性下降。工程中常用低碳钢。普

通低合金钢是在碳素钢的基础上，再加入微量的合金元素，如硅、镒、钮、

钛、锯等，目的是提高钢材的强度，改善钢材的塑性性能。

2、按生产加工工艺和力学性能分类

「HPB235：光圆筋O

热轧钢筋JHRB335：变形筋（月牙纹）虫

庙RB400、RRB400：变形筋（螺纹、人字纹、月牙纹）

]热处理钢筋：经淬火、回火处理I

J预应力混凝土

〔钢丝、钢绞线

3、钢筋按其外形不同分为]光面钢筋

1变形钢筋（螺纹、人字纹和月牙纹）

目前常用的是月牙纹钢筋，如图1T。通常变形钢筋直径不小于10mm,

光面钢筋直径不小于6mm。

教案内容及教学过程提示与补充

图2-1月牙肋钢筋

2.L2钢筋的主要力学性能

1、钢筋。s-入曲线有屈服点钢筋：强度较低、塑性变形大

I无屈服占钢筋：强度高、塑性变形小

2、钢筋的力学性能指标

(1)、钢筋的强度

对于有明显屈服点钢筋，取屈服强度£作为钢筋强度的计算指标。这

是因为当钢筋屈服后，钢筋虽然没有断裂，但会产生较大的塑性变形，即

使荷载不增加，构件也会产生很大的裂缝和变形，超出正常使用的允许值。

教案内容及教学过程提示与补充

对于无明显屈服点钢筋，为了防止构件的突然破坏并防止构件的裂缝和变形太大，

设计强度取其条件屈服强度外.2作为钢筋强度的计算指标。目前，《规范》统一取

为极限抗拉强度外的0.85倍,即00.2=0.854。

(2)、钢筋的塑性性能指标

钢筋的伸长率(%或％。)：伸长率大，则钢筋塑性好，拉断前有明显的预兆，属于

延性破坏；伸长率小，说明钢筋塑性较差，拉断前变形小，破坏突然，属于脆性破坏。

钢筋的冷弯性能：在常温下将钢筋绕规定的直径D弯曲a角度而不出现裂纹、鳞落

和断裂现象,既认为钢筋的冷弯性能符合要求。D愈小，a愈大，则弯曲性能愈好。

钢筋的力学性能指标表2-1

冷弯性能

公称直屈服强抗拉强伸长a一弯曲

钢筋弹性模量

钢号径度度率角度

级别N/mm2

22

(/(mm)N/mmN/mm65D一弯心直

径

a=180°

HPB235Q2358〜20235370252.1X105

D二d

a=180°

6〜25

D=3d

HRB33520MnSi335490162.0X105

a=180°

28〜50

D=4d

a=180°

20MnSiV6〜25

D=4d

HRB40020MnSiNb400570142.0X105

a=180°

20MnTi28〜50

D=5d

a=90°

8〜25

D=3d

RRB400K20MnSi400600142.0X106

a=90°

28〜40

D=4d

教案内容及教学过程提示与补充

表1-1列出了热轧钢筋的强度、伸长率和冷弯性能、弹性模量等各项指标。

3、钢筋的冷加工

（1）、冷拉：在常温下将热轧钢筋拉到超过其屈服强度进入强化阶段的某一应力值，

然后卸荷至零，利用“冷拉时效”，使钢筋的强度得到提高，但其塑性有所下降。

（2）、冷拔：将热轧钢筋用强力拔过比它本身直径还小的硬质合金拔丝模，可使钢

筋强度大幅提高，但塑性大幅度下降。

（3）,冷轧：在常温下将热轧钢筋表面轧制成不同的形状，其材料内部组织变得更

加密实，钢筋的强度及与混凝土的粘结力有所提高，但塑性性能有所下降。目前常用的

冷轧钢筋有冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋两种。

冷加工钢筋强度虽然提高了，但塑性大幅下降，所以《规范》不推荐使用冷加工钢

筋（规范未列入）。

2.1.3混凝土结构对钢筋性能的要求

1、一般要求

⑴有较高的强度和适宜的屈强比。

⑵有较好的塑性。

⑶具有较好的焊接性能。

⑷与混凝土之间具有良好的粘结。

2、抗震要求

对于有抗震要求的混凝土结构用钢筋，除上述一般要求外，还有以下具体

要求：

⑴抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，应

满足：

①钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值（强屈比）不应小1.25,目

的是为了保证当构件某个部位出现塑性较后，塑性钱处有足够的转动能力与

耗能能力。

教案内容及教学过程提示与补充

②钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3,目的是为了

保证结构设计中强柱弱梁、强剪弱弯的设计要求。

⑵普通钢筋宜优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋。纵向受力钢筋宜选用HRB400

级和HRB335级热轧钢筋，箍筋宜选用HRB335.HRB400和HPB235级热轧钢筋。

钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构用钢筋，《规范》规定如下：普通钢筋宜采用

HRB400级和HRB335级钢筋，也可采用HPB235级和RRB400级钢筋；预应力钢筋宜采用预

应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。

课堂巩固：思考题厂6

本节小结：

混凝土结构用钢筋多为低碳钢和普通低合金钢，普通钢筋主要是热轧钢筋

（有HPB235、HRB335、HRB400、RRB400四级），预应力钢筋主要有预应力钢丝、

钢绞线和热处理钢筋；有明显屈服点钢筋的力学性能指标有屈服强度、抗拉强

度、伸长率、冷弯性能，屈服强度是钢筋强度取值依据，无明显屈服点钢筋取

条件屈服强度；混凝土结构对钢筋的性能要求有：强度高、塑性好、可焊性好、

与混凝土有良好的粘结等。

作业布置：思考题4、5

（编号2）年月日

课题2.2混凝土的力学性能课时2

教学目的①熟悉混凝土强度的概念及一次短期加载下的应力应变曲线；

②熟悉混凝土收缩与徐变及其对工程的影响。

教学重点混凝土的强度及受压的应力应变曲线

教学难点混凝土的强度及受压的应力应变曲线

教学关键点混凝土的强度及受压的应力应变曲线

教具《混凝土结构》教材及教案

板书设计2.2混凝土的力学性能

一、混凝土的强度二.混凝土的变形

1.混凝土立方体抗压强度与混凝土强度等级1.一次短期加载下混凝土的变形性能

2.混凝土的轴心抗压强度（1）混凝土受压时的应力-应变关系

3.混凝土的轴心抗拉强度（2）混凝土的横向变形系数

（3）混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量

2.混凝土在荷载重复作用下的变形（疲劳变形）B.加载时的龄期：龄期早，徐变大；

3.荷载长期作用下混凝土的变形性能C.其它：水泥用量、水灰比、骨料、温度以及

（1）徐变：在长期不变的荷载作用下，结构湿度。

或构件产生的应变或变形；（5）徐变对结构的影响

（4）影响徐变的因素：A.使结构产生应力重分布；

A.保持的应力（荷载）大小B.使预应力产生损失。

4.混凝土的收缩、膨胀和温度变形

教案内容及教学过程提示与补充

课题导入：

复习提问：

①钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构所用钢筋的种类一一热轧钢筋(共四个品种

HPB235、HRB335.HRB400、RRB400)及预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋;

②钢筋的力学性能指标——强度、伸长率、冷弯性能；

③混凝土结构对钢筋性能的要求——强度、塑性、可焊性、与混凝土的粘结。

新课导入：

混凝土是钢筋混凝土结构的另一重要材料，它的性能如何？

工程中如何选用混凝土？

课程新授：

2.2混凝土的力学性能

2.2.1混凝土的强度

1.立方体抗压强度

《规范》规定：按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期

用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度作为混凝土的立方体抗压强度标准

值，用表示，单位为N/mn?(Mpa)»立方体抗压强度是衡量混凝土强度高低的基本

指标值，是确定混凝土强度等级的依据。

现行规范将混凝土划分为14个强度等级,一般将C50以上的混凝土称为高强混凝土。

工程当用到边长100mm或200mm的非标准试件时，应将其立方体抗压强度实测值分别乘

以换算系数0.95和1.05

2、轴心抗压强度

采用150X150X300mm的棱柱体试件测得的抗压强度为混凝土的轴心抗压强度标准

值，用fak表示。其与立方体抗压强度标准值之间近似下列关系：

-

fc,k—0.88aCiCi<-2fcu.k(21)

教案内容及教学过程提示与补充

式中(V,——棱柱体强度与立方体强度之比值，对WC50混凝土取如=0.76,

对C80取3=0.82,中间按线性规律变化；

3——C40以上混凝土脆性折减系数，对C40取3=1.0,对C80

取g=0.87,中间按线性规律变化；

0.88——考虑实际构件与试件混凝土强度之间的差异而引入的修正系数。

混凝土轴心抗压强度是钢筋混凝土结构构件承载力计算的强度指标。

3、轴心抗拉强度

混凝土轴心抗拉强度很低(约为抗压强度的1/10~1/8),其标准值可采用轴向拉伸

试验或劈裂抗拉试验来确定。

混凝土的轴心抗拉强度标准值f”k与立方体抗压强度标准值fa』之间具有以下对应关

系：

ai5

ft.k=0.88X0.395/Xf(1-1.6456)Xou2(2-2)

式中8——混凝土强度变异系数。

混凝土轴心抗拉强度是钢筋混凝土构件抗裂度、裂缝宽度和变形验算时的强度指标。

4、复合应力状态下的混凝土强度

在复合应力状态下，混凝土的强度和变形性能与单轴应力状态下有明显的不同。混

凝土三向受压时，混凝土一向的抗压强度随另两向压应力的增加而增大，并且混凝土的

极限压应变也大大增加。因为侧向压力约束了混凝土的横向变形，抑制了混凝土内部裂

缝的出现和开展，使得混凝土的强度和延性均有明显提高。

在工程中常采用密排箍筋柱、螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱，其核芯区形成“约束混凝土”，

可使构件承载力和延性得到明显提高。

教案内容及教学过程提示与补充

5、混凝土强度等级的选用

⑴《规范》对混凝土强度等级的规定

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，混凝

土强度等级不宜低于C20；当采用HRB400和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C20。

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、

热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40o

⑵《抗震规范》对混凝土强度等级的规定

抗震设计对结构的延性要求较高，混凝土强度等级还应符合下列要求：

框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核芯区，不应低于C30；其

他各类构件不应低于C20；

设防烈度为9度时，不宜超过C60；设防烈度为8度时，不宜超过C70。

1.2.2混凝土的变形

混凝土的变形分为两类：•类是由于荷载作用而产生的受力变形，另一类是由于混

凝土的收缩和温湿度变化等产生的体积变形。

1、混凝土在一次短期加载时的变形性能

⑴混凝土在一次短期加载下的应力-应变关系

图2-3所示为混凝土棱柱体试件在受压时的应力-应变曲线。

上升段oc大致可分为三段：

①oa段（7<0.3£）：压应力较小，混凝土基本处于弹性阶段工作，应力-应变关系呈直

线，卸载后应变可恢复到零；

②ab段（0.3£<GCW0.8£）：随着压应力增大，混凝土开始出现塑性变形，应力-应变关

系偏离直线；此阶段混凝土内部微裂缝开始延伸、扩展；

③be段（0.8fc<GcW1.0f。）：混凝土塑性变形显著增大，c点达峰值应力（a=fc）,

相应的峰值压应变£。七0.002。此阶段混凝土内裂缝不断扩展，裂缝数量及宽度急剧增加，

最后形成相互贯通并与压力方向相平行的裂缝，试件即将破坏。

图2-3混凝土受压时的应力一应变曲线

下降段ce：

压应力达到c点峰值应力后，曲线开始下降，应力逐渐降低，应变继续增大，并在d

点出现拐点，d点相应的应变称为混凝土的极限压应变£皿一般为0.0033。&“值越大，

说明混凝土的塑性变形能力越强，即材料的延性越好，抗震性能越好。

⑵混凝土的横向变形系数

混凝土试件在一次短期加压时，其纵向产生压缩应变端、”而横向产生膨胀应变&h，

其比值6=」,/%、,称为横向变形系数(又称泊松比)，在混凝土应力/<0.5金时，其值基

本为常数，《规范》取5=02当/>0.5。时，横向变形突然增加，表明混凝土内部微裂

缝开始迅速发展。

⑶混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量

混凝土的应力与其弹性应变之比称为混凝土的弹性模量，用符号尺表示：

Jcuyk

混凝土的应力与其弹塑性总应变之比称为混凝土的变形模量，用符号E；表示，其与

混凝土弹性模量的关系为：

Ec=vEc(2-4)

式中”---混凝土弹性特征系数，当CcWO.3t时，v=l.O；<\=0.5匕时，v=0.8~0.9；

oc=0.9f时，u=0.4~0.7<,

混凝土的剪变模量是指剪应力和剪应变的比值，用Gc表示。规范取Gc=O.4Ec。

2、混凝土在重复荷载作用下的变形性能

工程中的某些构件（如吊车梁），在其使用期限内要承受大约二百万次以上的重复荷

载作用，在多次重复荷载作用情况下，混凝土的强度和变形性能都有着重要变化，混凝

土会由于荷载重复作用而产生疲劳破坏。疲劳破坏的产生取决于加载时应力是否超过混

凝土疲劳强度针，疲劳强度f/与荷载重复作用的次数、应力变化幅度及混凝土强度等级

有关。

承受重复荷载作用并且荷载循环次数不少于200万次的构件必须进行疲劳验算。

3、混凝土在长期荷载作用下的变形性能——徐变

混凝土在不变荷载长期作用卜，其应变随时间而继续增长的现象称为混凝

土的徐变。

徐变对结构构件的影响：使构件变形增大，引起内力重分布，产生较大的

预应力损失。

徐变的发展规律是先快后慢，通常在最初六个月内可完成最终徐变量的70〜80%,

第一年内可完成90%左右，其余部分在以后几年内逐步完成,经过2〜5年徐变基本结束。

第页

教案内容及教学过程提示与补充

产生徐变的原因：一是混凝土中尚未形成水泥石结晶体的水泥石凝胶体的粘性流动

所致；二是由于混凝土内部微裂缝在长期荷载作用下不断发展和增长，从而导致应变的

增长。

影响徐变的因素主要有以下几方面：

⑴应力条件：初始加荷应力越大，徐变越大；加载时混凝土的龄期越短，徐变越大。

在实际工程中，应加强养护使混凝土尽早结硬可减小徐变。

⑵内在因素：骨料越坚硬，徐变越小；水灰比越大，水泥用量越多，徐变越大。

⑶环境因素：受荷前养护的温度越高，湿度越大，水泥水化作用就越充分，徐变就

越小；加荷期间温度越高，湿度越低，徐变就越大。

4、混凝土的收缩和温度变形

混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩。

混凝土的收缩变形先快后慢，一个月可完成约50%,三个月后增长缓慢，一般两年

后趋于稳定，最终收缩值约为（2〜6）XIO2

混凝土的收缩由凝缩和干缩两部分组成：凝缩是山水泥水化反应引起的本身体积的

收缩，它是不可恢复的；干缩则是由于混凝土内自由水分蒸发而引起的收缩，当干缩后

的混凝土再次吸水时，部分干缩变形可以恢复。

影响混凝土收缩的因素有内在因素和环境影响：

⑴内在因素：水泥强度高、水泥用量多、水灰比大，则收缩量越大；骨料粒径大、

级配好、弹性模量高，则收缩量越小；混凝土越密实，收缩就越小。

⑵环境影响：混凝土在养护和使用期间的环境湿度大，则收缩量小；采用高温蒸汽

养护时，收缩减小。

此外，混凝土构件的表面面积与其体积的比值愈大，收缩量越大。

工程中为尽量减小收缩，可采取如下措施：①减小水泥用量和水灰比；②选择粒径

大、级配好的骨料；③提高混凝土的密实度；④加强混凝土的早期养护；⑤设置施工缝、

设置构造钢筋等。

第页

教案内容及教学过程提示与补充

混凝土随温度的升降会产生胀缩，称之为温度变形。混凝土的温度线膨胀系数约为

(1.0~1.5)X10-5/℃,规范取为l.OXlO-5/七，它与钢筋的线膨胀系数1.2X10-5/©相近,

因此，当温度发生变化时，在混凝土和钢筋之间引起的内应力很小，不会影响到钢筋与

混凝土之间的粘结。但对结构构件来说，当温度应力过大时，则可能造成混凝土结构的

裂缝。

在工程中为防止混凝土的收缩裂缝和温度裂缝可根据工程具体情况采取设置温度收

缩缝、设置承受温度应力的构造钢筋、设置混凝土后浇带等措施。

课堂巩固：思考题7-18

本节小结：

混凝土立方体抗压强度是混凝土基本强度代表值，是确定混凝土强度等级的依据，

轴心抗压强度和轴心抗拉强度则直接用于结构计算；混凝土在压应力较小时(约0.3晨)

时即产生塑性变形，其应力应变曲线峰值应力对应的应变为0.002,混凝土极限压应变约

为0.0033;收缩和徐变是随时间发展对结构有害的两类变形，工程中应采取措施减小其

对结构的影响。

作业：思考题7、14、16

第页

（编号3）年月日

课题2.3钢筋与混凝土之间的粘结作用课时2

教学目的熟悉钢筋与混凝土的粘结作用，熟悉工程中保证钢筋与混凝土粘结力的构造措施。

教学重点钢筋与混凝土的粘结作用及工程中的构造措施

教学难点钢筋与混凝土的粘结作用及工程中的构造措施

教学关键点钢筋与混凝土的粘结作用及工程中的构造措施

教具《混凝土结构》教材及教案

板书设计2.3钢筋与混凝土之间的粘结作用

一、粘结作用的组成二、粘结强度及其影响因素

胶合作用；摩擦作用、咬合作用。钢筋与混凝土的粘结面上所能承受的平均剪

光圆钢筋的粘结作用主要由前两者组成；应力的最大值为粘结强度

变形钢筋的粘结作用主要由咬合作用组成。T

三、影响钢筋与混凝土粘结强度的主要因素：4.混凝土保护层厚度和钢筋净距

L钢筋表面形状5.横向钢筋的设置

2.混凝土强度6.钢筋在混凝土中的位置

3.侧向压应力

第页

教案内容及教学过程提示与补充

课题导入：

旧课复习

①.混凝土的强度

②.混凝土受压时的应力应变曲线

③.混凝土的徐变与收缩

新课导入

钢筋与混凝土两种性能截然不同的材料如何结合在一起共同工作？

2.3钢筋与混凝土的粘结

2.3.1钢筋与混凝土共同工作的原因

二者共同工作原因「①线膨胀系数接近——变形一致钢筋：1.2X107。。

J②二者间有粘结力——变形协调混凝土：(1.0^1.5)X107℃

1③混凝土包裹钢筋——防锈蚀

作用：传递钢筋与混凝土间的应力

粘结4r握固力(摩擦力)：混凝土收缩

、组成j胶结力：水泥胶体具有粘结作用

1机械咬合力：变形钢筋

1.3.2粘结强度及其影响因素

定义：粘结面上达极限时的平均剪应力最大值

测定：拔出试验一粘结力分布：非均匀分布

第页

教案内容及教学过程提示与补充

(钢筋：直径小、变形筋有利

混凝土：等级高有利

影响因素<钢筋埋入长度：•定长度内埋长大，有利

侧向压力：侧压大有利

钢筋净距：

I保护层厚度：避免保护层混凝土脱落

锚固长度当。时最小埋入长度

1•影响因素：钢筋、混凝土等级

保证措施J搭接长町原理：混凝土钢筋间粘结力

L最小搭接长度：L=4L

、光圆钢筋端部设弯钩

工程中应注意以下问题：

(1).根据工程中的实际情况对计算锚固长度进行修正

(2).工程中应注意选择正确的钢筋连接方式

(3).工程中应注意钢筋接头百分率的要求及各连接方式关于同一连接区段

的规定

课堂巩固：思考题19、20

本节小结：

粘结力是钢筋与混凝土共同工作的基础，工程中通过钢筋的锚固长度、

搭接长度等构造措施来保证钢筋与混凝土的粘结力。

作业布置：思考题19~20

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年月日

课题第三章钢筋混凝土结构的基本设计原则

3.1混凝土结构的功能要求和极限状态课时2

3.2极限状态设计方法

一、影响结构可靠性的因素二、分项系数

教学目的掌握混凝土结构的功能要求；极限状态的概念；影响混凝土结构可靠性的因素；了解分项

系数

教学重点混凝土结构的功能要求；影响混凝土结构可靠性的因素；荷载的分类

教学难点影响混凝土结构可靠性的因素

教学关键点影响混凝土结构可靠性的因素

教具《混凝土结构》教材及教案

板书设计第三章钢筋混凝土结构的基本设计原则

3.1混凝土结构的功能要求和极限状态1.承载力极限状态：结构或构件丧失承载能力或不能

一、混凝土结构的功能要求

继续承载的状态；

(1)安全性；(2)适用性；(3)耐久性。

二、极限状态2.正常使用极限状态：结构或构件正常使用时的规定

整个结构或结构的某•部分超过某一特定状态就不限值的状态；

能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该

功能的极限状态。

3.2极限状态设计方法2.结构抗力：结构构件抵抗各种结构上作用效应的能

一、影响结构可靠性的因素力

1.作用效应：包括由荷载产生的各种效应(1)材料强度标准值

(1)荷载的分类(2)结构抗力式的形成

a.永久荷载：b.可变荷载：c.偶然荷载：二、分项系数

(2)荷载的标准值1、荷载分项系数

(3)荷载效应2、材料分项系数

教案内容及教学过程提示与补充

课题导入：

复习提问：1.钢筋与混凝土的强度

2.钢筋与混凝土的共同工作

3.混凝土的三大强度

4.徐变的概念，影响徐变的因素

5.粘结接作用的组成

设计任何建筑物和构筑物时都需要满足一定的功能要求。而在建筑物设计中确定极

限状态成为混凝土结构设计的关键点，如何来进行艰险状态的确定及设计，也是本章要

解决的问题

课程新授：

3.1混凝土结构的功能要求和极限状态

一、结构的功能要求

结构设计的目的是使所设计的结构在规定的设计使用年限内，用最经济的手段来获痣

满足设计所预期的各种功能的要求。

混凝土结构应满足的功能要求包括：

1.安全性

结构应能承受在正常施工和正常使用的情况下可能出现的各种作用，在设计规定的偶分

及发生后，结构仍能保持必需的整体稳定性，不致发生倒塌。

2.适用性

结构在正常使用期间应具有良好的工作性能。例如，不发生过大的变形、振幅、过使

以免影响正常使用。

3.耐久性

结构在正常使用和正常维护条件下应具有足够的耐久性能，以保证结构能够正常使

用到预定的设计使用期限。例如，在设计规定的使用期间内，钢筋不致因保护层过薄或条

生锈蚀等影响结构的使用年限。

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教案内容及教学过程提示与补充

安全性、适用性、耐久性统称为结构的可靠性，即在规定的时间内（设计使用年限），

在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维修），结构完成预定功能（安全

性、适用性、耐久性）的能力称为结构的可靠性。

在各种随机因素的影响下，结构完成预定功能的能力不能事先确定，只能用概率来

描述。结构的可靠性用可靠度来定量描述。结构的可靠度是指结构在设计使用年限内，

施工、使用和维护的条件下完成预定功能的概率。

混凝土结构的设计使用年限，是指按规定指标设计的混凝土结构或构件，在正常施

工、正常使用和维护下，不需进行大修即可达到其预定功能要求的使用年限。

当结构的实际使用年限超过设计使用年限后，并不意味着结构就要报废，但

其可靠度将逐渐降低。

二、结构功能的极限状态

结构能满足功能要求而良好地工作，称为“可靠”或“有效”，反之则结构

“不可靠”或“失效”。区分结构工作状态的可靠与失效的标志是“极限状态二

若结构或结构的一部分超过某一特定状态，就不能满足设计规定的某一功能要求，

此特定状态便称为该功能的极限状态。

结构功能的极限状态可分为下列两类：

1.承载能力极限状态

结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形时的状态，称为承载能力极限

状态。超过承载能力极限状态的状态见P18

承载能力极限状态主要控制结构的安全性功能，结构一旦超过这种极限状态，会造成人身伤

亡及重大经济损失，因此设计中应把出现这种情况的概率控制得非常小。规范规定：所有的

结构和构件都应按承载能力极限状态进行设计计算，

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教案内容及教学过程提示与补充

2.正常使用极限状态

结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值时的状态，称为正常

使用极限状态。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过正常使用极限状

态的状态见P18,

正常使用极限状态主要考虑结构的适用性和耐久性功能，当结构或构件超过

这种极限状态时一般不会造成人身伤亡及重大经济损失，因此设计中出现这种情

况的概率控制得略宽一些。规范规定：正常使用极限状态的验算则根据具体使用

要求进行。

3.2极限状态设计方法

一、影响结构可靠性的因素

1.作用效应：包括由荷载产生的各种效应，也包括一些非荷载因素产生的效应。在结构设

计中一般仅考虑荷载这种直接作用方式。

（1）结构上的荷载按其随时间的变异性的不同，分为以下三类：

1）永久荷载（恒荷载）

永久荷载是指在结构设计基准期内，其作用量值不随时间变化，或其变化幅度与平上

忽略不计的荷载，如结构构件自重。

2）可变荷载（活荷载）

可变荷载是指在结构设计基准期内，其作用量值随时间而变化，其变化幅度与平均

值相比不可忽略不计的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷

载、雪荷载等。

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教案内容及教学过程提示与补充

3）偶然荷载

偶然荷教是指在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间

很短的荷载，如爆炸力、撞击力等。

这里的设计基准期是为确定荷载代表值及与时间有关的材料性能等取值而选用的时1工

土结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）（以下简称《统一标准》）取结构的设计

基准期为50年。

（2）荷载标准值

荷载标准值是指在结构使用期间，在正常情况卜可能出现的最大荷载值，是建筑结

构设计时采用的基本代表值。永久荷载标准值&可按结构构件的设计尺寸和材料重力密

度计算确定，《荷载规范》中给出了常用材料和构件的自重。可变荷载标准值Q可直接

查《荷载规范》得出。

（3）荷载效应

荷载效应是指由荷载产生的结构或构件的内力，变形及裂缝等

2.结构抗力R

结构抗力是指结构或构件承受各种荷载效应的能力，即承载能力和抗变形能力，用

承载能力包括受弯、受剪、受拉、受压、受扭承载力等各种抵抗外力的能力；抗变形能;》

能、刚度等。

结构抗力也是-一个随机变量，影响因素主要有材料性能（强度、变形模量等物理力

学性能）、构件几何参数、配筋情况以及计算模式的精确性等。

（1）材料强度标准值式

材料强度标准值是结构设计时采用的材料强度的基本代表值，也是生产中控制材料

质量的主要依据。

由于材料强度具有不定性，故材料强度也是一个随机变量，为了安全起见，材料强

度值必须具有较高的保证率。各类材料强度标准值的取值原则是：根据标准试件用标准

试验方法测得的具有95%以上保证率的强度值。

（2）结构抗力式的形成（了解）

教案内容及教学过程提示与补充

二、分项系数

1、荷载分项系数

荷载：设计值=（标准值）*分项系数。

2、材料分项系数

材料强度：设计值=（标准值）/分项系数；

课堂巩固：思考题—9

课堂小结：

混凝土结构的功能要求，极限状态，影响混凝土结构可靠性的因素，荷载的分类，

分项系数

作业布置：思考题3、9

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（编号2）年月日

课题3.2极限状态设计方法(三、四、五)课时2

教学目的掌握承载能力极限状态使用设计表达式、荷载的组合值、正常使用极限状态验算

教学重点承载能力极限状态使用设计表达式；正常使用极限状态演算

教学难点承载能力极限状态使用设计表达式；正常使用极限状态演算

教学关键点承载能力极限状态使用设计表达式；正常使用极限状态演算

教具《混凝土结构》教材及教案

板书设计3.2极限状态设计方法

三、按承载能力极限状态计算

3.结构构件的承载力设计值R

使用设计表达式

九S&R四、按正常使用极限状态验算

1结.构重要性系数1验.算特点

2.内力组合设计值S

2荷.载效应的标准组合和准永久组合

S=ZGCGGK+IQICQIQIK+£%7QCQ@K

22

(1)标准组合3.变形和裂缝的验算方法

n

S+SQM+^^9c'SQik

S=Gk(1)变形验算

i=2

(2)准永久组合(2)裂缝验算

五、耐久性规定

s=sGk+Z化?户。加

/=1

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教案内容及教学过程提示与补充

课题导入：

复习提问：

1.混凝土结构的功能要求

2.极限状态的概念以及分类

3.影响混凝土结构可靠性的因素

4.荷载的分类

5.分项系数的概念

课程新授：

3.2极限状态设计方法

三、按承载能力极限状态计算

1.结构重要性系数汽

对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件，ro>l.1；

对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，ro^l.0；

对安全等级为三级或设计使用年限为5年的结构构件，八20.9。

2.荷载效应组合设计值S

荷载效应组合分为基本组合与偶然组合两种情况。按承载能力极限状态设计时，应

考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应按荷载效应的偶然组合进行计算。

《荷载规范》规定：对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应从F列两组组

合中取最不利值确定：

S

⑴由可变荷载效应控制的组合：S=yGSGk+yQXSQXk+^YQi(PciQik

/=2

⑵由永久荷载效应控制的组合：s=YGsGk^yQi(pcisQik

i=l

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教案内容及教学过程提示与补充

⑶对于一般排架、框架结构，可采用以下简化公式:

.

S=/cSCk+(p工丫QiSQik

z=l

3.结构构件抗力设计值2

R=R(fe,fs,Ok…)

荷载分项系数见下表:

荷载类别荷载特征荷载分项系数

当其效应对结构不利时

对由可变荷载效应控制的组合1.2

对由永久荷载效应控制的