《混凝土结构安全计算指标》课件

混凝土结构安全计算指标课程概述基础理论结构安全性概念极限状态设计方法计算指标材料强度参数荷载分项系数实际应用构件承载力计算第一章：混凝土结构安全性概念安全性定义结构抵抗破坏的能力可靠度理论结构不发生破坏的概率设计方法1.1结构安全性的定义抵抗外力能力结构承受各种荷载而不发生破坏的性能破坏概率控制将结构破坏概率控制在可接受范围内人员安全保障1.2影响混凝土结构安全性的因素施工质量混凝土浇筑质量钢筋位置精度材料特性混凝土强度离散性钢筋品质波动荷载作用荷载随机性荷载组合复杂性计算模型简化假设误差计算方法精度1.3结构可靠度理论简介1目标可靠指标β安全性量化指标2失效概率Pf结构破坏概率3随机变量分析荷载与抗力随机性结构可靠度理论以概率统计为基础，量化分析结构安全性。1.4安全系数法与极限状态设计法安全系数法单一安全系数计算简便直观安全储备不明确极限状态设计法多因素分项系数考虑多种失效模式荷载与材料分开考虑第二章：混凝土结构设计基本原则确定设计使用年限根据建筑类型定义结构寿命要求确定安全等级基于结构重要性和破坏后果分析荷载作用确定设计荷载组合及效应确定材料参数选择合适的材料强度标准值2.1设计使用年限建筑类型设计使用年限临时性建筑5-10年一般工业建筑25-30年民用住宅建筑50年重要公共建筑100年特殊纪念性建筑200年2.2结构安全等级一级特别重要大型公共建筑、高层建筑、桥梁二级重要一般民用建筑、工业厂房三级次要临时性建筑、附属建筑2.3荷载与作用效应永久荷载结构自重、装修重量可变荷载人群活动、家具设备环境荷载风荷载、雪荷载偶然荷载地震作用、爆炸冲击2.4材料强度混凝土强度立方体或圆柱体抗压强度试验钢筋强度屈服强度和抗拉强度试验弹性模量应力应变曲线测定第三章：混凝土结构极限状态承载能力极限状态结构或构件失去承载能力正常使用极限状态结构变形或裂缝超限耐久性极限状态材料老化导致性能退化3.1承载能力极限状态承载能力极限状态指结构或构件因强度不足、失稳或疲劳而丧失承载能力的状态。3.2正常使用极限状态过大变形影响结构美观和功能使用裂缝超限加速钢筋锈蚀，影响耐久性过度振动引起使用不适感3.3耐久性极限状态钢筋锈蚀氯离子侵蚀或碳化引起钢筋腐蚀冻融损伤反复冻融循环导致混凝土剥落化学侵蚀酸碱盐对混凝土基体的侵蚀破坏磨损劣化表面机械磨损导致强度降低第四章：混凝土结构安全计算指标结构重要性系数根据建筑重要性划分2荷载分项系数考虑荷载不确定性材料强度分项系数考虑材料离散性结构综合分项系数考虑计算模型误差4.1结构重要性系数安全等级重要性系数γ0适用范围一级1.1特别重要建筑二级1.0一般建筑三级0.9次要建筑4.2荷载分项系数1可变荷载γQ=1.4~1.5不确定性较大2永久荷载γG=1.2~1.35不确定性中等3预应力γP=0.9~1.2有利/不利考虑4.3材料强度分项系数1.4混凝土γc考虑混凝土强度离散性1.1钢筋γs考虑钢筋强度离散性1.2预应力钢材γp考虑预应力损失不确定性4.4结构综合分项系数构件类型影响柱构件系数较大梁构件系数较小破坏模式影响脆性破坏系数大延性破坏系数小计算模型影响简化模型系数大精确模型系数小第五章：混凝土强度指标抗压强度混凝土最重要的力学性能抗拉强度裂缝控制的关键参数弹性模量变形计算的基础参数泊松比横向变形计算参数5.1混凝土强度等级强度等级立方体抗压强度(MPa)应用范围C15~C2015~20非承重构件C25~C3025~30一般建筑C35~C5035~50高层建筑C55~C8055~80超高层建筑C80以上>80特殊结构5.2混凝土抗压强度标准值立方体抗压强度(MPa)轴心抗压强度(MPa)5.3混凝土抗拉强度标准值5.4混凝土弹性模量1弹性模量计算公式Ec=10^5/(2.2+34.7/fcu)2等级与弹性模量对应关系C30：3.0×10^4MPa3影响因素骨料类型、养护条件4应用意义变形计算的关键参数第六章：钢筋强度指标钢筋是混凝土结构中承担拉力的关键材料，其强度、延性和防腐性能直接影响结构安全。6.1钢筋种类与强度等级HPB300（光圆钢筋）主要用于构造钢筋HRB335（普通热轧带肋钢筋）小型工程常用钢筋HRB400（高强度钢筋）现代建筑主要受力钢筋HRB500（高强度钢筋）大型工程使用6.2钢筋屈服强度标准值6.3钢筋抗拉强度标准值钢筋型号抗拉强度标准值(MPa)屈强比(fy/fu)HPB300420≥1.30HRB335455≥1.25HRB400540≥1.25HRB500630≥1.156.4钢筋弹性模量标准值Es=2.0×10^5MPa温度影响高温下弹性模量降低应用意义变形计算和粘结分析的基础第七章：结构构件承载力计算轴心受力构件柱、拉杆1受弯构件梁、板偏心受力构件框架柱受扭构件空间结构梁7.1轴心受压构件计算公式N≤φ(fcA+fyAs)截面特点全截面受压，钢筋受压破坏模式混凝土压碎，钢筋屈曲7.2轴心受拉构件计算公式N≤fyAsN为设计拉力fy为钢筋屈服强度设计值As为钢筋截面面积关键考虑因素混凝土贡献忽略钢筋锚固长度钢筋应力水平控制7.3受弯构件正截面承载力M≤αs1fyhbz0斜截面承载力V≤0.7ftbh0+fyvasv局部承载力支座局部压碎、冲切7.4偏心受压构件小偏心构件压力区较大，混凝土决定承载力大偏心构件压力区较小，钢筋决定承载力稳定验算考虑二阶效应的影响7.5受扭构件扭矩承载力T≤0.25ftWt+fyvAsvust/sWt为截面抵抗扭矩Asv为箍筋面积构造要求封闭箍筋纵向受扭钢筋箍筋间距控制第八章：结构构件变形计算1短期变形弹性变形为主2长期变形含徐变和收缩3裂缝宽度裂缝计算与控制8.1短期变形1变形系数法基于弹性理论简化2刚度折减系数考虑裂缝影响3变形限值基于功能和外观要求8.2长期变形徐变系数φ(t,t0)=1.5~2.5收缩应变εcs=(3~4)×10^-4长期附加变形f长期=(1+φ)×f短期8.3裂缝宽度第九章：预应力混凝土结构计算指标先张法先张拉钢材，后浇筑混凝土后张法先浇筑混凝土，后张拉钢材粘结方式粘结预应力与非粘结预应力9.1预应力损失施工阶段损失锚具变形、摩擦损失、钢材松弛使用阶段损失混凝土徐变、收缩、温度变化总预应力损失15%~30%的初始预应力9.2有效预应力计算公式σp=σcon-Δσpσcon为张拉控制应力Δσp为预应力总损失应用意义承载力计算依据抗裂验算依据受弯刚度计算参数9.3预应力混凝土构件承载力计算正截面承载力考虑预应力钢材和普通钢筋共同作用斜截面承载力考虑预应力对斜截面受剪的有利影响锚固区承载力验算锚固区局部压应力和开裂控制9.4预应力混凝土构件变形计算计算内容特殊考虑因素挠度计算预应力产生的反拱效应徐变变形预应力损失导致的徐变增加裂缝控制预应力对裂缝控制的有利作用第十章：特殊环境下的安全计算指标严寒地区抗冻融循环温度应力控制高温地区耐高温性能热膨胀控制腐蚀环境抗氯离子渗透抗碳化能力疲劳荷载疲劳强度疲劳寿命10.1严寒地区抗冻融指标F150以上抗冻等级混凝土配比调整降低水灰比，添加引气剂含气量要求4%~6%的含气量10.2高温地区抗高温性能200℃以上强度显著下降防火设计增加保护层厚度热膨胀控制设置膨胀缝10.3腐蚀环境海洋环境氯离子防护工业环境酸碱盐防护城市环境碳化防护防护措施混凝土防腐添加剂410.4疲劳荷载应用场景桥梁铁路轨道板机场道面验算内容应力幅循环次数S-N曲线第十一章：抗震设计安全计算指标0.16g8度设防烈度高烈度区水平地震加速度1.3抗震调整系数提高材料强度设计值1.5~3.0结构延性系数确保结构有足够延性11.1抗震设防烈度设防烈度水平地震加速度(g)适用区域6度0.05低震区7度0.10中震区8度0.20高震区9度0.40特高震区11.2结构抗震等级特一级生命线工程特别重要建筑一级高层建筑大型公共建筑二级多层住宅普通公共建筑三级低层建筑次要建筑11.3地震作用计算基底剪力法简化计算方法反应谱法复杂结构常用方法时程分析法重要结构详细分析方法11.4抗震构造措施强柱弱梁梁先于柱屈服，提高结构延性抗震墙提供足够侧向刚度和承载力箍筋加密提高构件延性和约束性能第十二章：结构耐久性设计指标环境作用等级根据环境侵蚀性分级保护层厚度保护钢筋免受侵蚀混凝土渗透性控制有害物质渗透耐久性验算确保结构设计使用年限12.1环境作用等级环境等