建筑結(jié)構(gòu)+ppt課件.ppt

2005年9月 目錄 0緒論 1 鋼筋混凝土的一般概念及材料的主要力學(xué)性能 2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計算的基本原理 3 受彎構(gòu)件承載力計算與構(gòu)造 4 鋼筋混凝土構(gòu)件的變形與裂縫計算 5 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計算 8 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件 6 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計算 目錄 9 鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu) 11 多層及高層房屋結(jié)構(gòu)概論 13 砌體材料及其力學(xué)性能 14 砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力計算 15 混合結(jié)構(gòu)房屋墻 柱設(shè)計15 1房屋結(jié)構(gòu)布置方案 緒論 0 1建筑結(jié)構(gòu)的分類及應(yīng)用 基本建筑構(gòu)件 板 梁 柱 墻 基礎(chǔ)等建筑結(jié)構(gòu) 由基本建筑構(gòu)件組成的建筑物承重骨架建筑結(jié)構(gòu)的要求 安全性 實用性 耐久性 緒論 0 2建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡況 材料方面古代 磚 木結(jié)構(gòu)近代 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)計算理論古代 近似計算近代 20世紀(jì)40年代 考慮砼塑性性能的破壞階段計算方法 采用了單一的安全系數(shù) 50年代 極限狀態(tài)計算 規(guī)定了極限狀態(tài) 有三個系數(shù) 荷載 材料系數(shù)和工作條件系數(shù) 1966年規(guī)范 近來 以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)計算法 89年規(guī)范及新規(guī)范 GBI10 89 GB50010 2002 緒論 施工工藝方面向著工業(yè)化 定型化 標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展 施工技術(shù)方面大模板滑模施工 預(yù)應(yīng)力混凝土平板樓蓋等 總之 高強度 高性能的材料的應(yīng)用 計算理論的更加科學(xué)合理 重量更輕 跨度更大 安全性 耐久性更好 施工更方便快捷是今后的發(fā)展方向 緒論 0 3本課程內(nèi)容特點及要求 內(nèi)容 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 基本結(jié)構(gòu)和房屋結(jié)構(gòu) 砌體結(jié)構(gòu)特點 本課程所述材料的力學(xué)性能與材料力學(xué)所學(xué)內(nèi)容有許多相似之處 但也有不同之處 主要在均質(zhì)和非均質(zhì) 彈性和彈塑性等之分 建筑結(jié)構(gòu)的計算方法 絕大部分是建立在實驗的基礎(chǔ)上 目前尚無完善的理論 應(yīng)十分注重試驗和各公式的使用條件和范圍 內(nèi)力分析和變形計算的理論來自結(jié)構(gòu)力學(xué) 但 考慮到結(jié)構(gòu)的實際 又建立了一套自身的計算方法 應(yīng)注意他們的聯(lián)系和區(qū)別 本課程除了進行構(gòu)件的強度和變形計算外 還要解決 緒論 結(jié)構(gòu)設(shè)計問題 包括結(jié)構(gòu)方案 構(gòu)件選型 材料選擇和構(gòu)造要求等 綜合性和實踐性很強 構(gòu)造要求和結(jié)構(gòu)計算同樣重要 我們專業(yè)更應(yīng)注重構(gòu)造要求 要求 在本課程學(xué)習(xí)的同時 要熟悉和重視國家最新頒布的建筑結(jié)構(gòu) 規(guī)范 對現(xiàn)行各種 規(guī)范 的條款要理會 熟悉并學(xué)會應(yīng)用 本課程涉及的眾多構(gòu)造要求是非常重要的 要充分重視對構(gòu)造要求的學(xué)習(xí) 并加深理解其中的道理 本課程是一門實踐性很強的課程 學(xué)好本課程的關(guān)鍵 實踐性環(huán)節(jié)在其中起著十分重要的作用 在理論學(xué)習(xí)的過程中 要注重聯(lián)系實際 多到施工現(xiàn)場及預(yù)制構(gòu)件廠去實習(xí) 觀摩 參觀 多動手 勤思考 重理解 會分析 結(jié)合施工圖的識讀 積累實踐經(jīng)驗 鋼筋混凝土的一般概念及材料的主要力學(xué)性能1 1 P1 P2 a 鋼筋混凝土的一般概念和特點 概念 由鋼筋和混凝土結(jié)合在一起共同工作的材料 該材料可充分利用混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能 特點 與磚木結(jié)構(gòu)相比強度高 鋼材用量少 耐久性好 耐火性好 可模性好 整體性好 材料來源廣泛 圖1 1素混凝土和鋼筋混凝土波懷情況對比 軟剛和硬剛鋼筋的強度和變形性能主要由單向拉伸測得的應(yīng)力應(yīng)變曲線來表征 試驗表明 鋼筋的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線可分為兩類 有明顯的流幅的鋼筋 也稱為軟鋼 見圖1 2 沒有明顯流幅的鋼筋 也稱為硬鋼 見圖1 3 比例極限有明顯流幅的鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線 軸向拉伸時 在達到比例極限a點之前 材料處于彈性階段 軟鋼應(yīng)力與應(yīng)變的比值為常數(shù) 即為鋼筋的彈性模量Es a為應(yīng)力應(yīng)變成比例的極限狀態(tài) 它所對應(yīng)的應(yīng)力稱為比例極限 鋼筋的主要力學(xué)性能1 2 1 a b c d e 屈服極限當(dāng)應(yīng)力達到b點后 材料開始屈服 b點稱屈服的上限點 過點后 應(yīng)力與應(yīng)變曲線出現(xiàn)上下波動 形成一個明顯的屈服臺階 屈服臺階的下限c點所對應(yīng)的應(yīng)力稱為 屈服強度 鋼筋的主要力學(xué)性能 鋼筋的強度和變形 極限強度當(dāng)鋼筋屈服塑流到一定程度 即到達點以后 應(yīng)力應(yīng)變曲線又開始上升 抗拉能力有所提高 隨著曲線上升到最高點d 相應(yīng)的應(yīng)力稱為鋼筋的極限強度 cd段稱為鋼筋的強化階段 過了d點以后 鋼筋在薄弱處的斷面將顯著縮小 發(fā)生局部頸縮現(xiàn)象 變形迅速增加 應(yīng)力隨之下降 直到過點時試件被拉斷 圖 鋼筋的主要力學(xué)性能 0 85 b b 0 2 條件屈服強度 硬剛 高碳鋼與低碳鋼不同 見圖1 3 它沒有明顯的屈服臺階 塑性變形小 延伸率亦小 但極限強度高 通常用殘余應(yīng)變?yōu)? 2 的應(yīng)力 約0 85 b作為假想屈服點 或稱條件屈服點 用 0 2表示 0 85 b作為條件屈服強度 b極限抗拉強度值 圖 鋼筋的伸長率除強度指標(biāo)外 鋼筋還應(yīng)具有一定的塑性變形能力 反映鋼筋塑性性能的基本指標(biāo)是伸長率和冷彎性能 所謂伸長率即鋼筋拉斷后的伸長值與原長的比率 鋼筋的主要力學(xué)性能 1 1 式中 伸長率 L 試件受力前的標(biāo)距長度 有5d 10d 100d L1 試件拉斷后的標(biāo)距長度伸長率越大的鋼筋塑性越好 即拉伸前有足夠的伸長 使構(gòu)件的破壞有預(yù)兆 反之構(gòu)件的破壞具有突發(fā)性而呈現(xiàn)脆性 鋼筋的主要力學(xué)性能 鋼筋的冷彎性能為了使鋼筋在加工成型時不發(fā)生斷裂 要求鋼筋具有一定的冷彎性能 冷彎是將直徑為d的鋼筋繞某一規(guī)定直徑為D的鋼輥進行彎曲 在達到規(guī)定的冷彎角度 1800 時鋼筋不發(fā)生裂紋 鱗落或斷裂 就表示合格 見表1 1 表1 1各種鋼筋伸長率及冷彎試驗要求 5 表示試件長度為5d的鋼筋的伸長率 鋼筋的主要力學(xué)性能1 2 2 鋼筋的成分 分類 級別 品種 成分 鋼筋的主要成分為鐵 還有少量的碳 錳 硅 釩 鈦及一些有害元素如磷 硫等 剛材的強度隨含碳量的增加而增加 但其塑性性能及可焊性隨之降低 錳 硅 釩 鈦等少量合金元素可是鋼材的強度 塑性等綜合性能提高 分類 我國建筑工程中采用的鋼筋 按化學(xué)成分可分為碳素鋼和普通低合金鋼兩大類 含碳量小于0 25 的碳素鋼稱為低碳鋼或軟鋼 含碳量為0 6 1 4 的碳素鋼稱為高碳鋼或硬鋼 在碳素鋼的元素中加入少量的合金元素 就成為普通低合金鋼 如20MnSi 20MnSiV 20MnSiNb 20MnTi等 鋼筋的主要力學(xué)性能 級別及品種 我國建筑工程中采用的鋼筋 國產(chǎn)普通鋼筋有以下4級 熱軋光面235級 熱軋帶肋335級 HRB400 20MnSiV 20MnSiNb 20MnTi 熱軋帶肋400級 RRB400 K20MnSi 余熱處理鋼筋400級 用HRB335 20MnSi 穿水熱處理而成 各級別性能見圖1 420表示含碳量為0 2 其余合金元素的含量在1 5 以下 k為控制的意思 圖 鋼筋的主要力學(xué)性能 表1 2普通鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)值及設(shè)計值 N mm2 注 1 當(dāng)d大于40mm時 應(yīng)有可靠的工程經(jīng)驗 2 fyk鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)強度 具有95 以上的保證率 由屈服極限確定 3 fy鋼筋的抗拉強度設(shè)計值 fy 鋼筋的抗壓強度設(shè)計值 鋼筋的主要力學(xué)性能 表1 3預(yù)應(yīng)力鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)值及設(shè)計值 N mm2 鋼筋的主要力學(xué)性能 表1 4鋼筋彈性模量 105N mm2 注 必要時鋼鉸線可采用實測的彈性模量 鋼筋的主要力學(xué)性能 熱處理鋼筋上面所述為普通鋼筋 而預(yù)應(yīng)力鋼筋采用熱處理鋼筋 由40Si2Mn d 6 48Si2Mn d 8 2 和45Si2Cr d 10 等通過加熱 淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理制成的 熱處理鋼筋又稱調(diào)質(zhì)鋼筋 鋼絲鋼絲主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中 有消除應(yīng)力的光面鋼絲 螺旋肋鋼絲和三面刻痕鋼絲三種 冷拔低碳鋼絲由低碳熱軋鋼筋經(jīng)冷拔制成 分為兩個級別 甲級和乙級 冷拔低碳鋼絲的延性較差 新 規(guī)范 中也未列入 若在建筑工程中采用時 應(yīng)遵守專門規(guī)程的規(guī)定 鋼絲 直徑在5mm以內(nèi) 可以是單根的 也可以編成鋼絞線或鋼絲束 鋼筋的主要力學(xué)性能 鋼絞線鋼絞線是由多根高強鋼絲在絞絲機上絞合 再經(jīng)低溫回火制成 按其股數(shù)可分為3股和7股兩種 高強鋼絲 鋼絞線的強度可達1700N mm2以上 鋼筋的主要力學(xué)性能1 2 3 鋼筋的冷拉和冷拔 1 冷拉冷拉是將鋼筋拉到超過鋼筋屈服強度的某一應(yīng)力值 以提高鋼筋的抗拉強度 達到節(jié)約鋼材的目的 冷拉能提高鋼筋抗拉強度 但不能提高抗壓強度 冷拉能使鋼筋伸長 能節(jié)省鋼材 調(diào)直鋼筋 自動除銹 檢查焊接質(zhì)量的作用 2 冷拔冷拔是將 6 8的HPB235級鋼筋 用強力從直徑較小的硬質(zhì)合金拔絲模拔出使它產(chǎn)生塑性變形 拔成較細直徑的鋼絲 以提高其強度的冷加工方法 冷拔后鋼筋的強度得到了較大的提高 但塑性卻有較大的降低 經(jīng)過冷拔加工的低碳鋼絲 須逐盤檢驗 分為甲 乙兩級 甲級用作預(yù)應(yīng)力鋼筋 乙級用作非預(yù)應(yīng)力鋼筋 1 2鋼筋的主要力學(xué)性能 k k l k k d e 1 2鋼筋的主要力學(xué)性能 冷拉只能提高鋼筋的抗拉強度 故不宜用作受壓鋼筋 而冷拔可同時提高抗拉和抗壓強度 必須指出 上述冷加工鋼筋以大幅度犧牲延性來換取強度的有限提高 終究不是提高結(jié)構(gòu)性能的有效途徑 近年來 強度高 性能好的鋼筋 鋼絲 鋼絞絲 在我國已可充分供應(yīng) 故冷拉鋼筋和冷拔鋼絲不在列入新 混凝土規(guī)范 但并不是不允許使用這些鋼筋 當(dāng)應(yīng)用這些鋼筋時 應(yīng)符合專門規(guī)程的規(guī)定 1 2鋼筋的主要力學(xué)性能1 2 4 1 2 4鋼筋的形式 b a c d 光面鋼筋 a HPB235帶肋鋼筋 b d b 螺紋鋼筋 c 人字紋鋼筋 d 月牙形鋼筋我國帶肋鋼筋的外形目前生產(chǎn)的是月牙形 HRB335 表面有阿拉伯?dāng)?shù)字 2 HRB400 表面有阿拉伯?dāng)?shù)字 3 1 2鋼筋的主要力學(xué)性能1 2 5 1 2 5建筑結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求及選擇原則 要求強度要求 塑性要求 可焊性要求 與混凝土的粘結(jié)力選擇的原則在實際工程應(yīng)用中 基于混凝土對鋼筋性能的要求 確定的選用原則為 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以HRB400級熱軋帶肋鋼筋為主導(dǎo)鋼筋 實際工程中 普通鋼筋宜采用HRB400級和HRB335級鋼筋 也可采用HPB235級及RRB400級鋼筋 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)以高強 低松弛鋼絲 鋼絞線為主導(dǎo)鋼筋 預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絲 鋼絞線 也可采用熱處理鋼筋 各種形式的冷加工鋼筋應(yīng)整頓市場 加強管理 保證質(zhì)量 提高性能 通過市場競爭優(yōu)化或淘汰 購買鋼筋應(yīng)要求廠家提供三項力學(xué)性能 抗拉強度 屈服強度 伸長率 兩項化學(xué)性能 磷 硫含量 1 3混凝土的主要力學(xué)性能1 3 1 1 3混凝土的主要力學(xué)性能1 3 1混凝土的強度 1 混凝土的立方體抗壓強 fcu 度及強度等級混凝土結(jié)構(gòu)中 主要是利用它的抗壓強度 因此抗壓強度是混凝土力學(xué)性能中最主要和最基本的指標(biāo) 混凝土的強度等級是用抗壓強度來劃分的混凝土強度等級 邊長150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件 在標(biāo)準(zhǔn)條件下 20 3 90 濕度 養(yǎng)護28天 用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法 加載速度0 15 0 3N mm2 sec 兩端不涂潤滑劑 測得的具有95 保證率的立方體抗壓強度 用符號C表示 C30表示fcu k 30N mm2 fcu k混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)值 注意 fcu與fcu k的區(qū)別在于是否具有95 的保證率根據(jù) 規(guī)范 強度范圍 從C15 C80共劃分為14個強度等級 級差為5N mm2 與原 規(guī)范GBJ10 89 相比 混凝土強度等級范圍由C60提高到C80 C50以上為高強混凝土 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 如果采用的是100mm 200mm的非標(biāo)準(zhǔn)試件 應(yīng)乘以0 95 1 05的系數(shù)將其折算成標(biāo)準(zhǔn)試件 規(guī)范 GB50010 2 2 4 1 2規(guī)定 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中 混凝土的強度等級不宜低于C15 當(dāng)采用HRB335級鋼筋時 混凝土強度等級不應(yīng)低于C20 當(dāng)采用HRB400和RRB400級鋼筋以及的對承受重復(fù)荷載的構(gòu)件 混凝土強度等級不得低于C20 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不應(yīng)低于C30 當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力鋼絲 鋼絞線 熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時 混凝土強度等級不宜低于C40 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 2 混凝土軸心抗壓強度實際工程中 一般的受壓構(gòu)件不是立方體而是棱柱體 即構(gòu)件的高度要比截面的尺寸大 一般用h b 3 4的棱柱體抗壓強度來代表混凝土單向均勻受壓時的抗壓強度 軸心抗壓強度采用棱柱體試件測定 用符號fc表示 它比較接近實際構(gòu)件中混凝土的受壓情況 我國通常取150mm 150mm 450mm的棱柱體試件 也常用100 100 300試件 對于同一混凝土 棱柱體抗壓強度小于立方體抗壓強度 棱柱體抗壓強度和立方體抗壓強度的換算關(guān)系為 混凝土的軸心抗壓設(shè)計強度 fc fck c 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 式中 fck 混凝土軸心抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值fc 混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值0 88 實驗試件與實際結(jié)構(gòu)的差異修正系數(shù) c1 棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度的比值 對C50以下取0 76 對C80取0 82 其間按線性差值計算 c2 C40以上混凝土脆性折減系數(shù) C40取1 0 C80取0 87 其間按線性差值計算 c 混凝土材料分項系數(shù) 取1 4 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 3 混凝土軸心抗拉強度混凝土軸心抗拉強度ft是采用100mm 100mm 500mm的棱柱體 兩端設(shè)有螺紋鋼筋 圖1 7 在實驗機上受拉來測定的 當(dāng)試件拉裂時測得的平均拉應(yīng)力即為混凝土的軸心抗拉強度 實驗表明 混凝土的抗拉強度比抗壓強度低得多 混凝土軸心抗拉強度只是混凝土立方體抗壓強度的1 17 1 8倍 而且隨混凝土強度等級的提高而減小 通過實驗 新規(guī)范按下式計算 圖 1 7 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 式中 ftk 混凝土軸心抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值ft 混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值 c2 C40以上混凝土脆性折減系數(shù) C40取1 0 C80取0 87 其間按線性差值計算 混凝土立方體強度變異系數(shù) c 混凝土材料分項系數(shù) 取1 4軸心受拉試驗由于兩端所埋設(shè)的鋼筋不易對中 實測數(shù)據(jù)偏差較大 目前國內(nèi)普遍采用立方體試件做劈拉試驗來代替 1 3混凝土的主要力 學(xué)性能 圖 1 8 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 4 混凝土強度指標(biāo)混凝土強度也有標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值之分 混凝土強度的標(biāo)準(zhǔn)值具有95 的保證率 若將其除以材料分項系數(shù) c c 1 4 即得混凝土強度設(shè)計值 混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)值按下表采用 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 混凝土立方體強度實測值 立方體強度標(biāo)準(zhǔn)值 軸心抗壓標(biāo)準(zhǔn)值 軸心抗拉標(biāo)準(zhǔn)值之間的關(guān)系 立方體強度實測值 每個立方體試件實際測得的強度值f0cu立方體強度標(biāo)準(zhǔn)值 規(guī)范 規(guī)定材料強度的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95 的保證率立方體強度標(biāo)準(zhǔn)值fcu k即為混凝土強度等級 規(guī)范 在確定混凝土軸心抗壓強度和軸心抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值時 假定它們的變異系數(shù)與立方體強度的變異系數(shù)相同 利用與立方體強度平均值的換算關(guān)系 便可按上式計算得到 同時 規(guī)范 考慮到試件與實際結(jié)構(gòu)的差異以及高強混凝土的脆性特征 對軸心抗壓強度和軸心抗拉強度 還采用了以下兩個折減系數(shù) 結(jié)構(gòu)中混凝土強度與混凝土試件強度的比值 取0 88 脆性折減系數(shù) 對C40取1 0 對C80取0 87 中間按線性規(guī)律變化 1 3混凝土的主要力學(xué)性能1 3 2 1 3 2混凝土的變形混凝土的變形可分為兩類 一類是受力引起的變形 另一類是收縮和溫度變化引起的變形 1 混凝土的受力變形 混凝土單向受壓時的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 混凝土單軸受力時的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系反映了混凝土受力全過程的重要力學(xué)特征是分析混凝土構(gòu)件應(yīng)力 建立承載力和變形計算理論的必要依據(jù) 也是利用計算機進行非線性分析的基礎(chǔ) 試驗表明混凝土完整的應(yīng)力應(yīng)變曲線包括兩部分 上升階段和下降階段 混凝土單軸受壓應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 常采用棱柱體試件來測定 在普通試驗機上采用等應(yīng)力速度加載 達到軸心抗壓強度fc時 試驗機中集聚的彈性應(yīng)變能大于試件所能吸收的應(yīng)變能 會導(dǎo)致試件產(chǎn)生突然脆性破壞 只能測得應(yīng)力 應(yīng)變曲線的上升段 采用等應(yīng)變速度加載 或在試件旁附設(shè)高彈性元件與試件一同受壓 以吸收試驗機內(nèi)集聚的應(yīng)變能 可以測得應(yīng)力 應(yīng)變曲線的下降段 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 圖 1 9 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 強度等級越高 線彈性段越長 峰值應(yīng)變也有所增大 但高強混凝土中 砂漿與骨料的粘結(jié)很強 密實性好 微裂縫很少 最后的破壞往往是骨料破壞 破壞時脆性越顯著 下降段越陡 峰值應(yīng)力fc所對應(yīng)的應(yīng)變 0約為0 002左右 應(yīng)力小于0 3fc時混凝土處于彈性階段 混凝土內(nèi)部幾乎沒有裂縫 0 3 0 8fc之間 混凝土內(nèi)部裂縫發(fā)展 但能保持穩(wěn)定 大于0 8fc混凝土內(nèi)部裂縫發(fā)展很快 塑性變形顯著增大 體積應(yīng)變逐漸由壓縮轉(zhuǎn)為擴張 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 規(guī)范 應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 混凝土的彈性模量和變形模量 彈性模量 通過應(yīng)力應(yīng)變曲線原點的切線斜率 用Ec表示 也叫原點模量 變形模量 在應(yīng)力應(yīng)變曲線上取一點 將該點與原點相連得到的直線的斜率 用E c來表示 也叫割線模量 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 彈性模量測定方法 圖 1 14 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 表 1 6混凝土彈性模量 10 4N mm2 注釋 規(guī)范 表4 1 5P17 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 混凝土的徐變 混凝土在荷載的長期作用下 其變形隨時間而不斷增長的現(xiàn)象稱為徐變 徐變會使結(jié)構(gòu) 構(gòu)件 的 撓度 變形增大 引起預(yù)應(yīng)力損失 在長期高應(yīng)力作用下 甚至?xí)?dǎo)致破壞 不過 徐變有利于結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi) 應(yīng) 力重分布 降低結(jié)構(gòu)的受力 如支座不均勻沉降 減小大體積混凝土內(nèi)的溫度應(yīng)力 受拉徐變可延緩收縮裂縫的出現(xiàn) 與混凝土的收縮一樣 徐變與時間有關(guān) 因此 在測定混凝土的徐變時 應(yīng)同批澆筑同樣尺寸不受荷的試件 在同樣環(huán)境下同時量測混凝土的收縮變形 從徐變試件的變形中扣除對比的收縮試件的變形 才可得到徐變變形 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 在應(yīng)力 0 5fc 作用瞬間 首先產(chǎn)生瞬時彈性應(yīng)變 隨荷載作用時間的延續(xù) 變形不斷增長 前4個月徐變增長較快 6個月可達最終徐變的 70 80 以后增長逐漸緩慢 2 3年后趨于穩(wěn)定 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 影響徐變得因素內(nèi)在因素是混凝土的組成和配比 骨料的剛度 彈性模量 越大 體積比越大 徐變就越小 水灰比越小 徐變也越小 環(huán)境影響包括養(yǎng)護和使用條件 受荷前養(yǎng)護的溫濕度越高 水泥水化作用越充分 徐變就越小 采用蒸汽養(yǎng)護可使徐變減少 20 35 受荷后構(gòu)件所處的環(huán)境溫度越高 相對濕度越小 徐變就越大 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 應(yīng)力條件初應(yīng)力水平si fc和加荷時混凝土的齡期t0 它們影響徐變的非常主要的因素 當(dāng)初始應(yīng)力水平si fc 0 5時 徐變值與初應(yīng)力基本上成正比 這種徐變稱為線性徐變 當(dāng)初應(yīng)力si在 0 5 0 8 fc范圍時 徐變最終雖仍收斂 但最終徐變與初應(yīng)力si不成比例 這種徐變稱為非線性徐變 當(dāng)初應(yīng)力si 0 8fc時 混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展已處于不穩(wěn)定的狀態(tài) 徐變的發(fā)展將不收斂 最終導(dǎo)致混凝土的破壞 因此將0 8fc作為混凝土的長期抗壓強度 高強混凝土的密實性好 在相同的s fc比值下 徐變比普通混凝土小得多 但由于高強混凝土承受較高的應(yīng)力值 初始變形較大 故兩者總變形接近 此外 高強混凝土線性徐變的范圍可達0 65fc 長期強度約為0 85fc 也比普通混凝土大一些 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 2 混凝土的收縮變形混凝土在水中硬化時體積會膨脹 但其值較小 對混凝土影響不大 混凝土在空氣中硬化時體積會縮小 這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮 收縮是混凝土在不受外力情況下體積變化產(chǎn)生的變形 當(dāng)這種自發(fā)的變形受到外部 支座 或內(nèi)部 鋼筋 的約束時 將使混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力 甚至引起混凝土的開裂 混凝土收縮會使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失 某些對跨度比較敏感的超靜定結(jié)構(gòu) 如拱結(jié)構(gòu) 收縮也會引起不利的內(nèi)力 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 樓板干燥收縮裂縫與邊框架的變形 圖 1 16 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 混凝土的收縮是隨時間而增長的變形 早期收縮變形發(fā)展較快 兩周可完成全部收縮的25 一個月可完成50 以后變形發(fā)展逐漸減慢 整個收縮過程可延續(xù)兩年以上 一般情況下 最終收縮應(yīng)變值約為 2 5 10 4混凝土開裂應(yīng)變?yōu)?0 5 2 7 10 4 圖 1 17 1 3混凝土的主要力學(xué)性能 影響因素混凝土的收縮受結(jié)構(gòu)周圍的溫度 濕度 構(gòu)件斷面形狀及尺寸 配合比 骨料性質(zhì) 水泥性質(zhì) 混凝土澆筑質(zhì)量及養(yǎng)護條件等許多因素有關(guān) 水泥用量多 水灰比越大 收縮越大 骨料彈性模量高 級配好 收縮就小 干燥失水及高溫環(huán)境 收縮大 小尺寸構(gòu)件收縮大 大尺寸構(gòu)件收縮小 高強混凝土收縮大 影響收縮的因素多且復(fù)雜 要精確計算尚有一定的困難 在實際工程中 要采取一定措施減小收縮應(yīng)力的不利影響 施工縫 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接1 4 1 1 4鋼筋與混凝土之間的粘結(jié) 1 4 1鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用鋼筋與混凝土的粘結(jié)力 是保證鋼筋和混凝土共同工作的必要條件 其在混凝土中的粘結(jié)錨固力有以下四個方面 鋼筋和混凝土接觸面上的粘結(jié) 化學(xué)吸附力 亦稱膠結(jié)力 這來源于澆注時水泥漿體向鋼筋表面氧化層的滲透和養(yǎng)護過程中水泥晶體的生長和硬化 從而使水泥膠體與鋼筋表面產(chǎn)生吸附膠著作用 這種化學(xué)吸附力只能在鋼筋和混凝土的界面處于原生狀態(tài)時才存在 旦發(fā)生滑移 它就失去作用 其值很小 不起明顯作用 鋼筋與混凝土之間的摩阻力 由于混凝土凝固時收縮 使鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生正應(yīng)力 因此 當(dāng)鋼筋和混凝土產(chǎn)生相對滑移時 或有相對滑移的趨勢時 在鋼筋和混凝土的界面上將產(chǎn)生摩阻力 光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)力主要靠摩阻力 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 鋼筋與混凝土的咬合力 對于光面鋼筋 咬合力是指表面粗糙不平而產(chǎn)生的咬合作用 對于帶肋鋼筋 咬合力是指帶肋鋼筋肋間嵌入混凝土而形成的機械咬合作用 這是帶肋鋼筋與混凝土粘結(jié)力的主要來源 機械錨固力彎鉤 彎折及附加錨固措施所提供的粘結(jié)錨固作用 a 擠壓產(chǎn)生的咬合力 b A A剖面上的力 圖 1 18 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 光面鋼筋與混凝土的粘結(jié)強度 主要取決于膠結(jié)力和摩擦阻力 變形鋼筋與混凝土的粘結(jié)強度 主要取決于咬合力 通過拔出試驗按下式確定 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接1 4 2 1 4 2鋼筋的錨固與連接 1 鋼筋的錨固為了使鋼筋和混凝土能可靠地共同工作 鋼筋在混凝土中必須有可靠的錨固 受拉鋼筋的錨固當(dāng)計算中充分利用鋼筋的強度時 混凝土結(jié)構(gòu)中縱向受拉鋼筋的錨固長度應(yīng)按下列公式計算 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 式中l(wèi)a 受拉鋼筋的錨固長度 fy fpy 普通鋼筋 預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉強度設(shè)計值按表1 2 表1 3取用 對應(yīng) 規(guī)范 表4 2 3 1 4 2 3 2 ft 混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值 按表1 5采用 當(dāng)混凝土強度大于C40時 按C40取用 對應(yīng) 規(guī)范 表4 1 4 d 鋼筋的公稱直徑 鋼筋的外形系數(shù) 按表1 7取用 對應(yīng) 規(guī)范 表9 3 1 表1 7鋼筋的外形系數(shù) 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 注 光面鋼筋系指HPB235級鋼筋 其末端應(yīng)做180o彎鉤 彎后平直長度不應(yīng)小于3d 但作受壓鋼筋時 可不做彎鉤 帶肋鋼筋系指HRB335 HRB400級鋼筋和RRB400級鋼筋及余熱處理鋼筋 當(dāng)符合下列條件時 錨固長度應(yīng)加以修正 對于直徑大于25mm的HPB335 HRB400和RRB400時 其錨固長度應(yīng)取計算結(jié)果乘以修正系數(shù)1 1 為了減少錨固長度 可在受拉鋼筋末端采用機械錨固措施 對于HRB335 HRB400和RRB400級鋼筋 當(dāng)采用機械錨固措施時 其錨固長度 包括附加錨固端頭在內(nèi) 可取按公式計算的錨固長度的0 7倍 詳見 規(guī)范 9 3 1和9 3 2條P114 P115 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 圖 1 20鋼筋機械錨固的形式及構(gòu)造要求 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 采用機械錨固措施時 在錨固長度范圍內(nèi)的箍筋不應(yīng)少于3個 其直徑不應(yīng)小于錨固鋼筋直徑的0 25倍 間距不應(yīng)小于錨固直徑的5倍 當(dāng)錨固鋼筋的混凝土保護層厚度不小于鋼筋公稱直徑的5倍時 可不配置上述箍筋 受壓鋼筋的錨固當(dāng)計算中充分利用縱向鋼筋的受壓強度時 其錨固長度不應(yīng)小于受拉鋼筋錨固長度的0 7倍 必須注意 對于光面鋼筋 受拉或受壓 其末端均應(yīng)做180o標(biāo)準(zhǔn)彎鉤 焊接骨架 焊接網(wǎng)中的光面鋼筋可不做彎鉤 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 2 鋼筋的連結(jié)鋼筋的接頭可分為三種 綁扎搭接 機械連接或焊接 接頭宜設(shè)在受力較小處 同一根鋼筋上宜少設(shè)接頭 綁扎搭接綁扎搭接的工作原理是通過鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強度來傳遞內(nèi)力的 因此 鋼筋的綁扎接頭要有足夠的搭接長度 規(guī)范 規(guī)定 縱向受拉鋼筋綁扎搭接接頭的搭接長度應(yīng)根據(jù)位于同一連接區(qū)段內(nèi) 1 3ll 的搭接鋼筋面積百分率按下列公式計算 但任何情況下均不應(yīng)小于300mm 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 式中l(wèi)l 受拉鋼筋的搭接長度 la 受拉鋼筋的錨固長度 按前面公式計算 縱向受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù) 按表1 8的規(guī)定取用 對應(yīng) 規(guī)范 公式9 4 3和表9 4 3 表1 8縱向鋼筋搭接長度修正系數(shù) 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 軸心受拉及小偏心受拉桿件的縱向受力鋼筋不得采用綁扎搭接接頭 當(dāng)受拉鋼筋直徑d 28mm及受壓鋼筋的直徑d 32mm時 不宜采用綁扎搭接接頭 構(gòu)件中的縱向受壓鋼筋 當(dāng)采用搭接連接時 其受壓搭接長度不應(yīng)小于規(guī)范規(guī)定的縱向受拉鋼筋搭接長度的0 7倍 且在任何情況下不應(yīng)小于200mm 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 在縱向受力鋼筋搭接長度范圍內(nèi)應(yīng)配置箍筋 其直徑不應(yīng)小于搭接鋼筋較大直徑的0 25倍 當(dāng)鋼筋受拉時 箍筋間距不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的5倍 且不應(yīng)大于100mm 當(dāng)鋼筋受壓時 箍筋間距不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的10倍 且不應(yīng)大于200mm 當(dāng)受壓鋼筋直徑d 25mm時 尚應(yīng)在搭接接頭兩個端面外100mm范圍內(nèi)設(shè)置兩個箍筋 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 機械連接或焊接指通過連接件用機械的方法把鋼筋連接在一起 機械連接接頭能產(chǎn)生較牢固的連接力 具有工藝操作簡便 接頭性能可靠 連接速度快 節(jié)省鋼材和能源 施工安全等特點 所以應(yīng)優(yōu)先采用機械連接 但要求連接件的保護層厚度不應(yīng)小于縱向受力鋼筋最小保護層厚度 連接件的之間凈距不應(yīng)小于25mm 當(dāng)采用焊接接頭時 上述機械連接或焊接接頭也應(yīng)相互錯開 要求用綁扎接頭 但其接頭連接區(qū)段長度均取為35d d為縱筋的較大直徑 位于同一連接區(qū)段內(nèi)的縱向受拉鋼筋接頭面積百分率均不應(yīng)大于50 受壓鋼筋可不受限制 對應(yīng) 規(guī)范 9 4 1 9 4 10要求同學(xué)們熟悉 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 錐螺紋鋼筋連接 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 擠壓鋼筋連接 1 4鋼筋與混凝土之間的粘接 2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計算的基本原理2 1 2 1 1 2 1結(jié)構(gòu)的組成與結(jié)構(gòu)的功能 2 1 1結(jié)構(gòu)的組成和功能 1 組成結(jié)構(gòu)是由板 梁 柱 墻 基礎(chǔ)等基本構(gòu)件按某一規(guī)則組成的房屋骨架 2 功能 安全性正常使用和施工時能承受各種可能出現(xiàn)的作用 在設(shè)計規(guī)定的偶然時間發(fā)生時及發(fā)生后 結(jié)構(gòu)仍能保持必須的整體穩(wěn)定性 適用性在正常使用時具有良好的工作性能 不發(fā)生影響使用的變形和裂縫 耐久性在正常使用和維護下 在規(guī)定的時間內(nèi) 一般為50年 規(guī)定的條件下 完成預(yù)定功能的能力 2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計算的基本原理 設(shè)計使用年限 新規(guī)范 定義 設(shè)計規(guī)定的一個期限 在這期限內(nèi) 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件只需進行正常的維護即可達到預(yù)期目的的使用 設(shè)計使用年限分類 2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計算的基本原理2 1 2 2 1 2建筑結(jié)構(gòu)的安全的等級根據(jù)建筑物的重要性的不同 一旦發(fā)生破壞對人民生命財產(chǎn)的危害程度以及對社會的影響的不同 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) GB50068 2001 將建筑結(jié)構(gòu)分為三級 一級建筑破壞后果很嚴(yán)重的重要建筑物 二級建筑破壞后果嚴(yán)重的一般建筑物 三級建筑破壞后果不嚴(yán)重的次要建筑物見 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 1 0 9條 2 2結(jié)構(gòu)上的作用 作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)抗力2 2 1 2 2結(jié)構(gòu)上的作用 作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)抗力 2 2 1結(jié)構(gòu)上的作用 結(jié)構(gòu)上的作用指作用于結(jié)構(gòu)上的荷載及引起結(jié)構(gòu)外加變形和約束變形的原因 分為直接作用和間接作用 直接作用以力的形式直接施加于結(jié)構(gòu)上 如自重等 間接作用以變形形式施加于結(jié)構(gòu)上 如地震振動 地基不均勻沉降 混凝土的收縮 徐變 溫度變化等 用 Q 表示 作用效應(yīng)作用使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形稱之為作用效應(yīng) 用 S 表示 可以認(rèn)為作用和作用效應(yīng)之間呈線性關(guān)系 即 S CQC 作用效應(yīng)系數(shù) 2 2結(jié)構(gòu)上的作用 作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)抗力2 2 2 2 2 2結(jié)構(gòu)上的荷載 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB50009 2001 以下簡稱為 荷載規(guī)范 將結(jié)構(gòu)上的荷載按作用時間的長短和性質(zhì)分為下列三類 永久荷載在結(jié)構(gòu)使用期間 其值不隨時間變化 或者其變化與平均值相比可忽略不計的荷載 如結(jié)構(gòu)自重 土壓力 預(yù)應(yīng)力等 永久荷載也稱為恒載 可變荷載在結(jié)構(gòu)使用期間 其值隨時間變化 且其變化值與平均值相比不可忽略的荷載 如樓面活荷載 屋面活荷載和積灰荷載 風(fēng)荷載 雪荷載及工業(yè)廠房中的吊車荷載等 可變荷載也稱為活載 2 2結(jié)構(gòu)上的作用 作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)抗力2 2 2 偶然荷載在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn) 而一旦出現(xiàn) 其量值很大且持續(xù)時間較短的荷載 如爆炸力 撞擊力等 2 2結(jié)構(gòu)上的作用 作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)抗力2 2 3 2 2 3荷載的代表值結(jié)構(gòu)設(shè)計時 根據(jù)各種極限狀態(tài)的設(shè)計要求所采用的不同的荷載數(shù)值稱為荷載代表值 對于永久荷載以標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值 對可變荷載根據(jù)不同的設(shè)計要求采用不同的代表值 如標(biāo)準(zhǔn)值 組合值 頻遇值 準(zhǔn)永久值 1 荷載標(biāo)準(zhǔn)值所謂荷載標(biāo)準(zhǔn)值 是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準(zhǔn)期 50年 內(nèi) 正常情況下可能出現(xiàn)的最大荷載值 它是結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用的荷載基本代表值 而其他的代表值都可由標(biāo)準(zhǔn)值乘以相應(yīng)的系數(shù)后得出 通常要求荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有95 的保證率 即 大于標(biāo)準(zhǔn)值的荷載出現(xiàn)的可能性只有5 而小于標(biāo)準(zhǔn)值的荷載出現(xiàn)的可能性有95 2 2結(jié)構(gòu)上的作用 作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)抗力 2 2結(jié)構(gòu)上的作用 作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)抗力 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重 可按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計尺寸與材料單位體積的自重計算確定 GB50009 2001 荷載規(guī)范 附錄A給出了常用材料和構(gòu)件的自重 設(shè)計時可直接查用 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 荷載規(guī)范 中已給出 設(shè)計時可直接查用 2 可變荷載準(zhǔn)永久值在進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形和裂縫驗算時 需要考慮荷載長期作用對構(gòu)件剛度和裂縫的影響 此時 可變荷載只能取其在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)經(jīng)常作用在結(jié)構(gòu)上的那部分荷載作為其代表值 它對結(jié)構(gòu)的影響類似于永久荷載 荷載準(zhǔn)永久值 qQK其中 q為荷載準(zhǔn)永久值系數(shù) QK為荷載標(biāo)準(zhǔn)值 2 2結(jié)構(gòu)上的作用 作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)抗力 3 可變荷載組合值當(dāng)結(jié)構(gòu)承受兩種或兩種以上可變荷載時 由于所有可變荷載同時達到各自最大值的可能性極小 因此除主導(dǎo)的可變荷載外 其它伴隨的可變荷載均應(yīng)乘以一個小于1的組合系數(shù) c 作為可變荷載的組合值 4 可變荷載的頻遇值可變荷載的頻遇值是正常使用極限狀態(tài)按頻遇組合設(shè)計時采用的一種可變荷載組合值 它是在統(tǒng)計基礎(chǔ)上確定的 在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)被超越的總時間僅為設(shè)計基準(zhǔn)期的一小部分 或其超越頻率限于某一給定值 可變荷載的頻遇值 fQK其中 f可變荷載頻遇值系數(shù) 2 2結(jié)構(gòu)上的作用 作用效應(yīng) 結(jié)構(gòu)抗力2 2 4 2 2 5 2 2 4結(jié)構(gòu)的抗力 結(jié)構(gòu)的抗力結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力 用 R 表示 構(gòu)件制作完成后 結(jié)構(gòu)的抗力是一定的 而作用效應(yīng)可能是變化的 結(jié)構(gòu)抗力的大小取決于材料的力學(xué)性能 構(gòu)件的幾何參數(shù)及計算模式的精確性 荷載組合即永久荷載與可變荷載的共同作用 有時同時作用幾種可變荷載 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)根據(jù)使用過程中在結(jié)構(gòu)上可能同時出現(xiàn)的荷載 按承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進行荷載 效應(yīng) 組合 并應(yīng)取各自的最不利的效應(yīng)組合進行設(shè)計 對于承載能力極限狀態(tài) 應(yīng)按荷載效應(yīng)的基本組合 對于正常使用極限狀態(tài) 應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計要求 采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合 頻遇組合或準(zhǔn)永久組合 對于需要進行地震作用計算的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時 除上述荷載 效應(yīng) 組合外 尚應(yīng)考慮地震作用效應(yīng)與其它荷載效應(yīng)的基本組合用于承載力極限狀態(tài)計算以及標(biāo)準(zhǔn)組合用于側(cè)移的計算 具體按 建筑抗震設(shè)計規(guī)范 GB50011 2001 規(guī)定執(zhí)行 2 2 5荷載組合 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法 我國設(shè)計理論的發(fā)展 最初彈性理論20世紀(jì)30年代 考慮砼塑性性能的破壞階段計算方法 采用了單一的安全系數(shù) 砼不是彈性材料 50年代 極限狀態(tài)計算規(guī)定了極限狀態(tài) 有三個系數(shù) 荷載 材料系數(shù)和工作條件系數(shù) 1966年規(guī)范 近來以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)計算法89年規(guī)范及新規(guī)范 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法 三個水準(zhǔn) 水準(zhǔn)1 半概率法 如 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 TJ10 74水準(zhǔn)2 以概率為基礎(chǔ)概率法 如 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 TJ10 74水準(zhǔn)3 全概率法 一般不用 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法2 3 1 2 3 1結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài) 極限狀態(tài)所謂結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)就是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件滿足結(jié)構(gòu)安全性 適用性 耐久性三項功能中某一功能要求的臨界狀態(tài) 超過這一界限 結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件就不能滿足設(shè)計規(guī)定的該功能要求 而進入失效狀態(tài) 極限狀態(tài)是區(qū)分結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的可靠或失效的標(biāo)志 極限狀態(tài)可分為兩類 承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài) 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法 1 承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)是指對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大的承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形 當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時 應(yīng)認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài) 整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分 作為剛體失去平衡 如傾覆等 結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因為超過材料強度而破壞 包括疲勞破壞 或因過度變形而不適于繼續(xù)承載 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定 如壓屈等 地基喪失承載能力而破壞 如失穩(wěn)等 這一極限狀態(tài)關(guān)系到結(jié)構(gòu)全部或部分破壞或倒塌 會導(dǎo)致人員傷亡或嚴(yán)重經(jīng)濟損失 因此對所有結(jié)構(gòu)和構(gòu)件都必須按承載力極限狀態(tài)進行計算 并保證具有足夠的可靠度 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法 2 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)是指對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定的限值 當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時 應(yīng)認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài) 影響正常使用或外觀的變形 影響正常使用或耐久性能的局部損壞 包括裂縫 影響正常使用的振動 影響正常使用的其它特定狀態(tài) 按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時 應(yīng)驗算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形 抗裂度或裂縫寬度 地基變形 房屋側(cè)移等 超過正常使用極限狀態(tài) 會使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不能正常工作 使結(jié)構(gòu)的耐久性受影響 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法 下列破壞分別屬于超出了什么極限狀態(tài) A 雨棚出現(xiàn)傾覆B 出現(xiàn)了很大的裂縫C 結(jié)構(gòu)變成了機動體系D 發(fā)生了失穩(wěn)破壞E 出現(xiàn)了很大的振動F 超過了構(gòu)件強度而破壞 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法2 3 2 2 3 2極限狀態(tài)方程 結(jié)構(gòu)可靠度通常受到荷載 材料強度 截面幾何參數(shù)等因素的影響 而這些因素一般都具有隨機性 稱為 隨機變量 Xi i 1 2 n 結(jié)構(gòu)和構(gòu)件按極限狀態(tài)進行設(shè)計 因此 針對所需要的各種結(jié)構(gòu)功能 如安全性 適用性和耐久性 通?？梢越ǜ饔嘘P(guān)隨機變量在內(nèi)的關(guān)系式 Z g X1 X2 Xn 0影響結(jié)構(gòu)功能的因素劃分為兩大類 作用效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R 所以有 Z g R S R SZ稱為結(jié)構(gòu)的功能函數(shù) 當(dāng)Z g R S R S 0則成為極限狀態(tài) 故稱之為極限狀態(tài)方程 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法 顯然當(dāng)Z 0時 則R S 結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài) 當(dāng)Z 0時 則R S 結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài) 當(dāng)Z 0時 則R S 結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài) 當(dāng)結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)設(shè)計時 應(yīng)符合下列要求 Z g S R R S 0 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法 極限狀態(tài)Z 0 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法2 3 3 2 3 3結(jié)構(gòu)的可靠度和失效概率 結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件在規(guī)定的時間內(nèi) 規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率 稱為結(jié)構(gòu)的可靠度 結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)小于結(jié)構(gòu)抗力時 結(jié)構(gòu)處于可靠工作狀態(tài) 記為Ps 失效概率一般把不滿足功能要求的概率稱為結(jié)構(gòu)的失效概率 記為Pf結(jié)構(gòu)的可靠概率也稱結(jié)構(gòu)可靠度 結(jié)構(gòu)的可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量 由于可靠概率和失效概率是互補的 即Pf Ps 1 因此 結(jié)構(gòu)的可靠性也可用結(jié)構(gòu)的失效概率來度量 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法2 3 4 2 3 4結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo) 可靠指標(biāo) 也是度量結(jié)構(gòu)可靠性的一種數(shù)值指標(biāo) 它與失效概率Pf之間是有對應(yīng)的關(guān)系 Z Z Z R S Z R S分別是Z R S隨機變量的平均值 Z R S分別是Z R S隨機變量的標(biāo)準(zhǔn)差 又稱均方差 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法 表2 1 值與Pf的對應(yīng)關(guān)系 從上表可以看出 可靠度指標(biāo) 與失效概率Pf成反比 因此 被稱為 可靠指標(biāo) 2 3概率極限狀態(tài)設(shè)計法2 3 5 2 3 5目標(biāo)可靠指標(biāo) 目標(biāo)可靠指標(biāo)指結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時預(yù)先給定的可靠指標(biāo) 用 表示 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 由建筑物的重要性 延性破壞還是脆性破壞來確定 見表2 2 表2 2不同安全等級的目標(biāo)可靠指標(biāo) 2 4極限狀態(tài)設(shè)計表達式2 4 1 2 4極限狀態(tài)設(shè)計表達式 通過上面的講解可知 用可靠度指標(biāo)設(shè)計計算結(jié)構(gòu)的可靠度 即科學(xué)又合理 設(shè)計概念明確 但在一般的設(shè)計中 要正確統(tǒng)計R S的變化規(guī)律十分困難 計算也相當(dāng)復(fù)雜 因此 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 給出了以概率極限狀態(tài)設(shè)計方法為基礎(chǔ)的實用設(shè)計表達式 分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩種表達式 2 4 1承載力極限狀態(tài)設(shè)計表達式 對于承載能力極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按荷載效應(yīng)的基本組合或偶然組合 采用下列極限狀態(tài)設(shè)計表達式 0S R 0 重要性系數(shù) 一級 二級 三級分別取值為1 1 1 0 0 9 抗震設(shè)計不考慮 詳見 規(guī)范 3 2 3條 2 4極限狀態(tài)設(shè)計表達式 S 承載力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合設(shè)計值 R 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計值 詳見 荷載規(guī)范 3 2 3 3 2 6 1 基本組合 由可變荷載效應(yīng)控制的組合 由永久荷載效應(yīng)控制的組合 2 4極限狀態(tài)設(shè)計表達式 G 永久荷載分項系數(shù) 當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時 對由可變荷載效應(yīng)控制的組合 應(yīng)取1 2 對由永久荷載效應(yīng)控制的組合 應(yīng)取1 35 當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時 一般情況下取1 0 對結(jié)構(gòu)的傾覆 滑移或漂浮驗算 應(yīng)取0 9 Q 可變荷載分項系數(shù) 一般情況下應(yīng)取1 4 對標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載應(yīng)取1 3 SGK 按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算的荷載效應(yīng)值 SQiK 按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值QiK計算的荷載效應(yīng)值 其中SQ1K為諸可變荷載效應(yīng)中起控制作用者 Ci 可變荷載的組合值系數(shù) 應(yīng)分別按規(guī)定采用 注 1基本組合中的設(shè)計值僅適用于荷載與荷載效應(yīng)為線形的情況 2當(dāng)對無法明顯判斷時 輪次以各可變荷載效應(yīng)為 選其中最不利的荷載效應(yīng)組合 3當(dāng)考慮以豎向的永久荷載效應(yīng)控制的組合時 參與組合的可變荷載僅限于豎向荷載 2 4極限狀態(tài)設(shè)計表達式 對于一般排架 框架結(jié)構(gòu) 基本組合可采用簡化規(guī)則 并應(yīng)按下列組合值中取最不利值確定 由永久荷載效應(yīng)控制的組合 2 4極限狀態(tài)設(shè)計表達式 偶然組合 荷載效應(yīng)的組合設(shè)計值應(yīng)按下列規(guī)定確定 偶然荷載的代表值不乘分項系數(shù) 與偶然荷載同時出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗采用適當(dāng)?shù)拇碇?2 4極限狀態(tài)設(shè)計表達式 2 4 2正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達式 對于正常使用極限狀態(tài) 應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計目的 分別按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合 頻遇組合和準(zhǔn)永久組合進行設(shè)計 使變形 裂縫等荷載效應(yīng)的設(shè)計值符合下列的要求 Sd CC 設(shè)計對變形 裂縫等規(guī)定的相應(yīng)限值 Sd 變形 裂縫等荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值 標(biāo)準(zhǔn)組合 頻遇組合 2 4極限狀態(tài)設(shè)計表達式 準(zhǔn)永久組合 f1 可變荷載Q1的頻遇值系數(shù) SQ1K起控制作用的頻遇荷載標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)值 該組合目前尚未規(guī)定具體應(yīng)用場合 qi 可變荷載Qi的準(zhǔn)永久值系數(shù) c f q QK取值請查 荷載規(guī)范 表4 1 1 4 1 2 4 3 1 4 4 1 1 4 4 1 2 5 4 1 6 1 5條 7 1 4條 2 4極限狀態(tài)設(shè)計表達式 第二章例題2 1 例2 1解 一 計算標(biāo)準(zhǔn)荷載效應(yīng)1 均布恒載gk產(chǎn)生的跨中彎矩MGKMGK 1 8 8 52 25 KN M 2 均布活載qk產(chǎn)生的跨中彎矩MqKMqK 1 8 6 52 18 75 KN M 3 集中可變荷載QK產(chǎn)生的跨中彎矩MQK 1 4 10 5 12 5 KN M 二 荷載效應(yīng)組合 基本荷載組合 1 可變荷載控制 G 1 2 q Q 1 4M S GMGK qMqK Q c2MqK M 1 2 25 1 4 18 75 1 4 0 7 12 5 68 5 KN M 如用簡化公式計算M 1 2 25 0 9 1 4 18 75 1 4 12 5 69 38 KN M 兩種算法簡化公式略大2 由永久荷載控制 G 1 35 q Q 1 4 c1 c2 0 7M S GMGK q c1MqK Q c2MqKM 1 35 25 1 4 0 7 18 75 1 4 0 7 12 5 64 37 KN M 第二章例題2 1 三 考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)后 0 1 1按可變荷載控制 0M 1 1 68 5 75 36 KN M 0M 1 1 69 38 76 32 KN M 簡化公式 按永久荷載控制 0M 1 1 64 37 70 81 KN M 第二章例題2 2 例題2 2已知某一框架柱的柱頂截面 在各種荷載作用下的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值 組合值系數(shù) c 頻遇值系數(shù) f 準(zhǔn)永久值系數(shù) q見表2 2 求正常使用極限狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)組合 頻遇組合及準(zhǔn)永久組合的荷載效應(yīng)組合設(shè)計值Sd 3 受彎構(gòu)件承載力計算與構(gòu)造 3 受彎構(gòu)件承載力計算與構(gòu)造 板和梁是最常見的受彎構(gòu)件 受彎構(gòu)件的破壞主要是在純彎矩M作用下的正截面破壞和彎矩M 剪力Q共同作用下的斜截面破壞 如圖3 1所示 故需進行正截面承載能力計算和斜截面承載能力計算 3 1梁 板的構(gòu)造3 1 1 3 1梁 板的構(gòu)造 3 1 1梁的截面 配筋及計算 3 1 1 1梁的截面形式和尺寸 截面形式梁最常用的截面形式有矩形和T形 根據(jù)需要還可做成花籃形 十字形 I形 倒T形和倒L形等 如圖3 2 現(xiàn)澆整體式結(jié)構(gòu) 為便于施工 常采用矩形或T形截面 在預(yù)制裝配式樓蓋中 為擱置預(yù)制板可采用矩形 花籃形 十字形截面 薄腹梁則可采用I形截面 3 1梁 板的構(gòu)造 截面尺寸 梁的截面高度與跨度及荷載大小有關(guān) 從剛度要求出發(fā) 根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗 對一般荷載作用下的梁可參照表3 1初定梁高 梁截面寬度b與截面高度的比值b H 對于矩形截面為1 2 1 2 5 對于T形截面為1 2 5 1 3 為了統(tǒng)一模板尺寸和便于施工 梁截面尺寸應(yīng)按以下要求取值 梁高為200 250 300 350 750 800mm 大于800mm時 以100mm為模數(shù)增加 梁寬為120 150 180 200 220 250 大于250mm時 以50mm為模數(shù)增加 3 1梁 板的構(gòu)造 支承長度當(dāng)梁的支座為磚墻 柱 時 梁伸入磚墻 柱 的支承長度 當(dāng)梁高 500mm時 180mm 500mm時 240mm 當(dāng)梁支承在鋼筋混凝土梁 柱 上時 其支承長度 180mm 3 1梁 板的構(gòu)造 3 1 1 2梁的配筋梁中的鋼筋有縱向受力鋼筋 彎起鋼筋 箍筋和架立筋 3 1梁 板的構(gòu)造 縱向受力鋼筋用以承受彎矩在梁內(nèi)產(chǎn)生的拉力 設(shè)置在梁的受拉一側(cè) 當(dāng)彎矩較大時 可在梁的受壓區(qū)也布置受力鋼筋 協(xié)助混凝土承擔(dān)壓力 即雙筋截面梁 縱向受力鋼筋的數(shù)量通過計算確定 a 直徑 常用直徑d 10 25mm 當(dāng)梁