工程結(jié)構教案(共21頁)

1、衡水職業(yè)技術(jsh)學院教案首頁課程名稱工程結(jié)構授課班級14道橋授課時間2015 年 3 月 10 日第 1 周 第5、6 節(jié)2015 年 3 月 11 日第 1周 第5、6 節(jié) 2015 年 3 月 12日第 1 周 第3、4 節(jié)教學內(nèi)容緒 論一、本課程的性質(zhì)、任務以及與其他課程的關系二、各種工程結(jié)構的特點及使用范圍三、課程特點和學習方法教學目的鋼筋混凝土結(jié)構預應力混凝土結(jié)構砌體結(jié)構教學重點鋼筋混凝土結(jié)構與預應力混凝土結(jié)構教學難點預應力混凝土結(jié)構授課方法課堂講解、視頻演示教學用具多媒體復習提問課后作業(yè)實訓課后小結(jié)本次課主要介紹本課程的性質(zhì)、任務以及與其他課程的關系、各種工程結(jié)構的特點及使用

2、范圍及課程特點和學習方法衡水職業(yè)技術(jsh)學院教案附頁教 案 內(nèi) 容緒 論一、 本課程的性質(zhì)、任務及其他課程的關系構件分類： 受彎構件（梁和板）、受壓構件、受拉構件、受扭構件。研究內(nèi)容：受彎構件、受壓構件。結(jié)構： 橋梁和道路構造物中承受荷載和傳遞荷載的各個部件。研究對象：橋梁結(jié)構中板、橫梁、拱、索等基本構件。任務：研究如何正確處理荷載與承載能力之間的關系。承載能力：設計基本構件時，要求構件本身必須具有一定的抵抗變形的能力。與構件材料性質(zhì)、幾何形狀、截面尺寸、受力特點、工作條件、構造特點及施工質(zhì)量等有關。與其他課程的關系：本課程是一門重要的技術基礎課。在學習材料力學、道路材料等課程的基礎上，

3、結(jié)合實際橋梁工程來研究結(jié)構構件設計的一門學科。二、各種工程的特點及使用范圍1、鋼筋混凝土結(jié)構（1） 組 成: 由鋼筋和混凝土結(jié)合成一體，共同發(fā)揮作用。 混凝土：抗壓強度很高，但抗拉強度很低。 鋼 筋：抗拉和抗壓強度均很高。（2）鋼筋混凝土結(jié)構廣泛用于橋梁、隧道、地下結(jié)構、房屋建筑、水利、港口等工程中。由于混凝土抗拉強度低，受拉區(qū)一般都存在裂縫，那么對裂縫寬度的限制，使其截面尺寸偏大，相應自重較大。（3） 共同工作的目的 充分發(fā)揮兩種材料的強度優(yōu)勢，取長補短。鋼筋混凝土梁如何共同工作 開裂前：受拉區(qū)的拉力由鋼筋和混凝土共同承擔。 開裂后：受拉鋼筋承擔大了部分拉力，繼續(xù)承擔荷載，直至屈服強度，受壓

4、混凝土壓碎，梁破壞。 衡水職業(yè)(zhy)技術學院教案附頁教 案 內(nèi) 容（4）簡略分析鋼結(jié)構優(yōu)點、缺點2、預應力混凝土結(jié)構概念：配置預應力鋼筋和普通鋼筋，再經(jīng)過張拉或其他方法建立預加應力的混凝土結(jié)構。優(yōu)點：構件本身截面尺寸減小、自重減輕、適用于恒載占比重大的大跨徑橋梁。可用于海洋環(huán)境和防滲透要求的結(jié)構。缺點：單價高、施工工藝要求高3、砌體結(jié)構（1）砌體結(jié)構的組成 砌體結(jié)構是用磚、石或砌塊， 用砂漿等膠結(jié)材料砌筑的結(jié)構。（2）優(yōu)點 1）取材方便，造價低廉； 2）具有良好的耐火性及耐久性； 3）具有良好的保溫、隔熱、隔音性能，節(jié)能效好； 4）施工簡單，技術容易掌握和普及，也不需要特殊的設備。缺點：自

5、重大，強度低，整體性差，砌筑勞動強度大。在公路與橋梁工程中，多用于中小跨徑的拱橋、橋墩（臺）、擋土墻、涵洞和道路護坡等工程中。三 、本課程特點和學習方法1、特點1）半理論、半經(jīng)驗性2）設計的多方案性2、學習方法1）重視構造要求2）重視實踐和規(guī)范應用衡水職業(yè)技術學院(xuyun)教案首頁課程名稱工程結(jié)構授課班級14道橋授課時間2015 年 3 月 17 日第 2 周 第5、6 節(jié)2015 年 3 月 18 日第 2周 第5、6 節(jié) 2015 年 3 月 19 日第 2 周 第3、4 節(jié)教學內(nèi)容項目一 鋼筋混凝土結(jié)構的基本概念和材料的物理力學性能任務一 鋼筋混凝土結(jié)構的基本概念及特點任務二 混凝土

6、任務三 鋼筋教學目的1.理解鋼筋混凝土結(jié)構的基本概念及特點，掌握混凝土及鋼筋的物理力學性能及主要強度指標，理解混凝土及鋼筋在工程實際當中的應用。2.鋼筋與混凝土中間的粘結(jié)及相互影響教學重點混凝土及鋼筋的物理力學性能及主要強度指標，理解混凝土及鋼筋在工程實際當中的應用。教學難點鋼筋與混凝土中間的粘結(jié)及相互影響授課方法課堂講解、視頻演示教學用具多媒體復習提問課后作業(yè)課后復習思考題P17課后小結(jié)主要介紹鋼筋混凝土結(jié)構的基本概念及特點，掌握混凝土及鋼筋的物理力學性能及主要強度指標，理解混凝土及鋼筋在工程實際當中的應用。鋼筋與混凝土中間的粘結(jié)及相互影響。衡水職業(yè)技術(jsh)學院教案附頁教 案 內(nèi) 容項

7、目一 鋼筋混凝土結(jié)構的基本概念和材料的物理力學性能任務一 鋼筋混凝土結(jié)構的基本概念及特點一、 鋼筋混凝土結(jié)構的基本概念一、定義：由兩種力學性能完全不同的材料-鋼筋和混凝土結(jié)合成整體，共同發(fā)揮作用的一種建筑材料?；炷恋幕咎匦裕嚎箟簭姸雀撸估瓘姸鹊?。一般抗拉強度只有抗壓強度的1/81/20。破壞時具有明顯的脆性性質(zhì)?；炷劣辛己玫目箟簭姸?，適用于承壓為主的構件，如柱和拱。另一方面，混凝土是一種脆性材料、抗拉強度遠低于抗壓強度，故素混凝土不適用于制作完全受拉或部分截面受拉的結(jié)構構件。素混凝土梁與鋼筋混凝土梁的對比極限狀態(tài)：素砼梁：無明顯變形，開裂即破壞 鋼筋砼梁：有明顯變形，鋼筋屈服，砼壓碎承

8、載能力：素砼梁：取決于混凝土的抗拉，低 鋼筋砼梁：取決于鋼筋抗拉和砼抗壓強度，高抗裂能力：配筋后略有增加，但不顯著（后附素混凝土梁例子）共同工作的基礎，因為：兩者之間存在較好的傳遞應力的能力，粘結(jié)力；兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)相近；混凝土對鋼筋的保護，抗火和耐久性提高。2、鋼筋混凝土結(jié)構的特點主要優(yōu)點：1）就地取材；2）耐久性好；3）整體性好；4）可模性好；5）耐火性好。主要缺點：1）自重大；2）抗裂性能差；3）現(xiàn)澆結(jié)構模板用量大；4）工期長等等。衡水(hn shu)職業(yè)技術學院教案附頁教 案 內(nèi) 容任務二 混凝土一、 混凝土的強度混凝土重要的力學性能-混凝土強度，對安全性和耐久性有直接的影響。

9、定義：指混凝土材料達到破壞或開裂極限狀態(tài)時所能夠承受的壓力。相關因素：材料的組成、養(yǎng)護條件及齡期、受力狀態(tài)等1.混凝土的抗壓強度1）立方體抗壓強度我國規(guī)定用立方體抗壓強度作為混凝土強度的基本指標。新修訂橋規(guī)中規(guī)定以邊長為150的立方體試件，按標準方法制作，在標準 的環(huán)境里養(yǎng)護28d，采用標準試驗方法進行加壓，取具有95保證率時得出的抗壓強度作為混凝土強度的等級標準，稱為立方體抗壓強度標準值，用符號fcu,k表示?；炷两Y(jié)構設計規(guī)范規(guī)定混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值fcu,k確定。 混凝土強度C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、

10、C75和C80，共14個等級。例如，C30表示立方體抗壓強度標準值為30N /mm2。其中，C50C80屬高強度混凝土范疇。 實際工程中如采用200mm或100mm的立方體試塊，測得的立方體抗壓強度分別誠意換算系數(shù)1.05和0.95。公路橋涵受力構件的混凝土強度等級選擇規(guī)定：（1）鋼筋混凝土構件不應低于從C20，當采用HRB400、KL400級鋼筋配筋時，不應低于C25。（2）預應力混凝土構件不應低于C40.2）軸心抗壓強度混凝土結(jié)構設計規(guī)范規(guī)定以150mm150mm300mm的棱柱體試件試驗測得的具有95保證率的抗壓強度為混凝土軸心抗壓強度標準值，用符號fck或fc表示。 混凝土的抗壓強度與

11、試件的形狀有關,采用棱柱體比立方體能更好地反映混凝土結(jié)構的實際抗壓能力。用混凝土棱柱體試件測得的抗壓強度稱為軸心抗壓強度。衡水職業(yè)技術學院(xuyun)教案附頁教 案 內(nèi) 容混凝土結(jié)構設計規(guī)范規(guī)定以上述棱柱體試件試驗測得的具有95%保證率的抗壓強度為混凝土軸心抗壓強度標準值，用符號fck表示，下標c表示受壓，k表示標準值。2.混凝土的軸心抗拉強度ftft是鋼筋混凝土及預應力混凝土構件的抗裂度和裂縫寬度及構件斜截面強度時的主要強度指標。測試方法用澆注成型的100mm*100mm*500mm的立方體試塊，通過預埋在試件軸線兩端的鋼筋，對試件施加壓力，試件破壞時即為混凝土軸心抗拉強度?？估瓘姸仁腔炷?/p>

12、土的基本力學指標之一，其標準值用ftk表示，下標t表示受拉，k表示標準值?；炷恋妮S心抗拉強度可以采用直接軸心受拉的試驗方法來測定。3.混凝土強度標準值與設計值二、 混凝土的變形性能混凝土變形的分類荷載作用下的受力變形 體積變形混凝土在一次短期加載、長期加載和多次重復荷載作用下都會產(chǎn)生變形，這類變形稱為受力變形。另外，混凝土的收縮以及溫度和濕度變化也會產(chǎn)生變形，這類變形稱為體積變形。混凝土的變形是其重要物理力學性能之一。1.混凝土的受力變形混凝土在一次短期荷載作用下應力應變關系 混凝土在長期荷載作用下的變形徐變 混凝土在荷載長期作用下，應力不變，其應變隨時間的增長而繼續(xù)增長的現(xiàn)象缺點：徐變會使

13、結(jié)構（構件）的（撓度）變形增大，引起預應力損失，在長期高應力作用下，甚至會導致破壞。優(yōu)點：徐變有利于結(jié)構構件產(chǎn)生內(nèi)（應）力重分布，降低結(jié)構的受力（如支座不均勻沉降），減小大體積混凝土內(nèi)的溫度應力，受拉徐變可延緩收縮裂縫的出現(xiàn)。注意：與混凝土的收縮一樣，徐變也與時間有關。因此，在測定混凝土的徐變時，應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。衡水職業(yè)技術(jsh)學院教案附頁教 案 內(nèi) 容影響因素內(nèi)在因素：是混凝土的組成和配比。1）水灰比：（應力不變）水灰比越大，徐變越大；2）水泥用量：若水灰比不變，水泥用量

14、越多，徐變越大；3）骨料彈性性質(zhì)：骨料越堅硬，骨料(aggregate)的剛度（彈性模量）越大，體積比越大，水泥的徐變約束作用越大；4）骨料級配：級配越好，徐變越??； (4)混凝土的變形模量1)混凝土的彈性模量（即原點模量）2)混凝土的變形模量3)混凝土的切線模量可以看出，混凝土的切線模量是一個變值，它隨著混凝土應力的增大而減小。需要注意的是，混凝土不是彈性材料，所以不能用已知的混凝土應變乘以規(guī)范中所給的彈性模量值去求混凝土的應力。只有當混凝土應力很低時，它的彈性模量與變形模量值才近似相等?；炷恋膹椥阅Ａ靠砂聪率接嬎悖?. 混凝土的收縮 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

15、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)生拉應力，甚至引起混凝土的開裂。混凝土收縮會使預應力混凝土構件產(chǎn)生預應力損失。 某些對跨度比較敏感的超靜定結(jié)構（如拱結(jié)構），收縮也會引起不利的內(nèi)力。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，最終收縮應變值約為（25）10-4 ， 混凝土開裂應變?yōu)椋?.52.7）10-4 。影響混凝土收縮的因素有：(1)水泥的品種：水泥強度等級越高制成的混凝土收縮越大

16、。(2)水泥的用量：水泥越多，收縮越大；水灰比越大，收縮也越大。(3)骨料的性質(zhì)：骨料的彈性模量大，收縮小。衡水職業(yè)(zhy)技術學院教案附頁教 案 內(nèi) 容(4)養(yǎng)護條件：在結(jié)硬過程中周圍溫、濕度越大，收縮越小。(5)混凝土制作方法：混凝土越密實，收縮越小。(6)使用環(huán)境： 使用環(huán)境溫度、濕度大時，收縮小。(7)構件的體積與表面積比值：比值大時，收縮小。衡水職業(yè)(zhy)技術學院教案附頁教 案 內(nèi) 容任務三 鋼筋課程引導鋼筋時建筑工程中不可或缺的重要建筑材料。鋼筋混凝土結(jié)構和預應力混凝土結(jié)構對鋼筋的要求是：具有較高的強度，塑性變形能力，良好的加工工藝性能，與混凝土有較高的粘結(jié)力。1.鋼筋品種按

17、化學成分碳素鋼和普通低合金鋼按加工方法分熱軋鋼筋、冷加工鋼筋、熱處理鋼筋和鋼絲。橋規(guī)中推薦熱軋鋼筋、碳素鋼絲和精軋螺紋鋼筋三大類熱軋鋼筋熱軋鋼筋是低碳鋼、普通合金鋼在高溫狀態(tài)下軋制而成。熱軋鋼筋按外形分光圓鋼筋和帶肋鋼筋。光圓鋼筋（級別）：HPB235、HPB300（一級鋼筋）帶肋鋼筋（級別）：HRB335 HRBF335（二級鋼筋） HRB400 HRBF400（三級鋼筋） RRB400 HRB500 HRBF500（四級鋼筋）等 RRB是余處理鋼筋，指熱軋后立即穿水，進行表面控制冷卻，然后利用芯部余熱自身完成回火處理所得的成品鋼筋。鋼絲碳素鋼絲又稱高強度鋼絲按外形分光面鋼絲、螺旋肋鋼絲和刻

18、痕鋼絲。光面鋼絲：以多根鋼絲組成鋼絲束或多根鋼絲扭結(jié)成鋼絞線應用實際工程中。鋼絞線有二股、三股、七股螺旋肋鋼絲和刻痕鋼絲：應用于先張法預應力混凝土結(jié)構中。（3）精軋螺紋鋼筋用于中小跨徑的預應力混凝土橋梁構件（4）冷加工鋼筋冷拉鋼筋指在常溫下將熱軋鋼筋通過強力拉伸，使應力超過屈服強度而進入強化階段，而衡水(hn shu)職業(yè)技術學院教案附頁教 案 內(nèi) 容后卸荷所得到的鋼筋。冷拉后的鋼筋可以除銹、調(diào)直，提高屈服強度，塑性下降。冷拔鋼筋將熱軋鋼筋通過硬質(zhì)合金冷拔模，經(jīng)過幾次強行冷拔而成的鋼筋。抗拉強度和抗壓強度提高，塑性降低。以鋼絲束的形式作為預應力鋼筋。冷軋帶肋鋼筋指普通低碳鋼和低合金鋼在常溫下軋

19、制而成的表面帶有肋文的鋼筋。強度高、伸長率降低。冷軋帶肋鋼筋型號：CRB550 CRB650 CRB800和CRB970.CRB500用于現(xiàn)澆混凝土板或梁、柱箍筋其余三個用于中小型預應力混凝土構件。公路混凝土橋涵的鋼筋按以下規(guī)定采用：1）鋼筋混凝土及預應力混凝土構件中的普通鋼筋選用：熱軋HPB235 HRB335 HRB400和KL400鋼筋，預應力混凝土構件中的箍筋應選用其中的帶肋鋼筋按構造要求配置的鋼筋網(wǎng)可采用冷軋帶肋鋼筋。2）預應力混凝土構件中的預應力鋼筋應選用鋼絞線、鋼絲；中、小型構件或豎橫向預應力鋼筋，也可選用精軋螺紋鋼筋二、鋼筋的強度和變形1.鋼筋的應力應變關系（1）有明顯屈服點鋼

20、筋左圖可知：應力達到a點之前，應力與應變成正比 比，a點對應的應力稱比例極限，Oa段位彈性階段 階段，當應力超過比例極限后，應變比應力增加 加的快，表現(xiàn)鋼筋的塑性性質(zhì)。當應力達到 B點時，應力即使不增加，應變也繼續(xù)增加，材料 材料產(chǎn)生塑性變形，直到c點，稱鋼筋屈服，b點的應力稱鋼筋的屈服強度，bc稱“屈服臺階”，到達d點，鋼筋應力達到衡水職業(yè)技術學院(xuyun)教案附頁教 案 內(nèi) 容 極限抗拉強度，過d點以后出現(xiàn)斷裂，e點對應的是鋼筋的伸長率，de為破壞階段。無明顯屈服點鋼筋工程上習慣稱“硬鋼” 當應力超過比例極限以后，雖然鋼筋表現(xiàn)出塑性性質(zhì) 但應力和應變?nèi)匀怀掷m(xù)增加，直到達到極限抗拉強度強

21、度高，塑性較差。工程設計中，常取殘余應變?yōu)?.2所對應的應力0.20.2為無明顯屈服點鋼筋強度標準，稱條件屈服強度?；炷烈?guī)范規(guī)定0.2=0.85b（b為無明顯屈服點的鋼筋的極限抗拉強度） 2、鋼筋的塑性鋼筋塑性性能以伸長率和冷彎性能來衡量鋼筋的塑性伸長率指鋼筋試件上標距為10d或5d范圍內(nèi)的極限伸長率，伸長率越大，塑性越好。冷彎是將直徑為d的鋼筋圍繞某個規(guī)定直徑D的輥軸彎曲成一定角度，鋼筋無裂紋、鱗落或斷裂現(xiàn)象。衡水職業(yè)技術(jsh)學院教案附頁教 案 內(nèi) 容3.鋼筋的松弛與疲勞松弛：鋼筋受力后在保持長度不變的情況下，應力隨時間的增長而逐漸降低的現(xiàn)象。預應力混凝土結(jié)構中，預應力鋼筋張拉后長度

22、基本保持不變，將產(chǎn)生松弛現(xiàn)象，引起應力損失。疲勞：鋼筋在多次重復荷載作用下，發(fā)生脆性突然斷裂的現(xiàn)象。橋規(guī)給出的鋼筋松弛損失中間值和終極值的比值鋼筋的松弛與時間關系時間210203040比值0.50.610.740.871.0松弛與初始應力、溫度和鋼筋品種等因素有關目前我國生產(chǎn)的高強鋼絲和鋼絞線按其生產(chǎn)工藝不同分為級松弛和級松弛。4、鋼筋的熱處理指將特定強度的熱軋鋼筋再通過加熱、淬火、回火等調(diào)制工藝處理的鋼筋。強度提高，塑性降低不多。熱處理鋼筋屬于無明顯屈服點鋼筋，伸長率小，質(zhì)地脆硬。有40Si2,Mn、48Si2 Mn、45Si2Cr5.鋼筋的標準強度和設計強度（見教材表）三、 鋼筋的接頭、彎

23、鉤和彎折鋼筋接頭形式：焊接接頭、綁扎接頭和機械連接接頭。1）焊接接頭閃光接觸對焊和電弧搭接焊。閃光焊是將兩根鋼筋安放成對接形式，利用電阻熱使接觸點金屬融化，產(chǎn)生強烈飛濺，形成閃光迅速施加頂鍛力完成的，質(zhì)量高，加工簡單。電弧搭接焊是以焊條作為一級，鋼筋為另一極，利用焊接電流通過產(chǎn)生的電弧熱進行焊接的一種熔焊方法。衡水職業(yè)(zhy)技術學院教案附頁教 案 內(nèi) 容鋼筋電弧焊可采用搭接焊和幫條焊兩種形式。電弧焊一般采用雙面焊縫（不應小于5d），困難時采用單面焊縫（不應小于10d）。2）機械連接接頭橋規(guī)推薦采用套筒擠壓接頭和鐓粗直螺紋接頭1）套筒擠壓接頭將兩根待連接的帶肋鋼筋用剛套筒作為連接體，套于鋼筋

24、端部，使用擠壓設備沿筒徑向擠壓，是套筒產(chǎn)生塑性變形，使變形的套筒與鋼筋緊密結(jié)合為一個整體。適用于直徑為14-16mm的HRB335和HRB400帶肋鋼筋。2）鐓粗直螺紋接頭將鋼筋的連接端先行鐓粗，再加工出圓柱螺紋，并用連接套筒連接的鋼筋接頭。適用于直徑為18-40mm的HRB335和HRB400鋼筋的連接。3）綁扎接頭橋規(guī)對綁扎接頭應用范圍、搭接長度及接頭布置如下：鋼筋種類混凝土強度等級C20C25C25R23535d30d25dHRB33545d40d35dHRB400、KL40055d50d45d綁扎接頭的鋼筋直徑不宜大于28mm，軸心受壓和偏心受壓鋼筋，不大于32mm。軸心受拉和小偏心受拉構件不得采用綁扎接頭。2.鋼筋的彎鉤和彎折為了防止鋼筋在混凝土中的滑動，對于承受拉力的光面鋼筋、需在端頭設置半圓彎鉤；受壓的光面鋼筋可不設彎鉤。彎鉤的內(nèi)側(cè)彎曲直徑D不宜過小，對光面鋼筋D一般不大于2.5d；帶肋鋼筋D一般應大于4-5d，在彎折處鋼筋內(nèi)側(cè)彎曲直徑D不得小于20d。衡水職業(yè)(zhy)技術學院教案附頁教 案 內(nèi) 容鋼筋端部的“彎鉤”是鋼筋錨固的需要；鋼筋端部的“彎折”實際上是鋼筋端部的“直鉤”，常用在柱子插入基礎的下端部分，是為了便于將它綁扎在基礎底面的鋼筋網(wǎng)上