混凝土結(jié)構(gòu)設計原理(課件)

1、混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2章主 頁目 錄幫 助上一章下一章第 2 章 混凝土結(jié)構(gòu)的材料混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章本章重點熟悉混凝土在各種受力狀態(tài)下的強度與變形性能及其選用原則； 熟悉土木工程所用鋼筋的品種、級別、性能及其選用原則； 了解鋼筋與混凝土的共同工作原理?；炷两Y(jié)構(gòu)設計原理第 2章主 頁目 錄幫 助上一章下一章2.1.1 建筑用鋼筋的品種按化學成分2.1鋼 筋碳素鋼 普通低合金鋼按生產(chǎn)工藝熱軋鋼筋；中高強鋼絲；鋼絞線； 冷加工鋼筋按表面形狀光圓鋼筋帶肋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第 2章主 頁目 錄幫 助上一章下一章 1.碳素鋼 碳素鋼除含有鐵元素，還含有少量的碳、

2、錳、硅、磷、硫等。Mn 錳，Si 硅，P 磷，F(xiàn)e 鐵，S 硫， C 碳低 碳：C0.6%20MnSiV含碳萬分數(shù)含錳、硅、釩的百分數(shù)，取整?；炷两Y(jié)構(gòu)設計原理第 2章主 頁目 錄幫 助上一章下一章 2.普通低合金鋼 碳素鋼中加入少量的合金元素，如：錳、鎳、鈦、釩等。Mn 錳，Ni 鎳， V 釩，Nb 鈮，Ti 鈦， C 碳20MnSiV20MnSiNb20MnTi20MnSiV含碳萬分數(shù)含錳、硅、釩的百分數(shù)，取整。混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第 2章主 頁目 錄幫 助上一章下一章2.1.1 建筑用鋼筋的品種熱軋鋼筋400840RRB400(K20MnSi)400650HRB400(20MnSiV, 2

3、0MnSiNb,20MnTi)335650HRB335(20MnSi)235820HPB235(Q235)fyk/(N/mm2)d/(mm)符號種 類2.1鋼 筋混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第 2章主 頁目 錄幫 助上一章下一章 HPB 熱軋光面鋼筋，強度最低； HRB 熱軋帶肋鋼筋； RRB 余熱處理鋼。H 代表熱軋，P 光圓，R 帶肋，R 余熱處理，B 代表鋼筋 目前，混凝土結(jié)構(gòu)中縱向受力鋼筋優(yōu)先采用HRB400級鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2章主 頁目 錄幫 助上一章下一章中、高強鋼絲、鋼絞線做預應力筋用。中強：8001370MPa高強：14701860MPa混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2章主 頁目 錄幫 助

4、上一章下一章熱處理鋼筋 經(jīng)淬火處理得，fptk=1470MPa，無明顯屈服點。冷加工鋼筋 冷加工工藝：冷拉、冷拔、冷軋、冷軋扭。 目的：提高強度，節(jié)約鋼材。但塑性減小。冷拉鋼筋仍有屈服臺階。2.1.2 鋼筋的力學性能ABBCDE上屈服點不穩(wěn)定下屈服點出現(xiàn)頸縮拉斷BC段為屈服平臺CD段為強化段0.2%0.2標距有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋鋼筋受壓和受拉時的應力-應變曲線幾乎相同一.鋼筋的應力-應變曲線鋼筋的冷加工1）.冷拉BKZZK殘余變形冷拉伸長率無時效經(jīng)時效K點的選擇：超過屈服強度溫度的影響：溫度達700C時恢復到冷拉前的狀態(tài)，先焊后拉特性：只提高抗拉強度，不提高抗壓強度，強度提高，塑性

5、下降鋼筋的冷加工2）.冷拔經(jīng)過冷拔后鋼筋沒有明顯的屈服點和流幅冷拔既能提高抗拉強度又能提高抗壓強度二.鋼筋的強度和變形指標ABBCDE0.2%0.2強度指標* 明顯流幅的鋼筋：下屈服點對應的強度作為設計強度的依據(jù)。* 無明顯流幅的鋼筋：殘余應變?yōu)?.2%時所對應的應力作為條件屈服強度 ?；炷两Y(jié)構(gòu)設計原理第 2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章 變形指標 用延伸率和冷彎性能衡量。延伸率同一根鋼筋延伸率大，鋼筋的塑性性能好，破壞前有明顯預兆。： ： :混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2 章反復彎曲要求：冷彎過程中無裂縫、脫皮或斷裂。D愈小，愈大，塑性愈好。反復次數(shù)愈多，塑性愈好。主 頁目 錄幫 助上一章下一

6、章冷彎冷彎是檢驗鋼筋變形能力的指標。 鋼筋塑性愈好，構(gòu)件破壞前預兆愈明顯。 三. 鋼筋的徐變和松弛徐變應力不變，隨時間的增長應變繼續(xù)增加松弛長度不變，隨時間的增長應力降低對結(jié)構(gòu)，尤其是預應力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不利的影響，需采取必要的措施2.1.3 鋼筋應力-應變關系的理論模型sss=Essys,hfyss s=Essys,hfyfs,us,usss=Essyfys,ufs,u有明顯流幅的鋼筋無明顯流幅的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第 2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章2.1.4 鋼筋的選用原則 強度高熱軋鋼筋鋼絲、鋼絞線、各種冷加工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第 2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章 變形性能好

7、 保證延伸率和冷彎性能滿足要求。： ： 混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第 2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章可加工性好與混凝土粘結(jié)錨固性好經(jīng)濟性混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第 2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)： 宜用HRB400和HRB335鋼筋 可用HPB235、RRB400鋼筋預應力混凝土結(jié)構(gòu)： 宜用鋼鉸線、鋼絲、可用熱處理鋼筋 不主張推廣應用冷加工鋼筋，其延性差。鋼筋的選用原則混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章2.2混凝土2.2.1 組成結(jié)構(gòu)及特點主要材料：水泥、水、砂、石 混凝土: 普通混凝土是由水泥、石子和砂用水經(jīng)攪拌、養(yǎng)護和硬化后形成的一種復合材料，具有多相特性

8、。 2.2.1 混凝土的組成結(jié)構(gòu) 通常把混凝土的結(jié)構(gòu)分為三種基本類型：微觀結(jié)構(gòu)：也即水泥石結(jié)構(gòu)，包括水泥凝膠體、晶體骨架、 未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成；亞微觀結(jié)構(gòu)：混凝土中的水泥砂漿結(jié)構(gòu)；宏觀結(jié)構(gòu)：砂漿和粗骨料組合結(jié)構(gòu)?；炷两Y(jié)構(gòu)設計原理第 2章主 頁目 錄幫 助上一章下一章2.2.2 單軸向應力狀態(tài)下混凝土強度立方體抗壓強度 fcu,k（強度等級） 1.標準尺寸：150mm150mm150mm 2.養(yǎng)護條件：20 3，濕度90%；28d 3.試驗方法：恒定的加載速度，墊板不涂潤滑劑 4.強度保證率：95%承壓板試塊摩擦力不涂潤滑劑涂潤滑劑單軸受力狀態(tài)下混凝土的抗壓強度標準試塊：15015

9、0 150非標準試塊：100100 100 換算系數(shù) 0.95 200200 200 換算系數(shù) 1.05立方體抗壓強度是區(qū)分混凝土強度等級的指標，我國規(guī)范混凝土的強度等級有：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete立方體抗壓強度立方體抗壓強度fcu,k與強度等級混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第 2章主 頁目 錄幫 助上一章下一章軸心抗壓強度 fc,k 混凝土軸心抗壓強度的平均值立方體抗壓強度的平均值 棱柱體強度與立方體強度之比值承壓板試塊混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第 2章主 頁目 錄幫 助上一章下一章混凝土強度等級C4

10、0C45C50C55C60C65C70C75C80 c10.760.760.760.770.780.790.800.810.82 c1 的取 值劈裂試驗FdF 抗拉強度是混凝土的基本力學指標之一?？刹捎弥苯訙y試法來測定，但由于試驗比較困難，目前國內(nèi)外主要采用圓柱體或立方體的劈裂試驗來間接測試混凝土的軸心抗拉強度。拉壓壓軸心抗拉強度 ft混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章軸心抗拉強度軸心抗拉強度的平均值 立方體抗壓強度的平均值 混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章復合應力下的強度雙向受力1.01.01.21.2-0.2-0.22/fc1/fc拉壓混凝土結(jié)

11、構(gòu)設計原理第2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章復合應力下的強度雙向受力混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第 2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章圖中：fc 混凝土單軸抗壓強度；此圖說明： 壓-壓：強度提高； 拉-拉：強度不變； 拉-壓：抗拉和抗壓強度都低。混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2章主 頁目 錄幫 助上一章下一章法向應力與剪力組合時：拉-剪：抗拉、抗剪強度都降低；壓-剪：當 時，抗剪強度隨壓應力提高而增大； 當 時，內(nèi)部裂縫增加，抗剪抗壓強度 均降低。 復合受力狀態(tài)下混凝土的抗拉強度三向受壓時混凝土的強度：1=fcc1=fcc2= 3= fLfL-側(cè)向約束壓應力（加液壓）圓柱體試驗有側(cè)向約束時的抗壓強 度無側(cè)向

12、約束時圓柱體的單軸抗壓強度混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章2.2.3 混凝土的變形（1）一次加載時應力-應變關系0A:近似彈性 AB:非線性 BC:體積增大 CF:破壞 混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章2.2.3 混凝土的變形一次加載時高強混凝土： ， 2.2.3 混凝土的變形（2）.單軸受壓時的應力-應變關系的數(shù)學模型cu=0.00380=0.002ocfcc0.15fccu=0.00350=0.002ocfcc美國Hognestad模型德國Rsch模型混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章混凝土的變形模量彈性模量變形模量切線

13、模量混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章混凝土的變形模量原點彈性模量變形模量 彈性系數(shù)（隨應力增大而減小，0.51.0）混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章混凝土的剪切模量 剪切模量與彈性模量及泊松比的關系如下：泊松比 = 橫向應變/縱向應變剪切模量：Gc= 0.4 Ec混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第 2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章 長期荷載作用下的變形：徐變 定義：在荷載保持不變的情況下，變形隨時間推移 繼續(xù)增大的現(xiàn)象。 特點：早期發(fā)展快，但可以延續(xù)數(shù)年?；炷两Y(jié)構(gòu)設計原理第 2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章 徐變 徐變的分類線性徐變：初應力 c 0.

14、5fc ， 徐變與初應力呈正比。非線性徐變：初應力c 0.5fc，徐變與初應力不呈正比， 徐變的增長應力的增長。 當應力過高時（c 0.8 fc ），徐變會急劇增加而不收斂，發(fā)展最終導致破壞。 一般把 0.75 fc 0.8fc作為混凝土的長期極限強度。 應避免構(gòu)件經(jīng)常處于不變的高應力狀態(tài)。 影響徐變的因素：應力： c0.5fc，徐變變形與應力成正比-線性徐變 0.5fcc0.8fc，徐變急劇增長，造成混凝土破壞加荷時混凝土的齡期，越早，徐變越大水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大骨料越硬，徐變越小.養(yǎng)護條件：溫度高，濕度大，水泥水化作用充分 徐變越小。徐變對混凝土結(jié)構(gòu)的影響PAsPAs s1c

15、1Ps2As s2P拆去，鋼筋受壓混凝土受拉，可能會引起混凝土開裂徐變： s， c混凝土結(jié)構(gòu)設計原理第2 章主 頁目 錄幫 助上一章下一章徐變對結(jié)構(gòu)的影響：使構(gòu)件變形增大；在軸壓構(gòu)件中，使鋼筋應力增加， 混凝土應力減??；在預應力構(gòu)件中，使預應力發(fā)生損失；在超靜定結(jié)構(gòu)中，使內(nèi)力發(fā)生重分布。 徐變產(chǎn)生的原因：0.51.01.52.02.505101520253035(10-3)(月)c0.5fc，線性徐變c0 時，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； Z=R-S =0時，結(jié)構(gòu)達到極限狀態(tài)； Z=R-S0時，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。 極限狀態(tài)方程可推廣為：3.2 概率極限狀態(tài)設計方法 3.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度 鑒于結(jié)構(gòu)抗力

16、和荷載效應的隨機性，安全可靠應該屬于概率的范疇，應當用結(jié)構(gòu)完成其預定功能的可能性（概率）的大小來衡量，而不是一個定值來衡量?？煽啃裕航Y(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件 下，完成預定功能的能力稱為結(jié)構(gòu)的 可靠性?？煽慷龋航Y(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件 下，完成預定功能的概率稱為結(jié)構(gòu)的 可靠度。 可靠度是可靠性的概率度量。概 念以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法 由于實際結(jié)構(gòu)中的不確定性，因此無論如何設計結(jié)構(gòu)，都會有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。 為了科學定量的表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小，采用概率方法是比較合理的。3.2.3 可靠指標與失效概率 失效概率越小，表示結(jié)構(gòu)可靠性越大。因此，可以用失

17、效概率來定量表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小。 設：Pf 失效概率 Ps 可靠概率Pf = 1.0 Ps (Z 0)設：S 構(gòu)件的荷載效應； R 結(jié)構(gòu)的抗力 Z = R SR-S 概率密度分布曲線Sk f(S)，f (R)S，RRkSk f(S)，f (R)S，RRkSk f(S)，f (R)S，RRkSk f(S)，f (R)S，RRk設計驗算點S*=R*usuRuR - uS3.2 概率極限狀態(tài)設計方法 3.2.2 結(jié)構(gòu)的可靠度 鑒于結(jié)構(gòu)抗力和荷載效應的隨機性，安全可靠應該屬于概率的范疇，應當用結(jié)構(gòu)完成其預定功能的可能性（概率）的大小來衡量，而不是一個定值來衡量?？煽啃裕航Y(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條

18、件 下，完成預定功能的能力稱為結(jié)構(gòu)的 可靠性?？煽慷龋航Y(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件 下，完成預定功能的概率稱為結(jié)構(gòu)的 可靠度。 可靠度是可靠性的概率度量。概 念以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法 由于實際結(jié)構(gòu)中的不確定性，因此無論如何設計結(jié)構(gòu)，都會有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。 為了科學定量的表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小，采用概率方法是比較合理的。3.2.3 可靠指標與失效概率 失效概率越小，表示結(jié)構(gòu)可靠性越大。因此，可以用失效概率來定量表示結(jié)構(gòu)可靠性的大小。 設：Pf 失效概率 Ps 可靠概率Pf = 1.0 Ps (Z 0)設：S 構(gòu)件的荷載效應； R 結(jié)構(gòu)的抗力 Z = R SR-S 概率密度分布曲線Sk f(S)，f (R)S，RRkSk f(S)，f (R)S，RRkSk f(S)，f (R)S，RRkSk f(S)，f (R)S，RRk設計驗算點S*=R*usuRuR - uS承載能力