《混凝土受壓》課件

混凝土受壓深入探討混凝土在受壓環(huán)境下的性能表現(xiàn)和設(shè)計(jì)特點(diǎn)。通過(guò)分析各種壓力條件下的混凝土行為,了解如何設(shè)計(jì)可靠耐用的混凝土結(jié)構(gòu)。M課程目標(biāo)掌握混凝土的基本特性了解混凝土的成分、性能特點(diǎn)以及影響因素,為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)混凝土受壓的工作機(jī)理深入分析混凝土受壓結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布及變形規(guī)律,為設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。掌握混凝土構(gòu)件承載能力的計(jì)算學(xué)習(xí)計(jì)算不同形式的混凝土構(gòu)件在受壓作用下的承載能力及配筋要求。提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂抗震性能了解混凝土結(jié)構(gòu)抗裂和抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn),提高結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。混凝土的基本概念1混凝土的定義混凝土是由水泥、骨料（砂石）和水按一定比例混合并經(jīng)過(guò)加工而形成的一種人工建筑材料。2混凝土的組成混凝土由水泥漿體和骨料兩部分組成,水泥漿體為砂、水和水泥的混合物。3混凝土的特點(diǎn)混凝土具有強(qiáng)度高、耐久性好、可塑性強(qiáng)等特點(diǎn),是建筑工程中最常用的結(jié)構(gòu)材料之一。4混凝土的應(yīng)用混凝土廣泛應(yīng)用于房屋建筑、橋梁、水利工程等眾多領(lǐng)域,是建筑工程中不可缺少的重要材料?；炷恋男阅軓?qiáng)度混凝土具有優(yōu)異的抗壓強(qiáng)度,能夠承受各種壓力載荷,是建筑中使用最廣泛的材料之一。耐久性通過(guò)合理的配比和養(yǎng)護(hù),混凝土可以在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的性能?？伤苄曰炷猎诔跄熬哂辛己玫目伤苄?可以被成型為各種形狀的構(gòu)件。隔熱性能混凝土具有一定的隔熱性能,可以有效減少建筑物的能源消耗。混凝土抗壓性能的影響因素配料成分混凝土的配料比例,如水泥、砂石、水等成分,會(huì)直接影響其抗壓強(qiáng)度。合理搭配可提高混凝土的承載能力。澆筑工藝混凝土的澆筑方式、振搗密實(shí)程度等施工工藝,也是影響其抗壓性能的關(guān)鍵因素。養(yǎng)護(hù)條件適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)時(shí)間和環(huán)境條件,如溫度、濕度等,能有效提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和耐久性。構(gòu)件尺寸混凝土構(gòu)件的尺寸和形狀,如截面尺寸、長(zhǎng)細(xì)比等,也會(huì)對(duì)其抗壓性能產(chǎn)生影響?；炷量箟簭?qiáng)度的測(cè)定1標(biāo)準(zhǔn)試件采用標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行抗壓試驗(yàn)2載荷施加按照規(guī)定的加載速度施加壓力3強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)試塊受力面積計(jì)算抗壓強(qiáng)度混凝土抗壓強(qiáng)度的測(cè)定是通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行壓力試驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。試塊采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸和制備方法,在規(guī)定的加載速度下施加壓力,并根據(jù)受力面積計(jì)算出抗壓強(qiáng)度值。這一過(guò)程確保了強(qiáng)度測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)化和可比性,為后續(xù)設(shè)計(jì)提供可靠的參考數(shù)據(jù)?；炷量箟簭?qiáng)度的計(jì)算1確定混凝土強(qiáng)度等級(jí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇適當(dāng)?shù)幕炷翉?qiáng)度等級(jí)。不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土有不同的材料配比和性能指標(biāo)。2計(jì)算混凝土抗壓強(qiáng)度特征值考慮混凝土材料離散性和不均勻性,采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算出混凝土抗壓強(qiáng)度特征值。3計(jì)算設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度在抗壓強(qiáng)度特征值的基礎(chǔ)上,根據(jù)安全系數(shù)和偏差系數(shù)計(jì)算出構(gòu)件的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度。短柱受壓工作機(jī)理1受力狀態(tài)短柱受到軸向壓力作用2截面分析截面上方應(yīng)力壓縮、下方應(yīng)力拉伸3材料特性混凝土抵抗壓力、鋼筋抵抗拉力4破壞模式混凝土在壓區(qū)達(dá)到極限應(yīng)力而出現(xiàn)壓潰短柱在受壓作用下,截面上方混凝土承受壓力,下方鋼筋承受拉力。在材料特性和截面應(yīng)力分布的作用下,短柱最終會(huì)因混凝土壓區(qū)達(dá)到極限應(yīng)力而出現(xiàn)壓潰破壞。理解短柱受壓工作機(jī)理是設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。短柱的抗壓承載能力5000MPa混凝土抗壓強(qiáng)度400MPa鋼筋強(qiáng)度2000kN短柱的極限承載力短柱的抗壓承載能力主要取決于混凝土的抗壓強(qiáng)度和鋼筋的強(qiáng)度?；炷量箟簭?qiáng)度達(dá)到5000MPa可提供高達(dá)2000kN的極限承載力。合理的配筋設(shè)計(jì)也可大幅提高短柱的抗壓性能。短柱配筋設(shè)計(jì)確定柱截面尺寸根據(jù)荷載計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，確定柱的截面尺寸。計(jì)算混凝土所受應(yīng)力利用受壓截面應(yīng)力分析，計(jì)算出壓縮區(qū)混凝土所受應(yīng)力。配置縱向鋼筋根據(jù)混凝土承載能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，合理配置縱向鋼筋。設(shè)置橫向箍筋在柱身上設(shè)置合理的橫向箍筋，以提高柱的整體穩(wěn)定性。受壓構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比的影響構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比是指構(gòu)件長(zhǎng)度與截面最小尺寸的比值。穩(wěn)定性影響長(zhǎng)細(xì)比較大時(shí),構(gòu)件穩(wěn)定性下降,容易發(fā)生失穩(wěn)破壞。變形影響長(zhǎng)細(xì)比較大時(shí),構(gòu)件變形較大,不利于使用性能。構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比的計(jì)算確定構(gòu)件長(zhǎng)度根據(jù)構(gòu)件的承載情況和實(shí)際安裝位置,確定構(gòu)件的有效長(zhǎng)度。測(cè)量構(gòu)件尺寸測(cè)量構(gòu)件的截面尺寸,如寬度和厚度。計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比長(zhǎng)細(xì)比=構(gòu)件有效長(zhǎng)度/最小截面尺寸。評(píng)估長(zhǎng)細(xì)比根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),確定該長(zhǎng)細(xì)比是否滿足要求。長(zhǎng)柱的受壓工作機(jī)理1偏心受壓當(dāng)外力作用點(diǎn)偏離構(gòu)件受壓截面中心時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏心受壓。2二階效應(yīng)長(zhǎng)柱在受壓作用下會(huì)發(fā)生側(cè)向變形,進(jìn)而導(dǎo)致二階效應(yīng)。3穩(wěn)定性喪失當(dāng)二階效應(yīng)過(guò)大時(shí),長(zhǎng)柱的穩(wěn)定性會(huì)遭到嚴(yán)重威脅。長(zhǎng)柱在受壓作用下的工作機(jī)理主要體現(xiàn)為偏心受壓、二階效應(yīng)以及穩(wěn)定性喪失。偏心受壓會(huì)產(chǎn)生較大的額外彎矩,導(dǎo)致截面內(nèi)應(yīng)力分布不均勻。當(dāng)長(zhǎng)柱在受壓作用下產(chǎn)生側(cè)向變形時(shí),會(huì)引發(fā)二階效應(yīng),進(jìn)一步加大了額外彎矩,最終導(dǎo)致長(zhǎng)柱的穩(wěn)定性喪失。因此,長(zhǎng)柱抗壓承載能力的計(jì)算需要考慮上述各種復(fù)雜因素。長(zhǎng)柱抗壓承載能力的計(jì)算長(zhǎng)柱受壓時(shí)其受力機(jī)理與短柱有所不同。長(zhǎng)柱容易產(chǎn)生側(cè)向變形和屈曲失穩(wěn),需要考慮這種影響因素。計(jì)算長(zhǎng)柱抗壓承載能力時(shí),需要根據(jù)柱的長(zhǎng)細(xì)比、材料性能和荷載作用等因素進(jìn)行校核。本節(jié)將重點(diǎn)介紹長(zhǎng)柱抗壓承載能力的具體計(jì)算方法。柱子長(zhǎng)細(xì)比承載能力(kN)從上圖可以看出,隨著長(zhǎng)細(xì)比的增大,混凝土柱的抗壓承載能力會(huì)逐步降低。這主要是由于長(zhǎng)細(xì)比增大會(huì)導(dǎo)致柱子更容易發(fā)生屈曲失穩(wěn)。因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮柱子的長(zhǎng)細(xì)比對(duì)其承載能力的影響。長(zhǎng)柱配筋設(shè)計(jì)1截面尺寸根據(jù)構(gòu)件受力情況合理確定截面尺寸2主筋配置縱向配置足量主筋以承擔(dān)壓應(yīng)力3箍筋設(shè)置合理設(shè)置箍筋以約束混凝土抗壓性能4計(jì)算承載能力按規(guī)范要求計(jì)算長(zhǎng)柱的抗壓承載能力長(zhǎng)柱配筋設(shè)計(jì)需要考慮截面尺寸、主筋配置、箍筋設(shè)置等多方面因素。合理確定構(gòu)件截面尺寸,布置足量主筋,并設(shè)置合理的箍筋,可以有效提高長(zhǎng)柱的抗壓性能和承載能力。最后根據(jù)規(guī)范要求計(jì)算長(zhǎng)柱的抗壓承載能力。偏心受壓構(gòu)件的工作機(jī)理1偏心荷載的作用偏心受壓構(gòu)件受到的外力并非均勻作用在截面上,而是產(chǎn)生偏心作用,導(dǎo)致截面內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力不均勻分布。2應(yīng)力分布特點(diǎn)構(gòu)件一側(cè)會(huì)出現(xiàn)較大壓應(yīng)力,而另一側(cè)則會(huì)出現(xiàn)較小的壓應(yīng)力甚至拉應(yīng)力。這種不均勻的應(yīng)力分布會(huì)導(dǎo)致早期開(kāi)裂和破壞。3變形特點(diǎn)偏心施加的外力會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生彎曲變形,同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生軸向縮短變形。這種復(fù)合變形特點(diǎn)使得構(gòu)件的受壓狀態(tài)更加復(fù)雜。偏心受壓構(gòu)件的承載能力計(jì)算偏心受壓構(gòu)件的承載能力計(jì)算主要考慮三個(gè)因素:截面形狀加載方式受力形式不同的截面形狀(矩形、T形、L形等)會(huì)影響承載能力集中載荷或均布載荷會(huì)影響承載能力偏心受壓、彎曲受壓等不同受力形式也會(huì)影響承載能力通過(guò)合理的配筋設(shè)計(jì)和計(jì)算,可以提高偏心受壓構(gòu)件的承載能力,確保結(jié)構(gòu)安全。偏心受壓構(gòu)件的配筋設(shè)計(jì)1計(jì)算偏心矩確定偏心距并計(jì)算偏心矩2確定受壓區(qū)根據(jù)偏心矩確定受壓區(qū)尺寸3配置縱筋根據(jù)受壓區(qū)面積設(shè)計(jì)縱向鋼筋4設(shè)置箍筋合理配置箍筋以增強(qiáng)受壓區(qū)偏心受壓構(gòu)件的配筋設(shè)計(jì)首先需要確定偏心距并計(jì)算偏心矩。根據(jù)偏心矩大小確定受壓區(qū)尺寸,然后設(shè)計(jì)縱向鋼筋以承擔(dān)受壓區(qū)應(yīng)力。同時(shí)還需合理配置箍筋以增強(qiáng)受壓區(qū)的整體性能。這些步驟確保了偏心受壓構(gòu)件在復(fù)雜載荷作用下的安全性。構(gòu)件截面形狀對(duì)抗壓性能的影響矩形截面矩形截面是最常見(jiàn)的構(gòu)件形式,其抗壓能力受截面尺寸和配筋情況的影響。通過(guò)合理設(shè)計(jì)可以充分發(fā)揮混凝土和鋼筋的協(xié)同作用。方形截面方形截面具有均勻的應(yīng)力分布,有利于混凝土和鋼筋的協(xié)同工作。但受限于施工條件,方形截面的應(yīng)用相對(duì)較少。圓形截面圓形截面的應(yīng)力分布更加均勻,能夠充分發(fā)揮混凝土和鋼筋的抗壓性能。但其制作和配筋較為復(fù)雜,應(yīng)用于高層建筑較為常見(jiàn)。其他截面特殊形狀的截面,如L形、T形等,可根據(jù)結(jié)構(gòu)需求進(jìn)行設(shè)計(jì),但其分析和計(jì)算相對(duì)復(fù)雜。不同截面形狀構(gòu)件的承載能力計(jì)算200承載能力(kN)矩形截面構(gòu)件250承載能力(kN)方形截面構(gòu)件300承載能力(kN)圓形截面構(gòu)件不同截面形狀的混凝土構(gòu)件在受壓時(shí)表現(xiàn)各異,其承載能力也存在顯著差異。矩形截面構(gòu)件的承載能力通常略低于方形截面,而圓形截面構(gòu)件具有最高的承載能力。這主要是由于截面形狀導(dǎo)致的應(yīng)力分布和受壓變形特點(diǎn)不同所致。不同截面形狀構(gòu)件的配筋設(shè)計(jì)矩形截面采用均勻配置的主筋和箍筋。主筋布置在截面四角，保證足夠的混凝土保護(hù)層。箍筋間距根據(jù)構(gòu)件尺寸和受力條件確定。圓形截面主筋均勻分布在圓周上，保證足夠的混凝土保護(hù)層。采用環(huán)形箍筋，間距根據(jù)構(gòu)件受力要求設(shè)計(jì)。中空截面在內(nèi)外兩層設(shè)置主筋，內(nèi)層抵抗壓力,外層抵抗彎矩。箍筋同樣沿截面均勻布置，加強(qiáng)整體穩(wěn)定性?；炷潦軌簶?gòu)件抗裂性能減小收縮裂縫通過(guò)配比優(yōu)化和適當(dāng)?shù)呐浣?可以減小混凝土受壓構(gòu)件收縮產(chǎn)生的裂縫,提高其抗裂性能。有效限制裂縫寬度合理的配筋設(shè)計(jì)和鋼筋錨固措施,能夠有效控制混凝土受壓構(gòu)件裂縫的寬度,提高其抗裂性能。合理安排配筋在混凝土受壓構(gòu)件中適當(dāng)增加縱向和橫向配筋,能夠有效抑制裂縫的發(fā)展,提高抗裂性能?；炷潦軌簶?gòu)件抗裂配筋設(shè)計(jì)1控制裂縫寬度通過(guò)合理安排鋼筋間距和配筋面積,可以有效控制混凝土受壓構(gòu)件的裂縫寬度,確保構(gòu)件的耐久性。2鋼筋錨固鋼筋的錨固長(zhǎng)度和定位對(duì)抑制裂縫的形成和發(fā)展至關(guān)重要,需要根據(jù)構(gòu)件受力情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。3配筋建議一般在受壓區(qū)設(shè)置縱向和橫向配筋,并結(jié)合構(gòu)件尺寸、荷載大小等因素合理安排配筋比例和間距?；炷潦軌簶?gòu)件抗震性能1抗震設(shè)計(jì)理念混凝土受壓構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)旨在確保在大地震下保持足夠的承載能力和變形能力。2抗震性能評(píng)估通過(guò)動(dòng)力分析和構(gòu)件試驗(yàn)等手段評(píng)估構(gòu)件的抗震性能,對(duì)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。3抗震構(gòu)造措施合理的配筋、彈性支撐、抗震墻等構(gòu)造措施可顯著提高混凝土受壓構(gòu)件的抗震性能。4超強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)針對(duì)高烈度地震區(qū),需采取特殊的抗震設(shè)計(jì)策略,如預(yù)應(yīng)力、隔震等技術(shù)?；炷潦軌簶?gòu)件抗震設(shè)計(jì)1構(gòu)件形狀采用矩形、圓形等規(guī)則截面,提高耐震性能2縱向配筋增加主筋數(shù)量和直徑,合理布置3箍筋設(shè)計(jì)增大箍筋直徑和間距,提高抗剪強(qiáng)度4混凝土強(qiáng)度采用高強(qiáng)度混凝土,提高整體剛度混凝土受壓構(gòu)件在地震作用下需要滿足一定的抗震設(shè)計(jì)要求。合理設(shè)計(jì)混凝土截面尺寸、縱向配筋、箍筋及混凝土強(qiáng)度等因素,能夠有效提高構(gòu)件的抗震性能,確保結(jié)構(gòu)在地震作用下保持良好的承載能力和整體穩(wěn)定性。案例分析通過(guò)對(duì)實(shí)際工程案例的深入分析,可以更好地理解混凝土受壓構(gòu)件的工作機(jī)理和設(shè)計(jì)原理。我們將分析一個(gè)典型的混凝土柱受壓破壞案例,探討其失效原因,并總結(jié)出相應(yīng)的設(shè)計(jì)及檢測(cè)要點(diǎn)。這個(gè)案例將有助于我們掌握混凝土受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)要領(lǐng),提高實(shí)際工程應(yīng)用中的分析和問(wèn)題解決能力。本課程重點(diǎn)總結(jié)核心概念掌握混凝土的基本特性、影響因素和性能測(cè)試方法。強(qiáng)度計(jì)算學(xué)習(xí)短柱、長(zhǎng)柱和偏心受壓構(gòu)件的承載能力計(jì)算方法。構(gòu)件配筋理解不同受壓構(gòu)件的配筋設(shè)計(jì)原則和方法。性能分析探討混凝土受壓構(gòu)件的抗裂、抗震性能及其設(shè)計(jì)要求。課程思考題在學(xué)習(xí)完本課程后,思考以下幾個(gè)問(wèn)題:1)混凝土抗壓性能的主要影響因素有哪些?2)如何計(jì)算不同長(zhǎng)細(xì)比條件下短柱和長(zhǎng)柱的抗壓承載能力?3)偏心受壓構(gòu)件的工作機(jī)理和承載能力計(jì)算方法是什么?4