bAAA钢筋混凝土梁板设计.ppt

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1、bAAA钢筋混凝土梁板设计 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节第一节 钢筋混凝土结构的材料钢筋混凝土结构的材料第二节第二节 钢筋混凝土结构设计原理钢筋混凝土结构设计原理第三节第三节 极限状态设计表达式极限状态设计表达式2第一节第一节 钢筋混凝土结构的材料钢筋混凝土结构的材料一、钢筋一、钢筋二、混凝土二、混凝土三、钢筋与混凝土之间的粘结三、钢筋与混凝土之间的粘结3一、钢一、钢 筋筋（一一）钢钢筋筋的的分分类类按化学成分按化学成分按表面形状按表面形状

2、 按加工工艺按加工工艺和力学性能和力学性能 碳素钢碳素钢 普通低合金钢普通低合金钢 光面钢筋光面钢筋变形钢筋变形钢筋 热处理钢筋热处理钢筋钢钢 丝丝热轧钢筋热轧钢筋冷拉钢筋冷拉钢筋4光面钢筋光面钢筋光面钢筋表面是光面钢筋表面是光圆光圆的的光面钢筋为光面钢筋为级钢筋级钢筋5变变形形钢钢筋筋 表表面面有有两两条条纵纵向向凸凸缘缘（纵纵肋肋），形形成成螺螺旋旋纹纹、人人字字纹纹、和和月月牙牙纹纹。级级以以上上的的钢钢筋筋为为变变形形钢钢筋筋。6HPB235热轧钢筋热轧钢筋 HRB335级热轧钢筋级热轧钢筋HRB400级热轧钢筋级热轧钢筋 RRB400级热轧钢筋级热轧钢筋热热轧轧钢钢筋筋 7钢钢 丝丝

3、碳素钢丝碳素钢丝刻痕刻痕钢丝钢丝钢绞线钢绞线冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝 8钢钢 丝丝9 细细 钢钢 筋筋10（二二）钢钢筋筋的的强强度度与与变变形形有明显屈服有明显屈服点的钢筋点的钢筋无明显屈服无明显屈服点的钢筋点的钢筋 弹性模量弹性模量四个阶段四个阶段屈服强度屈服强度fy 伸长率伸长率 冷弯性能冷弯性能 应力应力与应变与应变比值比值无明显屈服点无明显屈服点强度高强度高塑性差，脆性大塑性差，脆性大极限抗拉强度极限抗拉强度 fu 11 有明显屈服点钢筋的应力有明显屈服点钢筋的应力-应变曲线应变曲线12无明显屈服点钢筋的无明显屈服点钢筋的应力应变曲线应力应变曲线13钢筋冷弯试验钢筋冷弯试验14钢筋冷

4、弯试验钢筋冷弯试验15种 类Es 级钢筋、冷拉级钢筋2.1105级钢筋、级钢筋、级钢筋热处理钢筋、碳素钢丝2.0105冷轧带肋钢筋1.9105冷拉级钢筋、冷拉级钢筋、冷拉钢筋、刻痕钢丝、钢绞丝1.8105 附表附表 钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量 单位：单位：N/mm216（三三）钢钢筋筋的的冷冷加加工工钢钢筋筋的的冷冷拉拉冷拉概念冷拉概念 钢钢筋筋的的冷冷拔拔 冷拉结果冷拉结果 冷拔概念冷拔概念 冷拔结果冷拔结果 17(四四)对对钢钢筋筋性性能能要要求求强度强度较高较高塑性塑性较好较好较好的较好的粘结力粘结力较好的较好的焊接性能焊接性能 18二、混凝土二、混凝土（一一）混混凝凝土土的的强强度度

5、立方体立方体抗压强度抗压强度 轴心抗压强度轴心抗压强度棱柱体棱柱体 轴心抗拉强度轴心抗拉强度概念概念 等级划分等级划分 fc=0.67fcuft=0.23（fcu）2/3 19（二二）混混凝凝土土的的变变形形一次短期一次短期荷载作用荷载作用下的变形下的变形重复荷载作用下的变形重复荷载作用下的变形 上上升升段段 下下降降段段20（二二）混混凝凝土土的的变变形形弹性模量弹性模量变形模量变形模量徐变徐变 收缩收缩 膨胀膨胀弹性模量弹性模量Es变形模量变形模量Es定义定义原因、特点原因、特点 影响因素影响因素 定义定义干缩原因干缩原因 减小收缩措施减小收缩措施 21 （1）含）含义 混凝土在混凝土在长

6、期荷期荷载作用下，作用下，应力不力不变，应变随随时间的增的增加而增加而增长的的现象，称象，称为混凝土的混凝土的徐徐变。（2）特点）特点 徐徐变在前期增在前期增长较快，随后逐快，随后逐渐减慢，减慢，经过较长时间而而趋于于稳定。一般定。一般6个月个月可达最可达最终徐徐变的的70%80%，2年年后徐后徐变基本完成。两年后的徐基本完成。两年后的徐变约为加荷加荷时瞬瞬变的的3倍。倍。（3）产生原因生原因 一方面是混凝土受力后，水泥石中的胶凝体一方面是混凝土受力后，水泥石中的胶凝体产生的黏生的黏性流性流动；骨料和水泥石骨料和水泥石结合面微裂合面微裂缝的的发展和增加。展和增加。22 混凝土徐变与时间关系混凝

7、土徐变与时间关系时间1月3月6月1年2年5年10年20年30年比值0.45 0.74 0.8711.14 1.25 1.261.31.3623 应力条件：应力越大，徐变也越大。加荷龄期：混凝土的龄期越早，徐变越大。周围环境：养护温度越高，湿度越大，水泥水化作用越充分，徐变就越小；试件受荷后，环境温度低，湿度大，徐变就越小。影响徐变的因素影响徐变的因素24 砼中砼中水泥用量越多水泥用量越多，徐变越大徐变越大；水灰比越；水灰比越大，徐变越大；大，徐变越大；材料材料质量和级配好，弹性模量大，徐变小；质量和级配好，弹性模量大，徐变小；构件的构件的体表比体表比越大，徐变越小。越大，徐变越小。25（5）混

8、凝土徐）混凝土徐变对结构或构件的影响构或构件的影响 局部局部应力集中可因徐力集中可因徐变得到得到缓和；和；支座沉陷引起的支座沉陷引起的应力及温度湿度力及温度湿度应力也可由于徐力也可由于徐变得到松得到松弛。弛。徐徐变可使受弯构件的可使受弯构件的挠度增大度增大12倍；倍；使使细长柱附加偏心距增大，承柱附加偏心距增大，承载力下降；力下降；引起引起预应力混凝土构件力混凝土构件预应力力损失。失。26 5.混凝土的收混凝土的收缩和膨和膨胀变形形 混凝土的温度混凝土的温度线膨膨胀系数一般系数一般为110-5/。混凝土在空气中混凝土在空气中结硬硬时体体积减小的减小的现象，称象，称为干干缩变形或形或称收称收缩。

9、已。已经干燥的混凝土再置于水中，混凝土就会重新干燥的混凝土再置于水中，混凝土就会重新发生生膨膨胀（或湿（或湿胀）。）。引起混凝土干引起混凝土干缩的主要原因：的主要原因：因因为结硬初期水泥和水的水化作用，形成水泥硬初期水泥和水的水化作用，形成水泥结晶体，晶体，而水泥而水泥结晶体化合物比原材料的体晶体化合物比原材料的体积小，小，这种收种收缩称称为凝凝缩；干燥失水（干燥失水（干干缩）。）。27 水工混凝土的耐久性与其抗渗、抗冻、抗冲刷、水工混凝土的耐久性与其抗渗、抗冻、抗冲刷、抗碳化和抗腐蚀等性能有密切关系抗碳化和抗腐蚀等性能有密切关系.（三）水工混凝土结构的耐久性（三）水工混凝土结构的耐久性表表1

10、-1 水工混凝土水工混凝土结结构所构所处处的的环环境境类别类别环环境境类别类别条条 件件一一室内正常室内正常环环境境二二室内潮湿室内潮湿环环境；露天境；露天环环境；境；长长期期处处于水下或地下的于水下或地下的环环境境三三淡水水位淡水水位变动变动区；有区；有轻轻度侵度侵蚀蚀性地下水的地下性地下水的地下环环境；海水水下境；海水水下区区四四海上大气区；海上大气区；轻轻度度盐雾盐雾作用区；海水水位作用区；海水水位变动变动区；中度侵区；中度侵蚀蚀性性环环境境五五使用除冰使用除冰盐盐的的环环境；海水浪境；海水浪溅溅区；重度区；重度盐雾盐雾作用区；有作用区；有严严重侵重侵蚀蚀性介性介质质的的环环境境28三、

11、钢筋与混凝土之间的粘结三、钢筋与混凝土之间的粘结(一)粘粘结结力力的的组组成成化学胶着力化学胶着力 摩阻力摩阻力 机械咬合力机械咬合力 影影响响粘粘结结力力的的因因素素强度越高强度越高粘结力越大粘结力越大保护层越厚保护层越厚粘结力越大粘结力越大 表面越粗糙表面越粗糙粘结力越大粘结力越大 29（二）钢筋的锚固与接长（二）钢筋的锚固与接长钢筋的锚固钢筋的锚固 直钢筋的锚固直钢筋的锚固带弯钩钢筋的锚固带弯钩钢筋的锚固 概念概念 表表1-2 普通受拉普通受拉钢钢筋的最小筋的最小锚锚固固长长度度la项项次次钢钢筋筋类类型型混凝土混凝土强强度等度等级级C15C20C25C30C35C401HPB235钢钢

12、筋筋40d35 d30 d25 d25 d20 d2HRB335钢钢筋筋40 d35 d30 d30 d25 d3HRB400钢钢筋筋RRB400钢钢筋筋50 d40 d35 d35 d30 d30 当当计算中充分利用算中充分利用钢筋的抗拉筋的抗拉强度度时，伸入支座的，伸入支座的锚固固长度不度不应小于小于la。纵向受向受压钢筋的筋的锚固固长度不度不应小于小于0.7 la。当符合下列条件当符合下列条件时，计算的算的锚固固长度度应进行修正：行修正：（1）当）当HRB335级、HRB400级和和RRB400级钢筋的直径大于筋的直径大于 25mm时，其，其锚固固长度度应乘以修正系数乘以修正系数1.1；

13、（2）HRB335级、HRB400级和和RRB400级的的环氧氧树脂涂脂涂层钢 筋，其筋，其锚固固长度度应乘以修正系数乘以修正系数1.25；（3）当）当钢筋在混凝土施工筋在混凝土施工过程中易受程中易受扰动（如滑模施工）（如滑模施工）时，其，其锚固固长度度应乘以修正系数乘以修正系数1.1；31（4）当）当HRB335级、HRB400级和和RRB400级钢筋在筋在锚固区的固区的间距距大于大于180mm，混凝土保，混凝土保护层厚度大于厚度大于钢筋直径筋直径3倍或大于倍或大于80mm且配有箍筋且配有箍筋时，其，其锚固固长度可乘以修正系数度可乘以修正系数0.8；（5）经上述修正后的上述修正后的锚固固长度

14、不度不应小于表中所列数小于表中所列数值的的0.7倍，且倍，且不不应小于小于250mm。当当HRB335级、HRB400级和和RRB400级纵向受拉向受拉钢筋筋锚固固长度不能度不能满足上述足上述规定定时，可在，可在钢筋末端做筋末端做弯弯钩、加加焊锚板板，或在末，或在末端采用端采用贴焊锚筋筋等附加等附加锚固形式。固形式。为了保了保证光面光面钢筋的粘筋的粘结强度的可靠性，度的可靠性，绑扎骨架中的受力光扎骨架中的受力光面面钢筋筋应在末端做成在末端做成180弯弯钩。弯。弯钩的形式与尺寸如下的形式与尺寸如下图所示。所示。变形形钢筋和筋和焊接骨架、接骨架、焊接网以及接网以及轴心受心受压构件中的光面构件中的光

15、面钢筋可不筋可不做弯做弯钩。3233机机械械弯弯钩钩34钢钢筋筋的的连连接接绑扎搭接绑扎搭接 焊接连接焊接连接 机械连接机械连接 搭接长度搭接长度搭接率搭接率 闪光对焊闪光对焊 搭接焊搭接焊 搭接区段长度搭接区段长度 搭接率搭接率 受拉钢筋受拉钢筋受压钢筋受压钢筋 35钢筋绑扎连接钢筋绑扎连接36绑绑扎扎搭搭接接37 （1）绑扎搭接扎搭接 在在钢筋搭接筋搭接处用用铁丝绑扎而成，如扎而成，如图所示。所示。绑扎搭接接扎搭接接头是通是通过钢筋与混凝土之筋与混凝土之间的粘的粘结应力来力来传递钢筋之筋之间的内的内力，必力，必须有足有足够的的搭接搭接长度度。轴心受拉及小偏心受拉构件以及承受振心受拉及小偏心

16、受拉构件以及承受振动荷荷载的构件的的构件的纵向受拉向受拉钢筋筋不得采用不得采用绑扎搭接接扎搭接接头。38 受拉受拉钢钢筋搭接接筋搭接接头头面面积积百分率百分率25501001.21.41.6 钢筋的接头位置宜设置在构件的受力较小处，同一构件钢筋的接头位置宜设置在构件的受力较小处，同一构件 中相邻纵向受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开；中相邻纵向受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开；受拉钢筋直径受拉钢筋直径d22mm，或受压钢筋直径，或受压钢筋直径d32mm时，时，不宜采用绑扎搭接接头；不宜采用绑扎搭接接头；纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据位于同一纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据位于同

17、一 搭接长度范围内的钢筋搭接接头面积百分率按下式确定，搭接长度范围内的钢筋搭接接头面积百分率按下式确定，任何情况下，纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度均不任何情况下，纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度均不 应小于应小于300mm；ll=la 39 纵向受压钢筋的搭接长度不应小于按式（纵向受压钢筋的搭接长度不应小于按式（1-4）计算值的）计算值的 0.7倍倍，且不应小于，且不应小于200mm；钢筋绑扎搭接接头区段的长度为钢筋绑扎搭接接头区段的长度为1.3倍倍搭接长度，凡搭接搭接长度，凡搭接 接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接

18、区段。同一连接区段内纵向钢筋搭接接头面积百分率为该区区段。同一连接区段内纵向钢筋搭接接头面积百分率为该区 段内有搭接接头的纵向受力钢筋面积与纵向受力钢筋面积的段内有搭接接头的纵向受力钢筋面积与纵向受力钢筋面积的 比值。比值。位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率：位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率：对梁类、板类及墙类构件不宜大于对梁类、板类及墙类构件不宜大于25%；柱类构件不宜大；柱类构件不宜大 于于50%。当工程中确有必要增大钢筋搭接接头百分率时，。当工程中确有必要增大钢筋搭接接头百分率时，梁类构件不应大于梁类构件不应大于50%；板类、墙类及柱类构件可根据实际；板类、墙类

19、及柱类构件可根据实际 情况放宽。受压钢筋的搭接接头面积百分率不宜超过情况放宽。受压钢筋的搭接接头面积百分率不宜超过50%；4041 纵向受力钢筋的纵向受力钢筋的焊接焊接接头应相互错开；接头应相互错开；钢筋焊接接头连接区段的长度为钢筋焊接接头连接区段的长度为35d（d为受力钢筋的较大为受力钢筋的较大 直径），且不直径），且不 小于小于500mm；同一连接区段内纵向钢筋焊接接头面积百分率为该区段内同一连接区段内纵向钢筋焊接接头面积百分率为该区段内 有有 焊接接头的焊接接头的 纵向受力钢筋面积与纵向受力钢筋面积的纵向受力钢筋面积与纵向受力钢筋面积的 比值。位于同一连接区段内纵向比值。位于同一连接区段

20、内纵向 钢钢 筋焊接接头面积百分筋焊接接头面积百分 率，对纵向受拉钢筋接头不应大于率，对纵向受拉钢筋接头不应大于50%；纵向受压钢筋接头；纵向受压钢筋接头 装配式构件连接处、临时缝处的焊接接头钢筋可不受此比值装配式构件连接处、临时缝处的焊接接头钢筋可不受此比值 限制。限制。（2）焊接接连接接 42 钢筋直径钢筋直径d28mm的焊接接头，宜采用的焊接接头，宜采用闪光对头焊闪光对头焊或或搭接焊搭接焊；d28mm时，宜采用时，宜采用帮条焊帮条焊，帮条截面面积不应小于受力钢，帮条截面面积不应小于受力钢 筋截面面积的筋截面面积的1.2倍倍（HPB235级钢筋）或级钢筋）或1.5倍倍（HRB335级、级、

21、HRB400级和级和RRB400级钢筋）。不同直径的钢筋不应采用级钢筋）。不同直径的钢筋不应采用 帮条焊帮条焊。搭接焊和帮条焊接头宜采用搭接焊和帮条焊接头宜采用双面焊缝双面焊缝，钢筋的搭接长度，钢筋的搭接长度 不应不应 小于小于5d，当施焊条件困难而采用当施焊条件困难而采用单面焊单面焊时，其搭接长度不应小于时，其搭接长度不应小于10d。当焊接当焊接HPB235级钢筋时，则分别为级钢筋时，则分别为4d和和8d。43钢筋搭接焊钢筋搭接焊44电渣压力焊对接电渣压力焊对接45闪闪光光对对焊焊46（3）机械）机械连接接 纵向受力钢筋纵向受力钢筋机械连接机械连接接头宜相互错开；接头宜相互错开；钢筋机械连接

22、接头连接区段的长度为钢筋机械连接接头连接区段的长度为35d（d为受力钢筋的为受力钢筋的 最大直径）；最大直径）；在受力较大处设置机械连接接头时，位于同一连接区段内在受力较大处设置机械连接接头时，位于同一连接区段内 的纵向的纵向受拉钢筋受拉钢筋接头面积百分率不宜大于接头面积百分率不宜大于50%。纵向受压钢筋。纵向受压钢筋 的接头面积百分率可不受限制。的接头面积百分率可不受限制。直接承受动力荷载的结构构件中的机械连接接头，位于同直接承受动力荷载的结构构件中的机械连接接头，位于同 一连接区段内纵向受拉钢筋接头面积百分率不应大于一连接区段内纵向受拉钢筋接头面积百分率不应大于50%。47机械套筒机械套筒

23、连接连接48机械套筒连接机械套筒连接49机机械械套套筒筒连连接接50第二节第二节 钢筋混凝土结构设计原理钢筋混凝土结构设计原理一、结构的功能要求与极限状态一、结构的功能要求与极限状态二、作用与抗力二、作用与抗力三、荷载与材料强度取值三、荷载与材料强度取值四、结构的可靠度四、结构的可靠度51一、结构的功能要求与极限状态一、结构的功能要求与极限状态安全性安全性 适用性适用性耐久性耐久性（一一）结结构构的的功功能能要要求求52（1）安全性。）安全性。要求要求结构在构在正常施工正常施工和和正常使用正常使用时，能承受，能承受可能可能出出现的的各种作用各种作用而而不不发生破坏生破坏，并且在，并且在设计规定

24、的偶然事件定的偶然事件发生生时及及发生后，仍能保持生后，仍能保持必需的整体必需的整体稳定性定性。（2）适用性。）适用性。要求要求结构在构在正常使用正常使用时能能满足正常的使用要求，足正常的使用要求，具有良好的工作性能，不具有良好的工作性能，不发生影响正常使用的生影响正常使用的过大大变形和振形和振幅，不幅，不产生生过宽的裂的裂缝。（3）耐久性。）耐久性。在在正常使用正常使用和和正常正常维护条件下，条件下，结构在构在规定的使定的使用期限内用期限内满足安全和使用功能要求，不出足安全和使用功能要求，不出现钢筋筋严重重锈蚀和和混凝土混凝土严重碳化。重碳化。安全性、适用性、耐久性安全性、适用性、耐久性统称

25、称为结构的构的可靠性可靠性。结构的可靠性与构的可靠性与结构的构的经济性是相互矛盾的。性是相互矛盾的。53（二二）结结构构的的极极限限状状态态 承载能力承载能力极限状态极限状态 正常使用正常使用极限状态极限状态 概念概念 对应几种情况对应几种情况 概概 念念对应几种情况对应几种情况54 结构或构或结构的一部分超构的一部分超过某一特定状某一特定状态就不能就不能满足足设计规定的某一功能要求，此特定状定的某一功能要求，此特定状态称称为该功能的极限状功能的极限状态。结构的极限状构的极限状态可分可分为承承载能力极限状能力极限状态和和正常使用极正常使用极 限状限状态。55 结构或构件达到最大承构或构件达到最

26、大承载能力，或达到不适于能力，或达到不适于继续承承载的的变形的极限状形的极限状态，称，称承承载能力极限状能力极限状态。当。当结构或构件出构或构件出现下列状下列状态之一之一时，即，即认为超超过了承了承载能力极限状能力极限状态：（1）整个）整个结构或构或结构的一部分构的一部分失去失去刚体平衡体平衡，如，如挡土土墙的滑的滑 移等；移等；（2）结构构件或构构件或连接接因超因超过材料材料强度而破坏度而破坏（包括疲（包括疲劳破破 坏），或因坏），或因过度度变形而不适于形而不适于继续承承载；（3）结构或构或结构构件构构件丧失失稳定定，如柱，如柱压曲等；曲等；（4）整个）整个结构或构或结构的一部分构的一部分转

27、变为机机动体系体系。56 （1）承）承载能力极限状能力极限状态是判是判别结构或构件是否构或构件是否满足安全足安全性功能要求的性功能要求的标准，因此，准，因此，所有所有结构和构件必构和构件必须按承按承载能力极限状能力极限状态进行行计算算，并保，并保证有足有足够的可靠度；的可靠度；（2）必要）必要时尚尚应进行行结构的构的抗抗倾、抗滑抗滑及及抗浮抗浮验算；算；（3）对需要需要抗震抗震设防防的的结构，尚构，尚应进行行结构的抗震承构的抗震承载能力能力计算。算。57 结构或构件达到使用功能上允构或构件达到使用功能上允许的的某一某一规定限定限值的极限状的极限状态，称，称正常使用极限状正常使用极限状态。当。当

28、结构或构件出构或构件出现下列状下列状态之一之一时，即，即认为超超过了正常使用极限状了正常使用极限状态：（1）影响）影响结构正常使用或外构正常使用或外观的的变形形；（2）对运行人运行人员、设备、仪表等有不良影响的表等有不良影响的振振动；（3）对结构外形、耐久性以及防渗构外形、耐久性以及防渗结构抗渗能力有不良影构抗渗能力有不良影 响的局部响的局部损坏；坏；（4）影响正常使用的）影响正常使用的其他特定状其他特定状态。58 对使用上需控制使用上需控制变形形值的的结构构件，构构件，应进行行变形形验算算；对使用上要求不允使用上要求不允许开裂或控制裂开裂或控制裂缝开展开展宽度的度的结构构构构件，件，应进行行

29、抗裂抗裂或或裂裂缝宽度度验算。算。结构构设计通常先按承通常先按承载能力极限状能力极限状态设计结构构件，然后构构件，然后按正常使用极限状按正常使用极限状态进行行验算。算。596061 二、作用与抗力二、作用与抗力抗力抗力 作用及作作用及作 用效应用效应不定性不定性 随时间变异随时间变异 概概 念念 概念概念 按性质分类按性质分类直接作用直接作用 间接作用间接作用 永久荷载永久荷载 偶然荷载偶然荷载 可变荷载可变荷载 作用概念作用概念 效应概念效应概念62 （一）作用及作用效应（一）作用及作用效应 结构的作用是指能使结构产生结构的作用是指能使结构产生内力内力、变形变形、位移位移、裂缝裂缝等各等各种

30、原因的总称。根据其性质不同，作用可分为以下两类：种原因的总称。根据其性质不同，作用可分为以下两类：（1）直接作用直接作用。施加在结构上的集中力或分布力。如结构。施加在结构上的集中力或分布力。如结构自重、风荷载、水压力、土压力等。自重、风荷载、水压力、土压力等。（2）间接作用间接作用。引起结构约束变形、外加变形的原因。如。引起结构约束变形、外加变形的原因。如混凝土收缩、环境温度变化以及由于基础不均匀沉陷等原因使混凝土收缩、环境温度变化以及由于基础不均匀沉陷等原因使结构产生的变形。结构产生的变形。作用引起的结构或构件的作用引起的结构或构件的反应反应，例如内力、变形和裂缝等，例如内力、变形和裂缝等，

31、称为称为作用效应作用效应，用符号，用符号S表示。表示。习惯将直接作用和间接作用不加区分，统称为习惯将直接作用和间接作用不加区分，统称为“荷载荷载”。63 荷载按荷载按随时间的变异性随时间的变异性和和出现的可能性出现的可能性分为以下三类：分为以下三类：（1）永久荷载永久荷载。在设计使用年限内量值不随时间变化，或。在设计使用年限内量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载，如结构自重、土压力、其变化与平均值相比可忽略不计的荷载，如结构自重、土压力、固定设备自重等。固定设备自重等。（2）可变荷载可变荷载。在设计使用年限内量值随时间变化，且其。在设计使用年限内量值随时间变化，且其变化与平均

32、值相比不可忽略不计的荷载，如变化与平均值相比不可忽略不计的荷载，如楼面活荷载楼面活荷载、风荷、风荷载等。载等。（3）偶然荷载偶然荷载。在设计使用年限内出现的概率很小，而一。在设计使用年限内出现的概率很小，而一旦出现，其量值很大，且持续时间很短的荷载，如校核洪水位旦出现，其量值很大，且持续时间很短的荷载，如校核洪水位时的静水压力、时的静水压力、罕遇地震罕遇地震产生的冲击力等。产生的冲击力等。64 （二）抗力（二）抗力 （1）结构构件抵抗荷载效应的能力称）结构构件抵抗荷载效应的能力称抗力抗力，用符号，用符号R表示。表示。抗力由材料的强度及截面尺寸等因素计算得出。抗力由材料的强度及截面尺寸等因素计算

33、得出。（2）由于构件制作尺寸偏差和安装误差等原因，导致结构）由于构件制作尺寸偏差和安装误差等原因，导致结构构件实际尺寸与设计规定的尺寸有差异。由于材料非匀质、生构件实际尺寸与设计规定的尺寸有差异。由于材料非匀质、生产工艺等因素导致材料强度的变异性。另外，对结构构件的抗产工艺等因素导致材料强度的变异性。另外，对结构构件的抗力进行分析计算时，采用了近似的基本假设和计算公式不精确，力进行分析计算时，采用了近似的基本假设和计算公式不精确，导致按公式计算的抗力值与实际结构构件的抗力有差异。由此导致按公式计算的抗力值与实际结构构件的抗力有差异。由此可知，可知，结构的抗力具有不定性结构的抗力具有不定性。65

34、三、荷载与材料强度取值三、荷载与材料强度取值（一一）荷荷载载标标准准值值概念概念 Sk=ss s=s（1s s）永久荷载标准值（永久荷载标准值（Gk或或gk）概念概念 等级划分等级划分 可变荷载标准值可变荷载标准值（Qk或或qk）66 （一）荷载标准值（一）荷载标准值 荷载标准值是指结构或构件设计时，采用的各种荷载的基荷载标准值是指结构或构件设计时，采用的各种荷载的基本代表值。按设计使用年限内荷载最大值的概率分布的某一分本代表值。按设计使用年限内荷载最大值的概率分布的某一分位值确定。位值确定。由于荷载本身具有随机性，因而最大荷载也是随机变量，由于荷载本身具有随机性，因而最大荷载也是随机变量，用

35、荷载的概率分布来描述。荷载的概率分布曲线如下页图所示，用荷载的概率分布来描述。荷载的概率分布曲线如下页图所示，荷载的标准值为：荷载的标准值为：Sk=ss s=s（1s s）式中式中 s荷载的统计平均值；荷载的统计平均值；s荷载的统计标准差；荷载的统计标准差；s荷载的变异系数，荷载的变异系数，s=s/s s荷载标准值的保证率系数。荷载标准值的保证率系数。67 荷载的概率分布曲线荷载的概率分布曲线68 （1）永久荷载标准值（）永久荷载标准值（Gk或或gk）：可按结构构件的设计尺）：可按结构构件的设计尺寸与材料重度标准值计算。寸与材料重度标准值计算。（2）可变荷载标准值（）可变荷载标准值（Qk或或q

36、k）：根据设计使用年限内最）：根据设计使用年限内最大荷载概率分布的某一分位值确定。大荷载概率分布的某一分位值确定。当当s=1.645时，荷载标准值相当于具有时，荷载标准值相当于具有95%保证率的保证率的0.95分位值。作用在结构构件上的实际荷载超过荷载标准值的可能分位值。作用在结构构件上的实际荷载超过荷载标准值的可能性只有性只有5%。此标准值为荷载的代表值。此标准值为荷载的代表值。水工建筑物的荷载标准值可根据水工建筑物的荷载标准值可根据水工建筑物荷载设计规水工建筑物荷载设计规范范（DL50771997）确定。例如水电站副厂房楼面均布活荷）确定。例如水电站副厂房楼面均布活荷载标准值见表载标准值见

37、表14。69房房间间名称名称标标准准值值房房间间名称名称标标准准值值生生产产用用副副厂厂房房中央控制室中央控制室计计算机室算机室56生生活活用用副副厂厂房房值值班室班室3继电继电保保护护室室5会会议议室室4蓄蓄电电池室池室6资资料室料室5开关室开关室5电缆电缆室室4厕厕所、盥洗室所、盥洗室3空空压压机室机室4走道、楼梯走道、楼梯4水水泵泵室室4试验试验室室4电电工室工室5机修室机修室710工具室工具室5表表1-4 水电站副厂房楼面均布活荷载标准值水电站副厂房楼面均布活荷载标准值（kN/m2）70（二二）材材料料强强度度材料强度材料强度标准值标准值材料强度材料强度设计值设计值 概念概念fk=ff

38、 f =f（1f f）概念概念fc=fck/c fy=fyk/s 71 1.材料强度标准值材料强度标准值 材料强度标准值是指结构或构件设计时，采用的材料强度材料强度标准值是指结构或构件设计时，采用的材料强度的基本代表值。按符合规定质量的材料强度的概率分布的某一的基本代表值。按符合规定质量的材料强度的概率分布的某一分位值确定。分位值确定。由于材料非匀质、生产工艺等因素导致材料强度的变异性，由于材料非匀质、生产工艺等因素导致材料强度的变异性，材料强度也是材料强度也是随机变量随机变量。当材料强度服从正态分布时，材料标准值可按下式计算：当材料强度服从正态分布时，材料标准值可按下式计算：fk=ff f=

39、f（1f f）钢筋和混凝土的强度标准值采用概率分布的钢筋和混凝土的强度标准值采用概率分布的0.05分位值分位值。钢筋和混凝土实际强度小于强度标准值的可能性只有钢筋和混凝土实际强度小于强度标准值的可能性只有5%，即强，即强度标准值具有度标准值具有95%的保证率。的保证率。72 材料强度标准值的取值材料强度标准值的取值73强强度种度种类类符号符号混凝土混凝土强强度等度等级级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60轴轴心受心受压压fck10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.5轴轴心受拉心受拉ftk1.271.541.782.012.202.

40、392.512.642.742.85附表附表11 混凝土强度标准值（混凝土强度标准值（N/mm2）74 种种类类符号符号直径直径（mm）fyk热轧热轧钢钢筋筋HPB235（Q235）820235HRB335（20MnSi）650335HRB400（20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）650400RRB400（K20MnSi）840400附表附表14 普通钢筋强度标准值（普通钢筋强度标准值（N/mm2）75 2.材料强度设计值材料强度设计值 材料强度设计值等于材料强度标准值除以相应的材料强材料强度设计值等于材料强度标准值除以相应的材料强度分项系数，即度分项系数，即fc=fck/c、f

41、y=fyk/s。混凝土的强度设计值见附表混凝土的强度设计值见附表12，钢筋的强度设计值见附表钢筋的强度设计值见附表15；预应力的强度设计值见附表预应力的强度设计值见附表17。76强强度种度种类类符号符号混凝土混凝土强强度等度等级级C15C20 C25C30C35C40C45C50C55C60轴轴心受心受压压fc7.29.611.914.316.719.121.123.125.327.5轴轴心受拉心受拉ft0.911.10 1.271.431.571.711.801.891.962.04附表附表12 混凝土强度设计值（混凝土强度设计值（N/mm2）77种种类类符号符号fyfy热轧热轧钢钢筋筋HP

42、B235（Q235）210210HRB335（20MnSi）300300HRB400（20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）360360RRB400（K20MnSi）360360附表附表15 普通钢筋强度设计值（普通钢筋强度设计值（N/mm2）78四、结构的可靠度四、结构的可靠度Z=R-S（一一）可可靠靠概概率率和和失失效效概概率率Z0时时 Z0时时 Z=0时时 可靠概率可靠概率Ps 失效概率失效概率Pf Pf=Pf=79 结构的结构的可靠度可靠度是指结构在是指结构在规定的时间规定的时间内，内，规定的条件规定的条件下，下，完成完成预定功能预定功能的的概率概率。可靠度是对结构可靠性的定

43、量描述，结。可靠度是对结构可靠性的定量描述，结构可靠度的评价指标有可靠概率、失效概率、可靠指标。构可靠度的评价指标有可靠概率、失效概率、可靠指标。（一）可靠概率和失效概率（一）可靠概率和失效概率 影响结构可靠性的主要因素是影响结构可靠性的主要因素是荷载效应荷载效应S和和抗力抗力R。荷载效。荷载效应应S和抗力和抗力R都是随机变量。假定都是随机变量。假定S和和R相互独立，且都服从正态相互独立，且都服从正态分布，取分布，取 Z=RS 功能函数功能函数的结果有三种可能：的结果有三种可能：（1）Z0时，结构完成功能要求，处于可靠状态；时，结构完成功能要求，处于可靠状态；（2）Z0时，结构没有完成功能要求

44、，处于不可靠状态；时，结构没有完成功能要求，处于不可靠状态；（3）Z=0时，结构达到功能要求的限值，处于极限状态。时，结构达到功能要求的限值，处于极限状态。80图图 功能函数功能函数Z及其概率分布曲线及其概率分布曲线81 z、z分别表示结构的功能函数的平均值和标准差，则分别表示结构的功能函数的平均值和标准差，则Z0的概率为可靠概率的概率为可靠概率Ps，即结构在规定的时间内，在规定条件下，即结构在规定的时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。完成预定功能的概率。Ps=Z0的概率为失效概率的概率为失效概率Pf，Pf等于图中阴影部分的面积。等于图中阴影部分的面积。Pf=PfPs=1 失效概率失效概

45、率Pf愈小，结构的可靠性愈高。愈小，结构的可靠性愈高。82（二）可靠指标（二）可靠指标表表1-5 可靠指标可靠指标与失效概率与失效概率Pf之间的对应关系之间的对应关系2.73.23.74.2Pf3.510-36.910-41.110-41.310-5 表表1-6 持久状况结构承载能力极限状态目标可靠指标持久状况结构承载能力极限状态目标可靠指标T(T)破坏破坏类类型型水工建筑物水工建筑物级别级别12、34、5延性破坏延性破坏3.73.22.7脆性破坏脆性破坏4.23.73.2可靠指标可靠指标替替代失效概率代失效概率Pf来来度量结构的可靠性度量结构的可靠性 可靠指标可靠指标为结构功能函数为结构功能

46、函数Z的平均值的平均值Z与标准与标准差差Z的比值，即的比值，即=z/z。83第三节第三节 水工混凝土结构极限状态设计表达式水工混凝土结构极限状态设计表达式一、承载能力极限状态设计表达式一、承载能力极限状态设计表达式二、正常使用极限状态设计表达式二、正常使用极限状态设计表达式84一、承载能力极限状态设计表达式一、承载能力极限状态设计表达式 承载能力极限承载能力极限状态设计表达状态设计表达 永久荷载对永久荷载对结构不利结构不利 永久荷载对永久荷载对结构起有利结构起有利（一一）基基本本组组合合KSR S=1.0SGk1+1.1SGk2+1.15SQk1+1.05SQk2 S=0.9SGk1+0.9S

47、Gk2+1.15SQk1+1.05SQk2 85式中式中 K承载力安全系数，按表承载力安全系数，按表17采用；采用；S荷载效应组合值；荷载效应组合值；R结构构件的截面结构构件的截面抗力抗力，按有关章节的承载力计算公，按有关章节的承载力计算公式，由材料的强度设计值及截面尺寸等因素计算得出；式，由材料的强度设计值及截面尺寸等因素计算得出；SGk1自重、设备等自重、设备等永久荷载标准值永久荷载标准值产生的产生的荷载效应荷载效应；SGk2土压力、淤沙压力及围岩压力等永久荷载标准值产土压力、淤沙压力及围岩压力等永久荷载标准值产生的荷载效应；生的荷载效应；SQk1一般一般可变荷载标准值可变荷载标准值产生的

48、荷载效应；产生的荷载效应；SQk2可控制其不超出规定限值的可变荷载标准值可控制其不超出规定限值的可变荷载标准值产生的产生的荷载效应。荷载效应。86水工建筑物水工建筑物级别级别12、34、5 荷荷载载效效 应组应组合合基本基本组组合合偶然偶然组组合合基本基本组组合合偶然偶然组组合合基本基本组组合合偶然偶然组组合合K1.351.151.251.051.201.00表表1-7 钢筋混凝土或预应力钢筋钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构构件的混凝土结构构件的承载力安全系数承载力安全系数K87（二二）偶偶然然组组合合S=1.0SGk+1.0SQk+1.0SAk 概念概念88二、正常使用极限二、正常使用极限状

49、态设计表达式状态设计表达式验算目的验算目的 Sk(Gk,Qk,fk,ak)c 正常使用极限状态验算的目的是保证结构构件在正常使用正常使用极限状态验算的目的是保证结构构件在正常使用条件下，其条件下，其抗裂抗裂能力、能力、裂缝宽度裂缝宽度和和变形变形不超过相应的结构功能不超过相应的结构功能限值。限值。89【案例案例1-1】有一钢筋混凝土简支梁（建筑物级别为有一钢筋混凝土简支梁（建筑物级别为4级），其级），其净跨净跨ln=6.0m,计算跨度计算跨度l0=6.3m。截面尺寸。截面尺寸bh=250mm500mm；梁承受板传来的永久荷载标准值；梁承受板传来的永久荷载标准值gk1=8.87kN/m，可变荷载

50、标准值，可变荷载标准值qk=15.0 kN/m；钢筋混凝土重；钢筋混凝土重度取度取25 kN/m3。求基本组合下的跨中截面弯矩计算值、支座边。求基本组合下的跨中截面弯矩计算值、支座边缘截面剪力计算值。缘截面剪力计算值。90（1）荷载计算）荷载计算永久荷载标准值永久荷载标准值 gk1=8.87 kN/m梁的自重标准值梁的自重标准值 gk2=0.250.525=3.13 kN/m永久荷载标准值永久荷载标准值 gk=gk1gk2=8.873.13=12 kN/m可变荷载标准值可变荷载标准值 qk=15 kN/m（2）内力计算内力计算跨中截面弯矩计算值跨中截面弯矩计算值 M=145.1kNm支座边缘截