混凝土结构设计原理PPT课件第1章绪论.ppt

《混凝土结构设计原理PPT课件第1章绪论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土结构设计原理PPT课件第1章绪论.ppt（46页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、绪绪 论论结构的种类及特点结构的种类及特点l木木结结构构结构的种类及特点结构的种类及特点l圬圬工工结结构构结构的种类及特点结构的种类及特点l钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构l钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构结构的种类及特点结构的种类及特点l钢钢结结构构结构的种类及特点结构的种类及特点l组组合合结结构构第一篇第一篇 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构第一章第一章 钢筋混凝土结构的基本概念钢筋混凝土结构的基本概念 及材料的物理力学性能及材料的物理力学性能第一节第一节 钢筋混凝土结构的基本概念钢筋混凝土结构的基本概念钢钢筋筋混混凝凝土土是是由由两两种种力力学学性性能能不不同同的的材材料料钢钢筋筋和和混混凝凝土土结

2、结合合成成整整体体，共共同同发发挥挥作作用用的的一一种种建建筑筑材料。材料。1.11.11.11.1素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和破坏形态比较素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和破坏形态比较素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和破坏形态比较素混凝土构件和钢筋混凝土构件受力和破坏形态比较 破坏特征：破坏特征：一裂即断，脆性一裂即断，脆性，破坏破坏无预兆；无预兆；F Fmaxmax8kN8kN素混凝土梁素混凝土梁 破坏特征：破坏特征：裂不等于坏，裂不等于坏，破坏有预兆；破坏有预兆；F Fmaxmax36kN36kN钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁1、受弯构件（梁）、受弯构件（梁）uu结结论论：根根据据 构构

3、件件受受力力状状况况配配置置受受力力钢钢筋筋构构成成钢钢筋筋混混凝凝土土构构件件，可可充充分分利利用用钢钢筋筋和和混混凝凝土土各各自自的的材材料料，把把它它们们有有机机地地结结合合在在一一起起共共同同工工作作，从从而而提提高高构构件件的的承承载载能能力力、改改善善构构件件的的受受力力性能。钢筋的作用是代替混凝土受拉或协助混凝土受压。性能。钢筋的作用是代替混凝土受拉或协助混凝土受压。F1F2F2、受压构件（柱）、受压构件（柱）试验表明：与素混凝土受压构件截面尺寸及长细比相同的钢筋混凝土受压构件相比，不仅承载能力大为提高，而且受力性能得到改善。3 3、钢筋和混凝土能够共同工作的原因。、钢筋和混凝土

4、能够共同工作的原因。混混凝凝土土结结硬硬后后与与钢钢筋筋牢牢固固地地粘粘结结在在一一起起，能能相相互互传递应力。传递应力。注意：玻璃纤维、碳纤维等抗拉强度高的材料注意：玻璃纤维、碳纤维等抗拉强度高的材料也可作配筋用。也可作配筋用。混凝土可以保护钢筋不发生锈蚀。混凝土可以保护钢筋不发生锈蚀。钢筋与混凝土有相近的线膨胀系数。钢筋与混凝土有相近的线膨胀系数。自重大自重大抗裂性较差抗裂性较差施工受季节环境施工受季节环境影响较大影响较大现浇结构模板耗现浇结构模板耗用木材较多用木材较多 4 4、钢筋混凝土优缺点、钢筋混凝土优缺点缺点优点l耐久性好耐久性好l耐火性好耐火性好l整体性好整体性好l可模性好可模性

5、好l取材容易取材容易1.2 混凝土混凝土1.2.1 混凝土的强度混凝土的强度试验方法试验方法：试件与压力机之间不加油脂润滑剂。：试件与压力机之间不加油脂润滑剂。试件尺寸：试件尺寸愈小，摩阻力影响越大，测得试件尺寸：试件尺寸愈小，摩阻力影响越大，测得的强度愈高。的强度愈高。1 1、立方体抗压强度、立方体抗压强度、立方体抗压强度、立方体抗压强度1 1）标准试件：尺寸：）标准试件：尺寸：）标准试件：尺寸：）标准试件：尺寸：150150150mm150150150mm立方体立方体立方体立方体 温度：温度：温度：温度：20 2022 相对湿度：相对湿度：相对湿度：相对湿度：95%95%以上以上以上以上

6、养护时间：养护时间：养护时间：养护时间：2828天天天天.标准制作方法标准制作方法标准制作方法标准制作方法 规定的试验方法规定的试验方法规定的试验方法规定的试验方法cuf2 2 2 2 轴心抗压强度轴心抗压强度轴心抗压强度轴心抗压强度 f f f fc c c c(棱柱体强度棱柱体强度棱柱体强度棱柱体强度)1)试件试件n n150mm150mm150mm150mm300mm,300mm,制作方制作方制作方制作方法同立方体试件法同立方体试件法同立方体试件法同立方体试件.2)2)影响因素影响因素影响因素影响因素:试件高度试件高度试件高度试件高度h h与边与边与边与边长长长长b b之比之比之比之比,

7、比值越大比值越大比值越大比值越大,轴心抗压强度越小轴心抗压强度越小轴心抗压强度越小轴心抗压强度越小.(.(图图图图1-4)1-4)01.02.0 fcu/fch/b1.02.03.04.0 h/b对抗压强度的影响3、抗拉强度、抗拉强度ft1)1)测试方法测试方法测试方法测试方法:采用圆柱体或立方体的劈裂试件来测定采用圆柱体或立方体的劈裂试件来测定采用圆柱体或立方体的劈裂试件来测定采用圆柱体或立方体的劈裂试件来测定.(.(如下图）如下图）如下图）如下图）2)2)采用劈裂试验测抗拉强度的原因采用劈裂试验测抗拉强度的原因4、复合应力状态下的混凝土强度、复合应力状态下的混凝土强度双向应力双向应力 两个

8、垂直平面上作用有法向应两个垂直平面上作用有法向应力，第三个平面上应力为零。力，第三个平面上应力为零。双向受压时，一向的混凝土强度随着另一向压应力增双向受压时，一向的混凝土强度随着另一向压应力增加而增加。加而增加。双向受拉时，双向受拉混凝土抗拉强度均接近于单向抗双向受拉时，双向受拉混凝土抗拉强度均接近于单向抗拉强度。拉强度。一向受拉、一向受压时，混凝土强度均低于单向受力一向受拉、一向受压时，混凝土强度均低于单向受力强度。强度。压剪应力状态下，混凝土的抗压强度由于剪应力的存在压剪应力状态下，混凝土的抗压强度由于剪应力的存在而降低；当而降低；当/fc/fc（0.50.7)时，抗剪强度随压应力的增时，

9、抗剪强度随压应力的增大而减小。大而减小。三向受压状态下，混凝土的轴心抗压强度随另外两向压三向受压状态下，混凝土的轴心抗压强度随另外两向压应力增加而增加。与侧向应力的关系为：应力增加而增加。与侧向应力的关系为：1.2.2 1.2.2 混凝土的变形混凝土的变形1）混凝土在单调、短期加载作用下的变形。应力应变曲线。0A:近似弹性近似弹性 AB:非线性非线性 BC:体积增大体积增大 CF:破坏破坏 中、低强度混凝土高强混凝土：高强混凝土：，混凝土的弹性模量、变形模量公路桥规弹性模量确定方法：试验采用棱柱体试件，公路桥规弹性模量确定方法：试验采用棱柱体试件，取应力上限为取应力上限为0.5，进行反复加载，

10、进行反复加载5 51010次，取应力应变曲次，取应力应变曲线的斜率作为弹性模量。线的斜率作为弹性模量。经验公式：剪切模量：2 2）混凝土在长期荷载作用下的变形性能）混凝土在长期荷载作用下的变形性能（1 1）徐变：混凝土在荷载长期作用下产生随时间）徐变：混凝土在荷载长期作用下产生随时间）徐变：混凝土在荷载长期作用下产生随时间）徐变：混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长的变形。而增长的变形。而增长的变形。而增长的变形。（2）原因：在长期荷载的作用下，混凝土胶）原因：在长期荷载的作用下，混凝土胶体中的水分逐渐压出，水泥石逐渐发生粘性流体中的水分逐渐压出，水泥石逐渐发生粘性流动，微孔隙逐渐闭合，结晶

11、体内部逐渐滑动，动，微孔隙逐渐闭合，结晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐产生等综合作用的结果。微细裂缝逐渐产生等综合作用的结果。（3）徐变曲线）徐变曲线（3）影响徐变的因素：）影响徐变的因素：混凝土长期荷载作用下的应力混凝土长期荷载作用下的应力混凝土长期荷载作用下的应力混凝土长期荷载作用下的应力 0.5fc0.5fc时，线性徐变；时，线性徐变；时，线性徐变；时，线性徐变；0.5fc 0.5fc 0.8fc0.8fc，时，非线性徐变，时，非线性徐变，时，非线性徐变，时，非线性徐变 0.8fc0.8fc，非稳定徐变。，非稳定徐变。，非稳定徐变。，非稳定徐变。加载时混凝土的龄期加载时混凝土的龄期加载时混

12、凝土的龄期加载时混凝土的龄期 加载时混凝土的龄期越短，则徐变变形越大加载时混凝土的龄期越短，则徐变变形越大加载时混凝土的龄期越短，则徐变变形越大加载时混凝土的龄期越短，则徐变变形越大混凝土的组成成分和配合比混凝土的组成成分和配合比混凝土的组成成分和配合比混凝土的组成成分和配合比 水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐水泥用量越多，徐变越大；水灰比越大，徐变越大；骨料的弹性模量愈大，骨料体积在混凝变越大；骨料的弹性模量愈大，骨料体积在混凝变越大；骨料的弹性模量愈大，骨料体积在混凝变越大；骨料的弹性模量愈大，骨料体积在混凝

13、土中所占的比重愈高，则徐变愈小。土中所占的比重愈高，则徐变愈小。土中所占的比重愈高，则徐变愈小。土中所占的比重愈高，则徐变愈小。养护及使用条件下的温度。养护及使用条件下的温度。养护及使用条件下的温度。养护及使用条件下的温度。养护时温度越高，湿度越大，水泥的水化作养护时温度越高，湿度越大，水泥的水化作养护时温度越高，湿度越大，水泥的水化作养护时温度越高，湿度越大，水泥的水化作用就越充分，徐变就越小。使用环境温度越高，用就越充分，徐变就越小。使用环境温度越高，用就越充分，徐变就越小。使用环境温度越高，用就越充分，徐变就越小。使用环境温度越高，徐变越大。环境的相对湿度越大，徐变越大。徐变越大。环境的

14、相对湿度越大，徐变越大。徐变越大。环境的相对湿度越大，徐变越大。徐变越大。环境的相对湿度越大，徐变越大。3)3)混凝土的收缩混凝土的收缩混凝土的收缩混凝土的收缩混凝土的收缩：混凝土的收缩：混凝土的收缩：混凝土的收缩：混凝土在空气中结硬时其体积混凝土在空气中结硬时其体积混凝土在空气中结硬时其体积混凝土在空气中结硬时其体积会缩小的现象。会缩小的现象。会缩小的现象。会缩小的现象。原因：硬化初期水泥石在水化凝固结硬过程中原因：硬化初期水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内自由水分产生的体积变化，后期主要是混凝土内自由水分蒸发引起的干缩。蒸发引起的干缩。混凝土收缩的特点：混凝土收缩

15、的特点：混凝土收缩的特点：混凝土收缩的特点：结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩结硬初期收缩变形发展很快，两周可完成全部收缩的的的的25%25%，一个月完成，一个月完成，一个月完成，一个月完成50%50%，三个月后增长缓慢，两年，三个月后增长缓慢，两年，三个月后增长缓慢，两年，三个月后增长缓慢，两年后趋于稳定。最终收缩值约为（后趋于稳定。最终收缩值约为（后趋于稳定。最终收缩值约为（后趋于稳定。最终收缩值约为（2 26 6）1010-4-4）。）。）。）。l水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，

16、水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大。收缩也越大。收缩也越大。收缩也越大。l骨料性质：骨料的级配好，密度大，弹性模量高，骨料性质：骨料的级配好，密度大，弹性模量高，骨料性质：骨料的级配好，密度大，弹性模量高，骨料性质：骨料的级配好，密度大，弹性模量高，收缩小。收缩小。收缩小。收缩小。l养护条件：结硬过程中，温、湿度越大，收缩越养护条件：结硬过程中，温、湿度越大，收缩越养护条件：结硬过程中，温、湿度越大，收缩越养护条件：结硬过程中，温、湿度越大，收缩越小。小。小。小。l混凝土制作方法：混凝土

17、越密实，收缩越小。混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。l使用环境：环境温、湿度大时，收缩小。使用环境：环境温、湿度大时，收缩小。使用环境：环境温、湿度大时，收缩小。使用环境：环境温、湿度大时，收缩小。l构件体表比：体表比大时，收缩小。构件体表比：体表比大时，收缩小。构件体表比：体表比大时，收缩小。构件体表比：体表比大时，收缩小。影响因素影响因素1.31.3钢筋钢筋1.3.11.3.1钢筋的种类钢筋的种类热轧钢筋强度级别品种外形强度等级代号R235HRB335HRB400KL335光圆钢筋变形钢筋代号直径范围82

18、0625 2850625 2850825 2540中、高强钢丝、钢绞线中、高强钢丝、钢绞线u做做预应力筋用。预应力筋用。中强：中强：8001370MPa高强：高强：14701860MPa冷加工钢筋冷加工钢筋 冷加工工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。冷加工工艺：冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭。目的：提高强度，节约钢材。但塑性减小。目的：提高强度，节约钢材。但塑性减小。u冷拉钢筋仍有屈服台阶。冷拉钢筋仍有屈服台阶。1.3.2 1.3.2 钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形有明显流幅的钢筋应力应变曲线b0.2%0.2没有明显流幅的钢筋应力应变关系这类没有明显流幅的钢筋，这类没有明显流幅的钢筋，在结构设计时，需

19、对这类钢在结构设计时，需对这类钢筋定义一个名义的屈服强度筋定义一个名义的屈服强度作为设计值。将对于参与应作为设计值。将对于参与应变为变为0.2%时的应力时的应力0.20.2作为作为屈服点（又称为条件屈服点）屈服点（又称为条件屈服点），公路桥规取：，公路桥规取：1.3.3 1.3.3 混凝土结构对钢筋性能的要求混凝土结构对钢筋性能的要求v 强度高强度高v 塑性好塑性好用伸长用伸长率和冷弯性能衡量。率和冷弯性能衡量。伸长率伸长率同一根钢筋同一根钢筋上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，上述伸长率只反映断口附近残留变形大小，不反映钢筋总伸长率情况。不反映钢筋总伸长率情况。冷弯冷弯冷弯是检验钢筋局部变

20、形能力的指标。冷弯是检验钢筋局部变形能力的指标。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。钢筋塑性愈好，构件破坏前预兆愈明显。=90,180,反复弯曲反复弯曲要要求：冷弯过程中无裂缝、鳞求：冷弯过程中无裂缝、鳞落或断裂。落或断裂。D 愈小，要求愈高。愈小，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。反复次数愈高，要求愈高。v可加工性好可加工性好v与混凝土粘结锚固性好与混凝土粘结锚固性好变形钢筋比光面钢筋好变形钢筋比光面钢筋好1.41.4钢筋与混凝土之间的粘结钢筋与混凝土之间的粘结1.4.11.4.1粘结力粘结力粘结力粘结力1.1.粘结力：构件中的钢筋受到拉或压后，混凝土粘结力：构件中的钢筋受到拉或压后，混凝土

21、粘结力：构件中的钢筋受到拉或压后，混凝土粘结力：构件中的钢筋受到拉或压后，混凝土与钢筋之间存在水泥胶结力、摩擦力、机械咬合与钢筋之间存在水泥胶结力、摩擦力、机械咬合与钢筋之间存在水泥胶结力、摩擦力、机械咬合与钢筋之间存在水泥胶结力、摩擦力、机械咬合力，这些力统称为粘结力。力，这些力统称为粘结力。力，这些力统称为粘结力。力，这些力统称为粘结力。2.2.粘结应力：钢筋与混凝土由于受变形差（相对粘结应力：钢筋与混凝土由于受变形差（相对粘结应力：钢筋与混凝土由于受变形差（相对粘结应力：钢筋与混凝土由于受变形差（相对滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力。滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力。滑移

22、）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力。滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力。粘结机理分析粘结机理分析1 1光圆钢筋与混凝土的粘结光圆钢筋与混凝土的粘结光圆钢筋与混凝土的粘结光圆钢筋与混凝土的粘结粘结力组成：粘结力组成：粘结力组成：粘结力组成：混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力；混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力；混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力；混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶结力；钢筋与混凝土之间的摩擦力；钢筋与混凝土之间的摩擦力；钢筋与混凝土之间的摩擦力；钢筋与混凝土之间的摩擦力；钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。钢筋表面粗糙不平产生的

23、机械咬合力。钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。光圆钢筋拔出试验的破坏形态是剪切破坏，光圆钢筋拔出试验的破坏形态是剪切破坏，光圆钢筋拔出试验的破坏形态是剪切破坏，光圆钢筋拔出试验的破坏形态是剪切破坏，破坏面是二者之间的接触面。破坏面是二者之间的接触面。破坏面是二者之间的接触面。破坏面是二者之间的接触面。2 2变形钢筋与混凝土的粘结变形钢筋与混凝土的粘结变形钢筋与混凝土的粘结变形钢筋与混凝土的粘结 主要是变形钢筋表面凸出的肋与混凝土之间的机械咬合主要是变形钢筋表面凸出的肋与混凝土之间的机械咬合主要是变形钢筋表面凸出的肋与混凝土之间的机械咬合主要是变形钢筋表面凸出的肋与混凝土之间的机械咬合作用，如图

24、所示。作用，如图所示。作用，如图所示。作用，如图所示。变形钢筋的肋对混凝土的挤压如同一个楔，会变形钢筋的肋对混凝土的挤压如同一个楔，会变形钢筋的肋对混凝土的挤压如同一个楔，会变形钢筋的肋对混凝土的挤压如同一个楔，会产生很大的机械咬合力，从而提高了强变形钢筋产生很大的机械咬合力，从而提高了强变形钢筋产生很大的机械咬合力，从而提高了强变形钢筋产生很大的机械咬合力，从而提高了强变形钢筋的粘结力。的粘结力。的粘结力。的粘结力。1.4.3 影响粘结强度的因素影响粘结强度的因素uu混凝土强度：粘结强度与混凝土抗拉强度大约成正比关混凝土强度：粘结强度与混凝土抗拉强度大约成正比关混凝土强度：粘结强度与混凝土抗

25、拉强度大约成正比关混凝土强度：粘结强度与混凝土抗拉强度大约成正比关系系系系uu构件中钢筋的位置：混凝土浇筑后有下沉及泌水现象。构件中钢筋的位置：混凝土浇筑后有下沉及泌水现象。构件中钢筋的位置：混凝土浇筑后有下沉及泌水现象。构件中钢筋的位置：混凝土浇筑后有下沉及泌水现象。处于水平位置的钢筋，其下的混凝土由于水分、气泡的逸处于水平位置的钢筋，其下的混凝土由于水分、气泡的逸处于水平位置的钢筋，其下的混凝土由于水分、气泡的逸处于水平位置的钢筋，其下的混凝土由于水分、气泡的逸出及混凝土的下沉，并不与钢筋紧密接触，削弱了二者之出及混凝土的下沉，并不与钢筋紧密接触，削弱了二者之出及混凝土的下沉，并不与钢筋紧密接触，削弱了二者之出及混凝土的下沉，并不与钢筋紧密接触，削弱了二者之间的粘结作用，比竖向位置的钢筋的粘结强度要低。间的粘结作用，比竖向位置的钢筋的粘结强度要低。间的粘结作用，比竖向位置的钢筋的粘结强度要低。间的粘结作用，比竖向位置的钢筋的粘结强度要低。uu钢筋的布置钢筋的布置钢筋的布置钢筋的布置uu混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度