(水工)-钢筋混凝土结构2016.ppt
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1、第4章 钢筋混凝土结构,王吉忠,4.1 材料的力学性能,4.1.1 钢筋的类别及力学性能 4.1.1.1 钢筋的种类和级别 1) 热轧钢筋 2) 冷拉钢筋 3) 冷轧带肋钢筋 4) 热处理钢筋 5) 碳素钢丝和钢绞线,4.1.1 .2钢筋的力学性能,软钢s ses理想弹塑性本构模型,硬钢应力应变曲线,4.1.1.3 混凝土结构对钢筋性能的要求 1)钢筋的强度 2)钢筋的塑性 3)钢筋的可焊性 4)钢筋的耐火性 5)钢筋与混凝土的粘结力,4.1.2 混凝土的强度、变形及其影响因素 4.1.2.1 混凝土的强度 1)混凝土立方体抗压强度及混凝土强度等级 2)混凝土轴心抗压强度 3)混凝土抗拉强度
2、A. 直接拉伸法 B. 劈裂法 4)复合应力状态下混凝土的强度,4.1.2.2 混凝土的变形 1)一次短期荷载下的混凝土应力应变曲线 2)混凝土单轴受压应力应变曲线的简化模型 3)混凝土的弹性模量 4)混凝土重复荷载下的变形性能 5)荷载长期作用下混凝土的变形性能 6)混凝土的收缩混凝土在空气中结硬时体积减小的现象,混凝土的徐变 混凝土的徐变是指混凝土在长期荷载作用下应变或变形随时间而增长的现象。 影响混凝土徐变的因素很多,可主要归结为三个方面:加载史;混凝土内在因素;环境因素。 (1)应力越大徐变越大,当混凝土应力较大时(sc0.5fc),产生非线性徐变,徐变变形比应力增长要快。荷载持续的时
3、间越长,徐变越大。 (2)混凝土龄期越小,徐变越大。 (3)混凝土强度高,密实度高徐变小。 (4)水灰比越大徐变越大,当水灰比不变时,水泥用量越多徐变越大。 (5)构件的厚度小,徐变大。 (6)养护条件好(高温高湿)徐变小。,4.1.2.3 钢筋与混凝土共同工作的基础 (1)钢筋与混凝土有大体相同的温度膨胀系数,钢材线膨胀系数为1.210-5,混凝土为(1.01.5)10-5。这样,在温度变化时,温度应力的影响一般可不予考虑。 (2)混凝土对钢筋起到很好的保护作用,可避免钢筋过早锈蚀,提高耐久性。 (3)钢筋与混凝土之间有很好的粘结作用。,4.2 钢筋混凝土结构基本计算原则,4.2.1 现行水
4、工混凝土结构设计规范采用的 计算方法 4.2.1.1 结构功能的极限状态及其分类 1.极限状态的定义 2.极限状态的分类 承载力极限状态 正常使用极限状态,4.2.1.2 失效概率及可靠指标 假定R,S均符合正态分布 Z=RS0时 结构处于可靠状态 Z=RS0时 结构处于失效状态 Z=RS= 0时 结构处于极限状态,Z=RS的概率分布曲线及和Pf的关系,4.2.1.3 荷载分类及荷载代表值 1)荷载分类 结构上的荷载,按其随时间的变异性不同可分为以下三类; (1)永久荷载(恒荷载); (2)可变荷载(活荷载); (3)偶然荷载; 2)荷载代表值 (1)荷载标准值 (2)可变荷载的组合值 (3)
5、可变荷载的准永久值,荷载的标准值的取值,4.2.1.3 材料强度的标准值与设计值 1)材料强度的标准值 mf材料强度平均值; sf材料强度标准差; af材料强度标准值的保证率系数; df材料强度变异系数。 2) 材料的强度设计值 混凝土c=1.35 软钢取s =1.11.2,碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋等硬钢取s =1.5,材料强度标准值、设计值,4.2.2.1 承载力极限状态设计表达式 1 基本组合,4.2.2 概率极限状态设计的实用设计表达式,永久荷载对结构不利,永久荷载对结构利,2 偶然组合,4.2.2.2 正常使用极限状态设计表达式,4.3 承载能力极限状态计算,4.3.1 钢筋混凝土
6、受弯构件正截面承载力计算 4.3.1.1受弯构件截面形式 4.3.1.2受弯构件正截面试验研究,梁的工作阶段 A.试验结果分析 B.梁的工作阶段 .第阶段拉区混凝土未裂阶段 .第 阶段裂缝阶段 .第 阶段破坏阶段 C.梁正截面破坏形态 .适筋破坏 .超筋破坏 .少筋破坏,4.3.1.3 正截面受弯承载力计算 1)基本假定 (1)平截面假定。 (2)不考虑受拉区混凝土参加工作,拉力完全由 钢筋承担。 (3)采用理想化的混凝土的应力应变(sc ec) 关系曲线作为计算的依据。 (4)钢筋ss es关系曲线采用理想弹塑性模型。,2)界限破坏及界限受压区高度,图4.3.10 适筋、超筋、界限破坏时的截
7、面平均应变图,As,x0b,h0,h,b,es= ey,Mu,s0,fyAs,Mu,fc,x0b,h0,xb,x0b,fyAs,ecu,图4.3.11 界限破坏时的截面受压区高度及混凝土等效应力图形,界限破坏时截面实际相对界限受压区高度x0b:,在实际设计计算中,用矩形等效应力图代替实际应力图,并近 似取xb=bx0b,故: 水工规范去b=0.8,ecu=0.0033,则: (4.3.5) 式中xb相对界限受压区计算高度; xb界限受压区计算高度; h0截面有效高度; fy钢筋抗拉强度设计值; Es钢筋弹性模量; 在进行构件配筋计算或承载力复核时,若计算出的相对受压区 计算高度x=x/h0xb
8、,则为适筋破坏;若x=x/h0xb,则为超筋破坏。 从式(4.3.5)可以看出,相对界限受压区计算高度xb和钢筋等 级有关。 对于没有明显屈服点的钢筋, 因ey=fy/Es+0.002,带入式(4.3.5),可得:,4.3.1.4 单筋矩形截面构件正截面承载力计算 1)截面配筋设计 (1)由式(4.3.13)计算 (2)由 ,求x。 (3)若x xb,则求r=xfc/fy,As=rbh0。若Asxb,则梁会发生超筋破坏,应增大梁截面尺寸或提高混凝土强度或采 用后面介绍的双筋截面。 2)承载力复核 (1)由式(4.3.11)计算x。 (2)如果x 0.85 xb,则由式(4.3.12)计算Mu;
9、如果x 0.85xb , 则取x = 0.85xb ,仍由式(4.3.12)近似计算Mu。 (3)如果MMu/K,则梁正截面承载力符合要求,否则梁正截面承载力不符合要求。,4.3.2 钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算 4.3.2.1 概述 4.3.2.2 无腹筋梁的斜截面受剪破坏形态 1)斜拉破坏 2)剪压破坏 3)斜压破坏,4.3.2.3 影响梁斜截面承载力的主要因素 1)剪跨比 2)混凝土强度fc 3)配箍率,4.3.2.4 有腹筋梁斜截面受剪承载力计算 1)腹筋作用 2)有腹筋梁的破坏形态 3)有腹筋梁斜截面受剪承载力计算公式 A.仅配箍筋,B. 同时配有箍筋和弯起钢筋,4)公式的适用
10、范围 A.上限 当hw/b4时 当hw/b6时 当4 hw/b6时,按线性内插法确定。 B.下限 对级钢筋,应使配箍率 对级钢筋,应使配箍率,4.3.3 受扭构件承载力计算 4.3.3.1 概述 4.3.3.2 纯扭构件承载力计算 1)变角空间桁架理论,图4.3.32 空间桁架,2)规范给出的矩形截面纯扭构件承载力计算公式,T设计扭矩; Tc混凝土受扭承载力; Ts箍筋及受扭纵筋受扭承载力; ft混凝土受拉强度设计值; Wt截面抗扭塑性抵抗矩,Wt =b2(3h-b)/6,b为矩形截面短边; fyv箍筋抗拉强度设计值,取值不大于310N/mm2; 受扭纵筋与箍筋的配筋强度比,由式(4.3.51
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