1、鄭州大學精品課程鄭州大學精品課程 王新玲 教授/博士vCh2. 混凝土結構材料的力學性能混凝土結構材料的力學性能2.1. 鋼筋鋼筋（1） 指標：指標：應力應力應變曲線不同分：應變曲線不同分： 軟鋼軟鋼: fy, fsu, 伸長率伸長率 ，冷彎性能冷彎性能 v硬鋼硬鋼: fsu ( 0.2 )，伸長率，伸長率 ，冷彎性能冷彎性能 （2）鋼筋砼結構對鋼筋質量的要求鋼筋砼結構對鋼筋質量的要求 強度，延性，機械性能強度，延性，機械性能 ，與混凝土粘結性能，與混凝土粘結性能2.2. 混凝土混凝土Concrete（1）強度）強度：fcu,k, fc , ft, 試驗方法影響，復雜應力作用下混凝土復雜應力作

2、用下混凝土強度及相關關系強度及相關關系、fc3fc2fcu,kfc ft；C40中40含義 (2) (2) 混凝土應力混凝土應力應變曲線應變曲線 彈性模量彈性模量Ec表示方法表示方法(3).混凝土徐變混凝土徐變長期荷載作用下變形長期荷載作用下變形 定義定義, 產生原因產生原因, 徐變對混凝土結構影響徐變對混凝土結構影響 , 影響徐變因素影響徐變因素 (4) (4) 收縮：收縮： 定義定義, 產生原因產生原因, 收縮對混凝土結構影響收縮對混凝土結構影響 , 影響收縮因素影響收縮因素(5)混凝土疲勞破壞混凝土疲勞破壞：混凝土在重復荷載作用下引起的破壞混凝土在重復荷載作用下引起的破壞 2.3 鋼筋和

3、混凝土粘結性能鋼筋和混凝土粘結性能 v粘結應力粘結應力: v粘結機理分析粘結機理分析:(1)影響粘結強度主要因素影響粘結強度主要因素 :vCh3.混凝土結構設計方法混凝土結構設計方法概率極限狀態設計法概率極限狀態設計法3.1. 極限狀態設計法基本概念極限狀態設計法基本概念 （1） 結構功能要求結構功能要求 安全性；適應性；耐久性安全性；適應性；耐久性結構可靠性（2） 極限狀態極限狀態 承載能力極限狀態承載能力極限狀態和正常使用極限狀態定義正常使用極限狀態定義（a）承載力極限狀態：結構或構件材料達到極限值、結構或構件滑移或傾覆、結構變成機動體系、結）承載力極限狀態：結構或構件材料達到極限值、結構

4、或構件滑移或傾覆、結構變成機動體系、結構構件失穩、結構或構件疲勞而破壞、地基喪失承載力。構構件失穩、結構或構件疲勞而破壞、地基喪失承載力。 （b）正常使用極限狀態：結構或構件變形或振幅過大、水池漏水、）正常使用極限狀態：結構或構件變形或振幅過大、水池漏水、影響正常使用的其它特定狀態影響正常使用的其它特定狀態（3）作用、作用效應及結構抗力）作用、作用效應及結構抗力定義定義永久作用（自重、土壓力、預應力等）；可變作用（風、雪、人群等）；偶然作用（地震、爆炸等）永久作用（自重、土壓力、預應力等）；可變作用（風、雪、人群等）；偶然作用（地震、爆炸等） 3.2. 結構可靠度結構可靠度 （1）定義：結構在

5、規定的時間內、規定的條件下，完成預定功能的概率。）定義：結構在規定的時間內、規定的條件下，完成預定功能的概率。（2）失效概率）失效概率 Pf： Zhf(b) 設計公式及適用條件設計公式及適用條件:第一類第一類T形形 (x hf):xbfAffcsy15 . 01220101hbfxhxbfMMfcfcubbhAsmin第二類第二類T-section (x hf):11ffccsyhbbfbxfAf25 . 010.1201fffccuhhhbbfbhfMMb 兩類兩類T形截面判別形截面判別 截面設計：截面設計：If 201fffchhhbfMthe first type T-section;

6、截面校核截面校核 1ffcsyhbfAfthe first type T-section;1ffcsyhbfAfthe second type T-section4.6. 影響受彎構件延性主要因素影響受彎構件延性主要因素v（1）. 配筋率配筋率 :v when min, 越小越小 ， 越小越小, 延性越好延性越好.v（2）. 受壓鋼筋配筋率受壓鋼筋配筋率 :v / 越大，延性越好越大，延性越好.v（3）. 箍筋（箍筋（The stirrups）:v 箍筋越多，延性越好箍筋越多，延性越好.v 課題討論題目課題討論題目Ch5.受彎構件斜截面承載力計算受彎構件斜截面承載力計算計算題計算題5.1. 斜

7、裂縫形式及斜截面破壞形態斜裂縫形式及斜截面破壞形態 : 1）斜裂縫：）斜裂縫：彎剪斜裂縫；腹剪斜裂縫彎剪斜裂縫；腹剪斜裂縫 2）破壞形態：）破壞形態：斜壓破壞；剪壓破壞；斜拉破壞斜壓破壞；剪壓破壞；斜拉破壞 3）腹筋作用：）腹筋作用：v抵抗剪力；抵抗剪力；v限制斜裂縫開展限制斜裂縫開展v限制斜裂縫寬度限制斜裂縫寬度v保護縱筋的銷栓力作用，混凝土不被撕裂保護縱筋的銷栓力作用，混凝土不被撕裂v通過斜裂縫的腹筋可以明顯提高梁抗剪承載力通過斜裂縫的腹筋可以明顯提高梁抗剪承載力. 0hVMCh5.受彎構件斜截面承載力計算受彎構件斜截面承載力計算計算題計算題5.2. 影響斜截面承載力主要因素影響斜截面承載

8、力主要因素 1). 剪跨比剪跨比 ； 1,斜壓破壞斜壓破壞 ; 1 3,斜拉破壞斜拉破壞2).混凝土強度等級；混凝土強度等級； 3).配箍率及箍筋強度；配箍率及箍筋強度；4).縱筋配筋率；縱筋配筋率；5).尺寸效應：尺寸效應：梁的高跨比越大，相對抗剪承載力越低；梁的高跨比越大，相對抗剪承載力越低；6).截面形狀截面形狀 5.3. 受彎構件斜截面承載力計算受彎構件斜截面承載力計算建立在剪壓破壞基礎上建立在剪壓破壞基礎上0107 . 0hfsnAbhfVVyvsvtcs1). 對一般受彎構件（矩形、對一般受彎構件（矩形、T形截面）僅配箍筋：形截面）僅配箍筋：2).對集中荷載（占對集中荷載（占75%

9、）作用下的獨立梁僅配箍筋）作用下的獨立梁僅配箍筋:010175. 1hfsnAbhfVVyvsvtcs35 . 10VhM3). 適用條件適用條件 :上限上限4bhw025. 0bhfVcc下限下限 yvtsvsvsvffsbA24. 0min,S Smax , d dmin5.4 設計計算方法設計計算方法hw/b 4, V 0.25 cfcbh0hw/b 6, V 0.2 cfcbh0否則 ，增加 b, h ,或 fc 5.4.1 截面設計截面設計 Known: V、 fc、fyv，b，h, As 設計：所需箍筋設計：所需箍筋 （1）計算鋼筋混凝土梁最大剪力（凈跨計算剪力）計算鋼筋混凝土梁最

10、大剪力（凈跨計算剪力）（2）檢驗梁截面尺寸是否滿足要求：）檢驗梁截面尺寸是否滿足要求：（3）判別是否需要按計算配置腹筋）判別是否需要按計算配置腹筋07 . 0bhfVtIf or按構造配置箍筋按構造配置箍筋滿足適用條件（滿足適用條件（2）:選擇箍筋選擇箍筋d dmin ，S Smax , 驗算配箍率滿足要求驗算配箍率滿足要求 ；否則，按計算配置腹筋：；否則，按計算配置腹筋：)175. 1(0bhfVt4) 僅計算箍筋僅計算箍筋00hsAfbhfVVsvyvtcvcs001hfbhfVsnAyvtcvsvn=2,4; d=6,8,10s smax 、檢驗最小配箍率。、檢驗最小配箍率。v5.5.

11、連續梁斜裂縫及受彎構件構造要求連續梁斜裂縫及受彎構件構造要求v1）.斜裂縫出現規律：斜裂縫出現規律： 從受拉區出現；向加荷點或支座發展；會畫斜裂縫圖從受拉區出現；向加荷點或支座發展；會畫斜裂縫圖v 2）抵抗彎矩圖）抵抗彎矩圖:v 抵抗彎矩圖是按照梁實際尺寸及配的縱向鋼筋的抵抗彎矩圖是按照梁實際尺寸及配的縱向鋼筋的數量計算并畫出的各截面所能抵抗的彎矩圖。數量計算并畫出的各截面所能抵抗的彎矩圖。v3）彎筋構造要求）彎筋構造要求v 正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力、斜截面抗正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力、斜截面抗彎承載力彎承載力課題討論vCh6. 受扭構件承載力受扭構件承載力6.1. 鋼筋混凝

12、土純扭構件承載力鋼筋混凝土純扭構件承載力Tu1). 受扭構件斜裂縫和受扭鋼筋：受扭構件斜裂縫和受扭鋼筋：三面受拉、一面受壓的空間螺旋扭曲面；三面受拉、一面受壓的空間螺旋扭曲面；同時配置抗扭縱筋和抗扭箍筋。同時配置抗扭縱筋和抗扭箍筋。2). 純扭構件的破壞形態純扭構件的破壞形態 ：少筋破壞；適筋破壞（延性）；超筋破壞；部分超筋破壞少筋破壞；適筋破壞（延性）；超筋破壞；部分超筋破壞 3) Wt -抗扭塑性抵抗矩抗扭塑性抵抗矩4).抗扭抗扭縱筋與箍筋的配筋強度比縱筋與箍筋的配筋強度比 corstyvstlystyvcorstlyuAfsAfsAfuAf11/7160.v5).純扭構件承載力純扭構件承

13、載力SfAAfwTTyvstcorttu12 . 135. 01).破壞形態：彎型、扭型和剪扭型破壞形態：彎型、扭型和剪扭型2). t剪扭剪扭構件混凝土強度降低系數構件混凝土強度降低系數3). 彎剪扭構件計算方法彎剪扭構件計算方法:a).按彎矩設計值按彎矩設計值M進行受彎構件正截面承載力設計，確定受彎縱筋進行受彎構件正截面承載力設計，確定受彎縱筋;b).按剪扭構件（考慮剪扭相關關系）計算受扭箍筋、受剪箍筋，以及受扭縱筋；按剪扭構件（考慮剪扭相關關系）計算受扭箍筋、受剪箍筋，以及受扭縱筋； c).分別疊加縱筋和箍筋。分別疊加縱筋和箍筋。v6).受扭構件承載力計算適用條件受扭構件承載力計算適用條件

14、防止少筋和超筋防止少筋和超筋v7）構造：）構造：同時配置抗扭縱筋和箍筋?？v筋對稱均勻布置同時配置抗扭縱筋和箍筋?？v筋對稱均勻布置minsvsvmintltl截面限制條件截面限制條件vCh7. 鋼筋混凝土受壓構件承載力鋼筋混凝土受壓構件承載力計算題計算題7.1. 軸心受壓構件承載力軸心受壓構件承載力 1). 配有普通箍筋軸壓柱配有普通箍筋軸壓柱限制最大、最小配筋率的原因：限制最大、最小配筋率的原因：卸載時鋼筋回彈、混凝土徐變引起鋼筋和混凝土應力重分布卸載時鋼筋回彈、混凝土徐變引起鋼筋和混凝土應力重分布 )(9 . 0AfAfNNcsyu 2). 配有螺旋箍筋的軸壓柱配有螺旋箍筋的軸壓柱 破壞形態

15、（特點）破壞形態（特點）：螺旋箍筋包圍核心混凝土，有效地限制了核心混凝土的橫向變形，使核心混凝：螺旋箍筋包圍核心混凝土，有效地限制了核心混凝土的橫向變形，使核心混凝土處于土處于三向受壓狀態三向受壓狀態，從而提高了軸心受壓構件正截面承載力。，從而提高了軸心受壓構件正截面承載力。 破壞時，破壞時，箍筋受拉屈服、縱筋受箍筋受拉屈服、縱筋受壓屈服壓屈服，核心混凝土壓碎。，核心混凝土壓碎。 適用條件：為防止保護層剝落適用條件：為防止保護層剝落 )(5 . 1syccAfAfN120dl5,8040cordormmsmm 在大偏心受壓構件的范圍內，在大偏心受壓構件的范圍內，Mu隨著隨著N的增加而增加；的增

16、加而增加； 在小偏心受壓構件范圍內，在小偏心受壓構件范圍內，Mu隨著隨著N的增加而減小的增加而減?。?隨著彎矩增大，受壓構件更易達到極限狀態。隨著彎矩增大，受壓構件更易達到極限狀態。7.2. 偏心受壓柱偏心受壓柱 1). 破壞形態破壞形態 : 大偏心受壓破壞形態；小偏心受壓破壞形態大偏心受壓破壞形態；小偏心受壓破壞形態 2）N-M關系曲線關系曲線NMABCA-軸壓；軸壓； B-界限界限AB小偏壓小偏壓 ； BC大偏壓；大偏壓；C-受彎受彎課題討論3). 附件偏心距附件偏心距: mmhea20304). 偏心距調節系數偏心距調節系數M1/M2為正時為正時6) 控制截面的設計彎矩控制截面的設計彎矩

17、 5). 彎矩增大系數彎矩增大系數 7 . 03 . 07 . 021MMCmcnshlNhM2002)()/(13001122MMCMnsm2). 小偏心受壓構件小偏心受壓構件 )()2(0011ssycsssycahAfxhbxfNeAAfbxfN)1(,0hahxsb3). 矩形截面非對稱配筋的優點矩形截面非對稱配筋的優點最經濟最經濟7.3 矩形截面偏心受壓構件承載力計算矩形截面偏心受壓構件承載力計算 1). 大偏心受壓構件大偏心受壓構件sysycAfAfbxfN1)()(ssycahAfxhbxfeN00122,sbax 000,2hxNMeeeeaheeaisiDesign of S

18、ectionDatas: N,M1, M2 ，l0To designNMe 0,yycfffhbssAA )()5 . 01 ()()2(02010011ssycssycsysycahAfbhfahAfxhbxfNeAfAfbxfN(2) 判斷類型判斷類型小偏壓大偏壓001hhbfNxbbc(3) 大偏壓大偏壓:bhahfhbxfNeAAhxasyxcssbsmin020102(1) 設計彎矩設計彎矩2MCMnsm4). 矩形截面對稱配筋的承載力計算矩形截面對稱配筋的承載力計算-重點重點bhahfbhfNeAAsycssmin02015 . 01bcsbcbcbhfahbhfNebhfN010

19、120101)(43. 0(3) 小偏壓小偏壓:re-determine 小偏壓驗算垂直于彎矩作用平面的承載力小偏壓驗算垂直于彎矩作用平面的承載力軸心受壓軸心受壓 2sax bhahfNeAAaxletsysssmin0)(2Ch8 受拉構件承載力受拉構件承載力大偏心受拉和小偏心受拉的破壞形態。大偏心受拉和小偏心受拉的破壞形態。 Ch9. 鋼筋混凝土構件裂縫和變形驗算鋼筋混凝土構件裂縫和變形驗算正常使用極限狀態正常使用極限狀態9.1. 裂縫產生原因和控制目的裂縫產生原因和控制目的 原因：荷載、溫度、收縮、鋼筋銹蝕、凍融循環、堿集料反應原因：荷載、溫度、收縮、鋼筋銹蝕、凍融循環、堿集料反應目的：

20、目的：使用功能的要求使用功能的要求、 建筑外觀的要求建筑外觀的要求、 耐久性的要求耐久性的要求9.2 裂縫出現和開展過程裂縫出現和開展過程9.3. 裂縫寬度驗算裂縫寬度驗算1）粘結滑移理論）粘結滑移理論 2）無滑移理論）無滑移理論3）裂縫間裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數縱向受拉鋼筋應變不均勻系數 越小，裂縫間越小，裂縫間縱向受拉鋼筋應變縱向受拉鋼筋應變越不均勻、混凝土參與工作越多越不均勻、混凝土參與工作越多3). 最大裂縫寬度計算最大裂縫寬度計算:4). 影響裂縫寬度的原因：影響裂縫寬度的原因：v a). 鋼筋直徑鋼筋直徑d，直徑越小，裂縫越??；，直徑越小，裂縫越??；v b). 鋼筋面積鋼筋

21、面積 As ；增大面積；增大面積；v c). 采用變形鋼筋；采用變形鋼筋；v d). 提高混凝土強度提高混凝土強度 ftk；v e). 荷載性質；荷載性質；vf).采用預應力混凝土結構。采用預應力混凝土結構。teeqsssqcrdCEW08. 09 . 1max9.4. 鋼筋混凝土梁撓度驗算鋼筋混凝土梁撓度驗算1).短期剛度短期剛度 Bs 2).長期剛度長期剛度 B 3).最小剛度原則最小剛度原則 Bmin :v對等截面構件對等截面構件, 在同號彎矩范圍內在同號彎矩范圍內, 截面剛度取彎矩最大處的剛度即最小剛度截面剛度取彎矩最大處的剛度即最小剛度 Bmin計算撓度計算撓度 f。 4).減小撓度

22、或增大剛度措施減小撓度或增大剛度措施增大梁高度增大梁高度 h（最有效最有效）；增加受壓鋼筋）；增加受壓鋼筋 ; 采用預應力采用預應力9.5 混凝土耐久性混凝土耐久性定義、引起耐久性問題的原因定義、引起耐久性問題的原因混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕、混凝土的凍融破壞、混凝土的堿集料反應、侵蝕性介質的腐蝕混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕、混凝土的凍融破壞、混凝土的堿集料反應、侵蝕性介質的腐蝕混凝土結構耐久性設計的主要內容混凝土結構耐久性設計的主要內容Ch10. 預應力混凝土構件預應力混凝土構件計算題計算題10.1. 預應力混凝土結果概念：預應力混凝土結果概念：施加荷載之前，預先在受拉區施加預壓應力的結構。施加荷

23、載之前，預先在受拉區施加預壓應力的結構。 特點：特點：改善結構的使用性能；減小構件截面尺寸，減輕自重；充分利用高強材料；抗疲勞改善結構的使用性能；減小構件截面尺寸，減輕自重；充分利用高強材料；抗疲勞強度和抗剪提高；材料要求高、施工復雜強度和抗剪提高；材料要求高、施工復雜10.2. 預應力張拉方法預應力張拉方法 1).先張法先張法: 粘結應力傳遞預壓應力粘結應力傳遞預壓應力 2).后張法后張法: 錨具傳遞預壓應力錨具傳遞預壓應力10.3. 預應力混凝土材料預應力混凝土材料 1). 預應力鋼筋預應力鋼筋 :高強、塑性、加工性能、與混凝土粘結性能高強、塑性、加工性能、與混凝土粘結性能 2). Con

24、crete：高強、早強快硬、收縮徐變小高強、早強快硬、收縮徐變小10.4. 控制應力和預應力損失控制應力和預應力損失1) con :定義定義2) .預應力損失預應力損失 :定義定義:從張拉鋼筋至使用階段，預應力值不斷減小的現象從張拉鋼筋至使用階段，預應力值不斷減小的現象a). 錨具損失錨具損失b).管道摩擦損失管道摩擦損失(Post-tension)c). 溫差損失溫差損失 (pre-tension)d).鋼筋的應力松弛損失鋼筋的應力松弛損失:e).收縮徐變損失收縮徐變損失:減小每項預應力損失的措施減小每項預應力損失的措施con總拉力總拉力預應力筋面積預應力筋面積l1l2l3l4l5l1l少加墊板、長線張拉少加墊板、長線張拉 2l兩端張拉兩端張拉. .超張拉超張拉3l兩次升溫兩次升溫. .在鋼臺座上張拉在鋼臺座上張拉4l: :超張拉超張拉3). 預應力損失組合預應力損失組合l