第三章概述.ppt

第三章 结构与构件设计 安徽建筑工业学院 土木工程学院 刘自力 1 概述1.1 混凝土结构的基本概念 混凝土结构的类型： 钢筋混凝土结构 ——配置受力的普通钢筋，钢筋网或钢骨架； 预应力混凝土结构——配置预应力钢筋的混凝土结构； 素混凝土结构——配置不受力的钢筋的混凝土结。 钢筋混凝土梁与素混凝土梁比较 钢筋与混凝土共同工作的条件 ⑴钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力； ⑵钢筋与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.2×10-5，混凝土为(1.0－1.5)×10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。 (3)混凝土作为钢筋的保护层,使钢筋不容易发生锈蚀。 钢筋混凝土结构的优缺点 优点 ⑴ 材料利用合理； ⑵ 可模性好； ⑶ 耐久性和耐火性较好，维护费用低； ⑷ 现浇混凝土结构的整体性好，刚度大 (5) 易于就地取材 缺点： 自重大：不适用于大跨、高层结构。 抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制了普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。 施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。 混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。 1.2 结构设计的程序 结构选型 结构构件布置 结构构件的计算简图 单个构件的设计计算 绘制结构施工图 1.3 结构构件计算简图 构件的简化 支座简化与计算跨度 支座简化 计算跨度 荷载简化与计算 荷载分类 荷载简化 2 材料主要物理力学性能 2.1 钢筋 一 钢筋的应力应变曲线 二 钢筋的塑性性能 三 钢筋的冷加工 四 混凝土结构对钢筋性能的要求 2.2 混凝土 混凝土的强度 立方体抗压强度 2 轴心抗压强度 3 轴心抗拉强度 二 混凝土的变形 1. 混凝土的应力应变曲线 2. 混凝土的变形模量 3. 混凝土的徐变 4. 混凝土的收缩 2.3 钢筋和混凝土的粘接作用 1 粘结应力的定义 2 粘结应力的组成 3 粘结破坏机理 2.4 钢筋的锚固、连接与延伸 3 结构按极限状态计算的基本原则3.1设计基准期和设计使用年限 . 结构的安全等级 3.2 极限状态的定义和分类 结构的功能要求 极限状态  承载能力极限状态 正常使用极限状态 3.3 承载能力极限状态设计方法 结构设计的承载力极限状态设计表达式： 1.结构重要性系数 的确定 2.内力组合设计值S的确定 3.基本组合的荷载分项系数 4.结构构件的承载力设计值 3.4 正常使用极限状态设计表达式 知识网络结构图 混凝土的弹性模量的试验方法（150×150 × 300标准试件） ?c/fc ?c 0.5 5~10次 此线和原点切线基本平行，取其斜率作为Ec 混凝土的变形模量 定义：在荷载长期作用下，混凝土的变形随时间而徐徐增长 的现象。 徐变的特点：开始增长较快，以后逐渐减慢，最后趋于稳定。 混凝土的徐变 3 混凝土的徐变 徐变的原因： ①水泥凝胶体的黏性流动，使骨料应力增大。 ②混凝土中内部微裂缝的发展。 影响徐变的因素： ①应力的大小； ②混凝土的龄期； ③混凝土的制作、养护环境； ④水灰比与水泥用量； ⑤骨料用量及力学性能。 3 混凝土的徐变 徐变对结构设计的影响： ①使钢筋混凝土构件截面产生内力重分布； ②使受弯构件和偏压构件的变形加大 ； ③使预应力混凝土构件产生预应力损失 。 徐变对混凝土结构的影响 P As P As ?s1 ?c1 P ?s2 As ?s2 P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂 徐变： ?s?， ?c? 荷载长期作用下混凝土的变形性能----徐变 定义：混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。 收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。 当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。 水泥品种：等级越高，收缩越大 水泥用量：水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大 骨料：骨料越硬，收缩越小 养护条件、制作方法、使用环境、体积与表面积的比值等 影响因素： 收缩对混凝土结构的影响 As ?s As ?s 收缩： 钢筋受压， 混凝土受拉 As 混凝土的变形性能----收缩 钢筋与混凝土接触面上产生的沿钢筋纵向的剪应力 。 粘结强度：粘结失效时的最大（平均）粘结应力。 粘结强度的测试 拔出试验 钢筋与