溷凝土結(jié)構(gòu)基本原理 緒論

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,混凝土結(jié)構(gòu)基本原理,CONCRETE STRUCTURE,FUNDAMENTALS,Ch1.緒論,砼結(jié)構(gòu),素混凝土結(jié)構(gòu),鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)Reinforced concrete structure,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)Prestressed concrete structure,纖維混凝土：碳纖維、鋼纖維、合成纖維等,鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)：,鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu),1.1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu):,1.鋼筋混凝土 R.C：R.C 是鋼筋和砼按一定方式組成的能共同工作的建筑材料。,2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：是鋼筋混凝土為主要承

2、重骨架的結(jié)構(gòu)。,砼：抗拉強(qiáng)度大約是抗壓強(qiáng)度的1/10。,300,200,f,t,F,1素砼梁,F=8KN 截面開(kāi)裂并破壞,2)R.C 梁,：受拉區(qū)配3,16 鋼筋,F,3,16,Fcr,=8.3 KN,截面開(kāi)裂;,Fu,=36KN,截面破壞。,3效果：,梁的承載力大大提高，梁的受力性能改善。,3.鋼筋和砼共同工作原因：,1)鋼筋和砼之間存在粘結(jié)力；,2)鋼筋和砼線膨脹系數(shù)接近；,3)砼保護(hù)鋼筋,4.特點(diǎn)：,1材料來(lái)源廣泛；,2耐久性和耐火性好；,3可模性好；,4現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)剛度大；,5砼自重大:,重力密度：25kN/m,6砼容易開(kāi)裂：,先天缺乏、缺陷,1.2.砼結(jié)構(gòu)開(kāi)展簡(jiǎn)史及展望,1824.Po

3、rtland cement,1.第一階段：R.C小構(gòu)件應(yīng)用，承載力按彈性理論計(jì)算。,2.第二階段：R.C空間結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)，承載力按破壞,階段計(jì)算。,3.第三階段：工業(yè)化施工方法，承載力按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。,材料：高強(qiáng)砼和高強(qiáng)鋼筋；結(jié)構(gòu)：高層和大跨結(jié)構(gòu)。,釜山綜合運(yùn)動(dòng)場(chǎng),RC框架結(jié)構(gòu)開(kāi)孔索穹頂,4.第四階段:建立在概率理論根底上的可靠度分析概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，計(jì)算機(jī)計(jì)算，砼力學(xué),1.3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程,課程特點(diǎn)：,1)綜合性 2)適用性 3)開(kāi)展性,TJ10-74,GBJ10-89，GB50010-2002，GB50010-2021,研究方法：,標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)制性條文，表格,規(guī)律,適用條件,建立模式,

4、試驗(yàn),計(jì)算公式,1.初步設(shè)計(jì)階段方案設(shè)計(jì)階段,1選擇結(jié)構(gòu)體系,2選擇結(jié)構(gòu)材料,3確定施工方法,4確定結(jié)構(gòu)控制截面,2.施工圖設(shè)計(jì)階段,1荷載計(jì)算,2內(nèi)力計(jì)算,3截面設(shè)計(jì),4畫(huà)施工圖,砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1)材料的力學(xué)性能,3)受彎構(gòu)件設(shè)計(jì),偏心受壓構(gòu)件正截面承載力,1).R.C.房屋結(jié)構(gòu)的選型和設(shè)計(jì)原那么,2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么,正截面承載力計(jì)算,4)受壓構(gòu)件設(shè)計(jì),8).預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件,砼結(jié)構(gòu),砼結(jié)構(gòu)根本理論,2).R.C.梁板結(jié)構(gòu),4).R.C.多高層建筑結(jié)構(gòu),軸心受壓構(gòu)件正截面承載力,3).R.C.單層廠房結(jié)構(gòu),斜截面承載力計(jì)算,5),受拉構(gòu)件承載力,6),受扭構(gòu)件承載力,7),R.C構(gòu)件變形和裂縫驗(yàn)算

5、,參考文獻(xiàn),1.劉立新，?混凝土結(jié)構(gòu)根本理論?按GB50010-2021，2021編寫(xiě))，武漢理工大學(xué)出版社，2021.10,2.?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?，Code for design of concrete structure(GB50010-2021，2021),3.趙軍，?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理?，鄭州大學(xué)出版社，2021.3,4.東南大學(xué)、天津大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)合編，?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理?，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.6.,5.沈蒲生，梁興文.?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理?，高等教育出版社，2002.10.,6.Liu Lixin,Wang Xinling.?Concrete structure F

6、undamentals?武漢理工大學(xué)出版社，2004.7,7.雜志：?土木工程學(xué)報(bào)?、?建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)?、?建筑結(jié)構(gòu)?、?工業(yè)建筑?等。,Ch2.R.C材料的力學(xué)性能,2.1 鋼筋,2.1.1.鋼筋的強(qiáng)度及變形力學(xué)性能,1.應(yīng)力-應(yīng)變曲線(,-),1)軟鋼(有明顯流幅的鋼筋),d,0,a,b,c,e,2)硬鋼,c,d,0,0.2,0.2%,條件屈服點(diǎn) 0.2 是剩余應(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)的應(yīng)力.,0.2,=0.8,f,su,b、c屈服應(yīng)力；,d極限應(yīng)力；,de頸縮,2.強(qiáng)度和變形指標(biāo),1)強(qiáng)度:,屈服強(qiáng)度,f,y,設(shè)計(jì)強(qiáng)度,f,su,極限強(qiáng)度,f,y,/,f,su,0.8,2)變形:,a)伸長(zhǎng)率:,=

7、(L,2,-L,1,)/L,1,100%,越大,鋼筋延性或塑性越好,b)冷彎性能,質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo),軟鋼:,f,y,f,su,冷彎性能,硬鋼:,f,su,冷彎性能,3.鋼筋的松弛和疲勞,1)鋼筋的松弛,鋼筋在高應(yīng)力作用下,應(yīng)變?cè)黾?應(yīng)力減小的現(xiàn)象,2)鋼筋的疲勞,鋼筋的疲勞破壞是指鋼筋在承受重復(fù)周期、動(dòng)荷載作用下,經(jīng)過(guò)一定次數(shù)后,由塑性破壞變成脆性破壞的現(xiàn)象。,2.1.2.鋼筋的級(jí)別和類型,1)碳素鋼:,低碳鋼 c%0.6%,強(qiáng)度,low,high,變形,好,差,2)普通低合金鋼:40Si,2,MnV,b)冷加工鋼筋：,冷軋扭，螺旋肋,熱處理鋼筋:40Si,2,Mn,強(qiáng)度:,high,塑性:,差,

8、low,好,c)預(yù)應(yīng)力鋼筋,Diameters:,d=6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,30mm50mm,鋼絞線,消除應(yīng)力鋼絲：光面、螺旋肋、刻痕,a)普通熱軋鋼筋:,HPB235,HPB300 HRB335(HRBF335)HRB(F)400 HRB(F)500,2.1.3 鋼筋的冷加工,1.冷拉:,0,k,k,d,d,e,e,2.冷扎扭:,0,2.1.4.鋼筋砼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋質(zhì)量的要求,1.強(qiáng)度,光面鋼筋：I,surface,變形鋼筋：II、III、IV,2.塑性,3.機(jī)械性能,4.與砼的粘結(jié)力,2.2.混凝土,作用:擴(kuò)散砼應(yīng)力,使砼具有塑性變形能力.,2).,水泥

9、凝膠體,+石子、砂,水泥凝膠體,彈性骨架,作用:抵抗外力,使砼產(chǎn)生彈性變形,骨料和水泥膠體之間產(chǎn)生微裂縫,2.2.1.混凝土強(qiáng)度,1.立方體抗壓強(qiáng)度砼強(qiáng)度等級(jí)fcu,k,1).定義:,2).影響因素,a).試件尺寸 150150 150,混凝土,1).水泥+水,Cubic size of side (mm),The calculating coefficient,200200200,1.05,150150150,1.00,100100100,0.95,b).齡期和養(yǎng)護(hù)條件:,c)試驗(yàn)方法:,3).強(qiáng)度等級(jí):C20,C25，C30，C35,C80,2.軸心抗壓強(qiáng)度棱柱體抗壓強(qiáng)度:fck,抗壓強(qiáng)度

10、隨試件高度增大而降低:,試件：h/b=34,考慮折減系數(shù)：0.88,試驗(yàn)(P13):,3.砼的抗拉強(qiáng)度:,f,tk,直接張拉:,劈裂試驗(yàn):,400 and 500MPa鋼筋:,C25;預(yù)應(yīng)力P.C:C40,4.,砼的抗剪強(qiáng)度:,f,vk,4.復(fù)雜受力狀態(tài)下砼的強(qiáng)度,1).雙軸應(yīng)力,I.雙向受壓:抗壓強(qiáng)度提高,II.一向受壓，另一向受拉：,抗拉和抗壓強(qiáng)度均降低。,III.雙向受拉：與單向抗拉強(qiáng)度相同。,IV.剪壓狀態(tài)：,c,-0.2,-0.2,c,1.0,1.0,1.2,1.2,0,III,II,II,I,0.5,0.7,0,c,c,(0.50.7),c,：抗剪強(qiáng)度 隨壓應(yīng)力 增大而提高；,0.

11、7,c,：,抗剪強(qiáng)度 隨壓應(yīng)力 增大而,減小。,V.剪拉狀態(tài)：,隨拉應(yīng)力而降低.,2三軸受壓：,抗壓強(qiáng)度和塑性均大大提高,.,5.局部受壓強(qiáng)度,局部受壓強(qiáng)度提高。,2.2.2.砼的變形,1.砼的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系短期單調(diào)加載：,c,c,1)上升段 OC:,OA:(c0.3c0):彈性,c c 線性。,AB:(c=0.3c00.8c0):砼內(nèi)部微裂縫開(kāi)展。,BC(c0.8c0):塑性變形開(kāi)展，豎向裂縫出現(xiàn),c0=0.00150.00250.002 cc0,2)下降段 CD:,ccu=0.00330.004 極限壓應(yīng)變,c,c,0,A,B,C,D,f,c,0,0,cu,t,f,t,0,tu,=0.000

12、10.00015,受拉:,I.,c,c,(,受壓,):,cu,0,4).砼的彈性模量 E,c,a)原點(diǎn)彈模 E,c,b)割線模量 E,c,c)切線模量 E,c,c,0,f,c,Ec,Ec,Ec,c,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：Ec P16),2.重復(fù)荷載作用下的變形,疲勞強(qiáng)度:,5).剪切模量 G,c,G,c,=E,c,/2(1+,c,),0,c泊松比橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比,0.2,a)水泥凝膠體的粘性流動(dòng),Time(m),(.001),cr,5,10,15,20,25,0.5,1.0,1.5,c,2)產(chǎn)生徐變的原因,b)內(nèi)部微裂縫的開(kāi)展,3)對(duì)構(gòu)件影響:,a)使變形增大,b)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失,c)引起軸壓構(gòu)件及

13、結(jié)構(gòu),的應(yīng)力重分布,Fig.2.13 Creep-time Curve of Concrete,t,(month),3.砼在長(zhǎng)期作用下的變形,徐,變,1徐變：砼在長(zhǎng)期荷載作用下隨時(shí)間而增長(zhǎng)的變形,4).影響徐變的因素:,a)配合比,b)養(yǎng)護(hù)條件：溫度、濕度,c)應(yīng)力條件：,加荷時(shí)的齡期,加荷時(shí)的初始應(yīng)力,c,c,0.5,c,0,：線性徐變,c=0.50.8c 0：非線性徐變,c,=,0.8,c,0,：長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度,4.砼的收縮,2)收縮原因:水分蒸發(fā),1)收縮：砼在空氣中硬化體積減小的現(xiàn)象,3)對(duì)構(gòu)件影響:,I.使砼產(chǎn)生拉應(yīng)力,II.引起預(yù)應(yīng)力損失,4)影響收縮的因素:配合比、養(yǎng)護(hù)、體表比,F

14、ig.2.12 Shrinkage-time curve,Cured under heat-steam condition,Cured under normal temperature condition,t,(month),2.3.鋼筋與砼的粘結(jié),粘結(jié)應(yīng)力是指鋼筋與砼接觸面上為抵抗變形差所產(chǎn)生的剪應(yīng)力。,2.3.1 粘結(jié)性質(zhì),1.,粘結(jié)應(yīng)力,:,A,B,C,D,沒(méi)有鋼筋應(yīng)力的變化，就不存在粘結(jié)應(yīng)力。,dx,dx,As,1)錨固粘結(jié)應(yīng)力,l,a,l,d,p,2)裂縫之間的粘結(jié)應(yīng)力,2.粘結(jié)應(yīng)力的試驗(yàn)方法及粘結(jié)應(yīng)力分布拔出試驗(yàn),u,l,a,p,max,1),為曲線分布,2)埋入長(zhǎng)度越長(zhǎng)，所需的力

15、越大,3)粘結(jié)強(qiáng)度,u,=P/d l,a,2.3.2 粘結(jié)機(jī)理,1.鋼筋和砼之間的膠著力,2.砼收縮和鋼筋之間的摩阻力,3.鋼筋外表凸凹不平和砼之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合力,2.3.3.影響粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素,鋼筋的外表形狀；,砼的強(qiáng)度,澆筑位置,橫向壓力及橫向鋼筋,鋼筋的凈距離,保護(hù)層厚度,光面受力鋼筋端部加彎鉤(P20),2.4 鋼筋混凝土的一般構(gòu)造規(guī)定,1.混凝土保護(hù)層c：(P21),c,鋼筋的錨固、連接：(P21),2.3.4 粘結(jié)錨固長(zhǎng)度,l,a,錨固長(zhǎng)度主要取決于鋼筋的應(yīng)力、鋼筋與混凝土之間的平均粘結(jié)強(qiáng)度,in Chinese Code the anchorage length can be expressed as:,:鋼筋外表形狀系數(shù).Table 2.4.,