结构设计原理教案2012新

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1、 湖 南 水 利 水 电 职 业 技 术 学 院Hunan Hydroelectric Vocational Technology College结构设计原理教 案所属教研室 路桥教研室课程名称 结构设计原理课程类型 专业基础课 教材名称 结构设计原理出版社及出版时间 高等教育出版社；2008课程教学总学时数 56考试类型 考试专 业 道路桥梁技术年级、班级 10 路桥一班主讲教师、职称 李艳梅水利建筑工程系编 课题0.1 钢筋混凝土结构的基本概念0.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用0.3 本课程的特点与学习方法计划学时 1基本要求熟悉钢筋砼结构的定义及特点；钢筋与砼共同工作的机理了解混凝

2、土结构的发展简况及其工程应用，了解本课程的特点与学习方法内容重点1、熟悉混凝土结构的类型；2、掌握钢筋和混凝土能共同工作的主要原因；3、熟悉混凝土结构的优缺点。4、混凝土结构的发展简况及其工程应用5、本课程的特点内容难点 钢筋和混凝土这两种性质不同的材料能够组合在一起共同工作的原因。讲授内容 备注一、钢筋混凝土结构的概念钢筋和混凝土这两种材料按照合理的方式结合在一起共同工作，钢筋主要承受拉力，混凝土主要承受压力。二、混凝土结构的分类1、素混凝土结构2、钢筋混凝土结构3、预应力混凝土结构4、其他形式的加筋混凝土结构三、钢筋和混凝土能够有效结合在一起共同工作的原因1、钢筋和混凝土之间存在粘结力，使

3、二者之间能传递力和变形。粘结力是使这两种不同性质的材料能够共同工作的基础。2、钢筋和混凝土两种材料的温度线膨胀系数接近。当温度变化时，钢筋和混凝土的粘结力不会因两者之间过大的相对变形而破坏。四、钢筋混凝土基本构件的分类1、受弯构件2、受压构件3、受拉构件4、受扭构件5、复杂受力构件，如压弯构件、拉弯构件、弯扭构件、拉弯扭构件等。五、混凝土结构的优点1、强度高熟练掌握基本概念透彻理解钢筋和混凝土能共同工作的原因熟悉钢筋混凝土结构的优缺点 2、耐久性好3、耐火性好4、可模性好5、整体性好6、易于就地取材六、混凝土结构的缺点1、结构自重大2、抗裂性差3、一旦损坏修复比较困难4、施工受季节环境影响较大

4、0.2 混凝土结构的发展简况及其工程应用一、混凝土结构发展的几个阶段1、第一阶段：2、第二阶段：3、第三阶段：二、混凝土结构的工程应用1、房屋建筑工程2、桥梁工程3、特种结构与高耸结构4、水利及其他工程三、混凝土结构的发展概况1、材料方面2、结构方面3、施工技术四、混凝土结构计算理论的发展概况1、混凝土结构计算理论的发展概况目前，包括我国在内的很多国家都采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。2、我国混凝土结构设计规范的发展概况现行混凝土结构设计规范0.3 本课程的特点与学习方法一、本课程的特点与学习方法 1、掌握好钢筋和混凝土材料的力学性能2、钢筋和混凝土两种材料的数量比例和强度搭配问题3、

5、计算公式4、学会对多种因素进行综合分析的设计方法5、学会运用现行的混凝土结构设计规范 （GB500102002）解混凝土结构的发展简况及其工程应用了解本课程的特点熟悉学习方法 课题1 钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能1.1 钢筋的形式和品种1.2 钢筋的力学性能1.3 钢筋的冷加工和热处理1.4 对钢筋质量的要求1.5 钢筋的蠕变、松弛和疲劳1.6 混凝土的强度等级1.7 混凝土的强度1.8 荷载作用下混凝土的变形性能1.9 混凝土的徐变和收缩1.10 钢筋与混凝土间的黏结1.11 钢筋混凝土的一般构造规定计划学时 3基本要求掌握钢筋的力学性能，熟悉钢筋的形式和品种掌握混凝土的强度

6、等级的划分，熟悉对钢筋质量的要求及钢筋的蠕变、松弛和疲劳的概念，了解钢筋的冷加工和热处理掌握混凝土强度和变形性能，熟悉混凝土的徐变和收缩内容重点1、钢筋的形式和品种2、掌握钢筋的力学性能3、混凝土的强度等级4、对钢筋质量的要求，蠕变、松弛和疲劳的概念5、冷加工和热处理工艺6、掌握混凝土的强度和大小如何确定7、掌握荷载作用下混凝土的变形性能8、掌握混凝土的徐变和收缩9、钢筋与混凝土间的黏结10、钢筋混凝土的一般构造规定内容难点钢筋的力学性能混凝土的强度等级的划分，钢筋质量的要求立方体抗压强度、复杂受力状态下的强度混凝土在荷载作用下的应力-应变曲线徐变和收缩的概念、分析讲授内容 备注1. 1 钢筋

7、的形式和品种一、钢筋的主要化学成分铁（Fe） 、碳（C） 、锰（ Mn） 、硅（Si） 、磷（P） 、硫（S）二、钢筋和钢丝的分类1、热轧钢筋：HPB235 、HRB335、HRB400 、RRB4002、冷拉钢筋3、钢丝了解钢筋的形式和品种掌握钢筋的力学性能 4、热处理钢筋1.2 钢筋的力学性能一、有明显屈服点的钢筋的应力应变曲线热轧钢筋和冷拉钢筋属于有明显屈服点的钢筋。二、 无明显屈服点的钢筋的应力应变曲线钢丝和热处理钢筋属于无明显屈服点的钢筋。一般取残余应变为 0.2的应力为“条件屈服强度1.3 钢筋的冷加工和热处理一、冷拉只能提高钢筋的抗拉强度二、冷拔可以同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强

8、度1.4 对钢筋质量的要求一、屈服强度熟悉基本概念掌握混凝土的强度等级的有关内容 在一般结构的设计中，取屈服强度作为可以利用的应力上限，也就是钢筋的强度。二、强屈比极限抗拉强度与屈服强度的比值不低于 1.25三、伸长率四、四项保证屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能五、钢筋的接头形式1.5 钢筋的蠕变、松弛和疲劳一、蠕变钢筋在高应力作用下，随时间增长其应变继续增加的现象。二、松弛钢筋受力后，若保持长度不变，则其应变随时间增长而降低的现象。 三、钢筋的疲劳钢筋在承受重复、周期动荷载作用下，经过一定次数后，从塑性破坏的性质转变成脆性破坏突然断裂的现象。钢筋在疲劳破坏时的强度低于钢筋在静荷载下的

9、极限强度。1.6 混凝土的强度等级一、混凝土的立方体强度混凝土的立方体强度，是衡量混凝土强度大小的基本指标，是评价混凝土等级的标准。用符号 fcu 表示，单位为 N/mm2 。规范规定：用边长为 150mm 的标准立方体试件，在标准养护条件下（温度 20土 3 ，相对温度不小于 90）养护 28d 后在试验机上试压。试验时，试块表面不涂润滑剂，全截面受力，加荷速度约为 0.150.25N/(mm 2.s)。二、混凝土的强度等级我国现行混凝土结构设计规范规定的混凝土强度等级，是按立方体强度标准值确定的，用符号 C 表示，规范中列出 14 个等级，即：C15、C20、C25、C30、C35、C40

10、、C45 、 C50、 C55、 C60、C65、C70、C75、C80。字母 C 后面的数字表示以 N/mm2 为单位的立方体抗压强度标准值。1.7 混凝土的强度一、混凝土的立方体抗压强度立方体抗压强度是混凝土的基本强度指标。混凝土结构设计中使用的混凝土其他强度值，都可以根据立方体强度值换算得出。二、混凝土的轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）f c标准棱柱体试件：150150300三、混凝土的轴心抗拉强度 ft混凝土的抗拉强度远小于其抗压强度，一般只有抗压强度的11819 。四、复杂受力状态下混凝土的强度混凝土两向受压和三向受压时，各个方向上的抗压强度都有很大的提高。1.8 荷载作用下混凝土的变

11、形性能一、混凝土的应力应变关系二、混凝土的弹性模量1、初始弹性模量 0tancE2、切线模量3、割线模量1tac规范推荐 5210(/)4.72.ccuENmf三、泊松比横向应变与纵向应变的比值称为泊松比。 2(1)ccEG1.9 混凝土的徐变和收缩一、 混凝土的徐变混凝土在荷载长期作用下产生随时间而增长的变形称为徐变。徐变会造成结构的内力重分布，会使结构变形增大，会引起预应力损失，在高应力作用下，还会导致构件破坏。二、混凝土的收缩和膨胀混凝土在空气中结硬时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。混凝土在水中结硬时体积会膨胀，这种现象称为混凝土的膨胀。1.10 钢筋与混凝土间的粘结一、 钢筋与混

12、凝土之间粘结力1、钢筋与混凝土接触面上化学吸附作用力，也称胶结力。2、混凝土的收缩将钢筋紧紧握固而产生摩擦力。3、钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力，也称咬合力。4、钢筋端部加弯钩、弯折或在锚固区焊短钢筋、焊角钢等来提供锚固能力。二、直段光面钢筋的粘结能力来源于胶结力和摩擦力。三、变形钢筋的粘结能力主要来源于摩擦力和机械咬合作用力。1.11 钢筋混凝土的一般构造规定一、 混凝土保护层从钢筋外边缘到混凝土外边缘的距离为混凝土的保护层厚度。二、钢筋的锚固三、钢筋的连接四、纵向钢筋的最小配筋率课题2 结构按极限状态法设计的原则2.1 结构的功能要求2.2 结构的极限状态计划学时 2基本

13、要求 熟悉结构的功能要求，理解作用、作用效应、抗力和可靠性的概念掌握结构的极限状态内容重点1、结构的作用、作用效应和抗力2、结构的功能要求3、结构的可靠性与安全等级4、结构的极限状态的概念5、结构的极限状态的分类6、结构极限状态方程内容难点结构的作用的分类结构的功能要求安全等级结构的极限状态的分类结构的极限状态方程讲授内容 备注2.1 结构的功能要求一、混凝土结构的组成结构是由不同受力构件组成的承受各种外部作用的骨架。二、结构上的作用结构上的作用是指施加在结构上的集中荷载或分布荷载（包括永久荷载、可变荷载等） ，以及引起结构外加变形或约束变形的原因，如基础沉降、温度变化、混凝土收缩、焊接等作用

14、。施加在结构上的集中荷载或分布荷载称为直接作用。引起结构外加变形或约束变形的其他作用称为间接作用。三、结构上的作用的分类 、按随时间的变异分类1、永久作用2、可变作用3、偶然作用、按随空间位置的变异分类1、固定作用2、可动作用、按结构的反映分类1、静态作用2、动态作用四、荷载效应S结构上的作用使结构产生的内力和变形（如轴力、弯矩、剪力扭矩、挠度、转角和裂缝等）称为作用效应，若作用为直接作用，则其效应称为荷载效应 S。五、结构抗力R结构或结构构件承受内力和变形的能力（如构件的承载能力、刚度等）称为结构抗力 R。六、结构的功能要求1、安全性2、实用性3、耐久性七、结构的可靠性结构在规定的时间内，在

15、规定的条件下，完成预定功能的能力。八、结构的安全等级2.2 结构极限状态一、极限状态的概念结构在即将不能满足某项功能要求时的特定状态，称为该功能的极限状态。二、极限状态的分类 承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载力或产生了不适于继续承载的过大变形。1、整个结构或其中的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆、过大的滑移)；2、结构构件或连接因材料强度被超过而破坏(包括疲劳破坏) ，或因过度的塑性变形而不适于继续承载(如受弯构件中的少筋梁) ；3、结构转变为机动体系(如超静定结构由于某些截面的屈服，使结构成为几何可变体系)；3、 结构或构件丧失稳定(如细长柱达到临界荷载发生压屈) 。、 正常使用极限状

16、态结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的极限状态。1、影响正常使用或外观的变形(如过大的挠度)；2、影响正常使用或耐久性的局部损坏(如不允许出现裂缝结构的开裂，对允许出现裂缝的构件，其裂缝宽度超过了允许限值)；3、影响正常使用的振动；4、影响正常使用的其它特定状态，如相对沉降量过大等。通常按承载能力极限状态进行结构构件的设计。再按正常使用极限状态进行验算。二、 结构极限状态方程 (,)ZRSg当 Z0 时，结构处于可靠状态。当 Z0 时，结构处于失效状态。当 Z0 时，结构处于极限状态课题 2.3 极限状态设计法 计划学时 4基本要求 掌握极限状态设计表达式内容重点1、结构的可靠度的概念2、掌握实用的设计表达式内容难点 实用设计表达式讲授内容 备注2.3 极限状态设计法一、结构可靠度结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。二、结构目标可靠指标破坏状态有延性破坏和脆性破