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1、城市轨道交通结构设计与施工 Structural Design and Construction of Urban Rail Transit主讲：周顺华 教授 同济大学交通运输工程学院第三章 限界目录第一节 材料的物理力学性质第二节 钢筋混凝土受弯构建抗弯设计第三节 受弯构件斜截面承载能力计算第四节 钢筋混凝土受压构件计算 第五节 钢筋混凝土受弯构件的变 形计算及裂缝控制第六节 预应力混凝土构件抗弯设计概论v 钢筋混凝土结构优点 耐久性和耐火性较好，维护费用低。 充分发挥了钢筋和混凝土两种材料的特点，其构件有较大的强度和刚度。 可模性好，可根据需要浇筑成各种形状的结构。 耐辐射、耐腐蚀性能较好
2、。 混凝土材料中大部分为砂石，便于就地取材。v 钢筋混凝土结构缺点 检查、加固、拆除等比较困难。 自重较大，使得结构的很大一部分承载能力消耗在承受其自身重量上。概论v 预应力混凝土结构优点 可以节省材料，减少自重。 提高了构件的抗裂强度和刚度，增加了结构的耐久性。 可以减小混凝土梁的竖向剪应力和主拉应力。 预应力可作为结构构件连接的手段，促进了新型大跨度结构体系与施工方法的 发展。 结构质量安全可靠。v 预应力混凝土结构缺点 需要有专门的设备如张拉机具、灌浆设备等。 施工工艺较复杂，对施工质量要求很高。概论 预应力混凝土结构的施工费用较大。 预应力反拱度不易控制。v 结构的功能要求 适用性。
3、安全性。 耐久性。1.材料的物理力学性质v 钢筋 钢筋分类 钢筋混凝土结构对钢筋的性能要求 钢筋的计算强度钢筋的计算强度（Mpa） 表4-1 1.材料的物理力学性质v 混凝土 立方体抗压强度 轴心抗压强度 和轴心抗拉强度 混凝土的徐变 混凝土的收缩1.材料的物理力学性质v 钢筋与混凝土的黏结 黏结力的作用 黏结力的组成 保证钢筋与混凝土之间黏结力的构造措施满足钢筋的锚固长度 光圆钢筋端头做弯钩 保证钢筋的塔接长度保证钢筋与砼共同作用，阻止钢筋在混凝土中滑移。化学胶着力、摩擦力、机械咬合力、钢筋端部锚固力。2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计v 钢筋混凝土受弯构件的破坏形态 少筋梁破坏梁的配筋率很低，
4、属脆性破坏。 适筋梁破坏梁的配筋率适当，属延性破坏。 超筋梁破坏梁的配筋率很高，属脆性破坏。（a)适筋梁弯矩-挠度关系曲线（b) ）适筋梁弯矩-应变关系曲线2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计图4-2 矩形截面适筋梁受弯构件破坏的三个阶段的应力应变分布v 适筋梁破坏过程2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计v 正截面受弯承载力计算基本假定 平截面假定。 不考虑受拉区的混凝土参与工作假定。 受压区混凝土应力-应变曲线采用抛物线加直线的曲线形式，如图4-3所 示。钢筋应力-应变曲线采用两段直线的曲线形式，如图4-4所示。图4-3 混凝土应力应变曲线图4-4 钢筋应力应变曲线2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计v 受弯
5、构件正截面受弯的应力图形图4-6 矩形截面受弯构件正截面等效应力分布及受压区高度图4-5 混凝土正截面理论应力应变分布图2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计v 基本计算公式我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规 定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式钢筋拉应力：中性轴处的剪应力： 单筋矩形截面梁计算公式根据混凝土结构设计规范（GB50010-2010）进行极限状态法设计，其 计算公式如下：我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规 定对于钢筋混凝土结构应按容许应力
6、法进行设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式钢筋拉应力：我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规 定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式中性轴处的剪应力：钢筋拉应力：我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规 定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规 定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行
7、设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式钢筋拉应力：我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规 定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式中性轴处的剪应力：钢筋拉应力：我国现行铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3规 定对于钢筋混凝土结构应按容许应力法进行设计。钢筋混凝土适筋受弯构件，处于弹性工作状态，其混凝土的压应力计算式2.钢筋混凝土受弯构件抗弯设计 双筋矩形截面梁计算公式双筋矩形截面梁承载能力极限状态计算公式如下 ：3.受弯构件斜截面承
8、载能力计算v 受弯构件斜截面破坏形态 剪压破坏 斜拉破坏 斜压破坏v 影响斜截面受剪承载力的主要因素 混凝土强度 剪跨比 纵筋配筋率 荷载作用形式 梁截面尺寸3.受弯构件斜截面承载能力计算v 有腹筋梁受剪性能有腹筋梁受剪承载力基本公式：均布荷载作用下的梁受剪承载力计算公式 ：4.钢筋混凝土受压构件设计v 轴心受压构件 轴心受压构件分类 轴心受压构件强度计算 轴心受压构件稳定性计算 轴心压力作用下的构件的破坏4.钢筋混凝土受压构件设计v 偏心受压构件 偏心压力作用下的构件的破坏 轴心受压构件混凝土正应力计算5.钢筋混凝土受弯构件的变形计算及裂缝控制v 变形计算 挠度控制理由使用功能要求 安全行车
9、要求 用户心理要求 砖墙（板）稳定要求 造成挠度过大的荷载条件对正常使用极限状态按荷载持续时间长短可分：荷载短期效应组合 荷载长期效应组合5.钢筋混凝土受弯构件的变形计算及裂缝控制v 裂缝控制 裂缝开裂控制理由外观要求 耐久性要求 裂缝开裂控制标准混凝土结构设计规范（GB 50010-2010） 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构设计规范（ TB 10002.3-2005）6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计v 预应力混凝土构件受弯性能 预应力施加方法 预应力混凝土从预加应力到破坏，根据所受应力分为三阶段先张法、后张法、电热法等弹性阶段、开裂阶段和破坏阶段 全预应力混凝土受弯构件设计6.预应
10、力混凝土受弯构件抗弯设计v 预应力损失计算 预应力筋与孔壁壁间的摩擦引起的损失 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 对于先张法构件，混凝土加热养护时，先张拉的预应 力筋与台座之间的温差引起的损失6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计v 预应力损失计算 预应力筋的应力松弛引起的损失 混凝土收缩和徐变引起的损失 在后拉法结构中，当分批张拉预应力钢筋时，对先张拉的钢筋 应考虑混凝土的弹性压缩引起的应力损失与 均参照铁路桥涵钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构设计 规范（TB 10002.3-2005）相关规定计算6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计v 预应力混凝土受弯构件的计算方法 正截面承载力计算参照铁路
11、桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 （TB 10002.3-2005）：矩形截面受弯构件正截面强度 斜截面承载力计算配有预应力、非预应力钢筋、弯起钢筋梁斜截面受剪承载力应按下式计算：6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计v 预应力混凝土受弯构件的计算方法 使用阶段抗裂验算对于轴心受拉、小偏心受拉或小偏心受压构件对于受弯、小偏心受拉或大偏心受压构件对不允许出现拉应力的构件，其正截面抗裂性按下面公式计算：对不允许出现拉应力的构件，其斜截面抗裂性按下面公式计算：6.预应力混凝土受弯构件抗弯设计v 预应力混凝土受弯构件的计算方法 使用阶段最大裂缝宽度及变形验算对允许开裂的预应力混凝土受弯构件在运营荷载作用下的特征裂缝宽 度应符合：对于主力组合，不得大于0.1mm 对于主力加附加力组合，不得大于0.15mm 对于特种超荷组合，不得大于0.25mm
