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1、钢筋混凝土结构,4.1 材料的力学性能,4.1.1 钢筋的类别及力学性能4.1.1.1 钢筋的种类和级别1） 热轧钢筋HPB235,HRB335,HRB400,RRB4002） 冷轧带肋钢筋3） 预应力混凝土用钢棒、螺纹钢筋4） 消除预应力钢丝和钢绞线,4.1.1 .2钢筋的力学性能,软钢s ses理想弹塑性本构模型,硬钢应力应变曲线,4.1.1.3 混凝土结构对钢筋性能的要求1）钢筋的强度2）钢筋的塑性3）钢筋的可焊性4）钢筋的耐火性5）钢筋与混凝土的粘结力,4.1.2 混凝土的强度、变形及其影响因素4.1.2.1 混凝土的强度 1）混凝土立方体抗压强度及混凝土强度等级 2）混凝土轴心抗压强
2、度 3）混凝土抗拉强度 A. 直接拉伸法B. 劈裂法 4）复合应力状态下混凝土的强度,4.1.2.2 混凝土的变形1）一次短期荷载下的混凝土应力应变曲线 2）混凝土单轴受压应力应变曲线的简化模型 3）混凝土的弹性模量 4）混凝土重复荷载下的变形性能 5）荷载长期作用下混凝土的变形性能 6）混凝土的收缩混凝土在空气中结硬时体积减小的现象,混凝土的徐变混凝土的徐变是指混凝土在长期荷载作用下应变或变形随时间而增长的现象。影响混凝土徐变的因素很多，可主要归结为三个方面：加载史；混凝土内在因素；环境因素。（1）应力越大徐变越大，当混凝土应力较大时（sc0.5fc），产生非线性徐变，徐变变形比应力增长要快
3、。荷载持续的时间越长，徐变越大。（2）混凝土龄期越小，徐变越大。（3）混凝土强度高，密实度高徐变小。（4）水灰比越大徐变越大，当水灰比不变时，水泥用量越多徐变越大。（5）构件的厚度小，徐变大。（6）养护条件好（高温高湿）徐变小。,4.1.2.3 钢筋与混凝土共同工作的基础 （1）钢筋与混凝土有大体相同的温度膨胀系数，钢材线膨胀系数为1.210-5，混凝土为（1.01.5）10-5。这样，在温度变化时，温度应力的影响一般可不予考虑。（2）混凝土对钢筋起到很好的保护作用，可避免钢筋过早锈蚀，提高耐久性。（3）钢筋与混凝土之间有很好的粘结作用。,4.2 钢筋混凝土结构基本计算原则,4.2.1 现行水
4、工混凝土结构设计规范（SL191-2008）采用的计算方法 采用极限状态设计方法，在规定的材料强度和荷载取值条件下，采用在多系数分析基础上以安全系数表达的方式进行设计。 4.2.1.1 结构功能的极限状态及其分类 1.极限状态的定义2.极限状态的分类承载力极限状态正常使用极限状态,4.2.1.2 荷载分类及荷载标准值1）荷载分类结构上的荷载，按其随时间的变异性不同可分为以下三类;（1）永久荷载（恒荷载）；（2）可变荷载（活荷载）；（3）偶然荷载； 2）荷载标准值,荷载的标准值的取值,4.2.1.3 材料强度的标准值与设计值 1）材料强度的标准值 mf材料强度平均值； sf材料强度标准差； af
5、材料强度标准值的保证率系数； df材料强度变异系数。 2） 材料的强度设计值 混凝土c=1.4 软钢取s =1.1 硬钢取s =1.4,材料强度标准值、设计值,4.2.2.1 承载力极限状态设计表达式 设计表达式：1 基本组合 当永久荷载对结构起不利作用时：当永久荷载对结构起有利作用时：,4.2.2 极限状态设计的实用设计表达式,2 偶然组合,混凝土结构构件的承载力安全系数K,SAk偶然荷载标准值产生的荷载效应,4.2.2.2 正常使用极限状态设计表达式Sk()正常使用极限状态的荷载效应组合值函数C结构的功能限值（裂缝宽度或挠度限值）fk材料强度标准值ak结构构件几何参数的标准值,4.3 承载
6、能力极限状态计算,4.3.1 钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算4.3.1.1受弯构件截面形式4.3.1.2受弯构件正截面试验研究,梁的工作阶段A.试验结果分析B.梁的工作阶段.第阶段拉区混凝土未裂阶段 .第 阶段裂缝阶段 .第 阶段破坏阶段 C.梁正截面破坏形态.适筋破坏 .超筋破坏 .少筋破坏,4.3.1.3 正截面受弯承载力计算1）基本假定(1)平截面假定。(2)不考虑受拉区混凝土参加工作，拉力完全由钢筋承担。(3)采用理想化的混凝土的应力应变（sc ec）关系曲线作为计算的依据。 (4)钢筋ss es关系曲线采用理想弹塑性模型。,2）界限破坏及界限受压区高度,图4.3.10 适筋、超筋
7、、界限破坏时的截面平均应变图,As,x0b,h0,h,b,es= ey,Mu,s0,fyAs,Mu,fc,x0b,h0,xb,x0b,fyAs,ecu,图4.3.11 界限破坏时的截面受压区高度及混凝土等效应力图形,界限破坏时截面实际相对界限受压区高度x0b:,在实际设计计算中，用矩形等效应力图代替实际应力图，并近似取 xb=bx0b，故：水工规范取b=0.8,ecu=0.0033,则： (4.3.5) 式中xb相对界限受压区计算高度；xb界限受压区计算高度；h0截面有效高度；fy钢筋抗拉强度设计值；Es钢筋弹性模量； 理论上讲，计算高度x=x/h0xb，则为适筋破坏；若x=x/h0xb，则为
8、超筋破坏。 新规范SL191-2008与规范SL/T191-96相比给出更严格的规定，即： x0.85xb（ x 0.85xbh0） 从式(4.3.5)可以看出，相对界限受压区计算高度xb和钢筋等级有关。 对于没有明显屈服点的钢筋，因ey=fy/Es+0.002,带入式(4.3.5)， 可得： (4.3.6),4.3.1.4 单筋矩形截面构件正截面承载力计算 基本公式：（4.3.7）（4.3.8）1）截面配筋设计 （1）由式（4.3.8）计算 （2）由 ，求x。 （3）若x0.85xb，则求r=xfc/fy，As=rbh0。 若As0.85xb，则梁会发生超筋破坏，应增大梁截面尺寸或提高混凝土
9、强度或采用后面介绍的双筋截面。 2）承载力复合 （1）由式（4.3.7）计算x。 （2）如果x 0.85xb，则由式（4.3.8）计算K；如果x 0.85xb ， 则取x = 0.85xb ，仍由式（4.3.8）近似计算K。 （3）如果KK，则梁正截面承载力符合要求，否则梁正截面承载力不符合要求。K为规范规定的承载力安全系数,4.3.2 钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算4.3.2.1 概述4.3.2.2 无腹筋梁的斜截面受剪破坏形态1）斜拉破坏2）剪压破坏3）斜压破坏,4.3.2.3 影响梁斜截面承载力的主要因素1）剪跨比2）混凝土强度fc 3）纵筋配筋率r,4.3.2.4 有腹筋梁斜截面受
10、剪承载力计算 1）腹筋作用 2）有腹筋梁的破坏形态 3）有腹筋梁斜截面受剪承载力计算公式A.仅配箍筋,对于承受集中力为主的重要的独立梁，上式中的系数 0.7改为0.5；1.25改为1.0。,B. 同时配有箍筋和弯起钢筋,4）公式的适用范围 A.上限当hw/b4时当hw/b6时当4 hw/b3%时，A应改为净截面面积An， An=A-As；As全部纵向钢筋的截面面积；fc混凝土的轴心抗压强度设计值；fy纵向钢筋的抗压强度设计值；j轴心受压构件的稳定系数。,4.3.4.2 偏心受压构件的承载力 1）偏心受压构件的的破坏形态和分类A、大偏心受压破坏B、小偏心受压破坏C、界限破坏 2）矩形偏心受压构件
11、的基本计算公式,O,C,M,(M3，N3),B(Mb，Nb),(M1，N1),A,N,D,(M2，N2),偏心受压构件的弯矩轴力关系,3）不对称配筋矩形偏心受压构件的截面设计与承载力复合 4）对称配筋矩形偏心受压构件的截面设计A、对称配筋大偏心受压构件截面设计如果2asxxbh0如果x0.3fcA时，取N=0.3fcA，此处A为构件的截面面积。,4.3.5 钢筋混凝土受拉构件承载力计算4.3.5.1 概述4.3.5.2 轴心受拉构件承载力计算4.3.5.3 大偏心受拉构件正截面承载力计算4.3.5.4 小偏心受拉构件正截面承载力计算,4.3.5.5 矩形、T形和工字形截面的偏心受拉构，其斜截面
12、受剪承载力应按下式计算：,当式中右边的计算值小于时，取等于 且箍筋的受剪承载力Vsv值不小于0.36ftbh0。 式中 N与剪力设计值V相应的轴向拉力设计值；,4.4 正常使用极限状态验算,4.4.1 钢筋混凝土构件裂缝控制验算 4.4.1.1 裂缝控制 （1）抗裂验算： （2）裂缝宽度验算：水工规范根据水工混凝土结构所处的环境可分为下列五个类别：一类室内正常环境；二类室内潮湿环境、露天环境、长期处于地下或水下的环境；三类淡水水位变动区或有侵蚀性地下水的地下环境，海水水下区；四类海上大气区，海水水位变动区；五类使用除冰盐环境，海水浪溅区，严重化学侵蚀性环境。,4.4.1.2 裂缝的成因及对策 1）直接由荷载引起的裂缝 2）非荷载因素引起的裂缝A、由于温度变化引起的裂缝B、由于混凝土收缩引起的裂缝C、由于基础不均匀沉降所引起的裂缝D、由于混凝土塑性塌落所引起的裂缝E、由于冰冻所引起的裂缝F、由于钢筋锈蚀所引起的裂缝G、由于碱骨料反应引起的裂缝,
