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1、1 绪 论 Introduction,1.1 混凝土结构的一般概念和特点,以混凝土材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材料的结构，均可称为混凝土结构(Concrete Structure)。,二、钢筋与混凝土共同工作的条件 钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力(Bond)，在荷载作用下，保证两种材料变形协调(Same Deformation under load)，共同受力；, 钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数(Temperature linear expanding index)（钢材为1.210-5，混凝土为(1.01.5)10-5），因此当温度变化时，两
2、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。,混凝土结构的优点： 材料利用合理：钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题，单位应力价格低，对于一般工程结构，经济指标优于钢结构。 可模性好：混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱形结构等。 耐久性和耐火性较好，维护费用低：钢筋有混凝土的保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长；混凝土是不良热导体，30mm厚混凝土保护层可耐火2小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。, 包围在钢筋外面的混凝土，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，保证了钢筋和混凝土的共同作用。
3、, 现浇混凝土结构的整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。 刚度大、阻尼大，有利于结构的变形控制。 易于就地取材：混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，近年来，已有利用工业废料来制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。,混凝土结构的缺点： 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。, 承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太大，减小使用空间。, 施工复杂
4、，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。,钢模、飞模、滑模等，泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等,混凝土结构加固技术不断得到发展，如最近研究开发的采用碳纤维布加固混凝土结构技术，快速简便。,1.3 结构的功能和极限状态简述,1.3.1、建筑结构的功能,1.3.2 结构的极限状态,整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的要求，该状态称为该功能的极限状态。结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。区分结构“可靠”与“失效”的
5、临界工作状态称为“极限状态”。,1.承载能力极限状态： 超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。例如：,结构或构件达到最大承载力（包括因疲劳而破坏） 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移） 结构塑性变形过大而不适于继续使用 结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰） 结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）,第一章 绪论,1.3 结构的功能和极限状态简述,2.正常使用极限状态 超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。例如：,过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）； 过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水
6、等）； 过大的振动（不舒适）； 其他不满足正常使用要求。,第一章 绪论,1.3 结构的功能和极限状态简述,进行结构设计时，结构或构件按承载能力极限状态进行计算后，还应该按正常使用极限状态进行验算。 即：设计的结构或构件在满足承载能力极限状态的同时也要满足正常使用极限状态。,9,1.3.3 荷载和材料强度 结构上的作用直接作用：荷载间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等 作用在结构上并使结构产生内力（如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等作用称为作用效应或荷载效应。 荷载和荷载效应之间通常按某种关系相联系。,第一章 绪论,1.3 结构的功能和极限状态简述,荷载的分类,结构
7、上的荷载，按其作用时间的长短和性质，可分为三类：(1)永久荷载G 在结构设计使用年限内，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。(2)可变荷载Q 在结构设计基准期内其值随时间而变化，其变化与平均值不可忽略的荷载。(3)偶然荷载Q 在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷载。,第一章 绪论,1.3 结构的功能和极限状态简述,荷载的标准值和设计值,荷载的基本代表值荷载的标准值 验算变形和裂缝宽度荷载的标准值 计算截面承载力荷载的设计值 荷载设计值=荷载标准值荷载分项系数,第一章 绪论,1.3 结构的功能和极限状态简述,永久
8、荷载（恒荷载）分项系数，一般取1.2；对永久荷载效应控制的组合一般取1.35；当永久荷载效应对结构有利时取1.0。,可变荷载（活荷载）分项系数，一般取1.4。,内力的标准值和设计值,按荷载标准值计算得到的内力内力的标准值 按荷载设计值计算得到的内力内力的设计值,第一章 绪论,1.3 结构的功能和极限状态简述,验算变形和裂缝宽度材料强度的标准值计算截面承载力材料强度的设计值,材料强度的标准值和设计值,第二章 钢筋和混凝土材料的力学性能,2.1 混凝土(Concrete) 一、混凝土的强度(Strength of concrete) 1、混凝土强度等级（ Strength Grade ） 混凝土的
9、强度等级是用立方体抗压强度来划分的 混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下203，90%湿度(Degree of humidity)养护(curing)28天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂(lubricant)）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度(Cube Strength)，用符号C表示。 C30：fcu,k=30N/mm2,2. 影响立方体抗压强度的因素试验方法：涂润滑剂，受压时没有“套箍”作用，测得的抗压强度低； 尺寸影响：尺寸越大，强度越低；（尺寸效应） 加荷速度：速度越快，强度越高； 龄期：龄期越长，强度越高。,3、
10、轴心抗压强度Axial Compressive Strength,轴心抗压强度采用棱柱体试件(Prism sample)测定，用符号fc表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为h/b=23（？），我国通常取150mm150mm 300mm 的棱柱体试件，也常用100100300试件。 对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。,4、轴心抗拉强度Axial Tensile Strength,由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强度(Splitting Strength ),第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2、混凝土的弹性模量
11、 Modulus of Elasticity,原点切线模量 Initial Modulus,割线模量 Secant Modulus,切线模量 Tangent Modulus,弹性系数n (coefficient of elasticity) 随应力增大而减小 n =10.5,2.1 混凝土,（二）、荷载长期作用下混凝土的变形性能 1、混凝土的徐变 Creep 结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象称为徐变。,影响因素,影响因素：,（1）混凝土的应力大小 （2）加载时混凝土的龄期 （3）混凝土的制作方法和养护条件 （4）构件形状和尺寸 （5）混凝土的组成 （6）钢筋,第二章
12、 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 钢 筋,热轧钢筋 分类 HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级,HPB,HRB,RRB,屈服强度 fyk（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%） HPB235级： fyk = 235 N/mm2 HRB335级： fyk = 335 N/mm2 HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3.1 粘结的意义粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基础,粘结应力：钢筋混凝土受力后会沿钢筋和混凝土接触面上产生剪应力，称为粘结应力,2.3.2 粘结力
13、的形成,（）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。 （）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。 （）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。,第三章 受弯构件正截面承载力计算,适筋梁正截面受弯三个受力阶段的主要特点,二、正截面受弯的三种破坏形态,超筋,适筋,少筋,受拉钢筋先屈服，然后受压区混凝土压坏，中间有一个较长的破坏过程，有明显预兆，属于“塑性破坏”，破坏前可吸收较大的应变能。,在钢筋没有达到屈服前，压区混凝土就会压坏，表现为没有明显预兆
14、的混凝土受压脆性破坏的特征。,钢筋有可能在梁一开裂时就进入强化，甚至拉断， 梁的破坏与素混凝土梁类似，属于受拉脆性破坏特征。,3.5 双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算,双筋截面是指同时配置受拉和受压钢筋的情况。,一般来说采用双筋是不经济的，工程中通常仅在以下情况下采用： 当截面尺寸和材料强度受建筑使用和施工条件（或整个工程）限制而不能增加，而计算又不满足适筋截面条件时，可采用双筋截面，即在受压区配置钢筋以补充混凝土受压能力的不足。 另一方面，由于荷载有多种组合情况，在某一组合情况下截面承受正弯矩，另一种组合情况下承受负弯矩，这时也会出现双筋截面。 此外，由于受压钢筋可以提高截面的延性，因此
15、，在抗震结构中要求框架梁必须配置一定比例的受压钢筋。,3.6 T型截面受弯构件正截面承载力计算,第二类T形截面,界限情况,第一类T形截面,第四章 受弯构件斜截面承载力计算,无腹筋梁,弯剪斜裂缝,腹剪斜裂缝,三、无腹筋梁的剪切破坏形态,剪跨比,（l3）斜拉破坏,（1l 3）剪压破坏,四、影响无腹筋梁受剪承载力的因素（共5个因素）, 剪跨比l, 混凝土强度,纵筋配筋率,截面形状,尺寸效应,我国规范目前采用的是半理论半经验的实用计算公式。 对于梁的三种斜截面受剪破坏形态，在工程设计时都应该设法避免，但采用的方式有所不同。 对于斜压破坏，通常是采用控制截面的最小尺寸来防止的。 对于斜拉破坏，采用满足最
16、小配箍率及构造要求来防止的。 对于剪压破坏，因为其承载力变化幅度较大，所以必须通过计算，使构件满足一定的斜截面受剪承载力来防止。 我国规范中规定的计算公式就是根据剪压破坏形态而建立的。,4.4 受剪承载力的计算,抵抗弯矩图(材料图，以下简称Mu图)，表示构件抵抗弯矩能力大小的图形，就是沿梁长各正截面实际配置的纵筋抵抗弯矩的图形。,4.5 受弯构件的钢筋布置及构造,一、抵抗弯矩图（材料图）,4.5 受弯构件的钢筋布置及构造,第四章 受弯构件斜截面受剪承载力,钢筋“充分利用点”， “不需要点”,25,122,25,a,c,b,d,钢筋充分利用点, 号钢筋在2点以外(向支座方向)就不再需要,号钢筋在3点以外也不再需要,号钢筋在a点以外也不再需要,钢筋不需要点,Mu,4.5 受弯构件的钢筋布置及构造,
