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1、混凝土结构设计原理,主讲：颜少荣,混凝土结构设计原理,课程内容,第1篇 钢筋混凝土结构 第2篇 预应力混凝土结构,混凝土结构设计原理,教学目标,掌握极限状态设计表达式的基本概念及在构件设计中的应用 熟悉混凝土、钢筋的力学性能及共同工作的条件 掌握钢筋混凝土结构基本构件的设计计算及构造要求 掌握预应力混凝土结构基本构件的设计计算及构造要求,混凝土结构设计原理,教学形式,课前预习 课堂讲授 课堂练习 课堂讨论 课外作业 课程设计（两周）,混凝土结构设计原理,考核方式,期中测验：开卷 笔试 期末考试：半开卷 笔试 基本概念（闭卷）+构件设计（开卷） 总评： 平时30%+期中10%+期末60%,混凝土
2、结构设计原理,教材,主讲教材： 黄平明 等 结构设计原理 人民交通出版社 2006 参考教材： 叶见曙结构设计原理 人民交通出版社 2005 叶见曙等结构设计原理计算示例人民交通出版社 2007 张树仁钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理 相关规范,第 1 章 钢筋混凝土概论,1.1概论 1.2特点,钢钢筋混凝土概论 筋混凝土概,概述,混凝土+钢筋=（钢筋）混凝土结构(构件),承载力有很大提高； 受力性能和破坏特征有明显改善。,功能强大的 Word！,概述,钢钢筋混凝土概论 筋混凝土概,钢筋和混凝土为什么能共同工作？,功能强大的 Word！,概述,钢钢筋混凝土概论 筋混凝土概,混凝土结硬后
3、与钢筋牢固地粘结在一起， 能相互传递应力。 钢筋与混凝土有相近的线膨胀系数 钢筋：c=1.210-5-1 混凝土：c=1.010-5 1.510-5-1 混凝土可以保护钢筋不发生锈蚀。 注意：玻璃纤维、碳纤维等抗拉强度高的 材料也可作配筋用。,钢钢筋混凝土概论 筋混凝土概,特点,优点：承载力大 就地取材,节约钢材 耐久、耐火 可模性好 整体性好、刚度大,钢钢筋混凝土概论 筋混凝土概,特点,缺点：自身重力较大: 性质脆、抗裂性较差: 施工工期较长： 隔热隔声性能较差：,钢钢筋混凝土概论 筋混凝土概,思考1,钢筋和混凝土为何能有效地结合在一起而共同工作？ 请列举其他两种不同力学性能的材料结合在一起
4、而共同工作的例子。,钢钢筋混凝土概论 筋混凝土概,思考2,谈谈你对钢筋混凝土结构一些优缺点的认识。 采取什么措施可以对混凝土结构存在的缺点进行改善？,第 2 章 钢筋混凝土材料,2.1 混凝土 2.2 钢筋 2.3 钢筋与混凝土之间的共同作用,钢筋混凝土材料,课程目标,熟悉混凝土在各种受力状态下的强度与变形性能及其选用原则； 熟悉土木工程用钢筋的品种、级别、性能及其选用原则； 了解钢筋与混凝土的共同工作原理，熟悉保证钢筋与混凝土之间协同工作的构造措施。,钢筋混凝土材料,混凝土-强度,a.立方体抗压强度 b.轴心抗压强度（棱柱体抗压强度） c.轴心抗拉强度,立方体试件尺寸,1.单向受力强度,钢筋
5、混凝土材料,混凝土-强度,a. 图2-3表明： 压-压：强度提高； 拉-拉：强度不变； 拉-压：抗拉和抗压强度都低。,图2-3双向应力状态强度变化曲线,2.复合应力状态下的强度双向受力,钢筋混凝土材料,混凝土-强度,b.图2.4表明： 拉-剪：抗拉、抗剪强度都降低； 压-剪：当/fc (0.50.7) 时，抗剪强度随压应力提高而增大；否则，内部裂缝增加，抗剪降低 抗压强度因剪应力存在而降低。,图2-4法向应力与剪应力组合时强度曲线,2.复合应力状态下的强度双向受力,钢筋混凝土材料,混凝土-强度,混凝土强度及延性均有较大提高！ 常规的三轴受压是在圆柱体周围加液压，在两侧向等压(2=3= fL0)
6、的情况下进行的。由试验得到的经验公式为： fccfc+(4.57.0) fL fL 侧向约束压应力,2.复合应力状态下的强度三向受压,钢筋混凝土材料,混凝土-变形,图2-5,1.混凝土在单调、短期加载作用下的变形：,上升段： OA段 B点 C点（峰值应力） 下降段（CD段）： D(反弯点)对应应变为极限应变 收敛段： 对工程而言已无意义,钢筋混凝土材料,混凝土-变形,图2-6,1.混凝土在单调、短期加载作用下的变形：,随强度等级提高： 应力峰值？ 达到应力峰值对应的应变？ 下降段斜率？ 反弯点D对应的应变？,钢筋混凝土材料,混凝土-变形,图1-14,2.混凝土在长期荷载作用下的变形：,图2-9
7、,钢筋混凝土材料,混凝土-变形,图2-10,3.混凝土的收缩,前3月收缩较快，两年趋于稳定，最终收缩应变大约（25）10-4，相当于温差1530,钢筋混凝土材料,钢筋-强度与变形,1.有明显流幅的钢筋-软钢,2.没有明显流幅的钢筋硬钢,公桥规取0.2=0.8b,钢筋混凝土材料,钢筋的成分、级别和品种,a.成分碳素钢、低合金钢,b.级别、级,c.强度种类及其符号见下表,钢筋混凝土材料,钢筋与混凝土之间的共同作用,1.粘结的作用共同工作的基础,普通钢筋基本锚固长度见下表2-2,钢筋混凝土材料,钢筋与混凝土之间的共同作用,1.粘结的作用普通钢筋基本锚固长度,钢筋混凝土材料,钢筋与混凝土之间的共同作用
8、,2.影响粘结强度的因素 （1）钢筋外形 （2）混凝土强度 （3）浇筑混凝土时钢筋位置 （4）包裹钢筋的混凝土厚度（净距，保护层厚度） （5）横向约束（如箍筋）,钢筋混凝土材料,练习(作业),混凝土轴心受压应力-应变曲线有何特点？ 混凝土强度等级对混凝土轴心受压应力-应变曲线有何影响。 公桥规规定使用的混凝土及普通热轧钢筋有哪些强度级别？ 为保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力要求采取哪些措施？,钢筋混凝土材料,测试 1，判断题,1混凝土立方体试块的尺寸越大，强度越高。（ ） 2混凝土在三向压力作用下的强度可以提高。（ ） 3普通热轧钢筋受压时的屈服强度与受拉时基本相同。（ ） 4混凝土受压破坏
9、是由于内部微裂缝扩展的结果。 （ ） 5混凝土强度等级愈高，胶结力也愈大。（ ） 6混凝土收缩、徐变与时间有关，且互相影响。 （ ）,钢筋混凝土材料,测试 2，单选题,1钢筋与混凝土能共同工作的主要原因是（ ）。 A.防火、防锈； B.混凝土对钢筋的握裹及保护； C.混凝土与钢筋有足够的粘结力，两者线膨胀系数接近； D.钢筋抗拉而混凝土抗压。 2混凝土若处于三向应力作用下，当（ ）。 A.横向受拉，纵向受压，可提高抗压强度； B.横向受压，纵向受拉，可提高抗压强度； C.三向受压会降低抗压强度； D.三向受压能提高抗压强度及延性。,功能强大的 Word！,第3章 概率极限状态设计方法,3.1
10、基本概念 3.2 公路桥涵设计规范的设计原则 3.3 材料强度取值 3.4作用、作用值与作用效应组合,概率极限状态设计方法,课程目标,1.了解设计方法的演变过程 2.理解结构可靠度、可靠指标、目标可靠指标的基本含义 3.掌握作用和材料强度的取值方法，作用效应组合 4.掌握极限状态设计表达式的基本概念及其在公路桥应用,概率极限状态设计方法,基本概念功能,1.结构应能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用。承载能力 2.结构在正常使用时具有良好的工作性能。适用性 3.结构在正常维护条件下具有足够耐久性。耐久性 4.在偶然荷载作用下或偶然事件发生时和发生后，结构仍然保持必需的整体稳定性，不至
11、发生连续倒塌。稳定性,概率极限状态设计方法,基本概念极限状态,1.承载能力极限状态。 2.正常使用极限状态。 3.“破坏-安全”极限状态。,概率极限状态设计方法,基本概念极限状态方程,Z=g(X1，X2，Xn) 1.Z=R-S0可靠 2. Z=R-S0失效或破坏 3. Z=R-S=0极限状态。,图3-1,概率极限状态设计方法,基本概念结构可靠度、可靠指标、目标可靠指标,可靠度：结构和结构构件在规定时间内、规定的条件下完成预定功能的可能性。 可靠指标：与结构失效概率对应的系数，见图3-2.,概率极限状态设计方法,基本概念结构可靠度、可靠指标、目标可靠指标,目标可靠指标：为设计规范所规定的作为设计
12、结构或构件所应达到的可靠指标，是根据设计所要求达到的结构可靠度而选定的。公桥规取值见表3-2。，其中安全等级为二级的结构=4.2（延）、4.7（脆）,按偶然状态进行承载力极限状态设计时，及进行正常使用极限状态设计是=？,概率极限状态设计方法,公桥规的设计原则三种设计状态,1. 持久状态承载力极限状态设计 正常使用极限状态设计 2.短暂状态承载力极限状态设计 3.偶然状态承载力极限状态设计,概率极限状态设计方法,公桥规的设计原则计算表达式,1. 承载力极限状态计算表达式,2.正常使用极限状态计算表达式 SC1(变形、裂缝宽度、应力限值) SC2(结构功能限值),概率极限状态设计方法,材料强度取值
13、,1. 混凝土强度标准值 （不小于95%保证率） fk=fm (1-1.645f) 2. 混凝土强度设计值 f=fk/m=fk/1.45 3. 钢筋强度标准值（软钢？硬钢？） 4. 钢筋强度设计值 m=？,概率极限状态设计方法,作用与作用效应-作用分类,1. 永久作用 2. 可变作用 3. 偶然作用 公路桥涵结构上的作用分类见表3-4,概率极限状态设计方法,作用与作用效应-作用分类,概率极限状态设计方法,作用与作用效应-作用的代表值,1.作用的标准值（基本代表值） 2. 可变作用频遇值（正常使用极限状态短期效应组合） 可变作用频繁出现的较大值，超越总时间或次数较少 3.可变作用准永久值（用于长
14、期效应组合） 可变作用超越总时间约一半的作用值,频遇值 = 1 标准值,准永久值 = 2 标准值,概率极限状态设计方法,作用与作用效应-作用效应组合,1.承载能力极限状态计算时作用效应组合,3-12,概率极限状态设计方法,作用与作用效应-作用效应组合,2.正常使用极限状态计算时作用效应组合：,（1）作用短期效应组合,（2）作用长期效应组合,3-13,3-14,概率极限状态设计方法,例题1,一钢筋混凝土简支梁跨中截面弯矩标准值为：梁自重作用产生的弯矩MG1k=399.806kNm；桥面铺装、栏杆、人行道等自重作用产生的弯矩MG2k=302.715kNm；汽车荷载作用（计入冲击系数=0.352）产
15、生的弯矩MQ1k=726.5071.352=982.237kNm；人群荷载作用产生的弯矩MG2k=21.014kNm.试进行作用效应组合的计算。,概率极限状态设计方法,例题2,一预应力混凝土连续梁某跨中截面弯矩标准值为：梁自重和二期恒载作用产生的弯矩MG1k=32245.17kNm；由于基础变位作用产生的弯矩MG2k=47.9kNm；混凝土收缩和徐变作用产生的弯矩MG3k=6667.6kNm；预加力作用产生的弯矩MG4k=-15293.01kNm；汽车荷载作用（计入冲击系数=0.1557）产生的弯矩MQ1k=14406.58kNm；梯度温度作用产生的弯矩MG2k=13234.77kNm.试进行
16、作用效应组合的计算。桥梁结构安全等级为一级。,概率极限状态设计方法,练习1,一钢筋混凝土板桥，结构安全等级为二级。简支板跨中截面弯矩标准值为：恒载作用产生的弯矩MGk=39.2kNm；汽车荷载作用产生的弯矩MQ1k=61.11kNm，冲击系数=0.428；人群荷载作用产生的弯矩MG2k=2.25kNm.试进行作用效应组合的计算。,概率极限状态设计方法,练习2,一预应力混凝土连续桥梁支点截面处弯矩标准值为：梁自重和二期恒载作用产生的弯矩MG1k=-6192.34kNm；基础变位产生的弯矩MG2k=-10kNm；徐变产生的弯矩MG3k=-3740kNm；预加力钢筋产生的次弯矩为MG4k=71809.55kNm；预加力钢筋产生的总弯矩MG5k=10024.05kNm；汽车荷载作用（计入冲击系数=0.155）产生的弯矩MQ1k=-13493.82kNm；梯度温度作用产生的弯矩MG2k=-7027.36kNm；人群荷载作用产生的弯矩MG3k=-66.62kNm.试进行作用效应组合的计算。.试进行作用效应组合的计算。桥梁结构安全等级为一级。,
