《混凝土结构设计原理 教学课件 ppt 作者 关萍 第11章 》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土结构设计原理 教学课件 ppt 作者 关萍 第11章 （65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第11章 混凝土结构按公路桥 规的设计原理,学习要求 了解公路桥涵工程钢筋、混凝土的种类与选用原则。 了解概率极限状态设计方法的基本概念；掌握公路桥涵设计中的作用、作用的代表值及作用效应组合；掌握公路桥涵设计规范 (JTG D62-2004)中关于承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算表达式。 掌握单筋矩形、双筋矩形及T形截面受弯构件正截面承载力基本计算公式、公式的适用性以及公式在截面设计与截面复核中的应用。 掌握受弯构件斜截面承载力基本计算公式、公式的适用性以及公式在截面设计与截面复核中的应用。 掌握轴心受压构件和偏心受压构件的正截面承载力基本计算公式、公式的适用性以及公式在截面设计与截面
2、复核中的应用。 掌握受弯构件裂缝宽度、变形验算的计算方法和短暂状况应力控制。 了解全预应力混凝土结构和部分预应力混凝土结构的基本概念；掌握全预应力混凝土结构的设计与计算、抗裂验算及变形计算方法；掌握允许开裂的部分预应力混凝土受弯构件的计算和设计。,1、公路桥涵受力构件的混凝土强度等级应按下列规定采用： 钢筋混凝土构件不应低于C20，当用HRB400、KL400级钢筋配筋时，不应低于C25； 预应力混凝土构件不应低于C40。 2、公路桥涵的钢筋应按下列规定选用： 钢筋混凝土及预应力混凝土构件中的普通钢筋宜选用热轧R235、HRB335、HRB400及KL400钢筋，预应力混凝土构件中的箍筋应选用
3、其中的带肋钢筋；按构造要求配置的钢筋网可采用冷轧带肋钢筋； 预应力混凝土构件中的预应力钢筋应选用钢绞线、钢丝；中、小型构件或竖、横向预应力钢筋，也可选用精轧螺纹钢筋。,11.1 公路桥涵工程钢筋、混凝土的种类与选用原则,11.2.1 概率极限状态设计法的基本概念,11.2 概率极限状态设计方法,1、公路桥梁的三种设计状况及其相应的极限状态设计 持久状况：桥涵建成后承受自重、车辆荷载等作用持续时间很长的状况。该状况是指桥梁的使用阶段。这个阶段持续的时间很长，结构可能承受的作用（或荷载）在设计时均需考虑，需接受结构是否能完成其预定功能的考验，因而必须进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计；
4、短暂状况：指桥涵施工过程中承受临时性作用（或荷载）的状况。短暂状况所对应的是桥梁的施工阶段。一般只进行承载能力极限状态计算（规范中以计算构件截面应力表达），必要时才作正常使用极限状态计算。 偶然状况：在桥涵使用工程中偶然出现的状况。偶然状况是指桥梁可能遇到的地震等作用的状况。偶然状况的设计原则是主要承重结构不致因非主要承重结构发生破坏而导致丧失承载能力；或允许主要承重结构发生局部破坏而剩余部分在一段时间内不发生连续倒塌。偶然状况只需进行承载能力极限状态计算，不必考虑正常使用极限状态。,2、结构的安全等级与桥梁结构的重要性系数：桥梁结构的重要性系数 来体现的。 3、桥梁结构的设计基准期：我国公路
5、桥梁结构的设计基准期统一取为100年。 4、结构的目标可靠指标,11.2.2 极限状态设计表达式,1、承载能力极限状态计算表达式,公路桥涵结构承载能力极限状态是对应于桥涵及其构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位的状态。 公路桥涵结构的持久状态设计按承载能力极限状态的要求，应对构件进行承载力及稳定计算，必要时还应对结构的倾覆和滑移进行验算。在进行承载能力极限状态计算时，作用（或荷载）的效应（其中汽车荷载应计入冲击系数）应采用其组合设计值；结构材料性能采用其强度设计值。,2、正常使用极限状态计算表达式,作用短期效应组合：,公路桥涵结构正常使用极限状态是指对应于桥涵及其构件达到正常使
6、用或耐久性的某项限值的状态。 公路桥涵结构的持久状态设计按正常使用极限状态的要求进行计算，采用作用（或荷载）的短期效应组合、长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合的影响，对构件的抗裂、裂缝宽度和挠度进行验算，并使各项计算值不超过公路桥规（JTG D62-2004）规定的各相应限值。同时，公路桥规（JTG D62-2004）还规定桥梁构件按短暂状态设计时，应计算其在支座、运输及安装等施工阶段，由自重、施工荷载产生的应力，并不应超过规定的限值；按持久状况设计预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段的应力，并不得超过限值。,作用长期效应组合：,11.2.3 作用的代表值与作用效应组合,1、作用的
7、代表值,作用的标准值是作用的基本代表值。其值可根据作用在设计基准期内最大概率分布的某一分值确定；若无充分资料时，可根据工程经验，经分析后确定。永久作用的标准值，对结构自重，按结构构件的设计尺寸与材料单位体积的自重计算确定。可变作用的标准值按公路桥规（JTG D62-2004）规定采用。 可变作用的频遇值：结构或构件按正常使用极限状态短期效应组合设计时，采用的一种可变作用代表值，其值可根据在足够长观测期内作用任意时点概率分布的0.95分位值确定。可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数， 可变作用的准永久值：结构或构件按正常使用极限状态长期效应组合设计时，采用的一种可变作用代表值，其值可根据
8、在足够长观测期内作用任意时点概率分布的0.5（或略高于0.5）分位值确定。可变作用准永久值实际上是考虑可变作用的长期作用效应而对标准值的一种折减，折减系数称为准永久值系数。,2、作用效应组合,1）承载能力极限状态计算表达式,基本组合是承载能力极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用标准值效应的组合，基本表达式为：,偶然组合是承载能力极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相结合。偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。地震作用标准值及其表达式按现行公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B0
9、2-01-2008）规定采用。,作用效应组合是结构上几种作用分别产生的效应的随机叠加，而作用效应最不利组合是指所有可能的作用效应组合中对结构或结构构件产生总效应最不利的一组作用效应组合。,2）正常使用极限状态计算表达式,作用短期效应组合是永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应的组合，其基本表达式为：,作用长期效应组合是永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应的组合，其基本表达式为：,11.3.1 截面形式和尺寸,11.3 受弯构件正截面承载力计算,板、梁一般构造尺寸见教材P262-265,11.3.2 单筋矩形截面的受弯承载力计算,11.3.3 双筋矩形截面的受弯承载力计算,截面设计与截面复核
10、的方法与计算流程见第4章,截面设计与截面复核的方法与计算流程见第4章,11.3.4 T形截面的受弯承载力计算 1）第一类T形截面 2）第二类T形截面,截面设计与截面复核的方法与计算流程见第4章,11.4 受弯构件斜截面承载力计算,11.4.1 斜截面受剪承载力计算的基本公式及适用条件,斜截面受剪的主要破坏形态有斜压破坏、斜拉破坏和剪压破坏三种，对前两种破坏形态是分别采用截面限制条件与按构造要求配置箍筋来防止的，对剪压破坏则必须通过斜截面受剪承载力计算来防止。 公路桥规（JTG D62-2004）对有腹筋钢筋混凝土梁规定斜截面抗剪承载力的计算基本公式为： 公式适用条件： 1）上限值截面最小尺寸
11、2）下限值按构造要求配箍筋,11.4.2 钢筋混凝土矩形、T形和I形受弯构件斜截面抗剪承载力配筋设计,1）根据剪力包络图选取抗剪配筋设计的最大剪力组合设计值； 2）根据已知条件及支座中心处的最大剪力设计值； 3）求按构造要求配置箍筋的剪力； 4）在支点和按构造配置箍筋区段之间的计算剪力包络图中的计算剪力应该由混凝土、箍筋和弯起钢筋共同承担，但各自承担多大比例，涉及计算剪力包络图的合理分配问题； 5）取混凝土和箍筋共同的抗剪能力，求斜截面内箍筋配筋率； 6）确定弯起钢筋的数量及初步的弯起位置。,11.4.3 斜截面受弯承载力的保证,1、弯起点的位置 公路桥规（JTG D62-2004）规定，弯起
12、点应在该钢筋充分利用点以外大于或等于0.5倍的截面有效高度。 2、纵向钢筋在支座处的锚固 在钢筋混凝土梁的支点处，应至少有两根且不少于总数1/5的下层受拉主钢筋通过； 底层两外侧之间不向上弯起的受拉主筋，伸出支点截面以外的长度应不小于10d（R235钢筋应带半圆钩）；对环氧树脂涂层钢筋应不小于12.5d，d为受拉主筋直径。 3、纵向钢筋在梁跨间的截断与锚固 公路桥规（JTG D62-2004）根据钢筋拔出试验结果和工程实践经验，规定了不同受力情况下最小钢筋锚固长度，见P274表11-5 。 4、钢筋的接头：绑扎接头、焊接接头、机械连接接头。,11.4.4 斜截面受剪承载力的复核,1、斜截面受剪
13、承载力复核截面的选择 简支梁和连续梁近边支点梁段 连续梁和悬臂梁近中间支点梁段,11.5 受压构件截面承载力计算,11.5.1 轴心受压构件承载力计算,1、配有纵向受力钢筋和普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算 2、配有纵向受力钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件承载力计算,11.5.2 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算,1、偏心受压构件的偏心距增大系数 实际工程中常遇到的是长柱，由于最终破坏是材料破坏，因此在设计计算中需要考虑由于构件侧向变形而引起的二阶弯矩的影响。对偏心受压构件，计算中采用轴向力作用偏心距增大系数来考虑这种构件纵向挠曲的影响。 公路桥规（JTG D62-2004）规定，计算偏
14、心受压构件正截面承载力时，对长细比l0/r17.5（r为构件截面回转半径）的构件或长细比l0/h5 （矩形截面）、长细比l0/d4.4（圆形截面）的构件，应考虑构件在弯矩作用平面内的变形对轴向力偏心距的影响。此时，应将轴向力对截面重心轴的偏心距乘以偏心距增大系数。根据偏心压杆的极限曲率理论分析，规定偏心距增大系数计算表达式为：,2、正截面承载能力基本计算公式,为了保证构件破坏时大偏心受压构件截面上的受压钢筋能达到抗压强度设计值 ，必须满足 若不满足，则 公路桥规（JTG D62-2004）规定，对于小偏心受压构件，若偏心压力作用于钢筋As合力点和As合力点之间时，尚应符合下列条件,3、不对称配
15、筋矩形截面偏心受压构件计算,1）大、小偏心受压的初步判别 当0.3h0时，可先按小偏心受压构件进行设计计算；当0.3h0时，则可按大偏心受压构件进行设计计算；仅适用于矩形偏心受压构件截面设计时初步判断； 2）大偏心受压 As和As均未知 As已知，As未知,3）小偏心受压计算方法参见教材P283-284 4）截面复核方法参见教材P284,4、对称配筋矩形截面偏心受压构件计算,1）大、小偏心受压的初步判别 2）大偏心受压 3）小偏心受压 公路桥规建议矩形截面对称配筋的小偏心受压构件截面相对受压区高度按下列公式计算,11.6 裂缝宽度、变形验算与短暂状况应力控制,钢筋混凝土构件除要求进行持久状况承
16、载能力极限状态计算外，还要进行持久状况正常使用极限状态的验算，以及短暂状况的应力验算。 对于钢筋混凝土受弯构件，公路桥规（JTG D62-2004）规定必须进行试用阶段的变形和最大裂缝宽度的验算，除此之外，还应进行受弯构件在施工阶段的应力验算。 正常使用极限状态验算时作用（或荷载）效应应采用短期效应组、长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合的影响，在上述各种组合中，汽车荷载效应可不计冲击系数。,11.6.1 受弯构件弯曲裂缝宽度验算,公路桥规（JTG D62-2004）是以最大裂缝宽度统计公式为基础加以修正来计算裂缝宽度的。规定了矩形、T形和工字形截面钢筋混凝土构件的最大弯曲裂缝宽度Wfk可按下式计算： 公路桥规（JTG D62-2004）规定，在正常使用极限状态下钢筋混凝土构件的裂缝宽度，应按作用（或荷载）短期效应组合并考虑长期效应组合影响进行验算，且不得超过规范规定的裂缝宽度限值，对于钢筋混凝土受弯构件，在类和类环境条件下，裂
