.,結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,.,課程簡介：,本課程是土木工程（道路與橋梁工程方向）專業(yè)的主干專業(yè)基礎(chǔ)理論課（必修）。本課程主要介紹鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和圬工結(jié)構(gòu)的各種基本構(gòu)件受力特性、設(shè)計原理、計算方法和構(gòu)造設(shè)計。,.,1、知識目標(biāo)：掌握鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和圬工結(jié)構(gòu)概念、構(gòu)造及計算原理和計算方法。2、能力目標(biāo)：能夠應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行簡單構(gòu)件截面設(shè)計、承載力計算及校核，能對簡單的鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行配筋計算。,GENERALINSTRUCTIONALOBJECTIVE,總體教學(xué)目標(biāo),.,1、課堂教學(xué)：以選用的孫元桃主編的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理為首選教材，采用多媒體教學(xué)為主、結(jié)合板書的教學(xué)手段。2、課堂討論：對知識重點(diǎn)以及難點(diǎn)進(jìn)行課堂討論。3、課程設(shè)計：針對重點(diǎn)內(nèi)容的課程設(shè)計（大作業(yè)）。,擬采用的教學(xué)方法,.,課前預(yù)習(xí)是關(guān)鍵：在學(xué)習(xí)本門課程之前同學(xué)們最好提前瀏覽教材，對即將要進(jìn)行的課程有所熟悉。學(xué)習(xí)各環(huán)節(jié)要積極主動：聽課、課堂討論、課后作業(yè)、課程設(shè)計都要積極主動并且認(rèn)真完成。勤奮學(xué)習(xí)的精神：學(xué)習(xí)本門課程以及今后事業(yè)成敗的關(guān)鍵。,學(xué)習(xí)方法,LEARNINGMETHOD,.,1、先行課程：建筑力學(xué)道路建筑材料。本門課程必須是在學(xué)習(xí)了以上兩門課程的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。2、后續(xù)課程：橋梁工程。學(xué)習(xí)本門課程是為了今后學(xué)習(xí)橋梁工程打下基礎(chǔ)。橋梁工程是道橋?qū)I(yè)非常重要的一門專業(yè)課，因此本課程的重要性可見一斑。,與本門課程有關(guān)課程：,.,主要內(nèi)容,COURSEMATERIALS,0總論,第一章鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能,第二章結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計的原則,第三章鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力計算,第四章鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面承載力計算,第五章鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在施工階段應(yīng)力計算,.,第六章鋼筋混凝土構(gòu)件的變形與裂縫驗算,第七章軸心受壓構(gòu)件承載力計算,第八章偏心受壓構(gòu)件承載力計算,第九章預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料,第十章受彎構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計計算,第十一章受彎構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計計算,第十二章預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁設(shè)計,第十三章圬工結(jié)構(gòu)設(shè)計計算簡介,.,課時分配：,.,SCORINGSYSTEM,成績評定,.,葉見曙主編：結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，人民交通出版社，2005年12月中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTGD62-2004），2004年，北京：人民交通出版社。中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圬工橋涵設(shè)計規(guī)范2004年，北京：人民交通出版社。中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTGD60-2004），2004年，北京：人民交通出版社。,REFERENCES,參考書目,.,.,學(xué)期第一課,.,課堂三不許、三必須,不許睡覺不許玩兒手機(jī)、聽音樂不許說話必須按時上下課必須按時完成作業(yè)必須養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣,.,課前提問：,請問中國的“橋梁之都”是那個城市？這座城市是那年被評為中國的“橋梁之都”的？茅以升橋梁委員會2005年年會認(rèn)定：重慶是中國惟一的“橋都”。重慶現(xiàn)有各類橋梁4500多座，主城嘉陵江和長江上已有大橋14座，數(shù)量和密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過中國其他城市，建設(shè)密度和施工難度世所罕見。,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,總論,結(jié)構(gòu)設(shè)計原理三大學(xué)習(xí)任務(wù)：1、學(xué)會設(shè)計構(gòu)件：確定合理截面尺寸，如：構(gòu)件截面形狀、大小等；了解構(gòu)件的具體構(gòu)造，為施工打基礎(chǔ)。2、驗算所設(shè)計構(gòu)件可靠度：根據(jù)所設(shè)計構(gòu)件的截面尺寸，在外部荷載已知的情況下，驗算其承載力、穩(wěn)定性、剛度、裂縫。3、為學(xué)習(xí)橋梁工程打好基礎(chǔ)。,.,結(jié)構(gòu)組成及其分類,結(jié)構(gòu)：建筑物中承受作用和傳遞作用的各個部件的總和稱為結(jié)構(gòu)。因此，結(jié)構(gòu)是由若干基本構(gòu)件組成。基本構(gòu)件按受力特點(diǎn)分為：受拉構(gòu)件受壓構(gòu)件受彎構(gòu)件受扭構(gòu)件,.,構(gòu)件承載力,承載力：構(gòu)件抵抗破壞和抵抗變形的能力。影響承載力的因素有：1、組成材料的性質(zhì)2、截面的幾何形狀3、截面尺寸4、受力特點(diǎn)及工作條件5、施工因素等,.,結(jié)構(gòu)的分類,結(jié)構(gòu)按照組成材料的分類：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)圬工結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的研究對象：就是組成橋梁結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件（梁、板、柱）,.,.,各結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及適用范圍,國內(nèi)外橋梁發(fā)展趨勢：輕型化、標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化。三種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對比：1、結(jié)構(gòu)質(zhì)量：預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)適用于大跨度結(jié)構(gòu)。2、使用性能：延性、耐久性、耐火性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)好；鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。3、建筑速度鋼結(jié)構(gòu)建筑速度最快。,.,各種結(jié)構(gòu)的適用范圍：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：應(yīng)用最廣泛：橋梁、涵洞、擋土墻、路面、房屋建筑、水工結(jié)構(gòu)等預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)：多用于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)中圬工結(jié)構(gòu)：砌筑拱圈、墩臺、基礎(chǔ)、擋土墻等結(jié)構(gòu),.,結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則及基本要求：,設(shè)計原則：安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀設(shè)計要求：具有足夠的可靠度。承載力：設(shè)計使用期內(nèi)各構(gòu)件有足夠安全儲備穩(wěn)定性：結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在荷載作用下處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。剛度：變形控制在運(yùn)行范圍內(nèi)。耐久性：結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)不得過早發(fā)生破壞,.,第一章,鋼筋混凝土材料的基本概念及力學(xué)性能,.,定義：鋼筋混凝土是由兩種力學(xué)性能不同的材料鋼筋和混凝土結(jié)合成整體，共同發(fā)揮作用的一種建筑材料。,第一節(jié)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念,一、素混凝土構(gòu)件和鋼筋混凝土構(gòu)件受力和破壞形態(tài)比較：,現(xiàn)將素混凝土梁和配置鋼筋的梁進(jìn)行荷載試驗：,a)素砼梁極限荷載P=8kN由砼抗拉強(qiáng)度控制破壞形態(tài)：脆性,.,b)鋼筋砼梁極限荷載P=36kN由鋼筋受拉、砼受壓而破壞破壞形態(tài)：延性,由此得出鋼筋和混凝土結(jié)合的有效性：,大大提高結(jié)構(gòu)的承載力,結(jié)構(gòu)的受力性能得到改善,荷載試驗結(jié)果表明：,.,例：一跨度為4m，跨中作用集中荷載的簡支梁，梁截面尺寸200300mm，混凝土為C20。如圖所示：,.,鋼筋與混凝土合理的組合原則,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不是鋼筋和混凝土之間的任意組合。,其組合的原則：發(fā)揮鋼筋抗拉、抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)；發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度高，而避免抗拉強(qiáng)度低的弱點(diǎn)。,.,鋼筋與混凝土長期共同工作的原因,1.混凝土結(jié)硬后，能與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起，傳遞應(yīng)力。,2.二者具有相近的線脹系數(shù)，不會由于溫度變化產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和相對變形而破壞粘結(jié)力。,鋼筋st=1.2105,混凝土ct=1.01.5105,3.呈堿性的混凝土可以保護(hù)鋼筋，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的耐久性。,.,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：,1.就地取材，節(jié)約鋼筋；,2.耐久性好，耐火性好；,3.可模性好，便于結(jié)構(gòu)型式的實(shí)現(xiàn)；,4.現(xiàn)澆或裝配整體式結(jié)構(gòu)的整體性好，剛大。,缺點(diǎn)：,1.自重大g=25kN/m3,輕骨料砼。,2.抗裂性差,施加預(yù)應(yīng)力。,.,第二節(jié)混凝土,混凝土的組份：,水泥、石、砂、水按一定的配合比制成不同等級的砼。,骨料,水泥結(jié)晶體,水泥凝膠體,彈性變形的基礎(chǔ),塑性變形的基礎(chǔ),砼的強(qiáng)度及變形隨時間、隨環(huán)境的變化而變化。,.,一、混凝土的強(qiáng)度,1.立方體抗壓強(qiáng)度fcu,影響立方體強(qiáng)度的因素：試件尺寸、溫度、濕度、試驗方法。,由于尺寸效應(yīng)的影響：fcu(150)=0.95fcu(100),fcu(150)=1.05fcu(200),.,混凝土強(qiáng)度等級：,用標(biāo)準(zhǔn)制作方式制成的150150mm的立方體試塊，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28天，用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得具有95保證率的抗壓強(qiáng)度。,常用等級：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C55,C60，C65，C70，C75，C80,.,2.軸心抗壓強(qiáng)度fck,真實(shí)反映以受壓為主的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度。,為消除端部約束的影響,用立方體強(qiáng)度反映：,考慮實(shí)際情況(施工狀況、養(yǎng)護(hù)條件等),.,混凝土的抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度小得多，為抗壓強(qiáng)度。,3.軸心抗拉強(qiáng)度ftk,直接測試方法,間接測試方法(彎折，劈裂),考慮施工因素，取,.,二、混凝土的變形,混凝土的變形,體積變形（收縮、膨脹）,受力變形（由荷載引起）,（一）混凝土的受力變形,1、混凝土在一次短期荷載作用下的的受力變形,曲線中最大應(yīng)力值及其對應(yīng)的應(yīng)變值,應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀,破壞時的極限應(yīng)變值,.,A,0,cu,a,fcd,C,c,c,max,混凝土一次短期加荷時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,混凝土棱柱體一次短期加荷軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線,c=0.00080.003（計算時取0.002）,0max：上升段,maxC：下降段,cu=0.0020.006（有時可達(dá)0.008）,規(guī)范取cu=0.0033,.,幾點(diǎn)說明：,影響混凝土塑性變形大小的因素：,加荷速度,荷載持續(xù)的時間（少于0.001s時變形為直線）,混凝土短期受拉曲線特征：,類似于受壓曲線，區(qū)別在于曲率變化小。,c=0.00010.00015，僅為受壓極限應(yīng)變的120115,混凝土受拉易開裂,.,2、混凝土在多次重復(fù)荷載作用下的變形,如果我們將混凝土棱柱體試塊加荷使其壓應(yīng)力達(dá)到某個數(shù)值，然后卸荷至零，并把這一循環(huán)多次重復(fù)下去，就稱為多次重復(fù)荷載。,我們通常把能使試件循環(huán)200萬次或次數(shù)稍多時發(fā)生破壞的壓應(yīng)力稱為混凝土的疲勞強(qiáng)度,用符號fp表示。（=0.5fcd）,.,BB：彈性后效,OB：殘余應(yīng)變,.,3、混凝土在長期荷載作用下的變形,徐變：,混凝土在長期荷載作用下，在荷載(應(yīng)力)不變的情況下，變形(應(yīng)變)隨時間不斷增長的現(xiàn)象。,徐變規(guī)律：,（1）徐變與混凝土應(yīng)力大小有關(guān)，應(yīng)力越大，徐變越大。,線性徐變初應(yīng)力c0.5fcd,非線性徐變c0.5fcd,.,當(dāng)c0.8fc，徐變發(fā)展最終導(dǎo)致破壞,0.8fc,作為混凝土的長期抗壓強(qiáng)度。,（2）混凝土的徐變與時間參數(shù)有關(guān),.,（3）加荷齡期對混凝土徐變有重要影響。混凝土加載齡期越短，即混凝土越年輕，徐變越大；,（4）水泥用量越多，水灰比越大，徐變越大。,（5）混凝土集料愈堅硬、養(yǎng)護(hù)時相對濕度越高，徐變越小。,受荷后3-4個月徐變發(fā)展最（45%-50%）。全部徐變完成需要4-5年的時間。,注意,.,徐變對結(jié)構(gòu)的影響：,使構(gòu)件的變形增加；,在截面中引起應(yīng)力重分布；,在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中引起預(yù)應(yīng)力損失。,4、混凝土的彈性模量,.,k,c,c,ce,cp,h,原點(diǎn)彈性模量：,17,16,.,割線模量：,19,切線模量：,彈性系數(shù)01.0,110,剪切模量：,c=ce+cp,18,G=0.4Ec,.,（二）混凝土的體積變形,混凝土在空氣中結(jié)硬體積減小的現(xiàn)象。,收縮：,.,收縮的原因,凝縮,干縮,砼凝結(jié)硬化時化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生,砼自由水蒸發(fā)產(chǎn)生,收縮的影響因素,水泥用量、,集料質(zhì)量,水泥強(qiáng)度等級,水灰比,混凝土振搗,養(yǎng)護(hù)濕度,收縮的危害,裂縫,.,第三節(jié)鋼筋,一、鋼筋的種類：,按外形分：光圓鋼筋、帶肋鋼筋、鋼絲、鋼絞線,.,按鋼料品種分,碳素鋼,合金鋼,低碳鋼（軟鋼）,中碳鋼,高碳鋼,硬鋼,強(qiáng)度高可焊性差脆性大,碳素鋼中添加少量的合金元素，從而改善了硬鋼的不足,鋼筋按照鋼料品種分類,.,按生產(chǎn)工藝和加工條件分類,熱軋光圓鋼筋,熱軋帶肋鋼筋,余熱處理鋼筋,冷軋帶肋鋼筋,鋼絲,Q235,HRB335、HRB400、HRB500,KL400,CRB550、CBB650、CRB800、CRB970、CRB1170,按外形：,光圓P,螺旋肋H,刻痕I,按加工狀態(tài),冷拉鋼絲,消除應(yīng)力鋼絲,低松弛鋼絲,普通松弛鋼絲,.,二、鋼筋的主要力學(xué)性能：,鋼筋的曲線,.,比例極限,屈服強(qiáng)度,極限強(qiáng)度,fy,ft,e,d,流幅,a,b,c,oa彈性階段,a比例極限,b屈服強(qiáng)度,cd強(qiáng)化階段,0.2%,0.2,d極限強(qiáng)度,de頸縮階段,0.2條件屈服強(qiáng)度,.,鋼筋力學(xué)性能指標(biāo)：,對于有明顯屈服臺階的軟鋼取屈服強(qiáng)度fy作為強(qiáng)度設(shè)計依據(jù)。,對于無明顯屈服臺階的硬鋼取條件屈服強(qiáng)度0.2作為強(qiáng)度設(shè)計依據(jù)。,屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率、冷彎性能。,.,冷加工的方法：冷拉、冷拔、冷軋。,冷加工的目的：改變鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高鋼材強(qiáng)度，節(jié)約鋼筋。,冷加工對鋼材性能的影響。,熱處理是對某些特定型號的熱軋鋼進(jìn)行淬火和回火處理。,鋼筋的冷加工和熱處理,.,o,冷拉控制應(yīng)力,(N/mm2),冷拉率,o,a,b,c,c,d,d,冷拉無時效,冷拉經(jīng)時效,(a),(b),.,(a)為冷拉，可采用冷拉控制應(yīng)力和冷拉率控制。冷拉后可提高鋼材的抗拉強(qiáng)度，但其屈服臺階變短。,(b)為冷拔，可同時提高鋼材的抗拉和抗壓強(qiáng)度。塑性降低很多。,冷軋后，鋼筋表面軋成帶肋，強(qiáng)度與冷拔低碳絲接近，塑性要好一些。,.,三、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求：,1、強(qiáng)度：（屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度）屈強(qiáng)比是衡量結(jié)構(gòu)可靠性潛力的重要指標(biāo)，屈強(qiáng)比小則可靠性高，但過小的屈強(qiáng)比使鋼筋的有效利用率過低，故要適宜。,2、塑性：防止結(jié)構(gòu)脆性破壞。,3、可焊性：保證焊接口處不出現(xiàn)裂紋。與碳、錳含量有關(guān)。,4、鋼筋與混凝土之間的握裹力：,.,第四節(jié)鋼筋和混凝土之間的黏結(jié),鋼筋和混凝土之間粘結(jié)力的組成：,水泥漿凝結(jié)與鋼筋表面的化學(xué)膠結(jié)力；,混凝土收縮將鋼筋裹緊而產(chǎn)生的摩阻力；,鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合力。,.,l,T,d,max,黏結(jié)強(qiáng)度的計算,拔出實(shí)驗測定粘結(jié)力的方法,.,錨固設(shè)計的基本原則是必須保證足夠的錨固粘結(jié)強(qiáng)度以使鋼筋強(qiáng)度得以充分利用，即,.,確保黏結(jié)強(qiáng)度的措施：,保證錨固長度和搭接長度；,保證鋼筋周圍的混凝土有足夠的厚度；(保護(hù)層厚度及鋼筋凈距),光圓筋在端部做成彎鉤。,選用適宜的混凝土強(qiáng)度等級；,采用帶肋鋼筋；,設(shè)置一定數(shù)量的橫向鋼筋。,.,第二章,結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)法設(shè)計的原則,.,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計：,已知：（1）外部預(yù)計荷載（如橋梁建成后車輛的通行量，人流量等）；（2）建設(shè)橋梁擬采用的材料（即材料的各性能均已知）。求：（1）確定構(gòu)件承受已知荷載所需的尺寸。（2）按照所確定的構(gòu)件尺寸對構(gòu)件進(jìn)行配筋。（3）按照所設(shè)計尺寸和配筋進(jìn)行安全驗算。,.,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的三個發(fā)展階段,1、容許應(yīng)力計算法以彈性理論為基礎(chǔ)的一種計算方法，不能如實(shí)的反應(yīng)構(gòu)件截面的應(yīng)力狀態(tài)，不能正確的計算出結(jié)構(gòu)的承載能力。,2、破壞階段計算法20世紀(jì)30年代所提出，以彈塑性理論為基礎(chǔ)的一種計算方法，比容許應(yīng)力計算法有了很大的進(jìn)步。,3、極限狀態(tài)計算法20世紀(jì)50年代所提出，是破壞階段計算法的發(fā)展。,.,2.1作用與作用效應(yīng)組合,一、作用及其分類：,按時間的變異分類：永久作用、可變作用、偶然作用,按隨空間位置的變異分類：固定作用、可動作用,按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分類：靜態(tài)作用、動態(tài)作用,結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力稱為結(jié)構(gòu)抗力R,作用,直接作用：,間接作用：,荷載,溫度應(yīng)力、基礎(chǔ)沉降，地震作用,.,1.永久作用：在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值不隨時間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計的作用；2.可變作用：在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，其量值隨時間變化，且其變化值與平均值相比較不可忽略的作用；3.偶然作用：在結(jié)構(gòu)使用期間出現(xiàn)的概率小，一旦出現(xiàn)其值很大且持續(xù)時間很短的作用。,.,1.作用的標(biāo)準(zhǔn)值:各種作用的基本代表值。其值可根據(jù)設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大值概率分布的某一分位值確定。,取值規(guī)定：永久作用采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值：按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計尺寸與容重確定可變作用標(biāo)準(zhǔn)值：見規(guī)范,二、作用的代表值,.,2.可變作用頻遇值：是指結(jié)構(gòu)上較頻繁出現(xiàn)的且量值較大的作用取值。頻遇值標(biāo)準(zhǔn)值頻遇系數(shù)1,3.可變作用準(zhǔn)永久值是指在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常出現(xiàn)的且量值較小的荷載作用取值：準(zhǔn)永久值標(biāo)準(zhǔn)值準(zhǔn)永久值系數(shù)2,注：21準(zhǔn)永久值頻遇值,.,4、公路橋涵設(shè)計時，對不同的作用應(yīng)采用不同的代表值,（1）永久作用：采用標(biāo)準(zhǔn)值為代表值。,采用頻遇值（短期效應(yīng)組合設(shè)計時）,采用準(zhǔn)永久值（長期效應(yīng)組合設(shè)計時）,正常使用極限狀態(tài),承載能力極限狀態(tài)：,采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值,（2）可變作用：,.,2、作用效應(yīng)與作用效應(yīng)設(shè)計值,結(jié)構(gòu)由于各種原因，所引起的內(nèi)力和變形稱為作用效應(yīng)。,內(nèi)力：軸力、彎矩、剪力、扭矩；,變形：撓度、轉(zhuǎn)角、裂縫。,.,作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值與作用分項系數(shù)的乘積。,分項系數(shù),作用分項系數(shù),抗力分項系數(shù),結(jié)構(gòu)抗力是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力。,結(jié)構(gòu)抗力的影響因素：,材料性能的不確定性,材料幾何參數(shù)的不確定性,計算模式的不確定性,結(jié)構(gòu)抗力具有隨機(jī)性,.,3、作用效應(yīng)組合（1）基本組合承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用效應(yīng)設(shè)計值和可變作用效應(yīng)設(shè)計值組合。（2）偶然組合承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng),可變作用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合。（3）作用短期效應(yīng)組合正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)組合。（4）作用長期效應(yīng)組合正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)組合。,.,2.2極限狀態(tài)設(shè)計法的基本概念,一、結(jié)構(gòu)的可靠性概念：,安全性：結(jié)構(gòu)在正常施工和使用時應(yīng)能承受可能出現(xiàn)的各種荷載及外部作用，以及在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后能保持必需的整體穩(wěn)定性。,安全性、適用性、耐久性,適用性：結(jié)構(gòu)在正常使用時有良好的工作性能。,耐久性：結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)下，材料性能雖隨時間變化，但仍能滿足預(yù)定功能要求。,1、結(jié)構(gòu)的功能要求,.,2、結(jié)構(gòu)的可靠性與可靠度,結(jié)構(gòu)的可靠性：,結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性之總和。,結(jié)構(gòu)的可靠度：,結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。,所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)進(jìn)行承載力計算，對某些構(gòu)件還需進(jìn)行變形和裂縫寬度的驗算。,規(guī)范規(guī)定：,.,在進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性分析時，考慮持久狀況下各項基本變量與時間關(guān)系所取用的基準(zhǔn)時間數(shù)。,3、設(shè)計基準(zhǔn)期,橋梁結(jié)構(gòu)取100年的設(shè)計基準(zhǔn)期。,設(shè)計基準(zhǔn)期=橋梁壽命？,設(shè)計基準(zhǔn)期長，可靠度高；設(shè)計基準(zhǔn)期短，可靠性較低,.,二、極限狀態(tài)的基本概念：,1、極限狀態(tài)的定義和分類：,極限狀態(tài)的分類：,承載能力極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),當(dāng)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)而不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求時，則此特定狀態(tài)稱為該結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。,結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)也是結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)與失效狀態(tài)的臨界狀態(tài)。,.,承載能力極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。,承載能力極限狀態(tài),結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接處因超過材料強(qiáng)度而破壞,結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成機(jī)動體系,整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（滑動、倒塌）,結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（柱的壓曲失穩(wěn)）,.,正常使用極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。,影響正常使用或外觀的變形,影響正常使用或耐久性能的局部損壞,影響正常使用的振動,影響正常使用的其它特定狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),.,極限狀態(tài)的表現(xiàn)形式：,(承)：剛體失去平衡，材料強(qiáng)度不足，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)構(gòu)，失穩(wěn),(正)：過大的變形，影響正常使用或耐久性能的局部損壞，過大的振動,注意,結(jié)構(gòu)或構(gòu)件能否完成預(yù)定功能與結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)S與結(jié)構(gòu)的抗力R有關(guān)。,.,可靠概率有多大？,Z0，,即RS結(jié)構(gòu)可靠,Z=0，,即R=S結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。,即RS結(jié)構(gòu)失效,Z3，垂直裂縫一出現(xiàn)，就迅速向受壓區(qū)斜向伸展，斜截面承載力隨之喪失。破壞荷載與出現(xiàn)斜裂縫時的荷載很接近，破壞過程急驟，破壞前梁變形小，具有明顯的脆性，并且往往只有一條斜裂縫，這種破壞是拱體混凝土被拉壞(在正應(yīng)力和剪應(yīng)力共同作用下發(fā)生的主拉應(yīng)力破壞)，其承載力取決于混凝土的抗拉強(qiáng)度。,剪壓破壞：1m3時常發(fā)生這種破壞。梁的受彎段先出現(xiàn)垂直裂縫，隨著荷載增加，這些豎直裂縫將大體上沿著主壓應(yīng)力的軌跡向集中荷載作用點(diǎn)延伸。但荷載增加到某一數(shù)值時，在幾條斜裂縫中回形成一條主要的斜裂縫，稱為臨界斜裂縫。臨界斜裂縫形成后，梁還能繼續(xù)承受荷載。裂縫變寬，導(dǎo)致剩余截面減小，剪壓區(qū)混凝土在剪壓復(fù)合應(yīng)力作用下達(dá)到復(fù)合強(qiáng)度而破壞，梁喪失承載力。這種破壞有一定的預(yù)兆，破壞荷載較出現(xiàn)斜裂縫時的荷載高。但與適筋梁的正截面相比，剪壓破壞仍屬于脆性破壞。,斜壓破壞:當(dāng)m1梁的或腹板寬度較窄的T形或工字形截面梁。在荷載作用點(diǎn)與支座間梁的腹部出現(xiàn)若干條平行的腹剪斜裂縫。隨著荷載的增加，梁腹被這些斜裂縫分割為若干斜向短柱，最后因柱體被壓碎而破壞。破壞時，斜裂縫多而密集，沒有主裂縫。斜壓破壞荷載很高，但變形小，屬于脆性破壞。,.,4.1.2受彎構(gòu)件斜截面抗剪承載力的主要影響因素,1.剪跨比m,2.混凝土的強(qiáng)度,3.縱筋配筋率,在一定的范圍內(nèi)，腹筋配筋率增大,抗剪承載力提高,4.腹筋配筋率,.,4.2受彎構(gòu)件斜截面抗剪承載力計算,1.基本假定,斜截面的抗剪承載力Vu,綜合考慮混凝土和箍筋的抗剪,梁發(fā)生剪壓破壞時，與斜裂縫相交的箍筋和彎筋的拉應(yīng)力都達(dá)到其屈服強(qiáng)度，但考慮拉應(yīng)力的不均勻性影響，特別是靠近剪壓區(qū)的腹筋可能達(dá)不到屈服強(qiáng)度。梁剪壓破壞時，在斜裂縫末端剪壓混凝土，達(dá)到剪壓復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的極限強(qiáng)度。,.,2.基本公式,符號說明見P69,注意上述公式為半經(jīng)驗和半理論公式，使用時必須按規(guī)定的單位代入數(shù)值，而計算得到的承載力單位kN。,.,3.適用條件,1上限值最小截面尺寸,若符合下列條件，則不需進(jìn)行斜截面抗剪計算，只需按構(gòu)造配置箍筋：,2下限值按構(gòu)造要求配箍的上限,為防止出現(xiàn)薄腹梁，使斜裂縫過大，要求：,.,課題二等高度簡支梁腹筋的初步設(shè)計,已知條件,1驗算截面尺寸要求，即滿足上限值公式的最小截面尺寸,設(shè)計步驟,2求按構(gòu)造配腹筋的梁段區(qū)根據(jù)下限值公式計算,3公路橋規(guī)規(guī)定：箍筋與混凝土承擔(dān)60%的最大計算剪力V，彎起鋼筋承擔(dān)40%V,L0,截面尺寸，fcu,k，fsd,fsv,As及布置,0Vd的分布.,.,4箍筋設(shè)計,設(shè)計步驟,課題二等高度簡支梁腹筋的初步設(shè)計,.,*Vsbi按圖中從距支點(diǎn)h/2處的0.4V為第一排值，然后依次取起彎點(diǎn)的分擔(dān)剪力部分。后排彎終點(diǎn)必須伸過或接上前排彎起點(diǎn)。,設(shè)計步驟,5彎起鋼筋設(shè)計,Asbi,課題二等高度簡支梁腹筋的初步設(shè)計,.,斜截面抗剪承載力復(fù)核,支座邊緣處截面。受拉區(qū)彎起鋼筋起點(diǎn)處截面。箍筋截面面積或間距改變處截面。腹板寬度改變處截面。,確定驗算截面位置,斜截面頂端位置的確定,需要通過試算確定c值。書中推薦了一些簡化計算方法。,.,4.3受彎構(gòu)件的斜截面抗彎承載力,斜截面受彎承載力總能滿足,支座處縱筋錨固不足,縱筋彎起、切斷不當(dāng),需采取構(gòu)造措施,斜截面抗彎承載力分析,.,4.4全梁承載力校核,1.彎矩包絡(luò)圖二次拋物線分布,2.剪力包絡(luò)圖直線分布,3.抵抗彎矩圖應(yīng)在彎矩包絡(luò)圖之外，并保證斜截面抗彎要求。,.,指按實(shí)際配置的縱筋，繪制的梁上各截面正截面所能承受的彎矩圖。,可簡化考慮，抗力依鋼筋面積的比例分配。即,抵抗彎矩圖：,*材料抵抗彎矩圖,.,反映材料的利用程度,確定縱筋的彎起數(shù)量和位置,確定縱筋的截斷位置,斜截面抗剪,縱筋彎起的作用，作支座負(fù)鋼筋,.,鋼筋全部伸入支座,a,b,c,d,.,部分鋼筋彎起,a,b,.,第五章,受彎構(gòu)件應(yīng)力計算,.,5.1概述,一、兩種極限狀態(tài)的區(qū)別,承載能力極限狀態(tài)計算：,討論構(gòu)件在各種不同受力狀態(tài)下的承載力計算，承載力計算是保證結(jié)構(gòu)安全的首要條件，由此決定了構(gòu)件的尺寸、材料、配筋及構(gòu)造。,.,正常使用極限狀態(tài)驗算：,鋼筋混凝土構(gòu)件除了可能由于強(qiáng)度破壞或失穩(wěn)等原因達(dá)到承載能力極限狀態(tài)以外，還可能由于構(gòu)件變形或裂縫過大等影響構(gòu)件的適用性及耐久性，而達(dá)不到結(jié)構(gòu)正常使用要求。因此，對于所有的鋼筋混凝土構(gòu)件都要求進(jìn)行承載力計算，而對某些構(gòu)件，還要根據(jù)使用條件進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)的驗算，以保證在正常使用情況下的應(yīng)力、裂縫和變形小于正常使用極限狀態(tài)的限值。,.,二、正常使用極限狀態(tài)驗算的內(nèi)容：,施工階段的砼和鋼筋應(yīng)力驗算。使用階段的變形。使用階段的最大裂縫寬度。,.,三、正常使用階段的特點(diǎn)（與承載能力極限狀態(tài)相比）,計算依據(jù)不同：承載能力極限狀態(tài)是以破壞階段（a）的狀態(tài)為建立計算圖式的基礎(chǔ)；而使用階段一般是指第階段，即梁帶裂縫工作階段。,.,影響程度不同：與承載能力極限狀態(tài)相比，超過正常使用極限狀態(tài)所造成的后果（如人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失）的危害性和嚴(yán)重性相對要小一些、輕一些，因而可適當(dāng)放寬對其可靠性的保證率的要求。,.,計算的內(nèi)容不同：承載能力極限狀態(tài)：包括截面設(shè)計和截面復(fù)核。其計算決定了構(gòu)件設(shè)計尺寸、材料、配筋數(shù)量及鋼筋布置，以保證：0MdMu。正常使用階段：驗算正常使用情況下裂縫寬度和變形小于規(guī)范規(guī)定的各項限值。,.,荷載效應(yīng)及抗力的取值不同,承載能力極限狀態(tài)：汽車荷載應(yīng)計入沖擊系數(shù)，作用（或荷載）效應(yīng)及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力均應(yīng)采用考慮了分項系數(shù)的設(shè)計值；在多種作用（或荷載）效應(yīng)情況下，應(yīng)將各效應(yīng)設(shè)計值進(jìn)行最不利組合，并根據(jù)參與組合的作用（或荷載）效應(yīng)情況，取用不同的效應(yīng)組合系數(shù)。,.,正常使用極限狀態(tài)：汽車荷載應(yīng)可不計沖擊系數(shù)，作用（或荷載）效應(yīng)應(yīng)取用短期效應(yīng)和長期效應(yīng)的一種或幾種組合。短期效應(yīng)組合就是永久作用（結(jié)構(gòu)自重）標(biāo)準(zhǔn)值與可變作用頻遇值效應(yīng)的組合；長期效應(yīng)組合則為永久作用標(biāo)準(zhǔn)值與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)的組合,.,5.2換算截面,一、第二工作階段的基本假定：平截面假定彈性體假定（壓區(qū)砼近似按線性分布）受拉區(qū)完全不承擔(dān)拉應(yīng)力。拉應(yīng)力完全由鋼筋承受。,受彎構(gòu)件的開裂截面a)開裂截面b)應(yīng)力分布c)開裂截面的計算圖式,.,二、換算截面,定義：將鋼筋和混土兩種材料組成的實(shí)際截面換算成為一種拉壓性能相同的假想材料組成的勻質(zhì)截面即換算截面。,.,原截面,換算截面,換算截面,.,換算原則：換算前后合力的大小和作用點(diǎn)的位置不變。,.,幾何特性,開裂截面的換算截面面積,換算截面對中性軸靜矩,受壓區(qū),受拉區(qū),5-4,5-5,.,開裂截面的換算截面慣性矩,受壓區(qū)高度x：,的形心軸，即,矩形截面：對于受彎構(gòu)件，開裂截面的中性軸通過其換算截面,(即靜矩相等)，得到,.,第一類T截面,第二類T截面,開裂狀態(tài)下T形截面換算計算圖式,.,T形截面：,式中：,換算截面對其中性軸的慣性矩,.,開裂狀態(tài)下T形截面換算計算圖式a)第一類T型截面b)第二類T型截面,.,四、全截面的換算截面,定義：砼全截面面積和鋼筋的換算面積所組成的截面。,幾何特性：,.,全截面換算示意圖a)原截面b)換算截面,.,對于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，公路橋規(guī)要求進(jìn)行施工階段的應(yīng)力計算。鋼筋混凝土梁在施工階段，持別是梁的運(yùn)輸、安裝過程中，梁的支承條件、受力圖式會發(fā)生變化。公路橋規(guī)規(guī)定在進(jìn)行施工階段驗算時，應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的施工荷載進(jìn)行內(nèi)力組合，構(gòu)件在吊裝時。構(gòu)件重力應(yīng)乘以動力系數(shù)12或o85，并可視構(gòu)件具體情況適當(dāng)增減。當(dāng)?shù)鯔C(jī)行駛在橋梁上進(jìn)行安裝時，應(yīng)該對已安裝的構(gòu)件進(jìn)行驗算，吊機(jī)應(yīng)乘以1.15的荷載系數(shù)。如吊機(jī)所產(chǎn)生的效應(yīng)設(shè)計值小于按持久狀況承載能力極限狀態(tài)計算的荷載效應(yīng)設(shè)計值時，可不進(jìn)行驗算。,5.3應(yīng)力驗算,.,圖9-5施工階段受力圖,.,5.3應(yīng)力驗算,一、應(yīng)力限值,對于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，公橋規(guī)要求進(jìn)行施工階段的應(yīng)力計算，并應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的施工荷載進(jìn)行內(nèi)力組合；同時，受彎構(gòu)件正截面應(yīng)力應(yīng)符合下列條件：,受壓區(qū)混凝土邊緣纖維應(yīng)力：,受拉鋼筋應(yīng)力：,fck,fsk,分別為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值,.,二、應(yīng)力計算,矩形截面梁正應(yīng)力計算步驟：（計算圖式見圖51）,計算受壓區(qū)高度x；,計算開裂截面的換算截面慣性矩,計算截面應(yīng)力：,.,受壓區(qū)混凝土邊緣纖維：,受拉鋼筋面積重心處：,由臨時施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩值。,.,T形截面梁正應(yīng)力計算步驟：,求x（判別T型截面類別，假設(shè)為第一類T形截面）,T形截面梁受力狀態(tài)圖a)倒T形截面b)第一類T形截面c)第二類T形截面,.,求Icr(公式不一樣）,求截面應(yīng)力（方法同上）,當(dāng)施工階段應(yīng)力驗算不滿足時，應(yīng)該調(diào)整施工方法，或者補(bǔ)充、調(diào)整某些鋼筋。,.,.,.,.,第六章,鋼筋混凝土受彎構(gòu)件裂縫和撓度計算,.,6.1受彎構(gòu)件的裂縫和裂縫寬度驗算,一、產(chǎn)生裂縫的原因（主要有三類）,1、由作用效應(yīng)引起的裂縫。（M、V、T以及拉力等）主要通過設(shè)計計算進(jìn)行驗算和構(gòu)造措施加以控制,2、由外加變形或約束變形引起的裂縫。如混凝土收縮、溫度變化、基礎(chǔ)不均勻沉降等外加變形或約束變形引起開裂，主要通過采用構(gòu)造措施和施工工藝加以控制。,.,3、筋銹蝕裂縫：由于保護(hù)層混凝土碳化，冬季施工時摻氯鹽過多導(dǎo)致鋼筋銹蝕所至。采取構(gòu)造措施（足夠厚度的砼保護(hù)層和保證砼的密實(shí)性，嚴(yán)格控制早凝劑的摻入量)。,.,二、為什么要控制裂縫寬度：,三、受彎構(gòu)件彎曲裂縫寬度計算理論和方法,適用功能要求：貯液（氣）容器等外觀要求，心理界限：0.3mm耐久性要求：防銹蝕,第一類是計算理論法。有粘結(jié)滑移理論、無滑移理論以及兩種理論的綜合。,第二類是分析影響裂縫寬度的主要因素，然后利用數(shù)理統(tǒng)計方法來處理大量的試驗資料，從而給出簡單、適用而又有一定可靠性的裂縫寬度計算公式。,.,四、影響裂縫寬度的主要因素,鋼筋應(yīng)力ss：最主要因素，最大裂縫寬度與s呈線性關(guān)系。鋼筋直徑d：在與鋼筋應(yīng)力大致相同的情況下，Wfmax隨d的增加而增加，配筋率：當(dāng)d相同，鋼筋應(yīng)力大致相同的情況下，Wfmax隨的增加而減小，當(dāng)接近某一數(shù)值，Wfmax接近不變。,.,4、保護(hù)層厚度c：c越大，Wfmax越大，但鋼筋銹蝕可能性越小，兩種作用相互抵消。,8、混凝土強(qiáng)度等級，一般不用考慮,7、構(gòu)件受力性質(zhì)的影響：引入系數(shù)c3,5、鋼筋外形：引入系數(shù)c1來考慮鋼筋外形的影響。,6、荷載作用性質(zhì)：短、長期、重復(fù)作用，引入系數(shù)c2。,.,五、最大裂縫寬度計算公式公橋規(guī)對矩形、T形和工字形截面的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，規(guī)定其最大裂縫寬度(mm)按下式計算：,（6-7）,.,式中,c1考慮鋼筋表面形狀的系數(shù)，對光圓鋼筋，c1取1.4對帶肋鋼筋，c1取1.0,c2作用（或荷載）長期效應(yīng)影響系數(shù)，其中Nl和Ns，分別表示按作用（或荷載）長期效應(yīng)組合和短期效應(yīng)組合計算的內(nèi)力值。（彎距或軸力）,.,c3與構(gòu)件受力性質(zhì)有關(guān)