溷凝土结构基本原理 绪论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,混凝土结构基本原理,CONCRETE STRUCTURE,FUNDAMENTALS,Ch1.绪论,砼结构,素混凝土结构,钢筋混凝土结构Reinforced concrete structure,预应力混凝土结构Prestressed concrete structure,纤维混凝土：碳纤维、钢纤维、合成纤维等,钢混凝土组合结构：,钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构,1.1.钢筋混凝土结构:,1.钢筋混凝土 R.C：R.C 是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作的建筑材料。,2.钢筋混凝土结构：是钢筋混凝土为主要承重骨架的结构。,砼：抗拉强度大约是抗压强度的1/10。,300,200,f,t,F,1素砼梁,F=8KN 截面开裂并破坏,2)R.C 梁,：受拉区配3,16 钢筋,F,3,16,Fcr,=8.3 KN,截面开裂;,Fu,=36KN,截面破坏。,3效果：,梁的承载力大大提高，梁的受力性能改善。,3.钢筋和砼共同工作原因：,1)钢筋和砼之间存在粘结力；,2)钢筋和砼线膨胀系数接近；,3)砼保护钢筋,4.特点：,1材料来源广泛；,2耐久性和耐火性好；,3可模性好；,4现浇砼结构刚度大；,5砼自重大:,重力密度：25kN/m,6砼容易开裂：,先天缺乏、缺陷,1.2.砼结构开展简史及展望,1824.Portland cement,1.第一阶段：R.C小构件应用，承载力按弹性理论计算。,2.第二阶段：R.C空间结构和预应力砼结构，承载力按破坏,阶段计算。,3.第三阶段：工业化施工方法，承载力按极限状态设计。,材料：高强砼和高强钢筋；结构：高层和大跨结构。,釜山综合运动场,RC框架结构开孔索穹顶,4.第四阶段:建立在概率理论根底上的可靠度分析概率极限状态设计法，计算机计算，砼力学,1.3.结构设计过程,课程特点：,1)综合性 2)适用性 3)开展性,TJ10-74,GBJ10-89，GB50010-2002，GB50010-2021,研究方法：,标准、强制性条文，表格,规律,适用条件,建立模式,试验,计算公式,1.初步设计阶段方案设计阶段,1选择结构体系,2选择结构材料,3确定施工方法,4确定结构控制截面,2.施工图设计阶段,1荷载计算,2内力计算,3截面设计,4画施工图,砼结构设计,1)材料的力学性能,3)受弯构件设计,偏心受压构件正截面承载力,1).R.C.房屋结构的选型和设计原那么,2)结构设计准那么,正截面承载力计算,4)受压构件设计,8).预应力砼构件,砼结构,砼结构根本理论,2).R.C.梁板结构,4).R.C.多高层建筑结构,轴心受压构件正截面承载力,3).R.C.单层厂房结构,斜截面承载力计算,5),受拉构件承载力,6),受扭构件承载力,7),R.C构件变形和裂缝验算,参考文献,1.刘立新，?混凝土结构根本理论?按GB50010-2021，2021编写)，武汉理工大学出版社，2021.10,2.?混凝土结构设计标准?，Code for design of concrete structure(GB50010-2021，2021),3.赵军，?混凝土结构设计原理?，郑州大学出版社，2021.3,4.东南大学、天津大学、同济大学合编，?混凝土结构设计原理?，中国建筑工业出版社，2001.6.,5.沈蒲生，梁兴文.?混凝土结构设计原理?，高等教育出版社，2002.10.,6.Liu Lixin,Wang Xinling.?Concrete structure Fundamentals?武汉理工大学出版社，2004.7,7.杂志：?土木工程学报?、?建筑结构学报?、?建筑结构?、?工业建筑?等。,Ch2.R.C材料的力学性能,2.1 钢筋,2.1.1.钢筋的强度及变形力学性能,1.应力-应变曲线(,-),1)软钢(有明显流幅的钢筋),d,0,a,b,c,e,2)硬钢,c,d,0,0.2,0.2%,条件屈服点 0.2 是剩余应变为0.2%时的应力.,0.2,=0.8,f,su,b、c屈服应力；,d极限应力；,de颈缩,2.强度和变形指标,1)强度:,屈服强度,f,y,设计强度,f,su,极限强度,f,y,/,f,su,0.8,2)变形:,a)伸长率:,=(L,2,-L,1,)/L,1,100%,越大,钢筋延性或塑性越好,b)冷弯性能,质量检测指标,软钢:,f,y,f,su,冷弯性能,硬钢:,f,su,冷弯性能,3.钢筋的松弛和疲劳,1)钢筋的松弛,钢筋在高应力作用下,应变增加,应力减小的现象,2)钢筋的疲劳,钢筋的疲劳破坏是指钢筋在承受重复周期、动荷载作用下,经过一定次数后,由塑性破坏变成脆性破坏的现象。,2.1.2.钢筋的级别和类型,1)碳素钢:,低碳钢 c%0.6%,强度,low,high,变形,好,差,2)普通低合金钢:40Si,2,MnV,b)冷加工钢筋：,冷轧扭，螺旋肋,热处理钢筋:40Si,2,Mn,强度:,high,塑性:,差,low,好,c)预应力钢筋,Diameters:,d=6,8,10,12,14,16,18,20,22,25,28,30mm50mm,钢绞线,消除应力钢丝：光面、螺旋肋、刻痕,a)普通热轧钢筋:,HPB235,HPB300 HRB335(HRBF335)HRB(F)400 HRB(F)500,2.1.3 钢筋的冷加工,1.冷拉:,0,k,k,d,d,e,e,2.冷扎扭:,0,2.1.4.钢筋砼结构对钢筋质量的要求,1.强度,光面钢筋：I,surface,变形钢筋：II、III、IV,2.塑性,3.机械性能,4.与砼的粘结力,2.2.混凝土,作用:扩散砼应力,使砼具有塑性变形能力.,2).,水泥凝胶体,+石子、砂,水泥凝胶体,弹性骨架,作用:抵抗外力,使砼产生弹性变形,骨料和水泥胶体之间产生微裂缝,2.2.1.混凝土强度,1.立方体抗压强度砼强度等级fcu,k,1).定义:,2).影响因素,a).试件尺寸 150150 150,混凝土,1).水泥+水,Cubic size of side (mm),The calculating coefficient,200200200,1.05,150150150,1.00,100100100,0.95,b).龄期和养护条件:,c)试验方法:,3).强度等级:C20,C25，C30，C35,C80,2.轴心抗压强度棱柱体抗压强度:fck,抗压强度随试件高度增大而降低:,试件：h/b=34,考虑折减系数：0.88,试验(P13):,3.砼的抗拉强度:,f,tk,直接张拉:,劈裂试验:,400 and 500MPa钢筋:,C25;预应力P.C:C40,4.,砼的抗剪强度:,f,vk,4.复杂受力状态下砼的强度,1).双轴应力,I.双向受压:抗压强度提高,II.一向受压，另一向受拉：,抗拉和抗压强度均降低。,III.双向受拉：与单向抗拉强度相同。,IV.剪压状态：,c,-0.2,-0.2,c,1.0,1.0,1.2,1.2,0,III,II,II,I,0.5,0.7,0,c,c,(0.50.7),c,：抗剪强度 随压应力 增大而提高；,0.7,c,：,抗剪强度 随压应力 增大而,减小。,V.剪拉状态：,随拉应力而降低.,2三轴受压：,抗压强度和塑性均大大提高,.,5.局部受压强度,局部受压强度提高。,2.2.2.砼的变形,1.砼的应力应变关系短期单调加载：,c,c,1)上升段 OC:,OA:(c0.3c0):弹性,c c 线性。,AB:(c=0.3c00.8c0):砼内部微裂缝开展。,BC(c0.8c0):塑性变形开展，竖向裂缝出现,c0=0.00150.00250.002 cc0,2)下降段 CD:,ccu=0.00330.004 极限压应变,c,c,0,A,B,C,D,f,c,0,0,cu,t,f,t,0,tu,=0.00010.00015,受拉:,I.,c,c,(,受压,):,cu,0,4).砼的弹性模量 E,c,a)原点弹模 E,c,b)割线模量 E,c,c)切线模量 E,c,c,0,f,c,Ec,Ec,Ec,c,标准规定：Ec P16),2.重复荷载作用下的变形,疲劳强度:,5).剪切模量 G,c,G,c,=E,c,/2(1+,c,),0,c泊松比横向应变与纵向应变之比,0.2,a)水泥凝胶体的粘性流动,Time(m),(.001),cr,5,10,15,20,25,0.5,1.0,1.5,c,2)产生徐变的原因,b)内部微裂缝的开展,3)对构件影响:,a)使变形增大,b)产生预应力损失,c)引起轴压构件及结构,的应力重分布,Fig.2.13 Creep-time Curve of Concrete,t,(month),3.砼在长期作用下的变形,徐,变,1徐变：砼在长期荷载作用下随时间而增长的变形,4).影响徐变的因素:,a)配合比,b)养护条件：温度、湿度,c)应力条件：,加荷时的龄期,加荷时的初始应力,c,c,0.5,c,0,：线性徐变,c=0.50.8c 0：非线性徐变,c,=,0.8,c,0,：长期抗压强度,4.砼的收缩,2)收缩原因:水分蒸发,1)收缩：砼在空气中硬化体积减小的现象,3)对构件影响:,I.使砼产生拉应力,II.引起预应力损失,4)影响收缩的因素:配合比、养护、体表比,Fig.2.12 Shrinkage-time curve,Cured under heat-steam condition,Cured under normal temperature condition,t,(month),2.3.钢筋与砼的粘结,粘结应力是指钢筋与砼接触面上为抵抗变形差所产生的剪应力。,2.3.1 粘结性质,1.,粘结应力,:,A,B,C,D,没有钢筋应力的变化，就不存在粘结应力。,dx,dx,As,1)锚固粘结应力,l,a,l,d,p,2)裂缝之间的粘结应力,2.粘结应力的试验方法及粘结应力分布拔出试验,u,l,a,p,max,1),为曲线分布,2)埋入长度越长，所需的力越大,3)粘结强度,u,=P/d l,a,2.3.2 粘结机理,1.钢筋和砼之间的胶着力,2.砼收缩和钢筋之间的摩阻力,3.钢筋外表凸凹不平和砼之间产生的机械咬合力,2.3.3.影响粘结强度的主要因素,钢筋的外表形状；,砼的强度,浇筑位置,横向压力及横向钢筋,钢筋的净距离,保护层厚度,光面受力钢筋端部加弯钩(P20),2.4 钢筋混凝土的一般构造规定,1.混凝土保护层c：(P21),c,钢筋的锚固、连接：(P21),2.3.4 粘结锚固长度,l,a,锚固长度主要取决于钢筋的应力、钢筋与混凝土之间的平均粘结强度,in Chinese Code the anchorage length can be expressed as:,:钢筋外表形状系数.Table 2.4.,