混凝结构基本原理教学课件-第二章-混凝土结构基本计算原理
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混凝土结构设计原理第二章课件.ppt
混凝土构造设计原理其次章课件.ppt1、第2章混凝土构造材料的物理力学性能浙江农林高校暨阳学院土木工程教研室杨锦组成构造主要材料：水泥、水、砂、石混凝土:一般混凝土是由水泥、石子和砂用水经搅拌、养护和硬化后形成的一种复合材料。
2.1混凝土的物理力学性能2.1.1单轴向应力状态下混凝土强度1.立方体抗压强度fcu,k〔强度等级〕标准尺寸：150mm×150mm×150mm养护条件：20℃±3℃，湿度≥90%；28d试验方法：恒定的加载速度，垫板不涂润滑剂强度保证率：95%承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国标准混凝土的强度等级有：C15，C20，C25，C302、，C35，C40，C45C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete 立方体抗压强度30MPa≤fcu，k0.8fc，徐变急剧增长，造成混凝土破坏加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小.养护条件：温度高，湿度大，水泥水化作用充分徐变越小。
徐变对混凝土构造的影响PAsPAs s1c1P s2As s2P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：s ，c使构件变形增大；在轴压构件中，使钢筋应力增加，混凝土应力减小〔引起应力重分布〕；在预应力构件中，使预应力发生损失。
〔3、3〕收缩定义：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。
特点：早期快，收缩值随着时间而增长。
收缩对构造的影响：当收缩受到约束时，引起构件开裂。
削减收缩的措施：限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护；加强构造钢筋配置；设置变形缝；掺膨胀剂。
影响因素：混凝土的组成及协作比，尤其是水灰比；养护条件；使用时的温度与湿度。
其次章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土◆混凝土的疲乏混凝土的疲乏是在荷载重复作用下产生的。
如钢筋混凝土吊车梁、钢筋混凝土桥以及港口海岸的混凝土构造等都要受到吊车荷载、车辆荷载以及波浪冲击等几百万次的作用。
混凝土结构设计原理之混凝土结构的设计方法PPT课件
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3．材料强度和荷载的设计值 （1）标准值与设计值的关系
材料强度设计值 = 材料强度标准值 / 材料分项系数（大于1） 荷载设计值 = 荷载标准值×荷载分项系数（大于1） 引入分项系数的目的：提高结构的安全储备。 （2）设计值的确定 材料强度设计值：直接查表。（例：表2.2 、表 2.3、表 2.4） 荷载设计值的确定： ①确定荷载的标准值； ②荷载设计值 = 荷载标准值×荷载分项系数
取值方法：查《建筑结构荷载规范》。
例如：
由规范可查出民用建筑楼面均布荷载标准值：
住宅、教室 2 kN/m2
食堂 2.5 kN/m2
注：规范值的确定思路：可变荷载载标准值等于其平均值
加上1.645倍标准差；由概率论知，保证率为95%。
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（2）荷载准永久值
定义：可变荷载中在整个设计基准期内出现时间较长（可理解为
3．概率极限状态设计法 —— 以概率为基础的极限状态设计法，
简称概率极限状态设计法。
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4．结构的可靠性 —— 结构在规定的时间内和规定的条件下完 成预定功能的能力。 结构可靠度 —— 结构在规定的时间内、规定的条件下，完成 预定功能的概率（它是结构可靠性的概率度量）。 规定时间：设计使用年限； 规定的条件：正常设计、正常施工和正常使用条件。 预定功能：安全、适用、耐久性。
可靠度指标：可靠概率 ；失效概率 ；可靠指标β
ps
pf
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2.4极限状态实用设计表达式
一．承载能力极限状态实用设计表达式（承载能力极限状态设计
即为强度计算）
≤R
（2.7）
式中： —— 结构0重S要性系数，取值见书40页。
S—0 — 荷载效应组合的设计值。
3．材料强度和荷载的设计值 （1）标准值与设计值的关系
材料强度设计值 = 材料强度标准值 / 材料分项系数（大于1） 荷载设计值 = 荷载标准值×荷载分项系数（大于1） 引入分项系数的目的：提高结构的安全储备。 （2）设计值的确定 材料强度设计值：直接查表。（例：表2.2 、表 2.3、表 2.4） 荷载设计值的确定： ①确定荷载的标准值； ②荷载设计值 = 荷载标准值×荷载分项系数
取值方法：查《建筑结构荷载规范》。
例如：
由规范可查出民用建筑楼面均布荷载标准值：
住宅、教室 2 kN/m2
食堂 2.5 kN/m2
注：规范值的确定思路：可变荷载载标准值等于其平均值
加上1.645倍标准差；由概率论知，保证率为95%。
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（2）荷载准永久值
定义：可变荷载中在整个设计基准期内出现时间较长（可理解为
3．概率极限状态设计法 —— 以概率为基础的极限状态设计法，
简称概率极限状态设计法。
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4．结构的可靠性 —— 结构在规定的时间内和规定的条件下完 成预定功能的能力。 结构可靠度 —— 结构在规定的时间内、规定的条件下，完成 预定功能的概率（它是结构可靠性的概率度量）。 规定时间：设计使用年限； 规定的条件：正常设计、正常施工和正常使用条件。 预定功能：安全、适用、耐久性。
可靠度指标：可靠概率 ；失效概率 ；可靠指标β
ps
pf
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2.4极限状态实用设计表达式
一．承载能力极限状态实用设计表达式（承载能力极限状态设计
即为强度计算）
≤R
（2.7）
式中： —— 结构0重S要性系数，取值见书40页。
S—0 — 荷载效应组合的设计值。
混凝土结构设计原理(课件)
高性能混凝土的研究和应用，使得混凝土 结构的性能更加优异，满足了更加复杂和 多样化的工程需求。
02 混凝土结构设计基本原则
结构设计原则
01
02
03
04
Hale Waihona Puke 结构完整性确保混凝土结构在各种工况下 的整体性，避免出现裂缝、断
裂等损伤。
承载能力
根据预期的载荷和应力要求， 设计混凝土结构的承载能力。
耐久性
考虑环境因素和预期使用寿命 ，确保混凝土结构在使用期间
工现场进行搅拌、浇注和养护的混凝土构件。
按受力特点分类
混凝土结构可以分为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构等。框架结构的受力特 点是主要承受横向和纵向的荷载，通过梁和柱的连接实现；剪力墙结构的受力特点是主 要承受横向荷载，通过剪力墙的连接实现；框架-剪力墙结构的受力特点是结合了框架
和剪力墙的特点，形成了一种混合结构形式。
05 混凝土结构设计中的问题 及解决措施
混凝土裂缝问题及解决措施
总结词
混凝土裂缝是混凝土结构设计中 常见的问题，会导致结构承载能
力下降和耐久性降低。
原因分析
混凝土裂缝产生的原因包括施工过 程控制不当、结构设计不合理、材 料质量不合格等。
解决措施
针对不同原因采取相应的解决措施， 如加强施工过程控制、优化结构设 计、选用优质材料等。
混凝土结构发展历程
19世纪中叶
20世纪初
随着水泥和混凝土技术的发展，混凝土开 始被应用于建筑和桥梁工程中。
钢筋混凝土的发明和应用，使得混凝土结 构的强度和稳定性得到了显著提高。
20世纪50年代
21世纪初
预应力混凝土的出现，进一步提高了混凝 土结构的承载能力和耐久性，为现代大型 混凝土结构的建造奠定了基础。
《混凝土结构基本原理》详解PPT课件
下表面受到垫板向内的摩擦力，阻碍试件横向变
形，就如在试件上下端设置了一个“套箍”。破坏 时
试件中部外围混凝土的横向变形受约束小，首先发
生剥落。
影响机理：“套箍作用”→约束横向变形→限制裂缝开展
→
强度提高。
思考：如果试件的尺寸变小（或变大），这种“套箍作用”
对混凝土强度的影响变化？
如果将试件的高度加大, 这种“套箍作用”对强度
3. 轴心抗压强度
土木工程学院
混凝土结构基本原理
a) 轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）fc (compression)
标准试件：150mm× 150mm ×300mm的棱柱体 标准养护条件 标准试验方法 在上述条件下测得的抗压强度为 fc
b) 轴心抗压强度标准值 fck c) 轴心抗压强度的工程意义
土木工程学院
① 混凝土的抗压强度
混凝土结构基本原理
1. 立方体抗压强度和强度等级
a) 立方体抗压强度 fcu (cube) （单位：N/mm2、MPa） ● 标准试件： 边长为150mm的立方体 ● 标准养护条件：温度20±3℃、相对湿度90％、养护28天 ● 标准试验方法：标准加载速率、试件表面不涂油在上述条 件下测得的抗压强度为 fcu。
土木工程学院
混凝土结构基本原理
第 2 章 混凝土结构材料的物理力学性能
.
1
17.05.2020
土木工程学院
混凝土结构基本原理
本章主要介绍：
1. 混凝土的基本力学性能； 2. 钢筋的基本力学性能； 3. 钢筋与混凝土的共同工作性能。
.
2
17.05.2020
土木工程学院
混凝土结构基本原理
§2.1 混凝土的物理力学性能
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第二章 混凝土结构基本计算原理
结构的设计使用年限 结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需要 进行大修即可按达到其预定功能的使用时期. 进行大修即可按达到其预定功能的使用时期. 设计年限可按《建筑结构可靠度设计统一标准》确定, 设计年限可按《建筑结构可靠度设计统一标准》确定,也可 经过主管部门的批准按业主的要求确定. 经过主管部门的批准按业主的要求确定.一般建筑结构的设 计使用年限为50年 计使用年限为 年. 注意:区别建筑物的设计使用年限与建筑物的使用寿命. 注意:区别建筑物的设计使用年限与建筑物的使用寿命. 2.3结构构件的抗力和材料强度 结构构件的抗力和材料强度 2.3.1结构构件的抗力 结构构件的抗力 是指结构构件承受外加荷载的能力. 是指结构构件承受外加荷载的能力. 结构构件的抗力是材料性能(强度,弹性模量等) 结构构件的抗力是材料性能(强度,弹性模量等),构件截 面积和特征及计算模式的函数. 面积和特征及计算模式的函数.其中材料性能是决定结构抗 力的主要因素. 力的主要因素.
Z=R-S=g(R,S)
称为结构功能函数
第二章 混凝土结构基本计算原理
结构的极限状态可用下面的极限状态函数表示: 结构的极限状态可用下面的极限状态函数表示:
Z=R-S=g(R,S) = ,
其中: 其中: Z=R-S>0 时, Z=R-S=0时, 时 Z=R-S<0时, 时 结构处于可靠状态; 结构处于可靠状态; 结构处于极限状态; 结构处于极限状态; 结构处于失效(破坏)状态. 结构处于失效(破坏)状态.
表 4.3 普通钢筋强度设计值 (N/mm 2) 种 类 热 HPB235(Q235) 轧 HRB335(20MnSi) 钢 HRB400(20MnSiV ,20MnSiNb ,20MnTi) 筋 符号 fy 210 300 360
第二章 混凝土结构基本计算原理
2.4 概率极限状态设计法
2.4.1 极限状态方程 S < R 可靠 状态 S = R 极限状态 S > R 失效状态 S——荷载效应 荷载效应 结构上的各种作用(如荷载,不均匀沉降,温度变形, 结构上的各种作用(如荷载,不均匀沉降,温度变形,收 缩变形,地震等) 缩变形,地震等)产生的效应总和 R——结构抗力 结构抗力 结构抵抗作用效应的能力
第二章 混凝土结构基本计算原理
◆ 适用性 结构在正常使用期间,具有良好的工作性能.如不发生 结构在正常使用期间,具有良好的工作性能. 影响正常使用的过大的变形(挠度,侧移) 振动(频率, 影响正常使用的过大的变形(挠度,侧移),振动(频率, 振幅) 或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度. 振幅),或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度. ◆ 耐久性 结构在正常使用和正常维护条件下,应具有足够的耐久 结构在正常使用和正常维护条件下, 即在各种因素的影响下(混凝土碳化,钢筋锈蚀), 性.即在各种因素的影响下(混凝土碳化,钢筋锈蚀), 结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低, 结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低,而导致结 构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性, 构在其预定使用期间内丧失安全性和适用性,降低使用寿 命.
第二章 混凝土结构基本计算原理
2.2 结构上的作用 2.2.1作用和作用效应 作用和作用效应
◆直接作用:荷载 直接作用: ◆间接作用:混凝土的收缩 间接作用: 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, 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. 扭矩等),变形,裂缝等作用称为作用效应或荷载效应.
第二章 混凝土结构基本计算原理
2.2.2荷载代表值 荷载代表值
◆荷载的标准值 1.定义 定义 将荷载视为随机变量, 将荷载视为随机变量,采用数理统计的方法加以处理而得到 的具有一定概率的最大荷载值 2.确定 确定 结构的自重可根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定; ⑴.结构的自重可根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定; 结构的自重可根据结构的设计尺寸和材料的重力密度确定 可变荷载常与时间有关, ⑵.可变荷载常与时间有关,在缺少大量统计材料的条件下, 可变荷载常与时间有关 在缺少大量统计材料的条件下, 可近似按随机变量来考虑; 可近似按随机变量来考虑;
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二章 混凝土结构基本计算原理
可变荷载频遇值: 对可变荷载, 在基准期内, 可变荷载频遇值 : 对可变荷载 , 在基准期内 , 其超 越的总时间为规定的比较小比率或超越频数为规定 频率的荷载值为可变荷载频遇值. 频率的荷载值为可变荷载频遇值. 2.2.3荷载分项系数及荷载设计值 荷载分项系数及荷载设计值
第二章 混凝土结构基本计算原理
2.1 结构的功能要求和极限状态
2.1.1结构的功能要求 2.1.1结构的功能要求
◆ 安全性 结构在预定的使用期间内(一般为50年 ①.结构在预定的使用期间内(一般为 年),应能承受在 正常施工,正常使用情况下可能出现的各种荷载, 正常施工,正常使用情况下可能出现的各种荷载,外加变形 如超静定结构的支座不均匀沉降) 约束变形( (如超静定结构的支座不均匀沉降),约束变形(如温度和 收缩变形受到约束时)等的作用. 收缩变形受到约束时)等的作用. ②.在偶然事件(如地震,爆炸)发生时和发生后,结构应 在偶然事件(如地震,爆炸)发生时和发生后, 能保持整体稳定性, 能保持整体稳定性,不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财 产的严重损失. 产的严重损失.
第二章 混凝土结构基本计算原理
由于结构工程中的不确定性, 由于结构工程中的不确定性,为取得安全可靠与经济合 理的均衡,在设计中需要考虑这些不确定性的影响. 理的均衡,在设计中需要考虑这些不确定性的影响.结构 设计方法就是处理这种安全可靠与经济合理的矛盾. 设计方法就是处理这种安全可靠与经济合理的矛盾.
Z=g(R,S) =R-S=0 = , = 称为极限状态方程. 称为极限状态方程.
第二章 混凝土结构基本计算原理
由于结构抗力和荷载效应的随机性, ★ 由于结构抗力和荷载效应的随机性,安全可靠应该属于概 率的范畴,应当用结构完成其预定功能的可能性(概率) 率的范畴,应当用结构完成其预定功能的可能性(概率) 的大小来衡量,而不是一个定值来衡量. 的大小来衡量,而不是一个定值来衡量. ★材料强度 fy 和 fc 的离散 ★截面尺寸h0和 b 的施工误差 截面尺寸 ★应力-应变关系参数 k1 和 k2 应力 应变关系参数
第二章 混凝土结构基本计算原理
可变荷载组合值: 可变荷载组合值 : 所谓荷载组合值是将多种可变荷 载中的第一个可变荷载( 载中的第一个可变荷载 ( 产生荷载效应为最大的荷 载 , 取其标准值) 以外的其它可变荷载标准值乘以 取其标准值 ) 荷载组合值系数, 荷载组合值系数 , 它是承载力极限状态设计和正常 使用极限状态标准组合设计时的荷载代表值. 使用极限状态标准组合设计时的荷载代表值. 可变荷载准永久值: 可变荷载准永久值 : 可变荷载准永久值是按正常使 用极限状态设计时采用的荷载代表值, 用极限状态设计时采用的荷载代表值 , 它是在结构 预定使用期内经常作用达到和超过的可变荷载值, 预定使用期内经常作用达到和超过的可变荷载值 , 它对结构的影响,在性质上类似于永久荷载. 它对结构的影响,在性质上类似于永久荷载.
第二章 混凝土结构基本计算原理
※正常使用极限状态
超过该极限状态, 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. 的功能要求. 过大的变形,侧移(影响非结构构件,不安全感, ▲ 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); 正常使用(吊车) 过大的裂缝(钢筋锈蚀,不安全感,漏水等) ▲ 过大的裂缝(钢筋锈蚀,不安全感,漏水等); ▲过大的振动(不舒适); 过大的振动(不舒适) 其他正常使用要求. ▲ 其他正常使用要求.
第二章 混凝土结构基本计算原理
※承载力能力极限状态
超过该极限状态, 超过该极限状态,结构就不能满足预定的安全性功能要求 ▲结构或构件达到最大承载力(包括疲劳) 结构或构件达到最大承载力(包括疲劳) ▲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) 结构或构件丧失稳定(如细长受压构件的压曲失稳)
第二章 混凝土结构基本计算原理
2.1.2 结构功能的极限状态
◆
结构能够满足功能要求而良好地工作, 结构能够满足功能要求而良好地工作,则称结构 可靠"的或"有效" 反之,则结构为" 是"可靠"的或"有效"的.反之,则结构为"不 可靠" 失效" 可靠"或"失效". ◆ 区分结构"可靠"与"失效"的临界工作状态称 区分结构"可靠" 失效" 极限状态" 为"极限状态"
第二章 混凝土结构基本计算原理
2.3.2结构构件材料强度 结构构件材料强度
材料强度设计值
f =
γ
fK
R
表 4.2 混凝土强度设计值 (N/mm 2) 强度种类 轴心抗压强度 轴心抗拉强度 C45 21.2 1.80 C50 23.1 1.89 符号 C15 fc 7.2 0.91 ft 混 凝 土 C55 C60 25.3 27.5 1.96 2.04 混 凝 土 强 度 等 级 C20 C25 C30 C35 9.6 11.9 14.3 16.7 1.10 1.27 1.43 1.57 强 度 等 级 C65 C70 C75 29.7 31.8 33.8 2.09 2.14 2.18 C40 19.1 1.71 C80 35.9 2.22 f y 210 300 360