工程结构教案

教学重点
钢筋混凝土结构与预应力混凝土结构
教学难点
预应力混凝土结构
授课方法
课堂讲解、视频演示
教学用具
多媒体
复习提问
课后作业
实训
课后小结
本次课主要介绍本课程的性质、任务以及与其他课程的关系、各种工程结构的特点及使用范围及课程特点和学习方法
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教案内容
绪论
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教案内容
项目一钢筋混凝土结构的基本概念和材料的物理力学性能
任务一钢筋混凝土结构的基本概念及特点
一、钢筋混凝土结构的基本概念
一、定义：由两种力学性能完全不同的材料---钢筋和混凝土结合成整体，共同发挥作用的一种建筑材料。
混凝土的基本特性：抗压强度高，抗拉强度低。一般抗拉强度只有抗压强度的1/8～1/20。破坏时具有明显的脆性性质。
钢筋混凝土梁如何共同工作
开裂前：受拉区的拉力由钢筋和混凝土共同承担。
开裂后：受拉钢筋承担大了部分拉力，继续承担荷载，直至屈服强度，受压混凝土压碎，梁破坏。
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教案内容
（4）简略分析钢结构优点、缺点
2、预应力混凝土结构
概念：配置预应力钢筋和普通钢筋，再经过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土结构。
注意：与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。
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教案内容
影响因素
内在因素：是混凝土的组成和配比。
1）水灰比：（应力不变）水灰比越大，徐变越大；
《混凝土结构设计规范》规定混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值fcu,k确定。
混凝土强度C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14个等级。例如，C30表示立方体抗压强度标准值为30N /mm2。其中，C50～C80属高强度混凝土范畴。
优点：构件本身截面尺寸减小、自重减轻、适用于恒载占比重大的大跨径桥梁。可用于海洋环境和防渗透要求的结构。
缺点：单价高、施工工艺要求高
3、砌体结构
（1）砌体结构的组成
砌体结构是用砖、石或砌块，
用砂浆等胶结材料砌筑的结构。
（2）优点1）取材方便，造价低廉；
2）具有良好的耐火性及耐久性；
3）具有良好的保温、隔热、隔音性能，节能效好；
RRB是余处理钢筋，指热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部余热自身完成回火处理所得的成品钢筋。
（2）钢丝
碳素钢丝又称高强度钢丝
按外形分光面钢丝、螺旋肋钢丝和刻痕钢丝。
光面钢丝：以多根钢丝组成钢丝束或多根钢丝扭结成钢绞线应用实际工程中。
钢绞线有二股、三股、七股
钢筋砼梁：取决于钢筋抗拉和砼抗压强度，高
抗裂能力：配筋后略有增加，但不显著（后附素混凝土梁例子）
共同工作的基础，因为：两者之间存在较好的传递应力的能力，粘结力；两种材料的温度线膨胀系数相近；混凝土对钢筋的保护，抗火和耐久性提高。
2、钢筋混凝土结构的特点
主要优点：1）就地取材；2）耐久性好；3）整体性好；4）可模性好；5）耐火性好。
测试方法用浇注成型的100mm*100mm*500mm的立方体试块，通过预埋在试件轴线两端的钢筋，对试件施加压力，试件破坏时即为混凝土轴心抗拉强度。
抗拉强度是混凝土的基本力学指标之一，其标准值用ftk表示，下标t表示受拉，k表示标准值。混凝土的轴心抗拉强度可以采用直接轴心受拉的试验方法来测定。
3.混凝土强度标准值与设计值
2.钢筋与混凝土中间的粘结及相互影响
教学重点
混凝土及钢筋的物理力学性能及主要强度指标，理解混凝土及钢筋在工程实际当中的应用。
教学难点
钢筋与混凝土中间的粘结及相互影响
授课方法
课堂讲解、视频演示
教学用具
多媒体
复习提问
课后作业
课后复习思考题P17
课后小结
主要介绍钢筋混凝土结构的基本概念及特点，掌握混凝土及钢筋的物理力学性能及主要强度指标，理解混凝土及钢筋在工程实际当中的应用。钢筋与混凝土中间的粘结及相互影响。
(2)水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大。
(3)骨料的性质：骨料的弹性模量大，收缩小。
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教案内容
(4)养护条件：在结硬过程中周围温、湿度越大，收缩越小。
(5)混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小。
(6)使用环境：使用环境温度、湿度大时，收缩小。
(7)构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。
1.混凝土的抗压强度
1）立方体抗压强度
我国规定用立方体抗压强度作为混凝土强度的基本指标。新修订《桥规》中规定
以边长为150的立方体试件，按标准方法制作，在标准的环境里养护28d，采用标准试验方法进行加压，取具有95％保证率时得出的抗压强度作为混凝土强度的等级标准，称为立方体抗压强度标准值，用符号fcu,k表示。
主要缺点：1）自重大；2）抗裂性能差；3）现浇结构模板用量大；4）工期长等等。
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教案内容
任务二混凝土
一、混凝土的强度
混凝土重要的力学性能-----混凝土强度，对安全性和耐久性有直接的影响。
定义：指混凝土材料达到破坏或开裂极限状态时所能够承受的压力。
相关因素：材料的组成、养护条件及龄期、受力状态等
混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩的25%，一个月可完成50%，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，最终收缩应变值约为（2~5）×10-4，混凝土开裂应变为（0.5~2.7）×10-4。
影响混凝土收缩的因素有：
(1)水泥的品种：水泥强度等级越高制成的混凝土收缩越大。
实际工程中如采用200mm或100mm的立方体试块，测得的立方体抗压强度分别诚意换算系数1.05和0.95。
公路桥涵受力构件的混凝土强度等级选择规定：
（1）钢筋混凝土构件不应低于从C20，当采用HRB400、KL400级钢筋配筋时，不应低于C25。
（2）预应力混凝土构件不应低于C40.
2）轴心抗压强度
混凝土有良好的抗压强度，适用于承压为主的构件，如柱和拱。另一方面，混凝土是一种脆性材料、抗拉强度远低于抗压强度，故素混凝土不适用于制作完全受拉或部分截面受拉的结构构件。
素混凝土梁与钢筋混凝土梁的对比
极限状态：素砼梁：无明显变形，开裂即破坏
钢筋砼梁：有明显变形，钢筋屈服，砼压碎
承载能力：素砼梁：取决于混凝土的抗拉，低
与构件材料性质、几何形状、截面尺寸、受力特点、工作条件、构造特点及施工质量等有关。
与其他课程的关系：本课程是一门重要的技术基础课。
在学习《材料力学》、《道路材料》等课程的基础上，结合实际桥梁工程来研究结构构件设计的一门学科。
二、各种工程的特点及使用范围
1、钢筋混凝土结构
（1）组成:由钢筋和混凝土结合成一体，共同发挥作用。
混凝土在长期荷载作用下的变形—徐变
混凝土在荷载长期作用下，应力不变，其应变随时间的增长而继续增长的现象
缺点：徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。
优点：徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。
《桥规》中推荐热轧钢筋、碳素钢丝和精轧螺纹钢筋三大类
（1）热轧钢筋
热轧钢筋是低碳钢、普通合金钢在高温状态下轧制而成。
热轧钢筋按外形分光圆钢筋和带肋钢筋。
光圆钢筋（级别）：HPB235、HPB300（一级钢筋）
带肋钢筋（级别）：HRB335 HRBF335（二级钢筋）HRB400 HRBF400（三级钢筋）RRB400 HRB500 HRBF500（四级钢筋）等
二、混凝土的变形性能
混凝土变形的分类
荷载作用下的受力变形体积变形
混凝土在一次短期加载、长期加载和多次重复荷载作用下都会产生变形，这类变形称为受力变形。另外，混凝土的收缩以及温度和湿度变化也会产生变形，这类变形称为体积变形。混凝土的变形是其重要物理力学性能之一。
1.混凝土的受力变形
混凝土在一次短期荷载作用下应力—应变关系
混凝土：抗压强度很高，但抗拉强度很低。
钢筋：抗拉和抗压强度均很高。
（2）钢筋混凝土结构广泛用于桥梁、隧道、地下结构、房屋建筑、水利、港口等工程中。
由于混凝土抗拉强度低，受拉区一般都存在裂缝，那么对裂缝宽度的限制，使其截面尺寸偏大，相应自重较大。
（3）共同工作的目的
充分发挥两种材料的强度优势，取长补短。
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课程名称
工程结构
授课班级
14道桥
授课时间
2015年3月17日
第2周第5、6节
2015年3月18日
第2周第5、6节
2015年3月19日
第2周第3、4节
教学内容
项目一钢筋混凝土结构的基本概念和材料的物理力学性能
任务一钢筋混凝土结构的基本概念及特点
任务二混凝土
任务三钢筋
教学目的
1.理解钢筋混凝土结构的基本概念及特点，掌握混凝土及钢筋的物理力学性能及主要强度指标，理解混凝土及钢筋在工程实际当中的应用。
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课程名称
工程结构
授课班级
14道桥
授课时间
2015年3月10日
第1周第5、6节
2015年3月11日
第1周第5、6节
2015年3月12日
第1周第3、4节
教学内容
绪论