混凝土結構設計原理基本設計原理

混凝土結構設計原理基本設計原理匯報人：AA2024-01-12目錄緒論混凝土結構材料的物理力學性能混凝土結構的基本設計原則受彎構件正截面承載力計算受彎構件斜截面承載力計算受壓構件承載力計算受拉構件承載力計算受扭構件承載力計算01緒論

混凝土結構基本概念混凝土結構定義由水泥、骨料（砂、石）和水按一定比例配合，經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護等工序形成的具有一定強度、耐久性等性能的建筑材料?；炷两Y構類型根據(jù)施工方法、構件受力特點等因素，混凝土結構可分為素混凝土結構、鋼筋混凝土結構、預應力混凝土結構等。混凝土結構特點具有較高的抗壓、抗拉、抗彎強度，良好的耐久性、耐火性和可塑性，以及較低的成本等優(yōu)點。早在古羅馬時期，人們就開始使用天然火山灰、石灰和海水等原料制作混凝土，并應用于建筑結構中，如萬神廟、斗獸場等。古代混凝土結構隨著水泥的發(fā)明和工業(yè)化生產(chǎn)的實現(xiàn)，混凝土結構得到了廣泛應用。19世紀中葉，法國起源的鋼筋混凝土結構逐漸在歐美國家普及，20世紀初傳入中國?，F(xiàn)代混凝土結構隨著材料科學、計算機技術和施工技術的進步，混凝土結構不斷向高性能、高耐久性、智能化等方向發(fā)展。當代混凝土結構混凝土結構發(fā)展歷程本課程學習目的與要求學習目的掌握混凝土結構設計的基本原理和方法，具備獨立進行混凝土結構設計的能力，為從事土木工程領域的工作奠定基礎。學習要求熟悉混凝土材料的物理力學性能及本構關系；掌握混凝土結構設計的基本原理和方法；了解混凝土結構的施工技術和質量控制；具備一定的實踐能力和創(chuàng)新意識。02混凝土結構材料的物理力學性能鋼筋具有較高的屈服強度和抗拉強度，能夠承受較大的拉力。強度高延性好與混凝土粘結力強鋼筋在達到屈服點后能產(chǎn)生較大的塑性變形，有利于吸收地震等外力產(chǎn)生的能量。鋼筋表面的肋紋能與混凝土牢固粘結，實現(xiàn)二者共同工作。030201鋼筋混凝土具有較高的抗壓強度，能夠承受較大的壓力?？箟簭姸雀呋炷猎谝话悱h(huán)境下不易受腐蝕，具有良好的耐久性。耐久性好混凝土在澆筑前為塑性狀態(tài)，可以澆筑成各種形狀和尺寸的構件?？伤苄院没炷琳辰Y力來源01鋼筋與混凝土之間的粘結力主要來源于二者接觸面上的化學膠結力、摩擦力和機械咬合力。粘結性能影響因素02影響鋼筋與混凝土粘結性能的主要因素包括混凝土強度、鋼筋直徑和表面形狀、保護層厚度以及橫向配筋等。粘結性能對結構性能的影響03良好的粘結性能能夠保證鋼筋與混凝土共同工作，提高結構的承載力和變形能力。若粘結性能不良，則可能導致鋼筋滑移、混凝土開裂等問題，嚴重影響結構的安全性。鋼筋與混凝土的粘結03混凝土結構的基本設計原則安全性在正常施工和正常使用時，結構應能承受可能出現(xiàn)的各種作用而不發(fā)生破壞；在偶然事件發(fā)生時和發(fā)生后，結構仍能保持必要的整體穩(wěn)定性。適用性在正常使用時，結構應具有良好的工作性能。耐久性在正常維護的條件下，結構應能在預計的使用年限內(nèi)滿足各項功能要求。結構的功能要求和極限狀態(tài)永久荷載結構自重、土壓力、預應力等。可變荷載樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、風荷載、雪荷載、溫度作用等。偶然荷載爆炸力、撞擊力等。荷載分類和荷載代表值材料的強度標準值具有95%保證率的強度值。材料強度的設計值根據(jù)強度標準值除以材料分項系數(shù)得到。材料強度取值123以概率理論為基礎，以極限狀態(tài)為設計準則的設計方法。極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。根據(jù)不同的設計狀況，采用不同的荷載組合和相應的結構重要性系數(shù)、荷載分項系數(shù)、材料分項系數(shù)等來進行設計。概率極限狀態(tài)設計法04受彎構件正截面承載力計算混凝土未開裂階段。當荷載較小時，梁基本上處于彈性工作階段，隨著荷載增加，彎矩加大，拉區(qū)邊緣纖維混凝土表現(xiàn)出一定塑性性質。第一階段混凝土開裂后至鋼筋屈服前階段。當受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫后，混凝土退出工作，拉力主要由鋼筋承擔，隨著荷載增加，裂縫向中和軸方向發(fā)展，受壓區(qū)高度減小，最后受壓區(qū)混凝土達到極限壓應變值而破壞。第二階段受彎構件正截面的受力全過程適筋梁破壞時，鋼筋和混凝土均能達到設計強度，稱為適筋破壞。對于受彎構件正截面承載力計算，應控制在適筋破壞的范圍內(nèi)。適筋破壞原則根據(jù)截面受力平衡條件，建立受力平衡方程進行計算。平衡原則考慮受彎構件的變形和裂縫開展情況，保證構件的剛度和穩(wěn)定性。變形協(xié)調(diào)原則正截面受彎承載力計算原則計算簡圖確定計算參數(shù)建立受力平衡方程求解承載力單筋矩形截面受彎構件正截面承載力計算01020304根據(jù)構件的受力情況和幾何尺寸，繪制計算簡圖。包括截面尺寸、混凝土強度等級、鋼筋的強度和直徑等。根據(jù)平衡原則，建立受力平衡方程。通過求解方程，得到單筋矩形截面受彎構件的正截面承載力。與單筋矩形截面相似，根據(jù)受力情況和幾何尺寸繪制計算簡圖。計算簡圖包括截面尺寸、混凝土強度等級、鋼筋的強度和直徑等。確定計算參數(shù)考慮受壓區(qū)和受拉區(qū)鋼筋的共同作用，建立受力平衡方程。建立受力平衡方程通過求解方程，得到雙筋矩形截面受彎構件的正截面承載力。求解承載力雙筋矩形截面受彎構件正截面承載力計算05受彎構件斜截面承載力計算指混凝土受彎構件在斜截面上的抗剪承載能力，是結構設計中的重要參數(shù)。斜截面承載力包括混凝土強度、截面尺寸、配筋率、剪跨比、荷載類型等。影響因素確保受彎構件在斜截面上的抗剪承載力滿足規(guī)范要求，以保證結構的安全性。設計原則概述指沒有配置腹筋（箍筋和彎起鋼筋）的混凝土受彎構件。無腹筋梁定義主要依靠混凝土自身的抗剪強度和縱向鋼筋的銷栓作用來抵抗剪力?？辜魴C理混凝土強度、截面尺寸、縱向鋼筋配筋率等。影響因素無腹筋梁的抗剪性能有腹筋梁定義指配置了腹筋的混凝土受彎構件，腹筋包括箍筋和彎起鋼筋?？辜魴C理除了混凝土自身的抗剪強度和縱向鋼筋的銷栓作用外，腹筋的約束作用也能有效提高梁的抗剪承載力。影響因素混凝土強度、截面尺寸、縱向鋼筋配筋率、腹筋配筋率等。有腹筋梁的抗剪性能03注意事項在計算過程中應注意各種參數(shù)的取值范圍和單位，以及不同規(guī)范之間的差異。01計算方法根據(jù)規(guī)范提供的公式或圖表進行計算，通常需要考慮上述各種影響因素。02構造要求為確保受彎構件的斜截面抗剪承載力，需要滿足一定的構造要求，如最小配箍率、箍筋間距等。受彎構件斜截面受剪承載力計算06受壓構件承載力計算計算公式N≤φ·fc·A，其中N為軸向力設計值，φ為軸心受壓構件穩(wěn)定系數(shù)，fc為混凝土軸心抗壓強度設計值，A為構件截面面積。適用范圍該公式適用于軸心受壓構件正截面承載力計算，當構件長細比較大或混凝土強度等級較高時，應考慮穩(wěn)定系數(shù)φ的修正。軸心受壓構件正截面承載力計算計算公式N≤α1·fc·bx+fy·As-σs·As，其中N為軸向力設計值，α1為系數(shù)，fc為混凝土軸心抗壓強度設計值，bx為受壓區(qū)矩形截面寬度，fy為縱向鋼筋抗拉強度設計值，As為縱向鋼筋截面面積，σs為縱向鋼筋應力。適用范圍該公式適用于偏心受壓構件正截面承載力計算，當構件存在偏心距時，應考慮偏心距對承載力的影響。偏心受壓構件正截面承載力計算V≤0.7·βh·ft·bh0+fyv·Ash/s+0.05·Np0，其中V為剪力設計值，βh為截面高度影響系數(shù)，ft為混凝土軸心抗拉強度設計值，bh0為截面有效高度，fyv為箍筋抗拉強度設計值，Ash為同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積，s為箍筋間距，Np0為計算截面上混凝土法向預應力等于零時的預加力。計算公式該公式適用于偏心受壓構件斜截面受剪承載力計算，當構件存在斜裂縫時，應考慮斜裂縫對承載力的影響。同時，對于預應力混凝土構件，還應考慮預應力的影響。適用范圍偏心受壓構件斜截面受剪承載力計算07受拉構件承載力計算$N$軸向拉力設計值；$f_t$混凝土軸心抗拉強度設計值；計算公式$Nleqf_tA$軸心受拉構件正截面承載力計算$A$：構件截面面積。注意事項構件的裂縫寬度和變形需滿足規(guī)范要求；對于重要構件或在特殊環(huán)境下，需考慮混凝土的耐久性。01020304軸心受拉構件正截面承載力計算偏心受拉構件正截面承載力計算計算公式$N$$f_t$軸向拉力設計值；混凝土軸心抗拉強度設計值；$Nleqf_tA+f_y'A_s'$$A$混凝土截面面積；$f_y'$受壓鋼筋抗壓強度設計值；$A_s'$受壓鋼筋截面面積。偏心受拉構件正截面承載力計算注意事項需考慮偏心距對承載力的影響；當偏心距較大時，需配置受壓鋼筋以提高承載力。偏心受拉構件正截面承載力計算計算公式：$V\leq\alpha_cf_tbh_0+f_y\frac{A_s}{s}h_0$偏心受拉構件斜截面受剪承載力計算剪力設計值；$V$混凝土斜截面受剪承載力系數(shù)；$alpha_c$混凝土軸心抗拉強度設計值；$f_t$偏心受拉構件斜截面受剪承載力計算$b$截面寬度；$h_0$截面有效高度；$f_y$箍筋抗拉強度設計值；偏心受拉構件斜截面受剪承載力計算同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積；箍筋間距。偏心受拉構件斜截面受剪承載力計算$s$$A_s$需考慮斜裂縫對承載力的影響；箍筋的配置需滿足規(guī)范要求，以保證斜截面受剪承載力。偏心受拉構件斜截面受剪承載力計算08受扭構件承載力計算受扭構件的定義扭矩可能由多種因素產(chǎn)生，包括地震力、風力、不平衡荷載等。扭矩的來源設計的重要性準確計算受扭構件的承載力對于確保結構的安全性和穩(wěn)定性至關重要。在混凝土結構中，主要承受扭矩作用的構件被稱為受扭構件，如梁的端部和柱子在某些情況下。概述純扭構件的受力特點純扭構件主要承受扭矩作用，其受力特點包括截面上的剪應力和扭轉角。承載力計算原理純扭構件的承載力計算通?；趶椥粤W和塑性力學原理，考慮混凝土的抗壓強度和鋼筋的抗拉強度。計算方法計算方法包括基于彈性理論的解析法、數(shù)值分析法和經(jīng)驗公式法等。其中，解析法主要適用于簡單截面和規(guī)則荷載情況，數(shù)值分析法（如有限元法）可處理復雜截面和不規(guī)則荷載情況。純扭構件的受力性能及承載力計算彎剪扭構件的受力特點彎剪扭構件同時承受彎矩、剪力和扭矩作用，其受力特點