《混凝土結(jié)構(gòu)安全計(jì)算指標(biāo)》課件

混凝土結(jié)構(gòu)安全計(jì)算指標(biāo)課程概述基礎(chǔ)理論結(jié)構(gòu)安全性概念極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法計(jì)算指標(biāo)材料強(qiáng)度參數(shù)荷載分項(xiàng)系數(shù)實(shí)際應(yīng)用構(gòu)件承載力計(jì)算第一章：混凝土結(jié)構(gòu)安全性概念安全性定義結(jié)構(gòu)抵抗破壞的能力可靠度理論結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞的概率設(shè)計(jì)方法1.1結(jié)構(gòu)安全性的定義抵抗外力能力結(jié)構(gòu)承受各種荷載而不發(fā)生破壞的性能破壞概率控制將結(jié)構(gòu)破壞概率控制在可接受范圍內(nèi)人員安全保障1.2影響混凝土結(jié)構(gòu)安全性的因素施工質(zhì)量混凝土澆筑質(zhì)量鋼筋位置精度材料特性混凝土強(qiáng)度離散性鋼筋品質(zhì)波動荷載作用荷載隨機(jī)性荷載組合復(fù)雜性計(jì)算模型簡化假設(shè)誤差計(jì)算方法精度1.3結(jié)構(gòu)可靠度理論簡介1目標(biāo)可靠指標(biāo)β安全性量化指標(biāo)2失效概率Pf結(jié)構(gòu)破壞概率3隨機(jī)變量分析荷載與抗力隨機(jī)性結(jié)構(gòu)可靠度理論以概率統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，量化分析結(jié)構(gòu)安全性。1.4安全系數(shù)法與極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法安全系數(shù)法單一安全系數(shù)計(jì)算簡便直觀安全儲備不明確極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法多因素分項(xiàng)系數(shù)考慮多種失效模式荷載與材料分開考慮第二章：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則確定設(shè)計(jì)使用年限根據(jù)建筑類型定義結(jié)構(gòu)壽命要求確定安全等級基于結(jié)構(gòu)重要性和破壞后果分析荷載作用確定設(shè)計(jì)荷載組合及效應(yīng)確定材料參數(shù)選擇合適的材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.1設(shè)計(jì)使用年限建筑類型設(shè)計(jì)使用年限臨時性建筑5-10年一般工業(yè)建筑25-30年民用住宅建筑50年重要公共建筑100年特殊紀(jì)念性建筑200年2.2結(jié)構(gòu)安全等級一級特別重要大型公共建筑、高層建筑、橋梁二級重要一般民用建筑、工業(yè)廠房三級次要臨時性建筑、附屬建筑2.3荷載與作用效應(yīng)永久荷載結(jié)構(gòu)自重、裝修重量可變荷載人群活動、家具設(shè)備環(huán)境荷載風(fēng)荷載、雪荷載偶然荷載地震作用、爆炸沖擊2.4材料強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度立方體或圓柱體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)鋼筋強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)彈性模量應(yīng)力應(yīng)變曲線測定第三章：混凝土結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失去承載能力正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)變形或裂縫超限耐久性極限狀態(tài)材料老化導(dǎo)致性能退化3.1承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件因強(qiáng)度不足、失穩(wěn)或疲勞而喪失承載能力的狀態(tài)。3.2正常使用極限狀態(tài)過大變形影響結(jié)構(gòu)美觀和功能使用裂縫超限加速鋼筋銹蝕，影響耐久性過度振動引起使用不適感3.3耐久性極限狀態(tài)鋼筋銹蝕氯離子侵蝕或碳化引起鋼筋腐蝕凍融損傷反復(fù)凍融循環(huán)導(dǎo)致混凝土剝落化學(xué)侵蝕酸堿鹽對混凝土基體的侵蝕破壞磨損劣化表面機(jī)械磨損導(dǎo)致強(qiáng)度降低第四章：混凝土結(jié)構(gòu)安全計(jì)算指標(biāo)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)根據(jù)建筑重要性劃分2荷載分項(xiàng)系數(shù)考慮荷載不確定性材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)考慮材料離散性結(jié)構(gòu)綜合分項(xiàng)系數(shù)考慮計(jì)算模型誤差4.1結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)安全等級重要性系數(shù)γ0適用范圍一級1.1特別重要建筑二級1.0一般建筑三級0.9次要建筑4.2荷載分項(xiàng)系數(shù)1可變荷載γQ=1.4~1.5不確定性較大2永久荷載γG=1.2~1.35不確定性中等3預(yù)應(yīng)力γP=0.9~1.2有利/不利考慮4.3材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)1.4混凝土γc考慮混凝土強(qiáng)度離散性1.1鋼筋γs考慮鋼筋強(qiáng)度離散性1.2預(yù)應(yīng)力鋼材γp考慮預(yù)應(yīng)力損失不確定性4.4結(jié)構(gòu)綜合分項(xiàng)系數(shù)構(gòu)件類型影響柱構(gòu)件系數(shù)較大梁構(gòu)件系數(shù)較小破壞模式影響脆性破壞系數(shù)大延性破壞系數(shù)小計(jì)算模型影響簡化模型系數(shù)大精確模型系數(shù)小第五章：混凝土強(qiáng)度指標(biāo)抗壓強(qiáng)度混凝土最重要的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度裂縫控制的關(guān)鍵參數(shù)彈性模量變形計(jì)算的基礎(chǔ)參數(shù)泊松比橫向變形計(jì)算參數(shù)5.1混凝土強(qiáng)度等級強(qiáng)度等級立方體抗壓強(qiáng)度(MPa)應(yīng)用范圍C15~C2015~20非承重構(gòu)件C25~C3025~30一般建筑C35~C5035~50高層建筑C55~C8055~80超高層建筑C80以上>80特殊結(jié)構(gòu)5.2混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值立方體抗壓強(qiáng)度(MPa)軸心抗壓強(qiáng)度(MPa)5.3混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值5.4混凝土彈性模量1彈性模量計(jì)算公式Ec=10^5/(2.2+34.7/fcu)2等級與彈性模量對應(yīng)關(guān)系C30：3.0×10^4MPa3影響因素骨料類型、養(yǎng)護(hù)條件4應(yīng)用意義變形計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)第六章：鋼筋強(qiáng)度指標(biāo)鋼筋是混凝土結(jié)構(gòu)中承擔(dān)拉力的關(guān)鍵材料，其強(qiáng)度、延性和防腐性能直接影響結(jié)構(gòu)安全。6.1鋼筋種類與強(qiáng)度等級HPB300（光圓鋼筋）主要用于構(gòu)造鋼筋HRB335（普通熱軋帶肋鋼筋）小型工程常用鋼筋HRB400（高強(qiáng)度鋼筋）現(xiàn)代建筑主要受力鋼筋HRB500（高強(qiáng)度鋼筋）大型工程使用6.2鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值6.3鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值鋼筋型號抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)屈強(qiáng)比(fy/fu)HPB300420≥1.30HRB335455≥1.25HRB400540≥1.25HRB500630≥1.156.4鋼筋彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值Es=2.0×10^5MPa溫度影響高溫下彈性模量降低應(yīng)用意義變形計(jì)算和粘結(jié)分析的基礎(chǔ)第七章：結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力計(jì)算軸心受力構(gòu)件柱、拉桿1受彎構(gòu)件梁、板偏心受力構(gòu)件框架柱受扭構(gòu)件空間結(jié)構(gòu)梁7.1軸心受壓構(gòu)件計(jì)算公式N≤φ(fcA+fyAs)截面特點(diǎn)全截面受壓，鋼筋受壓破壞模式混凝土壓碎，鋼筋屈曲7.2軸心受拉構(gòu)件計(jì)算公式N≤fyAsN為設(shè)計(jì)拉力fy為鋼筋屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值A(chǔ)s為鋼筋截面面積關(guān)鍵考慮因素混凝土貢獻(xiàn)忽略鋼筋錨固長度鋼筋應(yīng)力水平控制7.3受彎構(gòu)件正截面承載力M≤αs1fyhbz0斜截面承載力V≤0.7ftbh0+fyvasv局部承載力支座局部壓碎、沖切7.4偏心受壓構(gòu)件小偏心構(gòu)件壓力區(qū)較大，混凝土決定承載力大偏心構(gòu)件壓力區(qū)較小，鋼筋決定承載力穩(wěn)定驗(yàn)算考慮二階效應(yīng)的影響7.5受扭構(gòu)件扭矩承載力T≤0.25ftWt+fyvAsvust/sWt為截面抵抗扭矩Asv為箍筋面積構(gòu)造要求封閉箍筋縱向受扭鋼筋箍筋間距控制第八章：結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形計(jì)算1短期變形彈性變形為主2長期變形含徐變和收縮3裂縫寬度裂縫計(jì)算與控制8.1短期變形1變形系數(shù)法基于彈性理論簡化2剛度折減系數(shù)考慮裂縫影響3變形限值基于功能和外觀要求8.2長期變形徐變系數(shù)φ(t,t0)=1.5~2.5收縮應(yīng)變εcs=(3~4)×10^-4長期附加變形f長期=(1+φ)×f短期8.3裂縫寬度第九章：預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算指標(biāo)先張法先張拉鋼材，后澆筑混凝土后張法先澆筑混凝土，后張拉鋼材粘結(jié)方式粘結(jié)預(yù)應(yīng)力與非粘結(jié)預(yù)應(yīng)力9.1預(yù)應(yīng)力損失施工階段損失錨具變形、摩擦損失、鋼材松弛使用階段損失混凝土徐變、收縮、溫度變化總預(yù)應(yīng)力損失15%~30%的初始預(yù)應(yīng)力9.2有效預(yù)應(yīng)力計(jì)算公式σp=σcon-Δσpσcon為張拉控制應(yīng)力Δσp為預(yù)應(yīng)力總損失應(yīng)用意義承載力計(jì)算依據(jù)抗裂驗(yàn)算依據(jù)受彎剛度計(jì)算參數(shù)9.3預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件承載力計(jì)算正截面承載力考慮預(yù)應(yīng)力鋼材和普通鋼筋共同作用斜截面承載力考慮預(yù)應(yīng)力對斜截面受剪的有利影響錨固區(qū)承載力驗(yàn)算錨固區(qū)局部壓應(yīng)力和開裂控制9.4預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件變形計(jì)算計(jì)算內(nèi)容特殊考慮因素?fù)隙扔?jì)算預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反拱效應(yīng)徐變變形預(yù)應(yīng)力損失導(dǎo)致的徐變增加裂縫控制預(yù)應(yīng)力對裂縫控制的有利作用第十章：特殊環(huán)境下的安全計(jì)算指標(biāo)嚴(yán)寒地區(qū)抗凍融循環(huán)溫度應(yīng)力控制高溫地區(qū)耐高溫性能熱膨脹控制腐蝕環(huán)境抗氯離子滲透抗碳化能力疲勞荷載疲勞強(qiáng)度疲勞壽命10.1嚴(yán)寒地區(qū)抗凍融指標(biāo)F150以上抗凍等級混凝土配比調(diào)整降低水灰比，添加引氣劑含氣量要求4%~6%的含氣量10.2高溫地區(qū)抗高溫性能200℃以上強(qiáng)度顯著下降防火設(shè)計(jì)增加保護(hù)層厚度熱膨脹控制設(shè)置膨脹縫10.3腐蝕環(huán)境海洋環(huán)境氯離子防護(hù)工業(yè)環(huán)境酸堿鹽防護(hù)城市環(huán)境碳化防護(hù)防護(hù)措施混凝土防腐添加劑410.4疲勞荷載應(yīng)用場景橋梁鐵路軌道板機(jī)場道面驗(yàn)算內(nèi)容應(yīng)力幅循環(huán)次數(shù)S-N曲線第十一章：抗震設(shè)計(jì)安全計(jì)算指標(biāo)0.16g8度設(shè)防烈度高烈度區(qū)水平地震加速度1.3抗震調(diào)整系數(shù)提高材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1.5~3.0結(jié)構(gòu)延性系數(shù)確保結(jié)構(gòu)有足夠延性11.1抗震設(shè)防烈度設(shè)防烈度水平地震加速度(g)適用區(qū)域6度0.05低震區(qū)7度0.10中震區(qū)8度0.20高震區(qū)9度0.40特高震區(qū)11.2結(jié)構(gòu)抗震等級特一級生命線工程特別重要建筑一級高層建筑大型公共建筑二級多層住宅普通公共建筑三級低層建筑次要建筑11.3地震作用計(jì)算基底剪力法簡化計(jì)算方法反應(yīng)譜法復(fù)雜結(jié)構(gòu)常用方法時程分析法重要結(jié)構(gòu)詳細(xì)分析方法11.4抗震構(gòu)造措施強(qiáng)柱弱梁梁先于柱屈服，提高結(jié)構(gòu)延性抗震墻提供足夠側(cè)向剛度和承載力箍筋加密提高構(gòu)件延性和約束性能第十二章：結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)指標(biāo)環(huán)境作用等級根據(jù)環(huán)境侵蝕性分級保護(hù)層厚度保護(hù)鋼筋免受侵蝕混凝土滲透性控制有害物質(zhì)滲透耐久性驗(yàn)算確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限12.1環(huán)境作用等級環(huán)境等