《混凝土結(jié)構(gòu)》課件

混凝土結(jié)構(gòu)課程介紹本課程將系統(tǒng)講解混凝土結(jié)構(gòu)的基本理論、設(shè)計方法和應用實踐掌握混凝土材料特性、構(gòu)件設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析課程目標和學習成果掌握基礎(chǔ)理論理解混凝土結(jié)構(gòu)力學原理熟練計算方法能獨立完成構(gòu)件設(shè)計計算應用設(shè)計規(guī)范正確應用國家標準進行設(shè)計解決工程問題混凝土結(jié)構(gòu)的歷史發(fā)展1古羅馬時期混凝土雛形出現(xiàn)21824年波特蘭水泥發(fā)明31850年代鋼筋混凝土技術(shù)出現(xiàn)41920年代預應力混凝土發(fā)展5現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)的應用領(lǐng)域民用建筑住宅、商業(yè)樓宇工業(yè)建筑廠房、倉庫、冷卻塔橋梁工程各類跨徑橋梁結(jié)構(gòu)地下工程隧道、地鐵、地下室水利工程鋼筋混凝土的基本概念復合材料混凝土與鋼筋共同工作發(fā)揮各自材料優(yōu)勢工作原理混凝土承受壓力鋼筋承受拉力優(yōu)勢特點耐久性強適應性廣混凝土的組成材料水泥膠凝材料，提供強度細骨料河砂或機制砂粗骨料碎石或卵石水水化反應所需外加劑水泥的類型和特性硅酸鹽水泥通用型，早期強度高水化熱大，適用一般工程普通硅酸鹽水泥性能均衡應用最廣泛礦渣水泥水化熱低抗sulfate腐蝕性好特種水泥快硬、抗硫酸鹽適應特殊環(huán)境骨料的種類和要求粗骨料粒徑>4.75mm要求堅硬潔凈細骨料粒徑≤4.75mm級配合理輕骨料密度低用于輕質(zhì)混凝土外加劑的作用和選擇減水劑降低水灰比，提高流動性減緩劑延緩凝結(jié)時間早強劑促進早期強度發(fā)展防水劑提高密實度和抗?jié)B性混凝土的力學性能1抗壓強度混凝土最主要力學指標2抗拉強度約為抗壓強度的1/103彈性模量反映剛度特性4泊松比橫向變形與縱向變形比混凝土的強度特性立方體抗壓強度標準養(yǎng)護28天測定強度等級劃分C15-C80表示立方體強度影響因素水灰比、養(yǎng)護條件、齡期混凝土的變形特性應變應力混凝土的收縮和徐變收縮水分蒸發(fā)體積減小干燥收縮、自收縮影響因素：環(huán)境濕度、構(gòu)件尺寸徐變長期荷載下變形增長與應力、時間相關(guān)影響因素：荷載大小、齡期鋼筋的種類和級別鋼筋的力學性能235MPaHPB300屈服強度光圓鋼筋400MPaHRB400屈服強度熱軋帶肋鋼筋500MPaHRB500屈服強度高強度鋼筋200GPa彈性模量各級別鋼筋相同鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能機械咬合肋與混凝土嚙合摩擦力接觸面摩擦膠結(jié)力界面化學作用結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本概念安全性滿足承載力要求適用性滿足正常使用功能耐久性滿足設(shè)計使用年限經(jīng)濟性經(jīng)濟合理、資源節(jié)約極限狀態(tài)設(shè)計法概述承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)失效或損壞驗算強度、穩(wěn)定性正常使用極限狀態(tài)正常使用受影響驗算變形、裂縫計算原則采用分項系數(shù)設(shè)計法考慮各種不確定性荷載與作用效應永久荷載結(jié)構(gòu)自重、固定設(shè)備可變荷載人群、設(shè)備、貨物風荷載風壓作用效應地震作用地震慣性力結(jié)構(gòu)可靠度理論基礎(chǔ)可靠度指標失效概率安全等級β=3.20.0007一級β=3.70.0001二級β=4.20.00001三級材料的強度設(shè)計值混凝土強度設(shè)計值fc=fck/γcfck：標準值γc：材料分項系數(shù)鋼筋強度設(shè)計值fy=fyk/γsfyk：標準值γs：材料分項系數(shù)受彎構(gòu)件的受力特點荷載傳遞荷載轉(zhuǎn)化為內(nèi)力應力分布上部受壓，下部受拉材料作用混凝土承壓，鋼筋承拉破壞特征壓區(qū)混凝土壓碎或鋼筋屈服正截面承載力計算原理1平截面假定變形前平面變形后仍為平面2應變協(xié)調(diào)混凝土與鋼筋應變相等3強度準則材料達到設(shè)計強度4力平衡條件內(nèi)力與外力平衡正截面承載力計算步驟確定計算簡圖確定截面尺寸、配筋情況建立平衡方程混凝土壓力合力=鋼筋拉力求解相對高度計算中性軸位置計算承載力得出極限彎矩值斜截面承載力計算原理1剪力作用產(chǎn)生斜截面剪應力2抗剪機制混凝土+箍筋共同工作3破壞模式斜裂縫發(fā)展導致破壞斜截面承載力計算步驟確定截面特征有效高度、截面寬度計算混凝土抗剪貢獻基于抗拉強度計算箍筋抗剪貢獻基于配筋率疊加兩部分承載力得出總抗剪承載力受壓構(gòu)件的受力特點軸心受壓壓力作用于截面形心截面均勻受壓偏心受壓壓力偏離形心壓力+彎矩組合作用穩(wěn)定問題細長構(gòu)件需考慮穩(wěn)定性防止整體失穩(wěn)偏心受壓構(gòu)件的計算確定偏心距初始+附加偏心考慮長細比影響計算附加偏心建立平衡方程內(nèi)力與外力平衡驗算承載力滿足設(shè)計要求軸心受壓構(gòu)件的計算14長細比λ限值短柱判別標準1.15約束系數(shù)η箍筋提供側(cè)向約束0.9穩(wěn)定系數(shù)φ考慮長度影響受拉構(gòu)件的設(shè)計承載力計算主要依靠鋼筋承擔拉力N≤fyAs裂縫控制控制裂縫寬度加強構(gòu)造措施構(gòu)造要求最小配筋率適當分布鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫控制裂縫寬度限值基于環(huán)境類別確定計算裂縫寬度與鋼筋應力、保護層厚度相關(guān)控制措施合理配筋、減小鋼筋間距驗算步驟確保計算值小于限值混凝土構(gòu)件的變形控制撓度限值跨度分數(shù)表示長期變形考慮徐變影響活荷載變形短期彈性變形鋼筋混凝土梁的構(gòu)造要求1最小配筋率防止脆性破壞2最大配筋率保證足夠塑性3箍筋構(gòu)造間距不大于截面有效高度3/44鋼筋錨固確保力的有效傳遞鋼筋混凝土柱的構(gòu)造要求項目規(guī)定值最小尺寸200mm縱筋最小配筋率0.6%縱筋最大配筋率5%箍筋最小直徑6mm箍筋最大間距300mm鋼筋的錨固與連接直錨鋼筋伸入混凝土一定長度彎鉤錨固鋼筋末端彎折提高錨固能力搭接連接鋼筋重疊一定長度機械連接套筒、焊接等方式受彎構(gòu)件的配筋設(shè)計計算所需鋼筋面積基于彎矩需求選擇鋼筋數(shù)量和直徑滿足計算面積驗算配筋率滿足最小最大限制確定布置方式單排或多排布置受壓構(gòu)件的配筋設(shè)計確定截面尺寸基于軸力和彎矩需求計算縱向鋼筋滿足配筋率要求確定箍筋設(shè)置間距和直徑選擇布置構(gòu)造鋼筋確保整體穩(wěn)定性板的設(shè)計與構(gòu)造單向板的計算與設(shè)計應用條件長邊/短邊>2荷載沿短邊傳遞計算模型單位寬度條帶按梁計算方法處理配筋要求主筋垂直于支座分布筋與主筋垂直配筋率滿足規(guī)范雙向板的計算與設(shè)計板跨比短向彎矩系數(shù)長向彎矩系數(shù)無梁樓蓋的設(shè)計原理優(yōu)勢特點施工簡便凈空高度大建筑靈活性高計算方法等代框架法有限元分析關(guān)鍵設(shè)計點柱帽或加厚層設(shè)計沖切驗算板柱節(jié)點加強樓梯的設(shè)計與構(gòu)造尺寸要求踏步高度≤175mm坡度控制坡度一般25°-35°計算模型板式或梁式構(gòu)造措施滿足最小配筋率框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理結(jié)構(gòu)體系梁柱連接形成框架力傳遞機制板→梁→柱→基礎(chǔ)3節(jié)點設(shè)計確保剛性連接整體性考慮確?？臻g剛度框架節(jié)點的設(shè)計節(jié)點區(qū)分類梁柱節(jié)點梁梁節(jié)點柱基節(jié)點節(jié)點受力特點多向內(nèi)力復雜耦合應力集中區(qū)域構(gòu)造要求箍筋加密區(qū)配置核心區(qū)配筋加強確保連接可靠性剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理1抗側(cè)力構(gòu)件承擔水平荷載2結(jié)構(gòu)布置原則布置均勻、對稱3邊緣構(gòu)件增強墻端約束4配筋設(shè)計垂直筋與水平筋組合預應力混凝土的基本概念基本原理預先施加壓應力應力平衡抵消部分拉應力結(jié)構(gòu)優(yōu)勢跨度大，裂縫少適用范圍大跨度、高要求結(jié)構(gòu)4預應力施加方法先張法先張拉鋼材，后澆筑混凝土適合工廠預制通過粘結(jié)傳遞應力后張法先澆筑混凝土，后張拉鋼材適合現(xiàn)場施工通過錨具傳遞應力預應力損失計算1摩擦損失鋼絞線與管道摩擦2錨固損失錨具變形引起3混凝土徐變長期荷載下混凝土變形4鋼材松弛高應力下鋼材應力降低5混凝土收縮體積變化導致應力損失預應力混凝土梁的設(shè)計確定截面尺寸根據(jù)跨度和荷載確定預應力大小滿足正常使用極限狀態(tài)設(shè)計預應力筋布置確定線形和數(shù)量承載力驗算滿足承載能力極限狀態(tài)預制裝配式結(jié)構(gòu)簡介工廠預制構(gòu)件標準化生產(chǎn)現(xiàn)場裝配快速拼裝組合節(jié)點連接確保整體性和剛度混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計環(huán)境作用等級根據(jù)環(huán)境侵蝕性定義確定設(shè)計使用年限材料要求水灰比限值水泥品種選擇混凝土強度等級構(gòu)造措施最小保護層厚度最大裂縫寬度控制表面防護措施混凝土結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計1.5h一級耐火等級要求主要承重構(gòu)件30mm鋼筋最小保護層確保耐火性能800°C臨界溫度鋼筋強度顯著下降點3h特殊建筑耐火要求高層建筑、人員密集場所混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計原理抗震等級劃分基于地震烈度和建筑重要性"強柱弱梁"原則保證結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性延性設(shè)計提供足夠塑性變形能力構(gòu)造加強特殊節(jié)點區(qū)域配筋要求混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量控制原材料控制材料進場檢驗配合比設(shè)計滿足強度和耐久性要求模板支撐系統(tǒng)確保幾何尺寸準確混凝土澆筑養(yǎng)護振搗密實，合理養(yǎng)護混凝土結(jié)構(gòu)的檢測與維護結(jié)構(gòu)檢測定期檢查結(jié)構(gòu)狀態(tài)損傷評估評定結(jié)構(gòu)安全性維修加固恢復或提高承載能力記錄歸檔建立完整維護檔案混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件介紹ETABS建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計MIDAS綜合結(jié)構(gòu)分析平臺SAP2000通用有限元分析PKPM國產(chǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件混凝土結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展趨勢納米技術(shù)應