混凝土结构设计原理7-10章.ppt

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第7章受扭构件扭曲截面的承载力的计算图7.1常见受扭构件示例7.1纯扭构件的试验研究图7.2素混凝土纯扭构件的破坏图7.3钢筋混凝土纯扭构件适筋破坏图7.4纯扭构件的扭矩扭转角关系曲线根据国内外相当数量的钢筋混凝土纯扭构件的试验结果，可将这类构件的破坏分为下列4种类型:

少筋破坏适筋破坏完全超配筋破坏部分超配筋破坏7.2矩形截面纯扭构件扭曲截面的承载力计算7.2.1开裂扭矩的计算图7.5纯扭构件的弹性应力分布图7.6纯扭构件矩形截面全塑状态剪应力分布矩形截面T形和形截面箱形截面图7.7混凝土受扭构件截面尺寸（弯矩作用平面）（a）矩形截面（hb）（b）T形，I形（c）箱形截面（twt）w7.2.2受扭承载力的计算

（1）矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的受扭承载力计算1）变角空间桁架模型图7.8受扭模拟桁架用箱形截面代替矩形截面变角空间桁架模型图7.9受纯扭薄壁管图7.10变角空间桁架模型分离体图2）矩形截面纯扭构件的承载力计算图7.11纯扭构件抗扭承载力试验数据图

（2）矩形截面预应力混凝土纯扭构件的受扭承载力计算（3）T形和I形截面钢筋混凝土纯扭构件的受扭承载力计算图7.12T形和形截面划分矩形截面的方法（4）箱形截面钢筋混凝土纯扭构件的受扭承载力计算（5）在轴向压力和扭矩共同作用下矩形截面钢筋混凝土构件的受扭承载力计算7.2.3配筋计算方法

（1）抗扭配筋计算的适用范围1）对少筋破坏用限制最小配筋率来防止。

规范规定箍筋的最小配筋率应满足2）对于完全超筋破坏采用控制截面尺寸不能过小的方式来防止。

规范规定的截面尺寸限制条件为：

7.3弯剪扭构件的承载力计算7.3.1试验研究的计算模型

（1）破坏类型图7.13例7.1图

（2）弯剪扭构件的承载力计算方法1）剪扭构件承载力计算矩形截面剪扭构件图7.14弯剪扭构件的破坏类型图7.15无腹筋构件的剪扭承载力相关规律图7.16混凝土部分剪扭承载力相关的计算模式T形和形截面剪扭构件箱形截面剪扭构件在轴向压力、弯矩、剪力和扭矩共同作用下的钢筋混凝土矩形截面框架柱,其受剪扭承载力应按下列公式计算。

图7.17弯扭承载力相关性的一般规律2）矩形截面弯扭构件的承载力计算图7.18弯扭构件纵向钢筋的叠加7.3.2弯剪扭构件的承载力计算的适用条件及计算步骤

（1）适用条件1）截面限制条件2）为了避免少筋破坏,采用限制最小配箍率和纵筋配筋率的方法。

规范规定弯剪扭构件中箍筋的配箍率sv应符合3）当符合下列条件时可不进行构件受剪扭承载力计算,仅须按构造要求配置钢筋。

4）此外,对于矩形、T形、形和箱形截面混凝土弯剪扭构件,当符合下列条件时可仅按受弯构件的正截面受弯承载力和纯扭构件的受扭承载力分别进行计算。

5）当符合下列条件时可仅按受弯构件的正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力分别进行计算。

（2）弯剪扭构件的承载力设计计算步骤一般情况下,当已知构件中的设计弯矩图、设计剪力图和设计扭矩图,并初步选定了截面尺寸和材料强度等级后,弯剪扭构件的承载力计算可按以下步骤进行:

1）验算适用条件按公式（7.39）验算构件截面是否满足要求。

如不满足,则应加大构件截面尺寸或提高混凝土的强度等级。

当满足（7.43）或（7.44）的条件时,可不考虑剪力作用,只按抗弯和抗扭进行配筋计算。

当满足公式（7.41）或（7.42）的条件时,不须对构件进行抗剪和抗扭计算,箍筋和抗扭纵筋分别按最小配筋用量的要求配置,同时满足构造要求。

当满足公式（7.45）的条件时,可仅按受弯构件的正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力分别进行计算。

2）确定箍筋用量3）确定纵筋用量7.4受扭构件的配筋构造要求7.4.1箍筋的构造要求7.4.2纵向钢筋的构造要求图7.19例7.3截面配筋图图7.20受扭箍筋第8章钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性8.1钢筋混凝土受弯构件的挠度验算8.1.1截面抗弯刚度的概念及我国规范给出的定义图8.1裂缝出现后受弯构件应变分布和中性轴变化图8.2M-关系曲线8.1.2纵向受拉钢筋应变不均匀系数图8.3实测钢筋应力分布图8.4裂缝处应变、平均应变与应力的关系图8.5有效受拉混凝土面积8.1.3截面受弯刚度的计算公式

（1）荷载的标准组合作用下受弯构件的短期刚度Bs1）平均应变和曲率间的几何关系2）裂缝截面弯矩与应力的平衡关系图8.6第阶段裂缝截面的应力图3）裂缝截面应力与平均应变间的物理关系4）短期刚度Bs的一般表达式

（2）受弯构件的刚度B1）荷载长期作用下刚度降低的原因2）刚度B的计算公式8.1.4影响截面受弯刚度的主要因素8.1.5最小刚度原则与挠度验算图8.7沿梁截面刚度和截面曲率的分布图8.8梁的剪跨段内纵向受拉钢筋应力分布图8.9配筋率对承载力、刚度及挠度的影响图8.108.2钢筋混凝土构件的裂缝宽度验算8.2.1垂直裂缝的出现、分布与发展图8.11纯弯段的裂缝分布8.2.2平均裂缝间距图8.12轴心受拉构件粘接力应力传递长度8.2.3平均裂缝宽度

（1）计算公式

（2）裂缝截面处的钢筋应力sk1）轴心受拉构件2）受弯构件按式（8.8）计算，并取=0.87，则3）偏心受拉构件图8.13平均裂缝宽度计算简图图8.14大、小偏心受拉构件钢筋应力计算图式（a）大偏心受拉（b）小偏心受拉图8.15偏心受压构件钢筋应力图式8.2.4最大裂缝宽度及其验算

（1）标准荷载组合作用下的最大裂缝宽度图8.16受弯构件裂缝宽度的概率分布规律

（2）考虑荷载长期作用影响的最大裂缝宽度（3）最大裂缝宽度验算8.3钢筋混凝土构件的截面延性8.3.1延性的概念与意义8.3.2受弯构件的截面曲率延性系数

（1）受弯构件截面曲率延性系数表达式图8.17适筋梁截面开始屈服及最大承载力时应变、应力图（a）开始屈服时（b）最大承载力时

（2）影响因素提高截面曲率延性系数的措施主要有：

图8.18单筋矩形截面M-关系计算曲线图8.19配箍率对棱柱体试件-曲线的影响1）限制纵向受拉钢筋的配筋率，一般不应大于2.5%，受压区高度x（0.250.35）h0；2）规定受压钢筋和受拉钢筋的最小比例，一般使保持0.30.5；3）在弯矩较大的区段适当加密箍筋。

8.3.3偏心受压构件截面曲率延性的分析8.4混凝土结构的耐久性8.4.1耐久性的概念与主要影响因素

（1）混凝土结构耐久性概念

（2）影响混凝土结构耐久性的主要因素1）混凝土冻融破坏2）混凝土的碱集料反应3）侵蚀性介质的腐蚀4）机械磨损5）混凝土的碳化6）钢筋锈蚀7）其他因素8.4.2混凝土的碳化

（1）碳化的机理由混凝土碳化过程机理分析，混凝土碳化过程的速度主要取决于以下三个过程的速度：

1）化学反应本身的速度；2）二氧化碳向混凝土内扩散的速度；3）混凝土孔隙中可碳化物质，主要是Ca（OH）2的扩散速度。

（2）影响碳化的主要因素1）环境因素空气中CO2的浓度空气湿度图8.20不同饰面材料的碳化深度比环境温度2）材料的因素水泥的品种与用量水灰比（W/C）粉煤灰、矿渣等外掺料集料的品种及粒径3）施工养护条件4）覆盖层8.4.3钢筋的锈蚀

（1）钢筋锈蚀机理图8.21钢筋的锈蚀图8.22图8.23不同pH值溶液对低碳钢的腐蚀（平均O2浓度为5mL/L）

（2）影响锈蚀的主要因素pH值的影响含氧量图8.24含氧量对钢筋锈蚀速度的影响1含氧量很高2含氧量中等3含氧量很低4缺氧时Cl-离子含量Fe+NaCl=FeCl2+Na混凝土的密实度混凝土裂缝其他影响（3）防止钢筋锈蚀的措施图8.25不同环境条件对钢筋腐蚀的影响混凝土中钢筋的锈蚀受到多种因素的作用，防止钢筋锈蚀还可采用多种措施。

主要措施有：

材料方面保证有足够厚的保护层厚度，并要保证保护层的完好性。

采用涂面层，防止水，CO2,Cl-,O2的渗入。

采用钢筋阻锈剂采用防腐蚀钢筋a.环氧涂层钢筋。

b.镀锌钢筋。

c.不锈钢钢筋，欧洲、美、日已有应用，但成本高，应用范围受限制。

8.4.4耐久性设计

（1）结构工作环境分类

（2）结构耐久性等级（3）保证耐久性的构造措施最小保护层厚度最大水灰比和最小水泥用量及混凝土最低强度和含盐量限制。

混凝土中碱含量限制其他方面图8.26思考题8.1M-f曲线图8.27习题8.1图图8.28习题8.6图第9章预应力混凝土构件9.1预应力混凝土的基本概念9.1.1预应力混凝土的原理预应力混凝土结构具有如下一系列主要优点。

1）改善和提高了结构或构件的受力性能。

2）充分利用高强材料节约钢材、混凝土减轻结构自重。

3）提高结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。

图9.1对混凝土矩形梁施加预应力的示意图（a）外荷载作用下（b）预压力作用下（c）预压力与外荷载共同作用下对下列的结构物，宜优先采用预应力结构。

1）要求裂缝控制等级较高的结构如水池、油罐、原子能反应堆，受到侵蚀性介质作用的工业厂房、水利、海洋、港口工程结构物等。

2）在工程结构中，建造大跨度或承受重型荷载的构件。

如大跨度桥梁中的梁式构件，吊车梁，楼盖与屋盖结构等。

3）对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件。

如工业厂房的吊车梁等，采用预应力混凝土结构，可提高抗裂度或减小裂缝宽度，同时，由于预加压力的偏心作用使构件产生反拱，可抵消或减小由使用荷载所产生的变形。

但预应力混凝土同时也存在着一些缺点：

如生产工艺较复杂、对施工队伍要求高、需要有张拉机具、灌浆设备和锚固装置等专用设备等。

9.1.2预应力混凝土的分类1）全预应力混凝土。

图9.2预应力混凝土的分类2）有限预应力混凝土。

3）部分预应力混凝土。

9.1.3张拉预应力筋的方法

（1）先张法图9.3先张法主要工序示意图（a）钢筋就位（b）张拉钢筋（c）临时固定钢筋，浇灌混凝土并养护（d）放松钢筋，钢筋回缩，混凝土受预压图9.4后张法主要工序示意图（a）制作构件，预留孔道，穿入预应力钢筋（b）安装千斤顶（c）张拉钢筋（d）锚住钢筋，拆除千斤顶、孔道压力灌浆

（2）后张法（3）电热张拉法9.1.4预应力混凝土材料

（1）混凝土高强度收缩、徐变小以减少由于收缩，徐变引起的预应力损失。

快硬、早强混凝土能较快地获得强度，尽早地施加预应力，以提高台座、模具、夹具、张拉设备的周转率，加快施工进度，降低间接管理费用。

（2）钢筋强度高具有一定的塑性良好的加工性能图9.5螺旋钢筋的套筒连接与混凝土之间有良好的粘接强度钢筋的应力松弛要低9.1.5锚具、夹具与预应力设备概述

（1）夹具和锚具1）基本要求和分类在设计、制造和选用锚具、夹具时必须满足以下各项要求：

锚固受力安全可靠，共本身具有足够的强度和刚度；应使预应力钢筋在锚具内尽可能不产生滑移，以减少预应力损失；构造简单，便于机械加工制作；使用方便，节约钢材，造价低廉。

按锚（夹）具的受力原理可划分成：

依靠摩擦力锚固的锚具。

依靠承压锚固的锚具。

依靠钢筋与混凝土之间的粘接力进行锚固的。

2）国内常用的几种锚具螺丝端杆锚具夹片式锚具锥形锚具镦头锚具

（2）预应力设备图9.6螺丝端杆锚具图9.7JM12锚具1）千斤顶2）制孔器抽拔橡胶管。

螺旋金属波纹管。

3）灌孔水泥浆及压浆机图9.8QM锚具图9.9锥形锚具图9.10镦头锚具9.1.6先张法预应力锚固长度（先张法构件预应力钢筋的传递长度及锚固长度）图9.11先张法自锚区应力应变分布图9.2张拉控制应力与预应力损失9.2.1张拉控制应力con9.2.2各种预应力损失值

（1）锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失l1图9.12曲线预应力筋的l1（a）圆弧形预应力钢筋（b）预应力损失值l1分布

（2）预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失l21）孔道偏差引起的摩擦力dN1图9.13摩擦损失l2图9.14、x计算图（3）混凝加热养护时，由于张拉钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的预应力损失l3图9.15一端张拉、两端张拉及超张拉对减少摩擦损失的影响减少l3的措施有：

1）采用二次升温养护。

2）钢模张拉。

（4）钢