钢筋混凝土结构(1)

,水工钢筋混凝土结构一、绪论技术设计有关课程。配筋设计和计算，构造要求。严格执行有关技术规程和规范。设计计算书编写好：钢筋图或配筋图：背诵与熟悉：对有关数据要熟悉：范围和幅度，数值体验和经验。观察建筑物构造：设计——设（设定与布置、布局）、计（力学分析与配筋计算）1、水利工程混凝土建筑物坝、厂房、闸、渡槽、挡土墙、管理房、支架、机墩等。构件设计：板、梁、柱、基础、墩座。2、钢筋混凝土钢筋和混凝土的复合材料。二、材料钢筋和混凝土（砼）1、钢筋钢筋的材料一般为碳素钢和合金钢；建筑常用的钢筋为HPB235，常称为一级钢筋，表示方法Φ，光面钢筋，碳素钢，低碳钢，用Q235钢材热轧成型，线材，直径4mm～12mm，Φ4、Φ12、最常用HPB235是Φ6和Φ8、Φ10、Φ12。一般用于板的受力筋和梁柱构造箍筋以及分布筋。由于直径小，受力较小，对与混凝土的粘结要求较低，因此采用简单光面钢筋。HRB335，低合金钢，二级钢筋，表示，表面为月牙纹，用Q335钢材热轧成型，直径12mm～35mm，12、14、16、18、20、22、25，一般梁柱构件的受力筋所采用。2、混凝土（砼）混凝土是水泥、砂、碎石和水拌合成型。水泥用量300～450kg，砂0.25～0.35m3，碎石0.70m3～0.75m3，水180～190kg，0.15m3～0.2m3混凝土强度等级，标号，C15、C20、C25、C30基础垫层、挡土墙压顶不受力的部位C15，基础和墩座一般C20，板梁柱C20～C30，多为C25。（1）混凝土抗压和抗拉强度差异较大，8～12倍；（2）抗压与钢筋的差异3、有关规定和构造要求（1）混凝土所处环境的类别P13的表1-1。有五类环境。（2）锚固长度钢筋插入结构支座的长度。HPB235钢筋布筋时，设置弯钩，图1-11。（3）绑扎和搭接搭接长度：公式1-3和表1-3；错位搭接：任务2设计原理强度设计：承载力、安全储备正常使用设计：（稳定）、变形、裂缝安全储备：衡量，安全系数（经验），科学的、精确的合理的安全储备，结构可靠度。从多方面，分别统计分析和计算。材料强度、荷载随机、结构重要性、经济性等方面，对于各方面均给出分项系数。提出新名词：（1）承载力极限状态材料的强度与构件安全状态，（2）正常使用极限状态构件正常使用的变形和裂缝状态（3）作用荷载，除此之外还有温度变化、构件变形、地基变形产生内力。（4）抗力强度，维持构件安全状态的内力（截面弯矩、截面轴力、截面剪力、截面扭矩）（5）标准值荷载和材料强度的标准值，具有随机性，特征值：平均值、最大值和最小值。95％保证率的对应荷载值。荷载取0.95分位值，材料强度取0.05分位值。（6）设计值在标准值基础上，考虑安全储备，即分项系数。材料强度直接使用设计值，荷载则要标准值乘以分项系数。任务3混凝土极限状态设计表达式kS≤R式中K为安全系数，表1-7。因素：水工建筑物等级，基本组合与偶然组合，钢筋（预应力）混凝土与素混凝土；例如：3级建筑物，基本组合，钢筋混凝土构件，查处k=1.20。S为荷载效应组合设计值或作用效应组合设计值，即截面内力组合设计值。组合关系：P24。R为构件设计截面的抗力，即对弯矩、剪力、轴力和扭矩的承载力，由本书提供各种计算公式。1、基本荷载组合分别计算结构上各种荷载的截面内力，然后各自乘以对应分项系数，再加起来，即为组合荷载设计值。（1）分类1）永久荷载标准值G1k：自重等，其荷载效应为SG1k；S是统称，可以是弯矩M、轴力N、剪力Q和扭矩NT2）永久荷载标准值G2k：土压力、岩石压力等，其荷载效应为SG2k；3）一般可变荷载Q1k：人群荷载等，其荷载效应为SQ1k；4）其他可变荷载Q2k：可控制可变荷载等，其荷载效应为SQ2k；5）偶然可变荷载Ak：偶然可变荷载等，其荷载效应为SAk；（2）分项系数分项系数选用参考公式1-12、1-13、1-14。作业1：教学楼楼盖。板、次梁、主梁组合。板跨度为3000mm，次梁跨度9000mm，主梁的跨度12000mm。为简化力学计算，假设均按简支梁考虑。1、楼面可变荷载：查P20，表1-4，按资料室或实验室，取Q1k=5kN/m2。2、楼板自重混凝土厚度100mm（25kN/m3），地面砖25mm（24kN/m3），天面批荡20mm（22kN/m3）。面荷载：单位面积上作用力G1k＝0.1×25+0.025×24+0.02×22＝3.54kN/m23、板荷载作用效应组合设计值取1000mm板带，进行力学计算，板带支撑次梁上，跨度为3000mm，则板带按简支梁考虑。荷载（1）G1k＝3.54kN/m（2）Q1k=5kN/m（3）计算跨中截面荷载效应组合设计值（设计内力）：弯矩SG1k＝3.54×32/8=3.9825kN.m弯矩SQ1k＝5×32/8=5.625kN.m弯矩S=1.05SG1k+1.20SQ1k=1.05×3.9825+1.2×5.625=10.93kN.m（47）计算支座截面荷载效应组合设计值（设计内力）：项目二钢筋混凝土板梁设计一、板、梁的构造板梁是受弯构件，主要传递弯矩梁：截面高度h和宽度b——计算或估算按跨度计算梁高，经验选用，尺寸模数250、300、350、400、450、500、550、600；梁宽150、180、200、220、250、300、350、400板：截面厚度——按经验，60、80、100、120、150、200、250、300钢筋在混凝土结构内需要确保有一定的保护层c、间隔和排距e有效截面高度：单排布筋h0=h-c-d/2≈h-c-20/2双排布筋h0=h-c-d-e/2≈h-c-20-25/2板h0=h-c-d/2≈h-c-10/2截面抗弯强度设计：截面承受弯矩能力，主要分清楚混凝土与钢筋配合工作状态。一般来说，混凝土承担压力，钢筋承担拉力。原因就是混凝土抗拉强度低，而抗压强度高，钢筋抗压强度高但有屈曲问题，也不宜单独承担压力，儿钢筋抗拉强度高，非常适宜承担拉力。混凝土与钢筋配合工作状态：通过实验来分析，钢筋用量或配筋量对截面承载力影响极大，影响混凝土工作状态。钢筋用量过少，混凝土材料没有充分发挥作用，反之钢筋用量过多，钢筋不能充分发挥作用，两种情况都造成材料浪费，是不合理的。必须找到合适配筋量。实验表明混凝土与钢筋的配合有三种情况：（1）适筋破坏钢筋用量合理——适筋；钢筋与混凝土均充分发挥材料的强度，是合理配筋。（2）超筋破坏钢筋用量偏多——超筋；钢筋没能发挥材料的强度，混凝土充分发挥材料的强度，是不合理配筋。通常是因为截面尺寸设定偏小。（3）少筋破坏钢筋用量不足——少筋；钢筋能发挥材料的强度，混凝土不能发挥材料的强度，是不合理配筋。通常是因为截面尺寸设定偏大。（4）优化设计最佳状态：费用最小。（5）截面抗弯承载力计算模型混凝土承担压力，参数：受压区的高度x，应力或混凝土设计强度cf，宽度b；钢筋承担压力，参数：截面积sA，应力或钢筋设计强度yf截面有效高度0h平衡方程：混凝土的压力xbfc钢筋拉力syAfsycAfxbf其中x是受限制，0hxb受压区相对高度0hxbb查P42，表2-3。468.0\522.0b截面所有力对钢筋布置点的弯矩混凝土压力对钢筋布置点产生的弯矩：20xhxbfc钢筋拉力不产生弯矩，因为其力臂为0。外力产生截面弯矩MMxhxbfc20截面强度设计方程：kMxhxbfc20sycAfxbf截面弯矩承载力计算，计算钢筋截面积sA，方程中只有x和sA是变量，其余为已知量。或kMbhfcs20ycsfbhfA05.01s5.01s25.0s05.02s0222s221442s矩形截面弯矩承载力设计过程20bhfkMcss211判断b，如果不满足要重新拟定截面尺寸（加大）。ycsfbhfA0判断min（0.2%、0.15%、0.2%）0bhAsmin，查P203，附表3-2，如果不满足要重新拟定截面尺寸（减小）。适用条件（1）不能超筋0hxbb（2）不能少筋0bhAsminycsffbhA00hx5.01212000hxhxxhxs例如：便桥的设计。某便桥跨度为4000mm，人群和车辆荷载为20kN/m2（实际按桥梁荷载规范计算），桥宽度为4000mm。便桥的结构布置见下图图1便桥结构布置图一、结构布置1、截面形式与截面尺寸板桥形式，采用实心矩形板。截面高度按梁的方式计算：跨度4400mm，按1/10~1/12=440~367mm考虑到按梁高计算，结果偏大，选用350mm。2、混凝土保护层厚度查P203，附表3-1，按二类环境，板的混凝土保护层厚度为25mm。图2A-A剖面图二、荷载和内力计算取单位板宽计算。1、自重板厚350mm，容重25kN/m3。G1＝0.35×25×1＝8.75kN/m考虑人行道：宽度500mm，厚度200mm，则G1＝0.35×25×1+0.2×25×0.5＝11.25kN/m2、人群车辆荷载简化起见采用Q1=20kN/m23、桥板跨中截面内力设计值简支梁跨中截面仅仅有截面弯矩。MG1=qL2/8=8.75×4.42/8=21.175kN.mMQ1=qL2/8=20×4.42/8=48.4kN.mM=1.05MG1+1.2MQ1=1.05×21.175+1.2×48.4=80.31kN.m4、板支座截面内力设计值简支梁支座截面仅仅有截面剪力。5、抗弯截面配筋计算作用弯矩设计值M=80.31kN.mB=1000mmH=350mmh0=350-25-d/2=350-25-20/2=350-25-10=315mmC25,fc=11.9N/mm2HRB335,fy=300N/mm24级水工建筑物，基本组合K=1.15078217.031510009.11101031.8015.123320bhfkMcs081541.0078217.0211211s判断468.0081541.0b，满足要求，截面尺寸足够大。2086.10183001000315081541.09.11mmfbhfAycs判断%2.0%323.0315100086.1018min满足要求，截面尺寸合理。6、选钢筋（1）受力钢筋P36，板钢筋构造要求：直径、最大间距、最小间距根据构造要求选用：Φ16@190，21058mmAs（2）分布钢筋P37，分布钢筋构造25.26441058mmAs如果采用HPB235，fy=210286.37721030041058mmAsS=200mmΦ10@200，2393mmAsΦ12@200，2565mmAsΦ14@200，2770mmAs