2019最新02钢筋混凝土结构计算基本原理数学

第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》工程结构主讲人：李锦学第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》章节名称1钢筋混凝土材料的物理力学性能教学内容1.1混凝土的物理力学性能1.2钢筋的物理力学性能1.3钢筋与混凝土之间的粘结与锚固教学目的与要求掌握钢筋混凝土材料与匀质弹性材料的物理力学性能存在的差异；理解混凝土立方体抗压强度、轴心抗拉强度的标准试验方法，掌握一次单轴短期加载的变形性质，了解混凝土的弹性模量、变形模量、混凝土的收缩和徐变；理解钢筋的品种、级别和使用范围。掌握有明显屈服点钢筋的应力—应变曲线的特点以及钢筋强度设计值取值的依据；理解钢筋与混凝土的粘结性能及保证可靠粘结和锚固的构造措施。教学重点钢筋和混凝土两种不同材料能够有效地结合在一起共同工作的主要原因；教学方法讲解、板书与讨论教学过程序号教学内容时间分配教师活动学生活动1课程简介5分钟讲授2混凝土的物理力学性能20分钟讲授3钢筋的物理力学性能30分钟讲授4粘结与锚固30分钟讲授5小结5分钟讲授第03次课授课计划建筑结构课程工程本091班级2011年09月05日（第2周周一5、6节）第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》第一节建筑结构的功能一结构的功能要求功能要求适用性耐久性安全性第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》安全性——结构在正常施工和正常使用的条件下，能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件（如强烈地震、爆炸、车辆撞击等）发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。适用性——结构在正常使用时具有良好的工作性能。例如，不会出现影响正常使用的过大变形或振动；不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。耐久性——结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》二建筑结构的安全等级安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的房屋二级严重一般的房屋三级不严重次要的房屋第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》结构的设计使用年限定义：房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的持久年限。结构的设计使用年限应按下表采用。类别设计使用年限（年）示例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》一荷载分类按随时间的变异，结构上的荷载可分为以下三类：1.永久荷载：永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间变化。如结构自重、土压力、预应力等。2.可变荷载：可变荷载也称为活荷载，是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载。3.偶然荷载：在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载。第二节作用效应和结构抗力第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》二荷载代表值1.荷载代表值定义：结构设计时，对于不同的荷载和不同的设计情况，应赋予荷载不同的量值，该量值即荷载代表值。2.荷载标准值定义：荷载标准值就是结构在设计基准期内具有一定概率的最大荷载值,它是荷载的基本代表值。设计基准期——为确定可变荷载代表值而选定的时间参数，一般取为50年。第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》（1）永久荷载标准值永久荷载主要是结构自重及粉刷、装修，固定设备的重量。一般可按结构构件的设计尺寸和材料或结构构件单位体积（或面积）的自重标准值确定。例题取钢筋混凝土单位体积自重标准值为25kN/m3，则截面尺寸为200mm×500mm的钢筋混凝土矩形截面梁的自重标准值为0.2×0.5×25=2.5kN/m第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》（2）可变荷载标准值民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频偶值和永久值系数按表采用。1）可变荷载准永久值定义：在设计基准期内经常达到或超过的那部份荷载值（总的持续时间不低于25年），称为可变荷载准永久值。可变荷载准永久值可表示为ψqＱk，其中Ｑk为可变荷载标准值，ψq为可变荷载准永久值系数。ψq值见表1.1.1。第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》2）可变荷载组合值定义：两种或两种以上可变荷载同时作用于结构上时，除主导荷载（产生最大效应的荷载）仍可以其标准值为代表值外，其他伴随荷载均应以小于标准值的荷载值为代表值，此即可变荷载组合值。可变荷载组合值可表示为ψcＱk。其中ψc为可变荷载组合值系数，其值按表查取。第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》3）可变荷载频遇值定义：对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值（总的持续时间不低于50年），称为可变荷载频遇值。可变荷载频遇值可表示为ψfＱk。其中ψf为可变荷载频遇值系数，其值按表查取。第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》（3）荷载设计值永久荷载设计值G=γGGK；γG永久荷载分项系数一般取1.2可变荷载设计值Q=γQQK；γQ永久荷载分项系数一般取1.4第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》1极限状态第二节结构极限状态定义整个结构或结构的一部份，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全性、适用性、耐久性）要求，该特定状态称为该功能的极限状态。极限状态承载力极限状态正常使用极限状态第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》1）承载能力极限状态——这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。承载能力极限状态主要考虑关于结构安全性的功能。第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：●结构构件或连接因材料强度不够而破坏；●整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；●结构转变为机动体系；●结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）。第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》2）正常使用极限状态——正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。这一状态对应于适用性或耐久性的功能。第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：●影响正常使用或外观的变形；●影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；●影响正常使用的振动；●影响正常使用的其他特定状态等。第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》二、结构的功能函数（1）作用效应和结构抗力的概念作用效应——结构上的各种作用，在结构内产生的内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）和变形（如挠度、转角、裂缝等）的总称，用S表示。由直接作用产生的效应，通常称为荷载效应。第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》（2）结构的功能函数结构抗力——结构或构件承受作用效应的能力，如构件的承载力、刚度、抗裂度等，用R表示。结构抗力是结构内部固有的，其大小主要取决于材料性能、构件几何参数及计算模式的精确性等。SRRSgZ),(第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》实际工程中，可能出现以下三种情况第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》安全性◎结构在正常施工和使用情况下能承受可能出现的各种荷载和变形。◎在偶然事件（如校核洪水位、地震）发生时和发生后，结构应能保持整体承载力和稳定性。适用性◎结构在正常使用荷载下，具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形（挠度、侧移）、振幅，或产生过大的裂缝宽度。耐久性◎结构的承载力和刚度不应随时间有过大的减小，导致结构在其预定使用期间内降低安全性和适用性，缩短使用寿命。第二章钢筋砼结构设计计算原理2.1结构设计的极限状态第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》◆结构的可靠性reliability■可靠性——安全性、适用性和耐久性的总称指结构在规定的使用期限内，在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完成预定结构功能的能力。设计基准期：指一个工程结构在正常使用和正常维护条件下，能够满足其可靠度的时间。■结构可靠性越高，建设造价投资越大。■如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决的问题。第二章钢筋砼结构设计计算原理2.1结构设计的极限状态第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》一．结构的极限状态的定义结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。一旦超过这种状态，结构就进入失效状态。二．结构极限状态的分类根据功能要求，国际上通常把极限状态分为两大类：承载能力极限状态正常使用极限状态第二章钢筋砼结构设计计算原理2.1结构设计的极限状态第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》（一）承载能力极限状态超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性要求。结构或结构的一部分丧失结构稳定；（如细长受压构件的压曲失稳）结构形成机动体系而丧失承载能力；（超静定结构中出现足够多塑性铰)结构发生滑移、上浮或倾覆等不稳定情况；构件的截面因强度不足而发生破坏；（包括疲劳破坏）结构或构件产生过大的塑性变形而不适于继续承载。第二章钢筋砼结构设计计算原理2.1结构设计的极限状态第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》(二)正常使用极限状态ServiceabilityLimitState结构或构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。◆过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）；◆过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）；◆过大的振动（影响使用、不舒适）；◆局部损坏。承载力能力极限状态结构的安全性正常使用极限状态结构的适用性和耐久性可靠水平高可靠水平低结构设计程序第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》★结构功能的表达SR可靠荷载效应（S）：荷载在结构构件上引起的内力和变形。如弯矩M、轴力N、剪力V、扭矩T、挠度f、裂缝宽度w等。结构抗力（R）：结构构件的抵抗荷载效应的能力。如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度[f]、容许裂缝宽度[w]。S=R极限状态SR失效第二章钢筋砼结构设计计算原理2.2结构按概率极限状态设计的基本概念第二节结构按概率极限状态设计的基本概念钢筋砼结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计法。设计时主要考虑的两个变量：第二章钢筋混凝土结构的基本计算原理同济大学出版社《工程结构》ftsc=ftbhl钢筋砼梁sc=ftftssscAsfyfcP第二章钢筋砼结构设计