《混凝土结构设计方法》课件

混凝土结构设计方法课程概述课程目标学习内容掌握混凝土结构设计基本原理材料性能、构件设计、结构体系考核方式第一章混凝土结构概述混凝土结构的定义混凝土结构的优缺点混凝土与钢筋组合形成的承重体系优点强度高、耐久性好、防火性能佳通过材料复合发挥协同作用混凝土结构的分类钢筋混凝土结构预应力混凝土结构其他类型普通钢筋与混凝土共同工作通过施加预应力提高承载能力混凝土结构的应用领域建筑工程住宅、商业、工业建筑桥梁工程拱桥、梁桥、斜拉桥水利工程水库、水电站、水闸混凝土结构设计的发展历程早期发展119世纪钢筋混凝土初创1900-1950理论框架建立现代设计方法的演进21960-1980极限状态设计法1980-2000可靠度理论引入2000至今数字化与可持续设计第二章材料性能水泥骨料凝结硬化的主要材料砂石构成混凝土主体外加剂水改善混凝土特性水化反应的必要条件混凝土的强度等级混凝土的力学性能应力-应变曲线非线性关系，压曲线呈抛物线徐变长期荷载作用下应变增长收缩水分散失导致体积减小钢筋的种类和性能类型牌号屈服强度应用场合热轧钢筋HPB300300MPa箍筋、构造钢筋热轧带肋钢筋HRB400400MPa主筋、受力钢筋冷加工钢筋CRB550550MPa高强度需求场合钢筋与混凝土的粘结性能化学粘结水泥浆体与钢筋表面摩擦力拉拔时产生摩擦阻力机械锁定肋钢筋与混凝土咬合第三章结构设计基本原理设计目标安全性安全性、适用性、耐久性、经承载能力满足使用要求济性抵抗各种可能的破坏适用性变形、裂缝控制在允许范围满足使用功能需求极限状态设计法概述承载能力极限状态强度破坏、失稳、疲劳破坏正常使用极限状态变形控制、裂缝宽度限值耐久性极限状态抵抗环境侵蚀的能力荷载和作用可变荷载使用荷载风荷载、雪荷载永久荷载偶然荷载结构自重地震作用固定设备重量爆炸冲击结构可靠度可靠度指标失效概率值反映结构安全裕度与可靠度指标反向关系β一般建筑β=

3.2-

3.7Pf=Φ-β重要建筑β

4.0通常要求Pf10^-5部分系数设计法

1.2-

1.

41.4-

1.6永久荷载分项系数可变荷载分项系数考虑自重变异性考虑活荷载随机性

1.1-

1.4材料分项系数考虑材料性能离散性第四章受弯构件设计简支梁悬臂梁连续梁两端自由转动一端固定一端自由多跨连续受弯构件的破坏形态正截面破坏斜截面破坏混凝土压区压碎斜裂缝扩展钢筋拉断或屈服混凝土受拉区撕裂弯矩作用下产生剪力作用下产生正截面承载力计算1基本假定2混凝土应力图形平截面假定等效矩形应力图形3相对界限值4承载力计算ξb确定破坏形态内力平衡方程求解矩形截面梁的设计形截面梁的设计T有效翼缘宽度确定考虑板的协同作用范围中和轴位置判断在翼缘内或翼缘下承载力计算区分不同计算公式配筋设计确定受拉钢筋面积斜截面承载力计算剪力作用机理混凝土和箍筋共同抵抗斜裂缝发展45°角斜裂缝扩展破坏模式脆性破坏需避免斜截面配筋设计箍筋的布置弯起钢筋的设置垂直箍筋弯起位置确定倾斜箍筋弯起角度选择配筋率计算与箍筋协同作用构造要求最小配筋率钢筋间距保护层厚度防止脆性破坏确保混凝土浇筑密实防火防腐蚀保护纵筋ρmin=

0.2%最小净距≥25mm梁底25-30mm箍筋ρv,min=

0.08%最大间距≤200mm环境等级影响第五章受压构件设计偏心受压荷载产生附加弯矩轴心受压荷载作用于截面中心短柱与长柱按长细比区分λ短柱的设计

0.91-3%6稳定系数配筋率范围最少纵筋根数短柱取

0.9-

1.0经济合理区间确保受力均匀长柱的设计偏心受压构件的设计小偏心受压大偏心受压e0/h≤

0.3e0/h

0.3中和轴在截面内截面部分受拉全截面受压控制类似受弯构件设计柱的构造要求纵向钢筋最少4根，直径≥12mm箍筋直径≥6mm，间距≤15d构造加密区柱端部箍筋加密保护层厚度≥30mm第六章受拉构件设计轴心受拉偏心受拉应用场合钢筋承担全部拉力拉力与弯矩组合作用拉杆、吊杆、拉索受拉构件的承载力计算截面确定满足最小尺寸要求配筋计算As=N/fy/γs裂缝宽度验算控制在允许范围内受拉构件的构造要求最小配筋率钢筋布置ρmin=

0.2%均匀分布防止裂缝过大确保协同工作锚固要求满足计算锚固长度防止钢筋滑移第七章受扭构件设计受扭构件的破坏特征裂缝发展破坏模式呈螺旋形分布混凝土斜拉破坏与构件轴线成45°角配筋不足导致脆性破坏环绕整个截面出现配筋合理时钢筋屈服受扭承载力计算空间桁架模型计算斜筋与箍筋薄壁截面理论适用于矩形截面组合作用弯剪扭共同计算受扭构件的配筋设计纵向钢筋均匀布置在截面四周箍筋设计封闭箍，间距减小构造措施确保空间骨架整体性第八章板的设计单向板双向板无梁楼盖荷载主要沿一个方向荷载沿两个方向传递板直接支承在柱上传递单向板的设计板厚确定满足跨高比要求受弯承载力计算按每米宽度计算主筋设计垂直于支座方向配置分布筋设计平行于支座方向配置双向板的设计无梁楼盖的设计平板蘑菇板板直接支承在柱上板下有柱帽扩展无梁无柱帽结构增强抗冲切能力穿孔破坏需验算提高刚度和承载力板的构造要求1最小厚度满足跨高比和刚度要求配筋布置通长筋与附加筋结合钢筋间距主筋≤200mm，分布筋≤250mm保护层一般15-20mm第九章基础设计独立基础的设计地基承载力验算确保不超过允许值基础尺寸确定满足压力分布均匀配筋计算悬臂梁法确定配筋条形基础的设计适用范围承重墙下或排列柱下计算模型纵向连续梁模型配筋设计主筋沿纵向布置构造要求最小配筋率及保护层筏形基础的设计刚度法弹性地基梁法适用于规则筏板考虑地基变形简化计算过程使用地基系数主要考虑弯矩分布更接近实际工作状态桩基础的设计桩的承载力桩的布置端阻力与侧阻力确定桩距与桩位桩身设计承台设计确保结构整体性验算冲切与配筋第十章预应力混凝土结构预应力的概念优缺点人为施加压应力优点裂缝控制、跨度增加抵消部分拉应力缺点施工复杂、造价高提高构件承载力适用大跨度、重载荷结构预应力的施加方法先张法后张法施工工艺对比钢筋先张拉后浇筑混凝土混凝土硬化后张拉钢筋不同条件下选择合适方法预应力损失预应力混凝土梁的设计材料选择高强预应力筋与高强混凝土预应力确定根据使用阶段应力控制钢束轨迹设计3符合内力分布要求预应力混凝土构件的构造锚固区设计钢束布置构造钢筋局部应力集中区域避开障碍物确保整体性需配置特殊锚固区钢筋满足最小曲率半径要求防止开裂和局部破坏第十一章结构耐久性设计物理损伤结构老化冻融、磨损等材料性能劣化环境侵蚀设计使用年限化学腐蚀作用一般结构50年混凝土的碳化碳化机理CO2与CaOH2反应生成CaCO3碳化速度碳化深度与时间平方根成正比防护措施增加保护层厚度和混凝土密实度钢筋锈蚀后果严重结构承载力大幅降低锈蚀原因氯离子渗透和碳化作用预防方法3表面防护和改善材料性能冻融破坏破坏机理抗冻措施孔隙水结冰膨胀合理配比-减小水灰比反复冻融导致开裂加入引气剂-形成封闭气泡表面剥落、强度降低表面涂层-阻止水分进入耐久性设计方法环境类别确定区分腐蚀风险等级材料性能要求抗渗透性和耐久指标构造措施设计保护层和裂缝控制检测与维护定期检查和及时修复第十二章结构抗震设计抗震设计目标基本原则小震不坏，中震可修，大震合理布置，良好整体性不倒设计方法基于性能的抗震设计抗震等级和措施抗震等级适用范围主要构造措施一级

8、9度区重点工程特殊抗震构造二级8度区、7度重点工加强型抗震构造程三级7度区、6度重点工一般抗震构造程四级6度区普通建筑基本抗震构造框架结构抗震设计

1.

30.85柱剪力放大系数梁端截面弯矩调整系数强柱弱梁设计考虑塑性铰发展

1.6节点核心区配筋率确保节点整体性总结与展望课程回顾掌握混凝土结构设计全过程工程应用理论与实践相结合未来发展趋势数字化、智能化、绿色可持续。