钢筋混凝土结构学课件：水工领域中的受压构件承载力计算方法

钢结构领筋混凝土学水工域压构载计中的受件承力算方法本课件将深入探讨钢筋混凝土结构学在水工建筑中的应用，重点讲解受压构件承载力计算方法课习标程概述和学目课标习标程目学目本课程旨在帮助学生掌握水工建筑中受压构件承载力计算方法，并学生将能够理解受压构件的基本概念，掌握轴心受压和偏心受压构能运用这些方法解决实际工程问题件的计算理论，并了解环境因素对构件性能的影响见压构类水工建筑中常的受件型闸水水闸是控制水流的重要建筑物，其闸门、闸墩等均为受压构件电水站水电站中的水轮机、发电机等重型设备基础以及水坝的底部均需要承受巨大的压力堤防工程堤防工程的主要作用是防止洪水泛滥，其堤身、护坡等结构均需要承受水压结构水池水池、水塔等结构需要承受水压，其池壁、池底等构件均为受压构件结构应历混凝土在水工建筑中的用史19世纪初1水泥技术发展，混凝土开始应用于小型水工建筑19世纪末2钢筋混凝土技术出现，混凝土结构开始应用于大型水工建筑20世纪3混凝土结构在水工建筑中得到广泛应用，出现了许多大型水坝和水利工程21世纪4高性能混凝土和新型材料技术推动了水工建筑的发展，混凝土结构在水工建筑中的应用不断创新压构受件基本概念和力学特性压应应变力力受压构件是指承受垂直受压构件内部由于外力受压构件在压力作用下于其截面的压力荷载的作用产生的内力，以单发生的变形，以材料原构件，其主要受压破坏位面积表示长的相对变化量表示轴压构义心受件的定与特点义定特点轴心受压构件是指压力荷载作用线通过构件截面的形心，且与构件轴心受压构件的受力较为简单，其计算方法也相对成熟，是受压构轴线重合的构件件中最基本的形式压构义偏心受件的定与特点义定特点偏心受压构件是指压力荷载作用线不通过构件截面的形心，或与构偏心受压构件的受力比较复杂，其计算方法也相对复杂，需要考虑件轴线不重合的构件弯曲变形和剪切变形压构水工建筑中受件的特殊性压环1水力2境因素3抗震要求水工建筑中的受压构件需要承受水的水工建筑的环境较为恶劣，如腐蚀、水工建筑往往位于地震多发区，其抗静水压力和动水压力，这与一般建筑温度变化、冻融循环等，都会对构件震设计需要满足更高的要求物有所不同性能产生影响材料性能混凝土的力学特性压强抗度混凝土的抗压强度是衡量其承载能力的重要指标弹性模量混凝土的弹性模量反映其抵抗变形的能力泊松比混凝土的泊松比反映其在受压时横向变形与纵向变形的比例强抗拉度混凝土的抗拉强度较低，在受压构件中通常由钢筋来承担拉力压强应应变关混凝土的抗度和力系应变应力混凝土的抗压强度是指混凝土试件在破坏时所承受的最高压力，其应力应变关系呈现非线性特征混凝土的开裂机理和破坏模式破坏缝扩裂展混凝土开裂后，其承载能力急剧下降，最终缝微裂形成随着外力的增大，微裂缝会逐渐扩展，并最导致破坏混凝土内部存在微小的缺陷和空隙，在外力终导致混凝土开裂作用下会形成微裂缝钢材料性能筋的力学特性强强弹抗拉度屈服度性模量钢筋的抗拉强度是指钢筋试件在破坏时所钢筋的屈服强度是指钢筋发生明显的塑性钢筋的弹性模量反映其抵抗变形的能力，承受的最高拉力，是衡量钢筋承载能力的变形时的应力，是衡量钢筋塑性变形能力钢筋的弹性模量远大于混凝土的弹性模量重要指标的重要指标钢结筋与混凝土的粘作用结化学粘2钢筋表面与混凝土之间发生化学反应，形成化学键，增强粘结强度机械咬合1钢筋表面粗糙，与混凝土之间形成机械咬合，增大摩擦力应传递力粘结作用使得钢筋能够将拉力传递给混凝3土，共同承担荷载压构钢受件中筋的作用机理抗拉1钢筋主要承担受压构件的拉力，防止混凝土开裂约束2钢筋的存在可以约束混凝土的收缩和膨胀，提高构件的整体性强增3钢筋可以增强混凝土的抗剪能力，提高构件的抗震性能轴压构计论础心受件的算理基压弯矩剪力力偏心荷载会产生弯矩，使构件发生弯曲变形荷载会产生剪力，使构件发生剪切变形荷载会产生压力，使构件发生压缩变形轴压构心受件的受力分析压力垂直形心内力抗压截面内轴压构变心受件的形特征轴缩胀向短横向膨轴心受压构件在压力作用下，其长度会发生缩短轴心受压构件在压力作用下，其横向尺寸会发生微小的膨胀轴压构态心受件的破坏形脆性破坏1混凝土强度较低，可能发生脆性破坏，无明显预兆塑性破坏2钢筋强度较高，可能发生塑性破坏，有明显的变形预兆稳失破坏3长细比较大的构件，可能发生失稳破坏，出现弯曲变形轴压构载计心受件的承力算公式N=fcd*Ac*1-η*A*λ*μ*ω*ψ公式中，N为轴心受压构件的承载力，fcd为混凝土的抗压强度设计值，Ac为混凝土截面积，η为稳定性系数，A为长细比，λ为荷载持久性影响系数，为环境影响系数，为构件尺寸影响系数，为钢筋配筋影响系数μωψ稳定性系数的确定方法无侧移一侧移两侧移稳定性系数根据构件的约束条件确定，通常根据构件是否发生侧移进行分类长细响计比的影及算A长细比长细比是指构件的长度与截面最小回转半径的比值长细比越大，构件越容易发生失稳破坏长细比的影响需要在计算公式中进行考虑压构计论偏心受件的算理压弯矩力剪力偏心荷载会产生弯矩，使构件发生弯曲变荷载会产生压力，使构件发生压缩变形荷载会产生剪力，使构件发生剪切变形形压构偏心受件的受力特点应力分布偏心受压构件的应力分布是不均匀的，一侧受压，另一侧受拉变弯曲形偏心受压构件会发生弯曲变形，其变形量与偏心距有关变剪切形偏心受压构件也会发生剪切变形，但其影响相对较小压构计大偏心受件的算方法截面塑性分析法适用于大偏心受压构件，考虑混凝土和钢筋的塑性变形态极限状法适用于大偏心受压构件，考虑构件的破坏极限状态压构计小偏心受件的算方法简计化算方法1适用于小偏心受压构件，采用简化的计算公式进行计算图表法2适用于小偏心受压构件，利用图表进行快速计算偏心距的确定方法钢载筋布置荷作用点钢筋布置会影响偏心距的计算荷载作用点会影响偏心距的计算载响荷持久性影系数荷载持久性影响系数反映荷载持续时间对构件性能的影响，长期荷载的系数小于短期荷载的系数环响水工建筑中的境影因素蚀变冻环腐温度化融循水工建筑的环境中存在水工建筑的环境温度变水工建筑的环境经常发大量的腐蚀性物质，如化较大，会造成构件的生冻融循环，会破坏混盐类、酸性物质等，会热胀冷缩，导致裂缝产凝土的结构，降低其强加速构件的腐蚀生度压水力水工建筑中的受压构件需要承受水压，这会对构件的强度和稳定性产生影响蚀环对构响腐境件性能的影钢锈蚀碳筋混凝土化钢筋腐蚀会导致钢筋截面减小，强度下降，影响构件的承载能力混凝土碳化会降低混凝土的碱度，使钢筋的保护层失效，加速腐蚀变对构响温度化件性能的影热胀缩冷温度变化会导致混凝土发生热胀冷缩，产生内应力，如果超过混凝土的抗拉强度，就会造成开裂强变度化高温会降低混凝土的强度，低温会使混凝土的抗冻性能下降冻环对构响融循件性能的影结胀水冰膨水在混凝土内部结冰会膨胀，对混凝土产生巨大的压力结构破坏反复的冻融循环会导致混凝土结构发生破坏，降低其强度和耐久性压对构响水力件性能的影压静水力静水压力是指水静止时对构件产生的压力，其大小与水深成正比动压水力动水压力是指水流动时对构件产生的压力，其大小与水流速度成正比强度要求水压会对构件的强度和稳定性产生影响，因此需要根据水压的大小进行设计构设计则件截面的基本原强稳度要求定性要求1截面要满足强度要求，能够承受设计荷载截面要满足稳定性要求，防止构件发生失2稳破坏经济性要求耐久性要求4截面设计要考虑经济性，尽量减少材料消截面要满足耐久性要求，能够抵抗腐蚀、3耗冻融等环境因素的影响最小配筋率要求ρmin最小配筋率最小配筋率是国家规范规定的钢筋配筋率下限，低于此值，构件的抗裂能力和耐久性无法保证最大配筋率限制最大配筋率限制原因最大配筋率是国家规范规定的钢筋配筋率上限，超过此值，会降低过高的配筋率会使得混凝土的有效面积减小，同时钢筋之间的间距混凝土的强度，影响构件的整体性过小，不利于混凝土的浇筑和振捣钢规则筋的布置钩设间均匀布置弯置距控制钢筋应尽量均匀布置，避免出现局部配钢筋的弯钩应按规范要求设置，以保证钢筋之间的间距要控制在一定的范围内筋过密或过稀的情况钢筋与混凝土的有效粘结，确保混凝土的充分浇筑和振捣设箍筋的置要求间箍筋距1箍筋的间距应根据构件的受力情况和尺寸进行设置箍筋直径2箍筋的直径应根据构件的受力情况进行选择，确保其能够承受剪力和扭矩箍筋数量3箍筋的数量应满足规范要求，确保其能够有效约束钢筋，防止其发生滑移构细节处造的理方法处连处护层弯曲理接理保钢筋的弯曲应平滑过渡，避免出现尖角或折钢筋的连接应采用可靠的连接方式，确保连钢筋的保护层厚度要满足规范要求，以保护断接强度满足要求钢筋免受腐蚀虑水工建筑特殊要求的考缝设计设计设计防裂防水耐久性水工建筑中的受压构件需要进行防裂缝设水工建筑中的受压构件需要进行防水设计水工建筑中的受压构件需要进行耐久性设计，防止裂缝产生或扩展，防止水渗入结构内部计，保证其能够在恶劣的环境中长期使用缝设计防裂措施合理配筋提高钢筋配筋率，增强混凝土的抗拉强度，减少开裂缩控制混凝土收采用低收缩混凝土，控制混凝土的收缩变形，减少开裂设构缝置造在适当的位置设置构造缝，将应力集中区分散，减少开裂设计防水要求选择层设防水材料防水置排水措施选择具有良好防水性能的材料，并确保设置完整的防水层，并确保其与结构之设置有效的排水措施，防止水在结构内其与混凝土的相容性间紧密结合部积聚设计虑耐久性考选择材料选择耐腐蚀、耐冻融的材料，并确保其与混凝土的相容性护层保厚度确保钢筋的保护层厚度满足规范要求，防止钢筋腐蚀维护养保定期对构件进行维护保养，及时发现和处理缺陷，延长构件的使用寿命实际闸工程案例分析水12载计设计荷算截面计算水闸承受的静水压力和动水压力根据荷载计算结果进行截面设计，满足强度、稳定性和耐久性要求3施工控制严格控制混凝土浇筑、钢筋加工和安装等环节的质量，确保工程质量实际电工程案例分析水站础设计坝设计基水水电站的机组基础需要承受巨大的压力，因此需要进行特殊的加固水电站的水坝需要承受巨大的水压和地震力，因此需要进行严格的设计设计和计算实际工程案例分析堤防工程变水位化1堤防工程需要考虑水位的变化，设计相应的防洪标准土壤条件2堤防工程需要考虑土壤的性质和承载能力，进行相应的加固处理设计抗震3堤防工程需要进行抗震设计，确保其能够抵抗地震的影响实际结构工程案例分析水池压水力水池需要承受静水压力，因此需要进行相应的强度计算密封性水池需要具有良好的密封性，防止水渗漏渗抗性水池需要具有良好的抗渗性，防止水渗透到地基计软应绍算件的用介有限元分析有限元分析是一种数值计算方法，可以用于分析复杂结构的受力情况和变形情况软常用件ANSYS、ABAQUS、SAP2000等软件是目前工程界常用的有限元分析软件有限元分析方法结果分析计求解算分析计算结果，判断结构的安全载荷施加利用有限元分析方法求解模型的性，并提出改进措施模型建立将荷载施加到模型上，模拟实际应力、应变和位移将结构划分成多个小的单元，并荷载作用建立单元之间的连接关系计常用算程序操作演示本课件将演示常用计算软件的使用方法，包括模型建立、荷载施加、求解计算和结果分析等步骤计结验证算果的分析与结结验证果分析果分析计算结果，判断结构的安全性，并提出改进措施通过实验或实际工程数据验证计算结果的准确性质施工量控制要点浇钢1混凝土筑2筋加工控制混凝土的强度、坍落度和控制钢筋的尺寸、弯曲和连接温度，确保混凝土的均匀性，确保钢筋与混凝土的有效结合养护3措施采取有效的养护措施，确保混凝土能够正常硬化，达到设计强度浇关键术混凝土筑技层浇分筑将混凝土分层浇筑，并及时振捣，确保混凝土的密实性捣实振密采用合适的振捣器进行振捣，确保混凝土能够充分密实，消除空洞和气泡温度控制控制混凝土的浇筑温度和养护温度，避免温度过高或过低，影响混凝土的强度钢筋加工与安装要求连尺寸控制弯曲精度接牢固严格控制钢筋的尺寸，钢筋的弯曲要符合规范钢筋的连接要采用可靠确保其符合设计要求要求，确保其能够与混的连接方式，确保连接凝土有效结合强度满足要求护层保厚度确保钢筋的保护层厚度符合设计要求，防止钢筋腐蚀养护方法与要求养护养护时间保湿保温控制保持混凝土表面湿润，防止混凝土过快失在低温环境下进行保温养护，防止混凝土根据混凝土的强度等级，控制养护时间，水，影响强度冻结，影响强度确保混凝土达到设计强度质检验验标量与收准强检验度对混凝土进行强度检测，确保其强度符合设计要求观检验外对构件进行外观检验，检查其是否有裂缝、蜂窝、麻面等缺陷检验尺寸对构件进行尺寸检验，确保其符合设计要求钢检验筋对钢筋进行检验，检查其是否符合设计要求，是否与混凝土有效结合见问题常与防治措施缝裂1混凝土开裂是水工建筑中常见的质量问题，可通过合理配筋、控制收缩、设置构造缝等措施进行防治渗漏2水工建筑的渗漏问题会降低结构的耐久性，可通过选择防水材料、设置防水层、进行排水处理等措施进行防治强度不足3混凝土强度不足会降低结构的承载能力，可通过严格控制混凝土配合比、浇筑工艺、养护措施等进行防治缝裂控制方法浆灌法将高强度的水泥浆灌入裂缝，以修复裂缝贴粘法将高强度的粘结材料粘贴在裂缝表面，以修复裂缝加固法通过增加钢筋或混凝土，增强构件的强度，防止裂缝扩展构术件加固技贴钢粘板将钢板粘贴在构件表面，增强构件的强度钢外包筋混凝土在构件表面外包钢筋混凝土，增强构件的强度预应力加固利用预应力钢筋对构件进行加固，提高构件的抗弯能力复维护修与方法处缝补处表面理裂修防腐理清除构件表面上的污垢、油漆等，并进行对构件表面的裂缝进行修补，防止裂缝扩对钢筋进行防腐处理，防止钢筋腐蚀清洁处理展设计规读应范解与用本课件将介绍水工建筑中受压构件设计规范，并讲解如何将规范应用于实际工程设计。