第三章 混凝土结构设计方法

第一章绪论混凝土中受力钢筋的作用：◆提高结构或构件的承载能力◆提高结构或构件的变形能力◆但不能有效改善梁抵抗开裂的能力受力钢筋发挥作用的两个条件：◆钢筋和混凝土共同工作（变形一致）◆钢筋的位置、锚固长度和数量正确（对配筋的要求）钢筋与混凝土共同工作的条件：◆钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力◆钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结破坏混凝土结构的优点：◆经济性◆可模性好◆耐久性，维护费用低◆耐火性◆刚度大◆易于就地取材混凝土结构的缺点：◆自重大◆抗裂性差◆承载力有限◆施工复杂，工序多，工期长◆修复、加固、补强比较困难第二章材料的物理力学性能钢筋的品种：热轧钢筋预应力钢筋热轧钢筋的特点：◆应力－应变曲线具有明显的屈服点和流幅◆断裂时有劲缩现象◆延伸率较大热轧钢筋的用途：•纵向受力的主导钢筋为400MPa、500MPa级热轧带肋钢筋•梁、柱和斜撑构件的纵向受力配筋应采用400MPa、500MPa级高强钢筋•500MPa级高强钢筋将主要应用于高层建筑的柱、大跨度与重荷载梁的纵向受力配筋•335MPa级热轧带肋钢筋的规格限于直径6mm～14mm，可将小直径的HRB335钢筋用于中小跨度楼板与多层、小高层剪力墙的受力钢筋，包括箍筋与构造配筋•300MPa级光圆钢筋的规格限于直径6mm～14mm，用于小规格梁柱的箍筋与构造配筋钢筋四项检验指标：•屈服强度•极限抗拉强度•伸长率•冷弯性能条件屈服强度：残余应变为0.2%所对应的应力总伸长率gtδ：对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力bgtsl ll Eσδ-=+屈服强度：是钢筋强度的设计依据，屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度冷弯性能：直径为d的钢筋绕直径为D的弯芯弯曲到规定的角度无裂纹、断裂或起层现象。

混凝土结构构造手册第一章引言混凝土结构是建筑结构中常用的一种结构形式，以混凝土作为主要结构材料，通过配筋及构造设计，构成各种不同形式的承重结构。

本手册旨在提供混凝土结构构造的基本原理、设计规范和施工要点等方面的知识，供工程师和施工人员参考。

第二章混凝土材料及技术要求本章主要介绍混凝土材料的性质与分类、施工工艺要求以及与混凝土结构相关的技术要求。

混凝土作为主要的结构材料，其性能直接影响着结构的使用寿命和安全性。

因此，在混凝土结构的施工中，必须对混凝土材料的选用、搅拌、浇筑、养护等方面的操作进行合理控制，以确保混凝土结构的质量。

第三章混凝土结构的设计原理本章主要介绍混凝土结构设计的基本原理，包括载荷计算、结构分析、构造设计等方面的内容。

混凝土结构的设计是保证结构稳定性和强度的根本措施，设计过程中需根据结构的使用要求和具体情况进行合理的设计，确保结构的安全性和经济性。

第四章混凝土结构施工要点本章主要介绍混凝土结构施工过程中的一些要点和注意事项，包括施工方案、模板安装、钢筋绑扎、混凝土浇筑、成型和养护等方面的内容。

混凝土结构的施工质量直接影响着结构的使用性能和寿命，因此，施工过程中需要合理安排施工顺序，控制施工参数，确保结构的质量和工期。

第五章混凝土结构的维护与检测本章主要介绍混凝土结构的维护与检测方法和要点，包括结构的日常维护、定期检测和加固措施等方面的内容。

混凝土结构在长期使用中会受到各种外力和环境因素的影响，结构的损坏和老化是不可避免的，因此，针对不同类型的混凝土结构，需要采取相应的维护和检测措施，延长结构的使用寿命。

第六章混凝土结构的安全与防护本章主要介绍混凝土结构的安全与防护措施，包括地震安全性设计、火灾防护、抗水渗漏等方面的内容。

混凝土结构作为承载力较强的建筑结构形式，其对于自然灾害和人为因素的抵抗力较高，但在具体的设计和施工中，仍需采取一系列的安全措施和防护措施，保证结构的安全性和稳定性。

•工程结构设计中的核心问题：–结构力学行为的科学反映•结构分析方法（弹性力学，材料力学，结构力学等）•力的概念，应力与应变的概念，广义胡克定律•结构力学与材料力学的分析范式–工程中客观存在的不确定性的科学度量•结构行为的不可预测性•材料与结构特性的不确定性，荷载的不确定性•分析模型与边界条件的不确定性•第一代结构设计理论：–1678，Hooke 定律–1822，Cauchy 应力概念，弹性力学（固体力学发端）–1825，Navier ，梁、板、壳弹性理论（材料力学传统建立）–1864，Saint-Venant ，弹性力学基本方程–1850，Culmann ，静定框架；–1854，Maxwell ，虚功原理–1903，Kirpichev ，超静定框架的分析理论。

结构分析弹性理论第一代结构设计理论•第一代结构设计理论：容许应力法结构分析弹性理论第一代结构设计理论不确定性的处理经验安全系数K : 经验安全系数1900：K -10;1930: K =5•容许应力法的几个问题：–弹性分析理论•结构实际行为是非线性的–应力强度理论•应力强度不是唯一的破坏因素–单一安全系数•不同性质的因素不确定性是不一致–安全系数的确定依据•经验确定的安全系数无可比性•第二代结构设计理论：破坏阶段法（第一阶段）–1914，Kazinczy,钢梁的极限承载力试验；–1926，Mayer ，《Structural Safety 》出版–1930，Fritsche ，钢梁的极限强度分析理论；–1935-1952，关于塑性铰方法（极限强度设计）的争论；–1936，Gvozdev ，极限承载力设计的基本理论结构分析弹性理论第一代结构设计理论第二代结构设计理论非线性材料力学u结构分析弹性理论第一代结构设计理论不确定性的处理基于统计的安全系数非线性材料力学经验安全系数第二代结构设计理论-I 20世纪20年代，Mayer 第一次提出：采用概率理论度量工程中客观存在的不确定性1930’s-1960’s•第二代结构设计理论：近似概率的极限状态法（第II 阶段）–1938, Freudenthal 发表许用应力与结构安全–1950，Streletski 提出极限状态(Limit state)的概念；–Cornell （1969），Ang （1969），Lind （1971），Hasofer&Lind （1974），可靠度理论蓬勃发展–1971，国际结构安全联合委员会（JCSS ）成立S,R oP S R结构分析弹性理论第一代结构设计理论不确定性的处理近似概率准则非线性材料力学经验安全系数第二代结构设计理论-II 至20世纪80年代，世界大多数国家均已在土木工程结构设计规范中采用考虑多种极限状态的近似概率设计准则。

长沙理工水工钢筋混凝土结构学教案第一章：绪论1.1 课程介绍了解钢筋混凝土结构学的研究对象和内容，明确其在水利工程中的应用重要性。

理解钢筋混凝土的基本概念，包括混凝土和钢筋的物理、力学性质。

1.2 钢筋混凝土结构的分类熟悉梁、板、柱、墙等常见钢筋混凝土结构的受力特点和应用场景。

掌握不同类型钢筋混凝土结构的受力分析和设计方法。

第二章：钢筋混凝土材料的性质2.1 混凝土的强度学习混凝土抗压、抗拉、抗弯、抗剪等基本强度的计算方法。

掌握混凝土强度等级的划分及其应用。

2.2 钢筋的力学性能了解钢筋的种类、规格和力学性能要求。

学习钢筋的应力-应变曲线及其力学参数的计算。

第三章：钢筋混凝土构件的设计方法3.1 受弯构件的设计掌握受弯构件的受力分析，明确弯矩、剪力、扭矩等作用效应。

学习受弯构件的抗弯承载力和抗剪承载力的计算方法。

3.2 受压构件的设计了解受压构件的受力特点，明确压力、弯矩等作用效应。

掌握受压构件的抗压承载力和稳定性的计算方法。

4.1 钢筋的加工与安装学习钢筋的加工方法，包括钢筋的调直、切割、焊接等。

掌握钢筋在构件中的布置要求和安装方法。

4.2 混凝土的浇筑与养护了解混凝土的浇筑工艺，明确浇筑顺序和施工要求。

掌握混凝土的养护方法，确保混凝土的强度和耐久性。

第五章：钢筋混凝土结构实例分析5.1 案例一：梁式结构实例分析分析梁式结构的受力特点，计算梁的抗弯承载力和抗剪承载力。

了解梁式结构在实际工程中的应用案例。

5.2 案例二：板式结构实例分析学习板式结构的受力特点，计算板的承载力和变形。

掌握板式结构在实际工程中的应用案例。

第六章：钢筋混凝土结构的抗震设计6.1 地震作用及地震效应了解地震的成因、震级和震中距离等基本概念。

学习地震作用对钢筋混凝土结构的影响，包括地震波的传播和结构的响应。

6.2 抗震设计原则和方法掌握抗震设计的基本原则，包括安全性、适用性和经济性。

学习抗震设计的计算方法和步骤，包括地震作用的计算和结构的抗震承载力分析。

第三章混凝土结构基本设计原则3.1结构的功能要求3.1.1 混凝土结构的组成与作用•骨架•构件3.1.2 结构上的作用、结构抗力•按时间的变异分布：永久作用、可变作用、偶然作用•按随空间位置的变异分类：固定作用、可动作用•按结构的反应分类：静态作用、动态作用•结构或结构构件承受内力和变形的能力称为结构抗力R作用直接作用：间接作用：按时间分永久作用：可变作用：按位置分固定作用可动作用按反应分静态作用动态作用荷载温度应力、基础沉降，地震作用自重，土压力楼面活荷载、风荷载、雪荷载作用效应S•结构由于各种原因，引起内力和变形称为作用效应。

内力：轴力、弯矩、剪力、扭矩；变形：挠度、转角、裂缝。

•作用效应取决于作用的方式及结构或构件的几何尺寸及支承条件。

简支梁在跨中一集中荷载作用下跨中弯矩lP M 41=•例：简支梁在均布荷载作用下跨中弯矩S = cQc –––荷载效应系数Q –––荷载•作用效应具有随机性q M 281=281l l 41c结构的抗力R•结构抗力是指结构或构件承受作用效应的能力。

•结构抗力的影响因素：材料性能的不确定性材料几何参数的不确定性计算模式的不确定性•结构的抗力具有随机性。

3.1.3 结构的功能要求安全性、适用性、耐久性安全性：结构在正常施工和使用时应能承受可能出现的各种荷载及外部作用，以及在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整体稳定性。

适用性：结构在正常使用时有良好的工作性能。

耐久性：结构在正常维护下，材料性能虽随时间变化，但仍能满足预定功能要求。

3.1.4 结构的可靠性与安全等级3.2 结构极限状态3.2.1 极限状态的定义：是结构或其构件能够满足前述某一功能要求的临界状态。

超过这一界限，结构或其构件就不能满足设计规定的该项功能要求而进入失效状态。

极限状态的分类：承载能力极限状态正常使用极限状态极限状态的表现形式：(承)：刚体失去平衡，材料强度不足，结构转变为机构，失稳(正)：过大的变形，影响正常使用或耐久性能的局部损坏，过大的振动3.2.2 极限状态分类结构或构件能否完成预定功能与结构的荷载效应S与结构的抗力R有关。