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钢管混凝土结构PPT课件
第18页/共79页
1.压型钢板与混凝土组合板
压型钢板的肋部可以放置水电管线，从而 使结构层与管线合为一体，间接地加大了 层高或降低了建筑高度，给建筑设计带来 灵活性。
在施工阶段，压型钢板可作为钢梁的连续侧向支撑， 提高了钢梁的整体稳定承载力；在使用阶段，提高了 钢梁的整体稳定性和上翼缘的局部稳定性。
教材
1. 赵鸿铁著，《组合结构设计原理》，科学出版社，2005 2. 聂建国等，《钢-混凝土组合结构》，建筑工业出版社， 2005
第1页/共79页
提纲
一、钢与混凝土组合结构 （1）压型钢板与混凝土组合结构 （2）钢与混凝土组合梁 （3）型钢混凝土结构 （4）梁柱连接 （5）钢管混凝土结构 （6）外包钢混凝土结构 二、钢与混凝土组合结构的发展与应用
第22页/共79页
2.钢与混凝土组合梁
组合梁中的剪切连接件 剪切连接件的作用（1）抵抗砼板与钢梁叠合面上的纵向剪
力，使二者不能自由滑移（2）抵抗使砼板与钢梁具有分离趋 势的“掀起力”
第23页/共79页
2.钢与混凝土组合梁
常州市龙城大桥
龙城大桥是常州市龙城跨运河大桥。主桥采取自 锚式悬索斜拉协作体系，主梁采用箱形结构，主 跨跨中部分采用混凝土－钢结合梁，其余部分采 用预应力混凝土箱梁。
型钢混凝土组合结构
第36页/共79页
4.型钢梁—型钢混凝土柱的连接
对于型钢混凝土柱—型钢梁的情况，钢梁在型钢混凝土柱 的两侧断开，型钢混凝土柱内型钢与型钢梁的连接应采用 刚性连接，且钢梁翼缘与柱内型钢翼缘应采用全熔透焊缝 连接；梁腹板与柱宜采用摩擦型高强螺栓连接，悬臂梁段 与柱应采用全焊缝连接
型钢混凝土组合结构
克服了圆钢管混凝土柱的一些缺点。可以用作偏心受 压柱，房屋的外观较好；连接面为平面，节点构造比较 简单；方钢管构成封闭截面，自身刚度较大；由于钢材 都分布于截面外边，抗弯承载力较高；钢板为连续配置， 提高了对混凝土的约束作用，故构件的延性比钢筋混凝 土结构明显提高；省去模板，方便施工。
1.压型钢板与混凝土组合板
压型钢板的肋部可以放置水电管线，从而 使结构层与管线合为一体，间接地加大了 层高或降低了建筑高度，给建筑设计带来 灵活性。
在施工阶段，压型钢板可作为钢梁的连续侧向支撑， 提高了钢梁的整体稳定承载力；在使用阶段，提高了 钢梁的整体稳定性和上翼缘的局部稳定性。
教材
1. 赵鸿铁著，《组合结构设计原理》，科学出版社，2005 2. 聂建国等，《钢-混凝土组合结构》，建筑工业出版社， 2005
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提纲
一、钢与混凝土组合结构 （1）压型钢板与混凝土组合结构 （2）钢与混凝土组合梁 （3）型钢混凝土结构 （4）梁柱连接 （5）钢管混凝土结构 （6）外包钢混凝土结构 二、钢与混凝土组合结构的发展与应用
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2.钢与混凝土组合梁
组合梁中的剪切连接件 剪切连接件的作用（1）抵抗砼板与钢梁叠合面上的纵向剪
力，使二者不能自由滑移（2）抵抗使砼板与钢梁具有分离趋 势的“掀起力”
第23页/共79页
2.钢与混凝土组合梁
常州市龙城大桥
龙城大桥是常州市龙城跨运河大桥。主桥采取自 锚式悬索斜拉协作体系，主梁采用箱形结构，主 跨跨中部分采用混凝土－钢结合梁，其余部分采 用预应力混凝土箱梁。
型钢混凝土组合结构
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4.型钢梁—型钢混凝土柱的连接
对于型钢混凝土柱—型钢梁的情况，钢梁在型钢混凝土柱 的两侧断开，型钢混凝土柱内型钢与型钢梁的连接应采用 刚性连接，且钢梁翼缘与柱内型钢翼缘应采用全熔透焊缝 连接；梁腹板与柱宜采用摩擦型高强螺栓连接，悬臂梁段 与柱应采用全焊缝连接
型钢混凝土组合结构
克服了圆钢管混凝土柱的一些缺点。可以用作偏心受 压柱，房屋的外观较好；连接面为平面，节点构造比较 简单；方钢管构成封闭截面，自身刚度较大；由于钢材 都分布于截面外边，抗弯承载力较高；钢板为连续配置， 提高了对混凝土的约束作用，故构件的延性比钢筋混凝 土结构明显提高；省去模板，方便施工。
《混凝土的变形性能》PPT课件
由混凝土受力破坏特征可知: 混凝土是一种由水泥石、砂、石、 孔隙等组成的不匀质的三相复合材 料。它既不是一个完全弹性体，也 不是一个完全塑性体，而是一个弹 塑性体。受力时既产生弹性变形， 又产生塑性变形，其应力与应变的 关系不是直线，而是曲线.
精选ppt
24
(1).砼的弹塑变形:
➢加荷载σ,应变ε, 弹塑
干燥收缩（Dry Shrinkage）能使混凝土表面出 现拉应力而导致开裂
❖ （2）、机理：
➢ 混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，使毛 细孔中形成负压，产生收缩力，导致混凝土产生收 缩裂缝。
➢ 同时，凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶 体因失水而产生紧缩。
精选ppt
8
干缩示意图
干燥环境
精选ppt
精选ppt
18
5.3 混凝土的变形性能
二、荷载作用下的变形
短期荷载作用下的变形－弹塑性变形 长期荷载作用下的变形—徐变
精选ppt
19
二、荷载作用下的变形 (一)短期荷载作用下的变形－弹塑性变形
1.砼受力变形及破坏的4个阶段
(I)裂缝无明显变化阶段(收缩裂缝阶段):
当荷载达到“比例极限”
极限荷载(%)
般在混凝土成型后40d左右增长较快，以后逐渐 趋于稳定。
✓ 化学收缩值很小，对混凝土结构没有破坏作用，
但在混凝土内部可能产生微细裂缝。
精选ppt
7
✓
一.非荷载作用下的变形
3.干湿变形（物理收缩）
❖ （1）、定义
➢ 由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土 的干湿变形，表现为干缩湿胀。
➢ 混凝土的湿胀变形量很小，一般无破坏作用。但
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2
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(1).砼的弹塑变形:
➢加荷载σ,应变ε, 弹塑
干燥收缩（Dry Shrinkage）能使混凝土表面出 现拉应力而导致开裂
❖ （2）、机理：
➢ 混凝土在干燥过程中，由于毛细孔水的蒸发，使毛 细孔中形成负压，产生收缩力，导致混凝土产生收 缩裂缝。
➢ 同时，凝胶体颗粒的吸附水也发生部分蒸发，凝胶 体因失水而产生紧缩。
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干缩示意图
干燥环境
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5.3 混凝土的变形性能
二、荷载作用下的变形
短期荷载作用下的变形－弹塑性变形 长期荷载作用下的变形—徐变
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二、荷载作用下的变形 (一)短期荷载作用下的变形－弹塑性变形
1.砼受力变形及破坏的4个阶段
(I)裂缝无明显变化阶段(收缩裂缝阶段):
当荷载达到“比例极限”
极限荷载(%)
般在混凝土成型后40d左右增长较快，以后逐渐 趋于稳定。
✓ 化学收缩值很小，对混凝土结构没有破坏作用，
但在混凝土内部可能产生微细裂缝。
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7
✓
一.非荷载作用下的变形
3.干湿变形（物理收缩）
❖ （1）、定义
➢ 由于混凝土周围环境湿度的变化，会引起混凝土 的干湿变形，表现为干缩湿胀。
➢ 混凝土的湿胀变形量很小，一般无破坏作用。但
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2
第八章-钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性
引起裂缝的原因很多，主要有：
1.混凝土收缩或温度变形受到约束； 2. 施工措施不当； 3. 基础不均匀沉降； 4. 钢筋锈蚀；
5.荷载作用；
1. 混凝土收缩或温度变形受到约束产生的裂缝
大体积混凝土水化过程 中发热量很大，内部温度较 高，混混凝凝土土体收积缩膨或胀温，度内变外 温化差时很，大体，积内会部发混生凝变土化膨，胀 受若到能外自部由已变硬形化则混不凝会土产的生约 束裂，缝使；构但件若表变面形混受凝到土约受束拉， 产则生会裂在缝混。凝对土于中杆产件生系拉统应，
无滑移理论
认为开裂后钢筋与混凝土之间仍保持可靠 粘结，无相对滑动；沿裂缝深度存在应变梯度 ，表面裂缝宽度与混凝土表面离钢筋的距离成 正比。可见，保护层越厚表面裂缝越宽。
裂缝综合理论
它综合了上述两种理论中影响裂缝宽度的
主要因素，并在统计回归的基础上建立了实用 的计算公式。裂缝综合理论也许称不上“理论 ”，实际上只是一种实用的计算方法。
5.荷载 产生的 裂缝
拉、弯、剪、扭、粘结等引起的裂缝
目前，只有在拉、弯状态下混凝土横向裂 缝宽度的计算理论比较成熟。这也是下面 所要介绍的主要内容
我国《规范》将裂缝控制等级分为三级
一级：严格要求不出现裂缝的构件。按荷载效应标准组合进行验算 时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力；
二级：一般要求不出现裂缝的构件。按荷载效应标准组合验算时， 构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于轴心抗拉强度标准 值 ft k ；而按荷载效应准永久值组合验算时，构件受拉边
3. 跨高比
f S M kl02 B
l0越大，f越大。因此，我们可以做到在承载力计算前选定足够 的截面高度或较小的跨高比l0/h，配筋率又限制在一定范围内，
如果满足了承载力要求，计算挠度也必然满足
1.混凝土收缩或温度变形受到约束； 2. 施工措施不当； 3. 基础不均匀沉降； 4. 钢筋锈蚀；
5.荷载作用；
1. 混凝土收缩或温度变形受到约束产生的裂缝
大体积混凝土水化过程 中发热量很大，内部温度较 高，混混凝凝土土体收积缩膨或胀温，度内变外 温化差时很，大体，积内会部发混生凝变土化膨，胀 受若到能外自部由已变硬形化则混不凝会土产的生约 束裂，缝使；构但件若表变面形混受凝到土约受束拉， 产则生会裂在缝混。凝对土于中杆产件生系拉统应，
无滑移理论
认为开裂后钢筋与混凝土之间仍保持可靠 粘结，无相对滑动；沿裂缝深度存在应变梯度 ，表面裂缝宽度与混凝土表面离钢筋的距离成 正比。可见，保护层越厚表面裂缝越宽。
裂缝综合理论
它综合了上述两种理论中影响裂缝宽度的
主要因素，并在统计回归的基础上建立了实用 的计算公式。裂缝综合理论也许称不上“理论 ”，实际上只是一种实用的计算方法。
5.荷载 产生的 裂缝
拉、弯、剪、扭、粘结等引起的裂缝
目前，只有在拉、弯状态下混凝土横向裂 缝宽度的计算理论比较成熟。这也是下面 所要介绍的主要内容
我国《规范》将裂缝控制等级分为三级
一级：严格要求不出现裂缝的构件。按荷载效应标准组合进行验算 时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力；
二级：一般要求不出现裂缝的构件。按荷载效应标准组合验算时， 构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于轴心抗拉强度标准 值 ft k ；而按荷载效应准永久值组合验算时，构件受拉边
3. 跨高比
f S M kl02 B
l0越大，f越大。因此，我们可以做到在承载力计算前选定足够 的截面高度或较小的跨高比l0/h，配筋率又限制在一定范围内，
如果满足了承载力要求，计算挠度也必然满足
第八章-约束混凝土详述
8.3.2 极限强度计算
钢管混凝土抗压强度的两种极端情况
8.4 局部受压
（BC段）
载荷继续增加，钢管在纵向和切向应力的共同作用下达到初始屈服 状态（B点），但其承载尚有余量；钢管表面此时会出现屈服线。轴力缓
慢增加，但是试件的应变增长的很快，切向拉应力增大，也加大了对核
心混凝土的约束应力，进而提高了其三轴抗压强度，试件的总承载力仍 能继续增加。
（CD段）
当到达C点时达到极限轴力，钢管纵向应力减小，总承载力逐渐 降低，形成下降段；试件此时会出现明显的鼓凸或皱点（D点）
1
nc2 5.5B
2
1
s 2
2B
s fs
(12 13)
式中：B为核芯面积边长；n和c为纵筋的数量和间距；s为箍筋间距；Poc 为核芯混凝土不受约束时的承载力。
③给定应力-应变全曲线的形状，上升段(oA)为二次抛物线，其余AB， BCD和DE为直线。 C点的应力取为0.85fcc，残余强度为0.3fcc，几个
面上有效约束核芯面积最小。通过分析和试验数据回归，给出参数， 和面积Aeff 、Acc的计算式。 ②有效约束核芯混凝土的抗压强度取决于体积配箍率s和约束混凝土达
峰 值强度时的箍筋应力 。
采用正方形箍筋、且纵筋沿周边均匀布置时，核芯混凝土抗压强度 的提高系数为：
fcc fc
ks
1 B2 140Poc
8.3 钢管混凝土
钢管混凝土短柱轴心受压的典型轴力（平均应力）-应变 曲线反映了不同阶段的受力特点
（OA段）
试件刚开始加载时，处于弹性阶段，钢管和混凝土的应力都小，钢 材泊松比大，钢管横向膨胀变形略大，若粘结良好，则钢管如同纵向钢 筋一样和混凝土共同作用；
混凝土原理与设计08约束混凝土
40 30
/ MPa
20
0.32
10
v=0.0
0.17
10
20
30
40
50
e / 10-3
2. 当t > 0.36时，应力应变曲线 上升段斜率反而降低，原因是 密布箍筋影响了混凝土的浇捣 质量及箍筋两侧混凝土的结合。 约束混凝土到达峰值应力前， 箍筋已屈服；其混凝土强度可 提高1倍，峰值应变可提高10倍 以上。
3. 极限承载力分析
(1). 极限承载力 N2 只适用于短柱（H/d ≤12）；
Ac Acor (2). 欲使 N2 > N1 ，即 v 2 Acor
我国规范取：v Acor≥ 0.25 As
Nc N2 N1
Ac Acor f c 美国规范取：v 0.45 2 Acor fy
(3). 箍筋的构造和形式：当 v 相等时，复合箍筋的fcc与epc比 简单箍筋稍高，下降段平缓。焊接箍筋与绑扎箍筋无明显差异。 8.2.3 应力-应变全曲线方程 1. Sargin模型 基于半无限弹性体理论，得到约束混凝土强度计算式
f cc f c 16.4
v f yv
1
2 1 2 3
3
2. 主要影响因素 (1). 配箍特值 v
2.5 2.0 1.5 1.0
f cc 0.55 1.9v fc f cc 1.0 0.5v fc
fcc /fc
epc /ep
20 15 10 5.0
e pc 1.0 2.5v ep
e pc 6.2 25v ep
Ab
aaa
Ab= Al Al
螺旋式
2. 受力特点及破坏机理
2a A
/ MPa
20
0.32
10
v=0.0
0.17
10
20
30
40
50
e / 10-3
2. 当t > 0.36时，应力应变曲线 上升段斜率反而降低，原因是 密布箍筋影响了混凝土的浇捣 质量及箍筋两侧混凝土的结合。 约束混凝土到达峰值应力前， 箍筋已屈服；其混凝土强度可 提高1倍，峰值应变可提高10倍 以上。
3. 极限承载力分析
(1). 极限承载力 N2 只适用于短柱（H/d ≤12）；
Ac Acor (2). 欲使 N2 > N1 ，即 v 2 Acor
我国规范取：v Acor≥ 0.25 As
Nc N2 N1
Ac Acor f c 美国规范取：v 0.45 2 Acor fy
(3). 箍筋的构造和形式：当 v 相等时，复合箍筋的fcc与epc比 简单箍筋稍高，下降段平缓。焊接箍筋与绑扎箍筋无明显差异。 8.2.3 应力-应变全曲线方程 1. Sargin模型 基于半无限弹性体理论，得到约束混凝土强度计算式
f cc f c 16.4
v f yv
1
2 1 2 3
3
2. 主要影响因素 (1). 配箍特值 v
2.5 2.0 1.5 1.0
f cc 0.55 1.9v fc f cc 1.0 0.5v fc
fcc /fc
epc /ep
20 15 10 5.0
e pc 1.0 2.5v ep
e pc 6.2 25v ep
Ab
aaa
Ab= Al Al
螺旋式
2. 受力特点及破坏机理
2a A
混凝土结构设计原理 第八章
第八章 受扭构件
2）部分超筋破坏（纵筋或箍筋过多）
3）完全超筋破坏（纵筋和箍筋均过多）
4）少筋破坏（纵筋和箍筋均太少）
第八章 受扭构件
1）适筋破坏（纵筋和箍筋合适） ①开裂前受扭钢筋混凝土构件 呈弹性特征。 ②随着扭矩增大，构件表面相
继出现多条大体连续或不连续
的与构件纵轴线成某一交角的 螺旋形裂缝，开裂后扭转角明 显增大，扭转刚度明显降低。
第八章 受扭构件
8.3 复合受扭构件承载力计算
在弯矩、剪力和扭矩的共同作用下，各项承载力是相互 关联的，其相互影响十分复杂。 为了简化，《混凝土结构设计规范》偏于安全地将受弯 所需的纵筋与受扭所需纵筋分别计算后进行叠加，而对剪 扭作用为避免混凝土部分的抗力被重复利用，考虑混凝土 项的相关作用，钢筋的贡献不考虑相关性，采用简单叠加 方法。
（1）协调扭转的概念 在超静定结构，扭矩是由相邻构件的变形受到约束而产 生的，不能仅由静力平衡条件求得，还应根据变形协调条 件来决定。 扭矩大小与受扭构件的抗扭刚度有关，且会产生内力重 分布。（扭矩大小与构件受力阶段的刚度比有关，不是定 值，需要考虑内力重分布进行扭矩计算）。 协调扭转通过受扭构造要求保证。
置过少。扭转裂缝一经出现，构件即告破坏，极限扭矩和 开裂扭矩非常接近,属脆性破坏（受扭承载力取决于混凝土 的抗拉强度）。工程设计时应避免出现这种情况。
第八章 受扭构件
第八章 受扭构件
8.2.2 纯扭构件的开裂扭矩
一、矩形截面纯扭构件
纯扭构件开裂前受扭钢筋的应力很小，因此在研究开裂扭
矩时，可忽略钢筋的影响，视为与素混凝土纯扭构件相似。 （1）按塑性理论计算 假定混凝土为理想塑性材料，开裂时， 截面上各点应力均达到 ft 45o
8 预应力混凝土结构的一般知识
粘结应力
Np
径向压应力
lf(传递长度)
（2）后张法（在获得足够强度的混凝土结构构件上张拉钢筋）
适用：生产大型构件（可根据需要做成曲线或折线预应力钢筋）
试件 锚具 预留孔道 千斤顶
浇筑混凝土构件，同时在构件中预留孔道
（埋臵式：螺旋波纹铝皮套管；抽拔式：充气橡皮管成型） 待混凝土强度达到设计强度的75%及以上 穿入要张拉的预应力钢筋
常用锚具
1、螺丝端杆锚具（支承式锚具） 优点：操作简单，受力可靠，滑移量小 缺点：预应力筋下料长度的精度要求高，不能多根锚固 适用于较短的预应力构件及直线预应力构件
垫板 螺母 螺丝端杆 对焊 预应力筋
螺丝端杆锚具
2、镦头锚具（支承式锚具） 利用钢筋的粗镦头（冷镦、热镦）来锚固预应力钢丝 优点：加工简单、张拉方便、锚固可靠、成本低廉、节约两端伸出预应力钢丝 缺点：钢丝下料长度要求严格、张拉端一般要扩孔，较费人工 适用于单跨结构及直线型构件
安全可靠，其锚距本身具有足够的强度和刚度
构造简单，加工制作方便 施工方便、节约材料、价格低廉 锚具分类 《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》（JGJ85-92），根据锚具的 锚固性能（静载锚固性能、疲劳性能和抗震性能）和结构的受力条件 I类锚具：适用于承受动、静荷载的预应力混凝土结构 II类锚具：适用于有粘结预应力混凝土结构且锚具处于预应力变化不大的部位
OVM张拉端锚具
YJW千斤顶
OVM200钢绞线拉索锚具
OVM250钢绞线拉索锚
ZB618高压油泵
五、预应力混凝土材料 1、预应力钢材 预应力钢材的发展趋势：高强度、粗直径、低松弛和耐腐蚀 (1)金属预应力筋 碳素钢丝（高强钢丝）—直径3mm9mm，抗拉强度标准值1470、1570、 1670、1770N/mm2 含碳量0.5% 0.9%的优质高碳钢盘条经索氏体化处理、酸冼、镀铜 或磷化后经几次冷拔而成 高碳钢 冷拔 冷拔钢丝 低温（一般低于500度）矫直处理 矫直回火钢丝（消除应力钢丝） 稳定化处理（在一定温度（300度）和拉应力下进行应力 消除回火处理、然后冷却至常温） 低松弛钢丝 另外，还有刻痕钢丝、镀锌钢丝等。
第8章 混凝土柱承载力计算原理
ei > 0.3h0—先按照大偏压
（ 1 ）大偏心受压构件的截面计算
情况1：已知N , M , fc , fy , fy’ , b , h 配筋As , A's
3.用偏心距增大系数考虑纵向弯曲的影响
柱：在压力作用下 产生纵向弯曲
短柱 长柱
––– 材料破坏
细长柱 ––– 失稳破坏
• 轴压构件中： φ = N长 N短
• 偏压构件中：
偏心距增大系数
N A
N0 N0ei N1 N1ei
N2 N2ei
短柱(材料破坏)
B
长柱(材料破坏)
N1f C
细长柱(失稳破坏)
S
Ass1
f y Ass1
r
dcor
f y Ass1
根据力的平衡条件，得：
Nu fAcor fy' As' fc 4r Acor fy' As'
代入得：
Nu
fc Acor
f
' y
As'
2
fy Asso
N
Nu
0.9(
fc Acor
f
' y
As'
2
8.1.4 箍 筋
箍筋：直径 6mm 或 d/4
当柱中全部纵向钢筋的配筋率超过3%时， 箍筋直径不宜小于8mm
当搭接钢筋为受拉时，其箍筋间距不应大于5d， 且不应大于100mm；当搭接钢筋为受压时， 纵筋搭接范围 S 10d 或 200mm 。
8.2轴心受压构件正截面受压承载力
钢筋混凝土轴心受压柱，按照箍筋配置方式和 作用的不同分为两类： ①配有纵向钢筋和普通箍筋的柱； ②配有纵向钢筋和螺旋形箍筋的柱。
（ 1 ）大偏心受压构件的截面计算
情况1：已知N , M , fc , fy , fy’ , b , h 配筋As , A's
3.用偏心距增大系数考虑纵向弯曲的影响
柱：在压力作用下 产生纵向弯曲
短柱 长柱
––– 材料破坏
细长柱 ––– 失稳破坏
• 轴压构件中： φ = N长 N短
• 偏压构件中：
偏心距增大系数
N A
N0 N0ei N1 N1ei
N2 N2ei
短柱(材料破坏)
B
长柱(材料破坏)
N1f C
细长柱(失稳破坏)
S
Ass1
f y Ass1
r
dcor
f y Ass1
根据力的平衡条件，得：
Nu fAcor fy' As' fc 4r Acor fy' As'
代入得：
Nu
fc Acor
f
' y
As'
2
fy Asso
N
Nu
0.9(
fc Acor
f
' y
As'
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8.1.4 箍 筋
箍筋：直径 6mm 或 d/4
当柱中全部纵向钢筋的配筋率超过3%时， 箍筋直径不宜小于8mm
当搭接钢筋为受拉时，其箍筋间距不应大于5d， 且不应大于100mm；当搭接钢筋为受压时， 纵筋搭接范围 S 10d 或 200mm 。
8.2轴心受压构件正截面受压承载力
钢筋混凝土轴心受压柱，按照箍筋配置方式和 作用的不同分为两类： ①配有纵向钢筋和普通箍筋的柱； ②配有纵向钢筋和螺旋形箍筋的柱。
混凝土结构设计原理极限状态精品PPT课件
M = Mu f = [f]
M > Mu f > [f]
耐久性 裂缝宽度 wmax<[wmax] wmax=[wmax] wmax>[wmax]
极限状态
承载力能力极限状态
超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求 ◆ 结构或构件达到最大承载力（包括疲劳） ◆ 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移） ◆ 结构塑性变形过大而不适于继续使用 ◆ 结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰） ◆ 结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）
S < R 可靠 S = R 极限状态
S > R 失效 S——荷载效应
结构上的各种作用（如荷载、不均匀沉降、温度变形、
收缩变形、地震等）产生的效应总和（如弯矩M、轴力N、剪 力V、扭矩T、挠度 f、裂缝宽度 w 等）
S = S(Q)
结构力学的主要内容
内力：轴力、弯矩、剪力、扭矩 变形：挠度、转角、裂缝
极限状态
■ 显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国 家经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。
■ 规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是 国家法律。
■ 设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和 情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的 可靠度。
■ 经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应考 虑维修，损失及修复的费用
极限状态
1.3 结构功能的极限状态
◆ 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠” 的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“失效”。 ◆ 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限 状态”
表4.1 钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念
混凝土工程质量通病防治措施ppt课件
5）是在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施，及 时养护。
可编辑课件PPT
20
8、温度裂缝
现象：表面温度裂缝走向无一定规律性；梁板式或长度尺 寸较大的结构，裂缝多平生于短边；大面积结构裂缝常纵 横交错。深进的和贯穿的湿度裂缝，一般与短边方向平行 或接近于平行，裂缝沿全长分段出现，中间较密。裂缝宽 度大小不一，一般在0.5mm以下，裂缝宽度沿全长没有多 大变化。温度裂缝多发生在施工期间，缝宽受温度变化影 响较明显，冬季较宽，夏季较细。沿断面高度，裂缝大多 呈上宽下窄状，个别也有下宽上窄的情况，上下边缘区配 筋较多的结构，有时也出现中间宽两端窄的梭形裂缝.
2、蜂窝处理方法
混凝土有小蜂窝，可先用水冲洗然后用1：2水泥砂浆补修。如果是大蜂窝， 则先将松动石子和突出颗粒剔除，尽量成喇叭口，外边大些然后用清水冲洗干净 湿透，再用高一级标号的细石混凝土捣实，加强养护。
3、孔洞处理方法
将孔洞处疏散的砼和突出的石子剔除掉 ， 孔洞顶部要凿成斜面!避免形成死 角，用水刷洗干净保持湿润，用比原砼强度等级高一级的细石砼振捣密实。有条 件的也可以在砼内掺入膨胀剂，以免新旧砼出现裂缝。
原因：1）结构、构件下面的地基未经夯实和必要的加固处理，Байду номын сангаас浇筑后 ，地基因浸水引起不均匀沉降；
2）平卧生产的预制构件（如屋架、梁等）由于侧向旬度较差，在 统弦、腹杆或梁的侧面常出现裂缝；
3）模板刚度不足，支撑间距过大或支撑底部松动，以及过早拆模 ，也常导致不均匀沉陷裂缝出现;
可编辑课件PPT
24
预防：
可编辑课件PPT
6
2、蜂窝：
现象：混凝土局部酥松，砂浆少，石子多，石 子间出现空隙，形成蜂窝状的孔洞。
原因：
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20
8、温度裂缝
现象：表面温度裂缝走向无一定规律性；梁板式或长度尺 寸较大的结构，裂缝多平生于短边；大面积结构裂缝常纵 横交错。深进的和贯穿的湿度裂缝，一般与短边方向平行 或接近于平行，裂缝沿全长分段出现，中间较密。裂缝宽 度大小不一，一般在0.5mm以下，裂缝宽度沿全长没有多 大变化。温度裂缝多发生在施工期间，缝宽受温度变化影 响较明显，冬季较宽，夏季较细。沿断面高度，裂缝大多 呈上宽下窄状，个别也有下宽上窄的情况，上下边缘区配 筋较多的结构，有时也出现中间宽两端窄的梭形裂缝.
2、蜂窝处理方法
混凝土有小蜂窝，可先用水冲洗然后用1：2水泥砂浆补修。如果是大蜂窝， 则先将松动石子和突出颗粒剔除，尽量成喇叭口，外边大些然后用清水冲洗干净 湿透，再用高一级标号的细石混凝土捣实，加强养护。
3、孔洞处理方法
将孔洞处疏散的砼和突出的石子剔除掉 ， 孔洞顶部要凿成斜面!避免形成死 角，用水刷洗干净保持湿润，用比原砼强度等级高一级的细石砼振捣密实。有条 件的也可以在砼内掺入膨胀剂，以免新旧砼出现裂缝。
原因：1）结构、构件下面的地基未经夯实和必要的加固处理，Байду номын сангаас浇筑后 ，地基因浸水引起不均匀沉降；
2）平卧生产的预制构件（如屋架、梁等）由于侧向旬度较差，在 统弦、腹杆或梁的侧面常出现裂缝；
3）模板刚度不足，支撑间距过大或支撑底部松动，以及过早拆模 ，也常导致不均匀沉陷裂缝出现;
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24
预防：
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6
2、蜂窝：
现象：混凝土局部酥松，砂浆少，石子多，石 子间出现空隙，形成蜂窝状的孔洞。
原因：
混凝土结构试验方法标准ppt课件
由于混凝土结构试验研究的是结构或构件的实际性能， 故应采用材料的实际性能参数进行计算和分析。材料 的实际性能参数应通过材料试样的试验量测确定。
.
从实际操作方便的角度，允许仅测试立方体抗压强度。 实践表明，混凝土立方体试块的抗压试验最简单，结 果最稳定，且便于推导其他的性能参数：
.
钢筋的断口伸长率受到局部颈缩的影响，并不反映钢 筋真正的变形性能（延性），故伸长率指标采用最大 力下的总伸长率（均匀伸长率）。
.
（3）结构原位加载试验 近年结构改造和加固的需求越来越多，对结构原位检
验试验的需要也急剧上升，目前已有比较丰富的工程经验， 而从标准方面缺乏科学的指导。故本次修订增加结构原位 加载试验的内容，将结构原位加载试验纳入科学统一的轨 道。
.
4 编制单位
主编单位： 中国建筑科学研究院
参编单位： 国家建筑工程检测中心 同济大学 中冶集团建筑研究总院 北京工业大学
.
2 主要修订的内容
关于试验分类 原标准分为：研究性试验、检验性试验 修订标准分为：探索性试验、验证性试验
扩大了标准的适用范围 补充完善了预制构件试验方法 增加了结构原位试验的内容
.
为更好反映各类试验方法的特点，在章节编排上将试 验分为三类：
1．实验室试验：探索性试验、验证性试验 2．预制构件试验检验：属于验证性试验 3．结构原位加载试验：属于验证性试验
.
1
1
5
5
4
4
3
2
（a）悬挂重物加载
6
（b）捯链—地锚加载
悬挂重物集中力加载
.
1
2
5 3
4
6
杠杆集中力加载示意
.
≥ 50
3
.
从实际操作方便的角度，允许仅测试立方体抗压强度。 实践表明，混凝土立方体试块的抗压试验最简单，结 果最稳定，且便于推导其他的性能参数：
.
钢筋的断口伸长率受到局部颈缩的影响，并不反映钢 筋真正的变形性能（延性），故伸长率指标采用最大 力下的总伸长率（均匀伸长率）。
.
（3）结构原位加载试验 近年结构改造和加固的需求越来越多，对结构原位检
验试验的需要也急剧上升，目前已有比较丰富的工程经验， 而从标准方面缺乏科学的指导。故本次修订增加结构原位 加载试验的内容，将结构原位加载试验纳入科学统一的轨 道。
.
4 编制单位
主编单位： 中国建筑科学研究院
参编单位： 国家建筑工程检测中心 同济大学 中冶集团建筑研究总院 北京工业大学
.
2 主要修订的内容
关于试验分类 原标准分为：研究性试验、检验性试验 修订标准分为：探索性试验、验证性试验
扩大了标准的适用范围 补充完善了预制构件试验方法 增加了结构原位试验的内容
.
为更好反映各类试验方法的特点，在章节编排上将试 验分为三类：
1．实验室试验：探索性试验、验证性试验 2．预制构件试验检验：属于验证性试验 3．结构原位加载试验：属于验证性试验
.
1
1
5
5
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（a）悬挂重物加载
6
（b）捯链—地锚加载
悬挂重物集中力加载
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1
2
5 3
4
6
杠杆集中力加载示意
.
≥ 50
3
8约束混凝土
/ MPa
4
6
8
10
12
14
e / 10-3
上升段曲线接近，应力增加不大。
当约束混凝土达峰值应力时，箍
筋应变为esv＝(900~1200) 尚未屈服。 ×10-6,
10
t=0.0
0.17
10
20
30
40
50
e / 10-3
2. 当t > 0.36时，应力应变曲线 上升段斜率反而降低，原因是密 布箍筋影响了混凝土的浇捣质量 及箍筋两侧混凝土的结合。约束 混凝土到达峰值应力前，箍筋已 屈服；其混凝土强度可提高1倍，
第8章 约束混凝土
混凝土结构中受力钢筋的配设有两种基本方式。沿 构件的轴力或主应力方向设置纵向钢筋，以保证抗拉承 载力或增强抗压承载力，钢筋的应力与轴力方向一致， 称为直接配筋。沿轴压力或最大主压应力的垂直方向 （即横向）配置箍筋，以约束其内部混凝土的横向膨胀 变形，从而提高轴向抗压承载力，这种方式称横向配筋 或间接配筋。 约束混凝土处于三轴受压应力状态，提高了混凝土 的强度和变形能力，成为工程中改善受压构件或结构中 受压部分的力学性能的重要措施。
凝土抗压强度计算式
f cc f c 16.4
v f yv
1
3
2 2
2. Sheikh模型 ① 将截面划分为有效约束核心Aeff 和非约束区Aec及其相应的计算式。
②有效约束核芯混凝土抗压强度取决于体积配箍率s和约束混凝土
达峰值强度时的箍筋应力fs。核芯混凝土抗压强度提高系数。
4
f st Ast f c sdcor
箍筋屈服时，核芯混凝土的最大约束压应力为 2 f st Ast 1 1 2 t f c sdcor 2 若近似取 fcc = fc +4r =(1+2t)fc 于是： N2 =(1+2t) fc Acor+ fy As = fc Acor+ 2fyt t Acor + fy As 显然，在相同的体积配筋下，箍筋比纵向钢筋的承载效率高出一 倍。根据对试验结果分析，实测为1.7~2.9，平均约为2.0。
4
6
8
10
12
14
e / 10-3
上升段曲线接近，应力增加不大。
当约束混凝土达峰值应力时，箍
筋应变为esv＝(900~1200) 尚未屈服。 ×10-6,
10
t=0.0
0.17
10
20
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40
50
e / 10-3
2. 当t > 0.36时，应力应变曲线 上升段斜率反而降低，原因是密 布箍筋影响了混凝土的浇捣质量 及箍筋两侧混凝土的结合。约束 混凝土到达峰值应力前，箍筋已 屈服；其混凝土强度可提高1倍，
第8章 约束混凝土
混凝土结构中受力钢筋的配设有两种基本方式。沿 构件的轴力或主应力方向设置纵向钢筋，以保证抗拉承 载力或增强抗压承载力，钢筋的应力与轴力方向一致， 称为直接配筋。沿轴压力或最大主压应力的垂直方向 （即横向）配置箍筋，以约束其内部混凝土的横向膨胀 变形，从而提高轴向抗压承载力，这种方式称横向配筋 或间接配筋。 约束混凝土处于三轴受压应力状态，提高了混凝土 的强度和变形能力，成为工程中改善受压构件或结构中 受压部分的力学性能的重要措施。
凝土抗压强度计算式
f cc f c 16.4
v f yv
1
3
2 2
2. Sheikh模型 ① 将截面划分为有效约束核心Aeff 和非约束区Aec及其相应的计算式。
②有效约束核芯混凝土抗压强度取决于体积配箍率s和约束混凝土
达峰值强度时的箍筋应力fs。核芯混凝土抗压强度提高系数。
4
f st Ast f c sdcor
箍筋屈服时，核芯混凝土的最大约束压应力为 2 f st Ast 1 1 2 t f c sdcor 2 若近似取 fcc = fc +4r =(1+2t)fc 于是： N2 =(1+2t) fc Acor+ fy As = fc Acor+ 2fyt t Acor + fy As 显然，在相同的体积配筋下，箍筋比纵向钢筋的承载效率高出一 倍。根据对试验结果分析，实测为1.7~2.9，平均约为2.0。
混凝土常见质量问题 ppt课件
【分析】通过以上的调查可以看出，该质量事故发 生的原因是混凝土性能不良未能检测出，因混凝土 板结发生堵管断桩。
【处理】混凝土中断施工，立即拔出尽可能多的钢
筋笼，用冲击钻机重新成孔PPT后课件施工混凝土。
12
四、混凝土桩基断桩案例
【思考】：1.发生断桩的原因常常表现在三个方面
（1）施工机械、器具存在问题
（2）、原材料问题，常见的是砂石料含泥量、级配问题， 掺合料细度问题。
（3）、开盘检定不严格 （4）、混凝土初凝后浇筑 （5）、施工问题 （6）、养护问题 （7）、试件代表性问题
PPT课件
11
四、混凝土桩基断桩案例
【调查】：正如现场检测结果一样，查拌合站出场 检测结果坍落度、扩展度、含气量一切正常，坍落 度损失也在控制范围之内，混凝土间隔半小时就发 生堵管。随后的调查发现，该批混凝土使用外加剂 为新进场首次使用，外加剂检测也合格，试验室复 核配合比时发现混凝土抓底板结严重。
PPT课件
19
五、混凝土蜂窝麻面案例
【分析】（1）、混凝土为C50耐久性混凝土，胶凝材料为 490kg/m3,含气量达3.8%，尽管坍落度210mm，但混凝土 粘稠，流动慢；
（2）、预制梁钢筋稠密，间距小，箱梁腹板较高，厚度 较薄，在底板与腹板连接部位钢筋密，又布置有预应力筋 使得腹板混凝土浇注时不易振实；
严重。
PPT课件
5
二、混凝土裂缝问题案例
【案例】：某铁路大桥工程墩台为圆端型实体墩，桥墩截面尺寸为
880cm×220cm，墩身高度10-30m。桥墩表面设置Ф16钢筋网，桥墩 台混凝土强度等级为C30,。混凝土工程施工中模板使用大型组合钢
模版，混凝土搅拌站自动计量集中拌合，混凝土罐车运输，泵送入
《水工钢筋混凝土结构》课件——8章 水工钢筋混凝土课件
tmax=ft /Ec
s=sES
计算钢筋应力、很小？
= tmaxEs = ft Es / Ec = E ft
E = s/ ft
弹模比：E =Es / Ec
§8-1 抗裂验算
第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算
1.2 截面换算 混凝土即将开裂时，钢筋的总力由混凝土承担——
所需混凝土的面积为A 即： s0
验算内容包括：
抗裂验算：承受水压的轴拉、小偏拉构件发生
裂缝后引起严重渗漏构件。
裂缝宽度验算：一般钢筋砼构件。容许裂缝宽度
变形验算： 严格限制变形的构件
第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算
§8-1 抗裂验算
1. 轴心受拉构件
1.1 分析
钢筋与混凝土变形协调，即将开裂时——前提
混凝土： 钢筋：
c=ft ； t=tmax
§8-1 抗裂验算
第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算
§8-2 裂缝开展宽度的验算
1. 裂缝的成因 砼结构中存在拉应力是产生裂缝的必要条件。
主拉应力达到砼抗拉强度时，不立即产生裂缝； 当拉应变达到极限拉应变tu 时才出现裂缝。 裂缝可分为 荷载和非荷载因素引起的两类 。 外荷载因素 力 非荷载因素 温度变化、砼收缩、基础不均匀沉 降、塑性坍落、冰冻、钢筋锈蚀及碱一骨料化学 反应等都能引起裂缝。 1.1 荷载作用引起的裂缝（对策：合理配筋，控制钢筋应力） ）
❖大体积砼，内部温度大，外周温度
低，内外温差大，引起温度裂缝。
❖减小温度差：分层分块浇筑，采用
低热水泥，埋置块石，预冷骨料，预 埋冷却水管等。
§8-2 裂缝开展宽度的验算
第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算
2) 砼收缩引起的裂缝 砼在空气中结硬产生收缩变形，产生收缩裂缝。
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30
/ MPa
上升段斜率反而降低，原因是密
20
布箍筋影响了混凝土的浇捣质量
10
及箍筋两侧混凝土的结合。约束
混凝土到达峰值应力前，箍筋已
屈服；其混凝土强度可提高1倍，
峰值应变可提高10倍以上。
v = 0.73 0.54
0.32 v=0.0 0.17
10 20 30 40 50 e / 10-3
8.2.2 箍筋的作用机理及影响因素
约束混凝土处于三轴受压应力状态，提高了混凝土 的强度和变形能力，成为工程中改善受压构件或结构中 受压部分的力学性能的重要措施。
第8章 约束混凝土
8.1 螺旋箍筋柱
8.1.1 受力机理和破坏过程
Nc
Nc fyAst
r dcor
fyAst
荷载不 大时螺 旋箍柱 和普通 箍柱的 性能几 乎相同
螺旋箍筋的
螺旋箍筋的形状不太适合工程中的矩形截面，且加工成型费事，故使用范围受限。 矩形截面内箍筋沿截面周边平行布置，矩形组合截面也可用多个矩形截面组成平行于 周边的横向筋。故矩形箍筋是最普遍的横向筋形式。 箍筋的作用：①与纵筋构成骨架；②承受横向应力，防止或减小纵向裂缝；③减小纵 筋压屈的自由长度，保证抗剪承载力；④提高构件的延性，有利于结构的抗震性能。
1. 箍筋的作用机理
强约束区，混凝土处于三轴受压应状态
1 2
弱约束区，混凝土处于两轴受压应力状态
3
无约束区，箍筋外围混凝土(即保护层)
1 2 3
1
23
用非线性有限元法分析矩形箍筋约束混凝土，试件临破坏时 的截面应力分布如图8-5(c)。图上以箭头表示混凝土应力的
方向(x和y)和大小。对角线单元①⑤⑨上x=y，靠近箍筋
显然，在相同的体积配筋下，箍筋比纵向钢筋的承载效率高出一 倍。根据对试验结果分析，实测为1.7~2.9，平均约为2.0。
3. 极限承载力分析
(1). 极限承载力 N2 只适用于轴心受压短柱（H/d ≤12）；更长的柱
常因压屈失稳而破坏；
Nc
(2). 若配筋过少， N2< N1 箍筋约束作用对 N2 柱承载力的提高不足补偿保护层混凝土强度 N1 的损失。欲使 N2 > N1 ，必须
8.2.1 受力破坏过程
• 矩形箍筋的约束指标同样是：
t t
f yt fc
(12
40
30
/ MPa
普通箍筋
复合箍筋
20
1. 当t < 0.3时，应力应变曲线有 10
明显的尖峰。当应变接近素混凝
土 ep 时，箍筋的应变为 esv＝
40
(400~600) ×10-6，约束作用不大，
30
上升段曲线接近，应力增加不大。
约束使核芯
混凝土处于
三轴受压应
力状态，纵
保护层剥 向抗压承载 落使柱的 力提高
承载力降
Nc
低
螺旋箍筋 钢筋混凝
土柱
普通钢筋 混凝土柱
素混凝土柱
ep2 ＝10×10-3
ep
e
承载力的提高，特别是变形 性能的提高更为显著。
8.1.2 极限承载力
极限承载力有两个 控制值。
1. 纵筋屈服，混凝土 达 fc ，忽略箍筋作用
4
sd
2 cor
4 Ast sdcor
令配箍特征值：
t t
f yt fc
4 fst Ast fc sdcor
箍筋屈服时，核芯混凝土的最大约束压应力为
1 2
2 fst Ast sdcor
1 2
t
fc
若近似取
fcc = fc +4r =(1+2t)fc
于是： N2 =(1+2t) fc Acor+ fy As = fc Acor+ 2fyt t Acor + fy As
转角处因面积小而约束应力偏大；另两个内部单元②④上
x≠y，但其数值与对角线单元的接近；靠近表面的单元主 要承受顺箍筋方向的约束应力，即单元③⑥的y和单元⑦⑧ 的x，另一方向的应力(即箍筋直线段的横向约束应力)很小。
此应力分布与前述箍筋约束作用的分析完全一致。
2. 主要影响因素
(1). 约束 t（矩形箍筋效率低于螺旋箍筋）
约束混凝土极限强度和箍筋屈服同时到达的界限 约为t≈0.32
(2). 箍筋间距(s)：当s>(1~1.5)b时，约束甚微；当s<b时，箍筋才有明
显的约束作用。试验表明：t 相等 s 相差 1 倍的两个试件，fcc及epc
相差很小，但 s 小的试件下降段明显偏高，有利于构件延性。
(3). 箍筋的构造和形式：焊接箍筋与绑扎箍筋无明显差异。当 v 相等 时，复合箍筋的fcc与epc比简单箍筋稍高，下降段平缓。但总体差别不
第8章 约束混凝土
混凝土结构中受力钢筋的配设有两种基本方式。沿 构件的轴力或主应力方向设置纵向钢筋，以保证抗拉承 载力或增强抗压承载力，钢筋的应力与轴力方向一致， 称为直接配筋。沿轴压力或最大主压应力的垂直方向 （即横向）配置箍筋，以约束其内部混凝土的横向膨胀 变形，从而提高轴向抗压承载力，这种方式称横向配筋 或间接配筋。
t
Ac Acor 2 Acor
ep2 ＝10×10-3
(3). 若 N2 > N1 太多，使用荷载下钢筋保护层
ep
e
会开裂，甚至剥落，不符合设计要求；一般限
制 N2 ≤1.5 N1
我国规范取：t Acor≥ 0.25 As
美国规范取：v
0.45
Ac Acor 2 Acor
fc fy
8.2 矩形箍筋柱
N1 = fc Ac + fy As
2. 箍筋屈服，混凝 土达 fcc，纵筋屈服
N2 = fcc Acor + fy As
横向箍筋体积率取为
螺旋箍筋
的约束使
保
低
螺旋箍筋 钢筋混凝
土柱
普通钢筋 混凝土柱
素混凝土柱
ep2 ＝10×10-3
ep
e
t
dcor Ast
/ MPa
当约束混凝土达峰值应力时，箍
20
筋应变为esv＝(900~1200) ×10-6,
10
尚未屈服。
t = 0.145
0.0
0.077
2 4 6 8 10 12 14 e / 10-3
0.32 t=0.0 0.17
10 20 30 40 50 e / 10-3
40
2. 当t > 0.36时，应力应变曲线
大。
8.2.3 应力-应变全曲线方程
1. Sargin模型
①假设箍筋屈服时对核芯混凝土的
约束力f 沿箍筋内侧均匀分布；
②把混凝土柱看成半无限弹性体，
利用基本方程得到混凝土内的应力；
③相邻箍筋间的约束面最小Ac，称 为临界核芯面积。
④按照临界核芯截面的约束值，计
算混凝土三轴抗压强度，得约束混
凝土抗压强度计算式