钢筋混凝土与砌体结构_ppt课件

2013年3月钢筋混凝土及砌体结构0绪论1.钢筋混凝土的一般概念及材料的主要力学性能2.钢筋混凝土结构计算的基本原理3.受弯构件承载力计算与构造4.钢筋混凝土构件的变形与裂缝计算5.钢筋混凝土受压构件承载力计算8.预应力混凝土构件6.钢筋混凝土受扭构件承载力计算目录9.钢筋混凝土梁板结构11.多层及高层房屋结构概论13.砌体材料及其力学性能14.砌体结构构件的承载力计算15.混合结构房屋墙、柱设计目录0.1建筑结构的分类及应用基本建筑构件：板、梁、柱、墙、基础等建筑结构：由基本建筑构件组成的建筑物承重骨架建筑结构的要求：安全性、实用性、耐久性建筑结构的分类按材料和受力方式两方面划分：①按材料划分为：钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构等。②按结构受力特点分为：混合结构、框架结构、排架结构、剪力墙结构、筒体结构等。混合结构的传力路线：楼（屋）面荷载板梁砖石墙体（柱）基础绪论0.2建筑结构的发展简况材料方面古代：砖、木结构近代：钢筋混凝土结构和钢结构计算理论古代：近似计算近代：20世纪40年代：考虑砼塑性性能的破坏阶段计算方法，采用了单一的安全系数；50年代：极限状态计算，规定了极限状态，有三个系数，荷载、材料系数和工作条件系数（1966年规范）。近来：以概率论为基础的极限状态计算法，89年规范及新规范（GBI10-89、GB50010－2002）绪论施工工艺方面向着工业化、定型化、标准化方向发展。施工技术方面大模板滑模施工、预应力混凝土平板楼盖等。总之：高强度、高性能的材料的应用；计算理论的更加科学合理；重量更轻、跨度更大；安全性、耐久性更好；施工更方便快捷是今后的发展方向。绪论0.3本课程内容特点及要求内容：钢筋混凝土结构（基本结构和房屋结构）、砌体结构特点：①本课程所述材料的力学性能与材料力学所学内容有许多相似之处，但也有不同之处。主要在均质和非均质、弹性和弹塑性等之分。②建筑结构的计算方法，绝大部分是建立在实验的基础上。目前尚无完善的理论，应十分注重试验和各公式的使用条件和范围。③内力分析和变形计算的理论来自结构力学，但，考虑到结构的实际，又建立了一套自身的计算方法，应注意他们的联系和区别。④本课程除了进行构件的强度和变形计算外，还要解决绪论结构设计问题（包括结构方案、构件选型、材料选择和构造要求等），综合性和实践性很强。⑤构造要求和结构计算同样重要，我们专业更应注重构造要求。要求：①在本课程学习的同时，要熟悉和重视国家最新颁布的建筑结构《规范》，对现行各种《规范》的条款要理会、熟悉并学会应用。②本课程涉及的众多构造要求是非常重要的，要充分重视对构造要求的学习，并加深理解其中的道理。③本课程是一门实践性很强的课程，学好本课程的关键，实践性环节在其中起着十分重要的作用。在理论学习的过程中，要注重联系实际，多到施工现场及预制构件厂去实习、观摩、参观，多动手、勤思考、重理解、会分析。结合施工图的识读，积累实践经验。绪论1钢筋混凝土的一般概念及材料的P1P2(a)P1P2中和轴受拉钢筋(b)1.1钢混的一般概念和特点概念：由钢筋和混凝土结合在一起共同工作的材料，该材料可充分利用混凝土的抗压性能和钢筋的抗拉性能。特点：①与砖木结构相比强度高；②钢材用量少；③耐久性好；④耐火性好；⑤可模性好；⑥整体性好；⑦材料来源广泛图1.1素混凝土和钢筋混凝土波怀情况对比主要力学性能①软刚和硬刚钢筋的强度和变形性能主要由单向拉伸测得的应力应变曲线来表征。试验表明，钢筋的拉伸应力应变曲线可分为两类：有明显的流幅的钢筋（也称为软钢）见图1.2，没有明显流幅的钢筋（也称为硬钢）见图1.3。②比例极限有明显流幅的钢筋应力应变曲线，轴向拉伸时，在达到比例极限a点之前，材料处于弹性阶段，软钢应力与应变的比值为常数，即为钢筋的弹性模量Es，a为应力应变成比例的极限状态，它所对应的应力称为比例极限。σ(Mpa)ε钢筋的主要力学性能1.2.1abcde比例极限屈服强度极限强度流幅③屈服极限当应力达到b点后，材料开始屈服，b点称屈服的上限点，过点后，应力与应变曲线出现上下波动，形成一个明显的屈服台阶，屈服台阶的下限c点所对应的应力称为“屈服强度＂。钢筋的主要力学性能钢筋的强度和变形④极限强度当钢筋屈服塑流到一定程度，即到达点以后，应力应变曲线又开始上升，抗拉能力有所提高，随着曲线上升到最高点d，相应的应力称为钢筋的极限强度，cd段称为钢筋的强化阶段。过了d点以后，钢筋在薄弱处的断面将显着缩小，发生局部颈缩现象，变形迅速增加，应力随之下降，直到过点时试件被拉断。图钢筋的主要力学性能σ(Mpa)ε0.85σbσb0.2%⑤条件屈服强度（硬刚）高碳钢与低碳钢不同，见图1.3，它没有明显的屈服台阶，塑性变形小，延伸率亦小，但极限强度高。通常用残余应变为0.2%的应力，约0.85σb作为假想屈服点(或称条件屈服点)，用σ0.2表示，0.85σb作为条件屈服强度。σb极限抗拉强度值。图⑥钢筋的伸长率除强度指标外，钢筋还应具有一定的塑性变形能力。反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。所谓伸长率即钢筋拉断后的伸长值与原长的比率：钢筋的主要力学性能………1-1式中：δ—伸长率（%）L—试件受力前的标距长度（有5d、10d、100d）L1—试件拉断后的标距长度伸长率越大的钢筋塑性越好，即拉伸前有足够的伸长，使构件的破坏有预兆；反之构件的破坏具有突发性而呈现脆性。钢筋的主要力学性能⑦钢筋的冷弯性能为了使钢筋在加工成型时不发生断裂，要求钢筋具有一定的冷弯性能。冷弯是将直径为d的钢筋绕某一规定直径为D的钢辊进行弯曲，在达到规定的冷弯角度（1800）时钢筋不发生裂纹、鳞落或断裂，就表示合格。见表1-1表1-1各种钢筋伸长率及冷弯试验要求钢筋种类HPB235HRB335HRB400伸长率（%）δ5251614冷弯要求冷弯角度180018001800δ5——表示试件长度为5d的钢筋的伸长率钢筋的主要力学性能1.2.2钢筋的成分、分类、级别、品种成分：钢筋的主要成分为铁、还有少量的碳、锰、硅、钒、钛及一些有害元素如磷、硫等。刚材的强度随含碳量的增加而增加，但其塑性性能及可焊性随之降低。锰、硅、钒、钛等少量合金元素可是钢材的强度、塑性等综合性能提高。分类：我国建筑工程中采用的钢筋，按化学成分可分为碳素钢和普通低合金钢两大类。含碳量小于0.25%的碳素钢称为低碳钢或软钢，含碳量为0.6%～1.4%的碳素钢称为高碳钢或硬钢。在碳素钢的元素中加入少量的合金元素，就成为普通低合金钢。如20MnSi、20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi等。钢筋的主要力学性能HPB235HRB335HRB400高强钢丝σ(Mpa)ε0级别及品种：我国建筑工程中采用的钢筋，国产普通钢筋有以下4级：①热轧光面235级②热轧带肋335级③HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi):热轧带肋400级④RRB400(K20MnSi):余热处理钢筋400级（用HRB335(20MnSi)穿水热处理而成），各级别性能见图1-420表示含碳量为0.2%，其余合金元素的含量在1.5%以下，k为控制的意思。图钢筋的主要力学性能表1-2普通钢筋强度标准值及设计值(N/mm2)钢筋种类符号d(mm)fykfyfy＇HPB235(Q235)φ8~20235210210HRB335(20MnSi)6~50335300300HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)6~50400360360RRB400(K20MnSi)8~40400360360R注：1.当d大于40mm时，应有可靠的工程经验。2.fyk钢筋的标准强度，具有95%以上的保证率，由屈服极限确定。3.fy钢筋的抗拉强度设计值，fy＇钢筋的抗压强度设计值。钢筋的主要力学性能HT表1-3预应力钢筋强度标准值及设计值(N/mm2)种类符号fptkfpyf＇py钢绞线1*3ΦS1860132039017201220157011101*71860132039017201220消除应力钢丝光面螺旋肋ΦPΦH177012504101670118015701110刻痕ΦI15701110410热处理钢筋40Si2MnΦHT1470104040048Si2Mn45Si2Cr钢筋的主要力学性能表1-4钢筋弹性模量（×105N/mm2）种类EsHPB2352.1热处理钢筋2.0消除应力钢丝（光面钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝）2.05钢绞线1.92注：必要时钢铰线可采用实测的弹性模量钢筋的主要力学性能热处理钢筋上面所述为普通钢筋，而预应力钢筋采用热处理钢筋。由40Si2Mn(d=6)、48Si2Mn(d=8.2)和45Si2Cr(d=10)等通过加热、淬火和回火等调质工艺处理制成的。热处理钢筋又称调质钢筋。钢丝钢丝主要用于预应力混凝土结构中，有消除应力的光面钢丝、螺旋肋钢丝和三面刻痕钢丝三种。冷拔低碳钢丝由低碳热轧钢筋经冷拔制成，分为两个级别：甲级和乙级。冷拔低碳钢丝的延性较差，新《规范》中也未列入。若在建筑工程中采用时，应遵守专门规程的规定。钢丝(直径在5mm以内)可以是单根的，也可以编成钢绞线或钢丝束。钢筋的主要力学性能钢绞线钢绞线是由多根高强钢丝在绞丝机上绞合，再经低温回火制成。按其股数可分为3股和7股两种，高强钢丝、钢绞线的强度可达1700N／mm2以上。钢筋的主要力学性能1.2.3钢筋的冷拉和冷拔(1)冷拉冷拉是将钢筋拉到超过钢筋屈服强度的某一应力值，以提高钢筋的抗拉强度，达到节约钢材的目的。冷拉能提高钢筋抗拉强度，但不能提高抗压强度。冷拉能使钢筋伸长，能节省钢材，调直钢筋，自动除锈，检查焊接质量的作用。(2)冷拔冷拔是将Φ6～Φ8的HPB235级钢筋，用强力从直径较小的硬质合金拔丝模拔出使它产生塑性变形，拔成较细直径的钢丝，以提高其强度的冷加工方法。冷拔后钢筋的强度得到了较大的提高，但塑性却有较大的降低。经过冷拔加工的低碳钢丝，须逐盘检验，分为甲、乙两级，甲级用作预应力钢筋，乙级用作非预应力钢筋。σσadeo冷拉伸长率ε图1-5冷拉后的应力——应变曲线1.2钢筋的主要力学性能kσklεkk’d’e’φb5φb4φb3σ200o图1-6冷拔钢筋的应力——应变曲线21.9φ6400600ε(10-2)1.2钢筋的主要力学性能冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，故不宜用作受压钢筋；而冷拔可同时提高抗拉和抗压强度。必须指出，上述冷加工钢筋以大幅度牺牲延性来换取强度的有限提高，终究不是提高结构性能的有效途径，近年来，强度高、性能好的钢筋（钢丝、钢绞丝）在我国已可充分供应，故冷拉钢筋和冷拔钢丝不在列入新《混凝土规范》，但并不是不允许使用这些钢筋。当应用这些钢筋时，应符合专门规程的规定。1.2钢筋的主要力学性能1.2.41.2.4钢筋的形式(b)(a)(c)(d)光面钢筋(a):HPB235带肋钢筋(b)_(d):(b)螺纹钢筋(c)人字纹钢筋(d)月牙形钢筋我国带肋钢筋的外形目前生产的是月牙形。HRB335—表面有阿拉伯数字“2”，HRB400—表面有阿拉伯数字“3”。1.2钢筋的主要力学性能1.2.51.2.5建筑结构对钢筋的要求及选择原则要求强度要求、塑性要求、可焊性要求、与混凝土的粘结力选择的原则在实际工程应用中，基于混凝土对钢筋性能的要求，确定的选用原则为：①钢筋混凝土结构以HRB400级热轧带肋钢筋为主导钢筋；实际工程中，普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋，也可采用HPB235级及RRB400级钢筋。②预应力混凝土结构以高强、低松弛钢丝、钢绞线为主导钢筋；预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢绞线，也可采用热处理钢筋。③各种形式的冷加工钢筋应整顿市场、加强管理、保证质量、提高性能，通过市场竞争优化或淘汰。购买钢筋应要求厂家提供三项力学性能（抗拉强度、屈服强度、伸长率）、两项化学性能（磷、硫含量）1.3混凝土的主要力学性能1.3.11.3混凝土的主要力学性能1.3.1混凝土的强度（1）、混凝土的立方体抗压强（fcu）度及强度等级混凝土结