1、青岛理工大学成人教育学院青岛理工大学成人教育学院 2013.1.10 使用教材：使用教材：给水排水工程结构给水排水工程结构 参考书：参考书：给水排水工程构筑物结构设计规范给水排水工程构筑物结构设计规范 给水排水管道结构设计规范给水排水管道结构设计规范 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 相关课程：流体力学相关课程：流体力学 结构力学结构力学 材料力学材料力学 建筑材料等建筑材料等 绪论绪论 知识要点：知识要点： u给水排水工程结构的研究内容给水排水工程结构的研究内容 u给水排水工程结构的设计任务给水排水工程结构的设计任务 u本书的知识结构本书的知识结构 u给水排水工程结构的学习方法给水排水工
2、程结构的学习方法 一、给水排水工程结构的研究内容一、给水排水工程结构的研究内容 给水排水工程构筑物及建筑物的结构设计给水排水工程构筑物及建筑物的结构设计 砌体结构：用烧结粘土砖或石块等砌体材料及砂浆砌筑而成。砌体结构：用烧结粘土砖或石块等砌体材料及砂浆砌筑而成。 强度较低，抗拉、抗剪性能差，施工劳动量大（早期、小强度较低，抗拉、抗剪性能差，施工劳动量大（早期、小 型给排水构筑物）型给排水构筑物） 混凝土结构：素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝混凝土结构：素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝 土结构土结构 钢筋棍凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料组成共同钢筋棍凝土结构是由钢筋和混凝土两种
3、材料组成共同 受力的结构，混凝土主要承担压力，钢筋主要承担拉力，受力的结构，混凝土主要承担压力，钢筋主要承担拉力， 必要时也可承担压力。因此，在钢筋混凝土结构中，两种必要时也可承担压力。因此，在钢筋混凝土结构中，两种 材料的力学性能都能得到充分利用。材料的力学性能都能得到充分利用。 钢筋混凝土结构的优点：钢筋混凝土结构的优点： 便于就地取材，与钢结构比造价较低；便于就地取材，与钢结构比造价较低； 便于造型便于造型: :适于给水排水构筑物造型复杂的特点；适于给水排水构筑物造型复杂的特点； 耐久性好；耐久性好； 耐火性好；耐火性好； 整体性好，抗震能力强。整体性好，抗震能力强。 缺点：自重大（缺点
4、：自重大（ ）、抗裂性较差、加固改建比）、抗裂性较差、加固改建比 较困难、低温条件下施工要采取保温防冻措施等。较困难、低温条件下施工要采取保温防冻措施等。 3 /25mkN 二、给水排水工程结构的设计任务二、给水排水工程结构的设计任务 合理选择材料和结构形式，进行结构布置，确定结合理选择材料和结构形式，进行结构布置，确定结 构的截面和构造构的截面和构造 要求：技术先进、经济合理、安全适用要求：技术先进、经济合理、安全适用 三、给水排水工程结构的知识结构三、给水排水工程结构的知识结构 材料的力学性能材料的力学性能 结构的基本计算原则（极限状态设计）结构的基本计算原则（极限状态设计） 梁的设计计算
5、梁的设计计算 受压构件的设计计算受压构件的设计计算 受拉构件的设计计算受拉构件的设计计算 钢筋混凝土水池设计钢筋混凝土水池设计 四、给水排水工程结构的学习方法四、给水排水工程结构的学习方法 在学习过程中应注意：在学习过程中应注意： 混凝土结构基本计算理论是以试验为基础的；混凝土结构基本计算理论是以试验为基础的； 注意其试验基础、简化的模型、适用条件和应用方法注意其试验基础、简化的模型、适用条件和应用方法 结构设计的多样性；结构设计的多样性； 对于一项设计任务，其设计结构不是唯一的对于一项设计任务，其设计结构不是唯一的 构造设计是结构设计的重要内容之一。构造设计是结构设计的重要内容之一。 结构计
6、算只是设计的手段之一，还应满足构造要求结构计算只是设计的手段之一，还应满足构造要求 经验尤为重要经验尤为重要 第一章第一章 钢筋和混凝土的力学性能钢筋和混凝土的力学性能 知识要点：知识要点： 钢筋：品种、性能及混凝土对钢筋的要求钢筋：品种、性能及混凝土对钢筋的要求 混凝土：混凝土的特性及给水排水工程结构对混凝混凝土：混凝土的特性及给水排水工程结构对混凝 土的特殊性要求土的特殊性要求 钢筋和混凝土的共同作用钢筋和混凝土的共同作用 第一节第一节 钢筋钢筋 影响钢筋性能的元素：影响钢筋性能的元素： C C元素含量元素含量 C C元素含量越高元素含量越高, ,钢材的强度提高钢材的强度提高, ,塑性降低
7、塑性降低; ; 含碳量含碳量0.25%0.6%;0.6%的碳素的碳素 钢称为高碳钢钢称为高碳钢;0.25%0.6%;0.25%0.6%之间的称为中碳钢。之间的称为中碳钢。 用作钢筋的碳素钢主要是低碳钢和中碳钢用作钢筋的碳素钢主要是低碳钢和中碳钢 合金合金 碳素钢的基础上加入少量碳素钢的基础上加入少量(一般不超过一般不超过3%5)合金合金 元素，如锰、硅、钒、钛等。这些合金元素可使钢元素，如锰、硅、钒、钛等。这些合金元素可使钢 材的强度、塑性等综合性能提高。材的强度、塑性等综合性能提高。 磷、硫则是有害杂质磷、硫则是有害杂质 含量超过含量超过0045后会使钢材变脆，塑性显著降低，后会使钢材变脆，
8、塑性显著降低， 不利于焊接不利于焊接 一、钢筋的品种和级别一、钢筋的品种和级别 热轧钢筋热轧钢筋 中高强钢丝和钢绞线中高强钢丝和钢绞线 热处理钢筋热处理钢筋 热轧钢筋的分类热轧钢筋的分类 HPB235级级( )、HRB335级级( )、HRB400级级( )、RRB400级级( R) 图图1-11-1热轧钢筋的外形热轧钢筋的外形 HPB235级:钢筋多为光面钢筋，强度太低,多作为现 浇楼板的受力钢筋和箍筋（不宜做主要受力钢筋） HRB335级和 HRB400级:钢筋强度较高，多作为钢筋 混凝土构件的受力钢筋，外形制作成月牙肋或等 高肋的变形钢筋。 RRB400级钢筋:强度太高，不适宜作为钢筋混
9、凝土 构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋。 预应力钢筋符号及意义预应力钢筋符号及意义 以上几种多用于预应力预制构件中以上几种多用于预应力预制构件中。 S 钢绞线钢绞线 P 光面钢丝光面钢丝 I 刻痕钢丝刻痕钢丝 H 螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝 HT 热处理钢筋热处理钢筋 热轧钢筋按屈服强度设计热轧钢筋按屈服强度设计 如表如表1-11-1 种类种类符号符号fyf y 热轧钢筋 HPB 235(Q235)210210 HRB 335(20MnSi)300300 HRB 400(20MnSiV、 20MnSiNb、20MnTi) 360360 RRB 400(K20MnSi) R 360360 二、钢筋的
10、主要力学性能二、钢筋的主要力学性能单向拉伸试验单向拉伸试验 （一）、钢筋应力应变曲线（一）、钢筋应力应变曲线 1 1、软钢的、软钢的应力应力应变曲线应变曲线 a 比例极限比例极限 b 弹性极限弹性极限(屈服点屈服点) d 极限抗拉强度极限抗拉强度 e 极限应变极限应变 ob 弹性阶段弹性阶段 bc 屈服阶段屈服阶段 cd 强化阶段强化阶段 de 破坏阶段破坏阶段 图图1-3 有明显流幅的钢筋应力有明显流幅的钢筋应力-应变曲线应变曲线 钢筋单向拉伸试验中有明显流幅的钢筋称为软钢，反之没钢筋单向拉伸试验中有明显流幅的钢筋称为软钢，反之没 有明显流幅的钢筋称为硬钢。有明显流幅的钢筋称为硬钢。 软钢的
11、应力应变曲线中软钢的应力应变曲线中 oaoa段斜率为常数，称为弹性阶段；段斜率为常数，称为弹性阶段； bcbc称为流幅或屈服台阶；称为流幅或屈服台阶；b b点称为弹性极限，屈服点；其对应点称为弹性极限，屈服点；其对应 的应力称为屈服应力或屈服强度。的应力称为屈服应力或屈服强度。 建筑材料中常用的各种热轧钢筋均有明显的屈服点和屈服建筑材料中常用的各种热轧钢筋均有明显的屈服点和屈服 台阶；台阶；一般取屈服强度作为钢筋强度设计的依据一般取屈服强度作为钢筋强度设计的依据。 对于软钢、硬钢弹性模量是一稳定物理常数见附录对于软钢、硬钢弹性模量是一稳定物理常数见附录1-2 1-2 。 2、硬钢的应力应变曲线
12、 条件屈服强度：条件屈服强度： 取应力取应力0.2作为无明显流幅钢作为无明显流幅钢 筋的强度限值，通常称为筋的强度限值，通常称为条件屈服条件屈服 强度强度。 无明显流幅的钢筋也有明显的弹无明显流幅的钢筋也有明显的弹 性阶段，应力继续增加，出现明显性阶段，应力继续增加，出现明显 塑性。塑性。 图图1-4 没有明显流幅的钢筋没有明显流幅的钢筋 应力应力-应变曲线应变曲线 ( (二二) )钢筋的塑性性能钢筋的塑性性能 （1）延伸率：）延伸率： （2）冷弯性能：）冷弯性能： 延伸率越大，钢筋的延伸率越大，钢筋的塑性塑性和和变形能力变形能力越越 好。好。 100% ll l 弯心弯心直径直径越小，弯过的
13、越小，弯过的角度角度越大，越大， 冷弯性能越好，钢筋的冷弯性能越好，钢筋的塑性性能塑性性能越好。越好。 三、钢筋的连接三、钢筋的连接 热轧钢筋常用的连接方法有绑扎搭接、焊接（热轧钢筋常用的连接方法有绑扎搭接、焊接（c含量含量0。55 ）和机械连接三种类型）和机械连接三种类型 注意：注意： 在设计和施工中，尽可能将接头布置在结构构件受力较小处，在设计和施工中，尽可能将接头布置在结构构件受力较小处， 并将钢筋接头适当错开，以及必要时对钢筋接头比较集中的并将钢筋接头适当错开，以及必要时对钢筋接头比较集中的 区段采取增设构造钢筋以减少接头的不利影响等等。区段采取增设构造钢筋以减少接头的不利影响等等。
14、四、混凝土结构对钢筋性能的要求四、混凝土结构对钢筋性能的要求 1 1、强度、强度 屈服强度和极限抗拉强度屈服强度和极限抗拉强度 2 2、塑性性能、塑性性能 伸长率、冷弯性能伸长率、冷弯性能 3 3、锚固性能（钢筋混凝土之间的粘结力）、锚固性能（钢筋混凝土之间的粘结力） 钢筋表表面形状钢筋表表面形状 4 4、钢筋的连接性能、钢筋的连接性能 5 5、可焊性、可焊性 特殊情况下还要考虑钢筋的疲劳性能、抗腐蚀性能、热稳定性、特殊情况下还要考虑钢筋的疲劳性能、抗腐蚀性能、热稳定性、 低温性能等低温性能等 第二节第二节 混凝土混凝土 混凝土是由骨料（砂和石子）、水泥和水搅拌而成。混凝土是由骨料（砂和石子）
15、、水泥和水搅拌而成。 硅酸盐水泥，水泥熟料中的硅酸三钙和硅酸二钙在混凝土硅酸盐水泥，水泥熟料中的硅酸三钙和硅酸二钙在混凝土 拌和后经过水化生成一种胶质钙硅酸盐水化物凝胶体。硅拌和后经过水化生成一种胶质钙硅酸盐水化物凝胶体。硅 酸盐水泥水化过程如图酸盐水泥水化过程如图1-7所示。所示。 （一）混凝土的抗压强度（一）混凝土的抗压强度 在钢筋混凝土结构中，混凝土主要用于抗压，拉力主要在钢筋混凝土结构中，混凝土主要用于抗压，拉力主要 由抗拉强度很高的钢筋承担，抗压强度是混凝土最重要的由抗拉强度很高的钢筋承担，抗压强度是混凝土最重要的 强度指标。强度指标。 影响混凝土抗压强度的影响混凝土抗压强度的主要因
16、素：主要因素：水泥强度等级和用量、水泥强度等级和用量、 骨料的级配、水灰比、龄期、捣制方法、养护温度湿度等。骨料的级配、水灰比、龄期、捣制方法、养护温度湿度等。 混凝土有立方体抗压强度和轴心抗压强度。混凝土有立方体抗压强度和轴心抗压强度。 一、混凝土的强度 1、混凝土的立方体抗压强度和强度等级混凝土的立方体抗压强度和强度等级 用边长为用边长为150mm的标准立方体试块在的标准立方体试块在标准标准条件下养护条件下养护28d后，后， 以以标准标准试验方法测得的破坏时的试验方法测得的破坏时的平均平均压应力为混凝土的压应力为混凝土的立方体立方体 抗压强度抗压强度。如图。如图 1-8a所示。所示。 按上
17、述规定所测得的具有按上述规定所测得的具有95%保证率保证率的抗压强度称为混凝土的抗压强度称为混凝土 的的立方体抗压强度标准值，立方体抗压强度标准值， 影响因素：影响因素： 尺寸、加载速度、端部约束尺寸、加载速度、端部约束 ,cu k f 混凝土的强度等级混凝土的强度等级 按立方体抗压强度标准值确定，按按立方体抗压强度标准值确定，按 的大小划分为的大小划分为 14级：级：C15、 C20、 C25、 C30 C80 C表示混凝土强度等级，表示混凝土强度等级，C后的数字表示以单位后的数字表示以单位 计的混凝土立方体抗压强度标准值计的混凝土立方体抗压强度标准值 cu,k f 2 /N mm 混凝土混
18、凝土强度等级强度等级的选用：的选用： 采用采用HRB335，不宜不宜低于低于C20； 任何情况下，钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于任何情况下，钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15 混凝土混凝土强度等级强度等级的选用：的选用： 预应力混凝土结构，预应力混凝土结构，不应不应低于低于C30； 采用高强钢丝作预应力钢筋时，采用高强钢丝作预应力钢筋时，不宜不宜低于低于C40。 承受重复荷载构件的混凝土，承受重复荷载构件的混凝土， 不得不得低于低于C20； 采用采用HRB400、 RRB400级钢筋时，级钢筋时， 不得不得低于低于C20； 现浇钢筋混凝土结构中，水池、水塔、渠道以及处于其他地
19、下现浇钢筋混凝土结构中，水池、水塔、渠道以及处于其他地下 和水中的结构，应采用和水中的结构，应采用不不低于低于C25。 2.轴心抗压强度 棱柱体棱柱体高度高度的取值：的取值： 摆脱端部摩擦力的影响；摆脱端部摩擦力的影响； 试件不致失稳。试件不致失稳。 试验目的：采用棱柱体试件，反映混凝土的实际工作状态。试验目的：采用棱柱体试件，反映混凝土的实际工作状态。 试件尺寸：我国取试件尺寸：我国取 mm为标准试件。为标准试件。 150 150 300 （二）混凝土的轴心抗拉强度（二）混凝土的轴心抗拉强度 在钢筋混凝土结构中，混凝 土主要用于抗压，混凝土的抗 拉强度很低，一般只有其抗压 强度的1/171/
20、8，混凝土强度 等级越高，比值越小。 我国规范对混凝土的轴 心抗拉强度是根据棱柱体试件 的轴心抗拉试验确定的。如图 1-9所示。 二、混凝土的变形二、混凝土的变形 混凝土的混凝土的 变形性能比较复杂，分为两种变形性能比较复杂，分为两种: 荷载作用下产生非线性的弹塑性变形荷载作用下产生非线性的弹塑性变形; 与荷载作用无关的徐变与荷载作用无关的徐变 (一一)混凝土在荷载作用下的变形混凝土在荷载作用下的变形 1.混凝土在短期一次加荷时的应力混凝土在短期一次加荷时的应力-应变关系应变关系 短期加载是指荷载从零开始单调增至试件破坏，也称单调加短期加载是指荷载从零开始单调增至试件破坏，也称单调加 载。载。
21、 混凝土单轴受压时的应力应变关系曲线如图混凝土单轴受压时的应力应变关系曲线如图1-10所示。所示。 当当0.3 时时,弹性性质弹性性质 （OA）； 当当=(0.30.8) 时，时， 表现表现 了材料的塑性性质（了材料的塑性性质（AB）； 当当=(0.81.0) 时，内部时，内部 微裂缝进入微裂缝进入非稳定发展非稳定发展阶段阶段 （BC），），C点即为混凝土达到受点即为混凝土达到受 压时最大承压应力即轴心抗压强压时最大承压应力即轴心抗压强 度。度。 设计中将对此模型进行简化！设计中将对此模型进行简化！ c f c f c f 2.混凝土在荷载长期作用下的变形性能混凝土在荷载长期作用下的变形性能徐
22、变徐变 定义：在荷载定义：在荷载长期长期作用下，混凝土的作用下，混凝土的变形变形随时间而随时间而徐徐徐徐 增长增长的现象。的现象。 徐变的特点徐变的特点：开：开 始增长较快，以始增长较快，以 后逐渐减慢，最后逐渐减慢，最 后趋于稳定。后趋于稳定。 徐变的原因徐变的原因： 水泥凝胶体的黏性流动，使骨料应力增大。水泥凝胶体的黏性流动，使骨料应力增大。 混凝土中内部微裂缝的发展。混凝土中内部微裂缝的发展。 影响徐变的因素影响徐变的因素： 应力的大小；应力的大小； 混凝土的龄期；混凝土的龄期； 混凝土的制作、养护环境；混凝土的制作、养护环境； 水灰比与水泥用量；水灰比与水泥用量； 骨料用量及力学性能。
23、骨料用量及力学性能。 所以在工程实际中，构件长期处于不变高应力作用下是不安全所以在工程实际中，构件长期处于不变高应力作用下是不安全 徐变对结构设计的影响：徐变对结构设计的影响： 使钢筋混凝土构件截面产生使钢筋混凝土构件截面产生内力重分布内力重分布； 使受弯构件和偏压构件的使受弯构件和偏压构件的变形加大变形加大 ； 使预应力混凝土构件产生使预应力混凝土构件产生预应力损失预应力损失 。 (二二)与荷载无关的混凝土体积变形与荷载无关的混凝土体积变形 1.混凝土的收缩和膨胀混凝土的收缩和膨胀 混凝土在空气中结硬体积会收缩，在水中结硬体积会膨胀，混凝土在空气中结硬体积会收缩，在水中结硬体积会膨胀， 但膨
24、胀体积较小忽略不计。但膨胀体积较小忽略不计。 体积收缩原因：水泥水化凝结作用引起体积的凝缩；混凝土体积收缩原因：水泥水化凝结作用引起体积的凝缩；混凝土 内部游离水分蒸发引起干缩。内部游离水分蒸发引起干缩。 工程中常见的混凝土条形基工程中常见的混凝土条形基 础、挡土墙、础、挡土墙、矩形水池池壁矩形水池池壁 等，长度较大，易产生收缩等，长度较大，易产生收缩 裂缝。如图裂缝。如图1-18所示。所示。 2.混凝土的温度和湿度变形混凝土的温度和湿度变形 结构在正常使用过程中，结硬的混凝土热胀冷缩和湿胀结构在正常使用过程中，结硬的混凝土热胀冷缩和湿胀 干缩，对结构带来一些不利的影响。干缩，对结构带来一些不
25、利的影响。 结构中的钢筋会对其周围混凝土的徐变和收缩产生阻遏作结构中的钢筋会对其周围混凝土的徐变和收缩产生阻遏作 用，从而使得混凝土构件的徐变和收缩比素混凝土构件小，用，从而使得混凝土构件的徐变和收缩比素混凝土构件小， 因此适当的配筋可以减小徐变和收缩的不利影响。因此适当的配筋可以减小徐变和收缩的不利影响。 三、混凝土的弹性模量和变形模量三、混凝土的弹性模量和变形模量 混凝土应力应变曲线（三向受力）混凝土应力应变曲线（三向受力） 如图如图1-19 混凝土应力应变曲线上任意一点混凝土应力应变曲线上任意一点 所对应的应力和应变之比称为混所对应的应力和应变之比称为混 凝土的凝土的变形模量变形模量，也
26、称为，也称为弹塑性弹塑性 模量模量， 。也称为。也称为割线模量割线模量， 一变化值。一变化值。 c E 混凝土混凝土弹性模量弹性模量与与立方体抗压强度立方体抗压强度之间的关系：之间的关系： 5 2 c cu,k 10 (N/mm ) 34.7 2.2 E f 四、混凝土的耐久性要求 结构的耐久性是对结构的功能要求之一。设计时应根据结构的耐久性是对结构的功能要求之一。设计时应根据 环境条件和规定的设计使用年限采取措施满足耐久性要求。环境条件和规定的设计使用年限采取措施满足耐久性要求。 建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准对使用年限做了强制性对使用年限做了强制性 规定。规定。 混凝
27、土中引起腐蚀的主要是氯离子，在各类环境中要控混凝土中引起腐蚀的主要是氯离子，在各类环境中要控 制氯离子的含量；还要控制碱含量（碱骨料反应）。制氯离子的含量；还要控制碱含量（碱骨料反应）。给水给水 排水工程结构中对混凝土耐久性要求：排水工程结构中对混凝土耐久性要求： （一）抗渗性（一）抗渗性 混凝土抵抗压力水渗透的性能称为混凝土的混凝土抵抗压力水渗透的性能称为混凝土的“抗渗性抗渗性”。 混凝土的抗渗能力通过抗渗等级表示，符号混凝土的抗渗能力通过抗渗等级表示，符号Si。抗渗等。抗渗等 级级S4表示混凝土在表示混凝土在0.4 水压作用下不渗水。水压作用下不渗水。 构筑物所用的混凝土的抗渗等级应根据最
28、大作用水构筑物所用的混凝土的抗渗等级应根据最大作用水 头（头（m）与混凝土壁、板厚度（）与混凝土壁、板厚度（m）之比）之比iw按表按表1-3选用。选用。 2 /mmN （二）抗冻性（二）抗冻性 混凝土的抗冻性是指混凝土在吸水饱和状态下，抵抗多混凝土的抗冻性是指混凝土在吸水饱和状态下，抵抗多 次冻融循环作用而不破坏、也不严重降低混凝土强度的性能。次冻融循环作用而不破坏、也不严重降低混凝土强度的性能。 抗冻等级抗冻等级Fi指龄期为指龄期为28天的混凝土试件，在进行相应要天的混凝土试件，在进行相应要 求冻融循环总次数求冻融循环总次数i作用后，其强度降低不大于作用后，其强度降低不大于25%，质量损失，
29、质量损失 不超过不超过5%。 不同气温环不同气温环 境对混凝土抗境对混凝土抗 冻等级冻等级Fi的规定的规定 见表见表1-4。 （三）抗腐蚀性（三）抗腐蚀性 混凝土抗碱（苛性碱除外），不抗酸。盐有一定的腐混凝土抗碱（苛性碱除外），不抗酸。盐有一定的腐 蚀作用。蚀作用。 工业废水、储液池都要有防腐措施。工业废水、储液池都要有防腐措施。 水中溶解氧含量、氯离子、水中溶解氧含量、氯离子、COCO2 2等。等。 第三节第三节 钢筋和混凝土共同作用钢筋和混凝土共同作用 一、共同作用的基本条件一、共同作用的基本条件 1.1.混凝土在结硬过程中能与埋在其中的钢筋粘结在一起。混凝土在结硬过程中能与埋在其中的钢筋
30、粘结在一起。 2.2.混凝土与钢筋具有大致相同的线膨胀系数混凝土与钢筋具有大致相同的线膨胀系数 3.3.混凝土包裹着钢筋，由于混凝土具有弱碱性，可以保护钢筋混凝土包裹着钢筋，由于混凝土具有弱碱性，可以保护钢筋 不锈蚀。不锈蚀。 二、钢筋与混凝土之间的粘结二、钢筋与混凝土之间的粘结 粘结应力：粘结应力：钢筋与混凝土接触面上产生的沿钢筋纵向的剪应钢筋与混凝土接触面上产生的沿钢筋纵向的剪应 力力 粘结强度：粘结强度：界面上所能承担的最大纵向剪应力界面上所能承担的最大纵向剪应力 粘结力的组成：粘结力的组成：水泥胶使钢筋和混凝土在接触面上产生的水泥胶使钢筋和混凝土在接触面上产生的 胶结力；由于混凝土凝固
31、时收缩，握裹钢筋，在相互发生胶结力；由于混凝土凝固时收缩，握裹钢筋，在相互发生 滑动时产生摩阻力；钢筋表面粗糙不平或变形钢筋凸起的滑动时产生摩阻力；钢筋表面粗糙不平或变形钢筋凸起的 肋纹与混凝土的咬合力。肋纹与混凝土的咬合力。 钢筋与混凝土之间的粘结强度可以通过下钢筋与混凝土之间的粘结强度可以通过下 图所示拔出试验来测定：图所示拔出试验来测定： dl F u 粘结强度主要取决于粘结强度主要取决于 混凝土强度等级混凝土强度等级和和钢钢 筋表面形状筋表面形状。 在实际工程中，钢筋周围混凝土最薄的部位就是在实际工程中，钢筋周围混凝土最薄的部位就是 混凝土的保护层，因此为了保证可靠的粘结，混凝土的保护
32、层，因此为了保证可靠的粘结，钢筋混钢筋混 凝土的净保护层厚度不应小于钢筋直径，并不小于规凝土的净保护层厚度不应小于钢筋直径，并不小于规 定的混凝土保护层厚度。定的混凝土保护层厚度。 三、三、钢筋的钢筋的锚固锚固 锚固：锚固： 通过通过钢筋埋置段钢筋埋置段或或机械措施机械措施将钢筋所受的力传给混凝土。将钢筋所受的力传给混凝土。 受拉钢筋受拉钢筋锚固长度：锚固长度： y a t f ld f 锚固长度的修正：锚固长度的修正： 直径大于直径大于25mm25mm的的带肋带肋钢筋，取钢筋，取 。 钢筋表面有钢筋表面有环氧树脂环氧树脂涂层，取涂层，取 。 施工中易受扰动的钢筋（滑模施工），取施工中易受扰动
33、的钢筋（滑模施工），取 。 锚固区混凝土锚固区混凝土保护层保护层厚度大于钢筋直径的厚度大于钢筋直径的3 3 倍，且配有倍，且配有箍箍 筋筋时，取时，取 。 a 1.1l a 1.25l a 0.8l a 1.1l 配筋面积大于计算钢筋面积时，锚固长度可以适配筋面积大于计算钢筋面积时，锚固长度可以适 当减小。当减小。 机械锚固的形式机械锚固的形式 依靠钢筋自身的性能无法满足锚固要求，采用依靠钢筋自身的性能无法满足锚固要求，采用机械锚固机械锚固措施。措施。 钢筋的弯钩钢筋的弯钩 HPB235钢筋为钢筋为光面钢筋作钢筋骨架和钢筋网以及受光面钢筋作钢筋骨架和钢筋网以及受 压时不设弯钩外，其余情况下必须
34、设置弯钩，以增强锚压时不设弯钩外，其余情况下必须设置弯钩，以增强锚 固能力。固能力。 四、四、钢筋的绑扎搭接接头钢筋的绑扎搭接接头 在任何情况下，纵向在任何情况下，纵向 受拉钢筋绑扎搭接接头受拉钢筋绑扎搭接接头 的搭接长度均不应小于的搭接长度均不应小于 300mm300mm；受压钢筋搭接长；受压钢筋搭接长 度在任何情况下不应小度在任何情况下不应小 于于200mm200mm。 al ll 搭接长度的计算：搭接长度的计算： 五、五、钢筋混凝土的保护层厚度钢筋混凝土的保护层厚度 水工结构设计，钢筋混凝土保护层厚度应符合水工结构设计，钢筋混凝土保护层厚度应符合混凝混凝 土结构设计规范土结构设计规范给水
35、排水构筑物结构设计规范给水排水构筑物结构设计规范中中 规定要求：规定要求： 问题： 1. 思考题1、2、3、6 第二章第二章 钢筋混凝土的基本计算原则钢筋混凝土的基本计算原则 知识要点：知识要点： 结构可靠度及结构设计方法结构可靠度及结构设计方法 荷载和材料强度的取值荷载和材料强度的取值 概率极限状态设计法概率极限状态设计法 极限状态设计表达式极限状态设计表达式 结构可靠度及结构设计方法结构可靠度及结构设计方法 荷载和材料强度的取值荷载和材料强度的取值 概率极限状态设计法概率极限状态设计法 第一节第一节 结构的功能要求和极限状态结构的功能要求和极限状态 一、结构的功能要求一、结构的功能要求 （
36、一）结构的安全等级（一）结构的安全等级 结构的安全等级结构的安全等级根据结构破坏可能产生的后果，即危及人的生命、造根据结构破坏可能产生的后果，即危及人的生命、造 成的经济损失、产生社会影响等的严重程度确定。成的经济损失、产生社会影响等的严重程度确定。 安全等级安全等级破坏后果破坏后果建筑物类型建筑物类型 一级一级很严重很严重重要的房屋重要的房屋 二级二级严严 重重一般的房屋一般的房屋 三级三级不严重不严重次要的房屋次要的房屋 建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级 建筑物中各类建筑物中各类结构构件的安全等级结构构件的安全等级宜与宜与整个结构的安全等级整个结构的安全等级相同相同，但，但 允许允许对
37、部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的对部分结构构件根据其重要程度和综合效益进行适当的调整。调整。 （二）结构的设计使用年限（二）结构的设计使用年限 结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即 可按其预定目的使用的时期。可按其预定目的使用的时期。 建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准规定了各类建筑结构的设计使用年限。规定了各类建筑结构的设计使用年限。 纪念性建筑和特别重要的建筑物纪念性建筑和特别重要的建筑物 1004 普通房屋和构筑物普通房屋和构筑物 503 易于替换的结构构件易于替换的结构构
38、件 252 临时性结构临时性结构 51 示例示例 设计使用年限（年）设计使用年限（年）类别类别 表表2-2 设计使用年限分类设计使用年限分类 设计基准期设计基准期指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间 参数。参数。统一标准统一标准规定设计基准期为规定设计基准期为50年。年。 （三）建筑结构的功能（三）建筑结构的功能 建筑结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维修条建筑结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维修条 件下的功能要求，有下列三个：件下的功能要求，有下列三个： 1.1.安全性安全性 建筑结构在其设计使用年限内
39、应能够承受可能出建筑结构在其设计使用年限内应能够承受可能出 现的各种作用。现的各种作用。 2.2.适用性适用性 建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使 用要求。用要求。 3.3.耐久性耐久性 建筑结构在其设计使用年限内应有足够的耐久性。建筑结构在其设计使用年限内应有足够的耐久性。 安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性。安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性。 二、结构的极限状态二、结构的极限状态 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一 功能要求，此特定状态称
40、为该功能的功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态极限状态。 根据结构的功能要求，结构的极限状态可分为：根据结构的功能要求，结构的极限状态可分为： （一）（一）承载能力极限状态承载能力极限状态 这种极限状态对应于整个结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承这种极限状态对应于整个结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承 载的变形。载的变形。 刚体失去平衡； 承载能力极限状态承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态 安全性（破坏后果严重）安全性（破坏后果严重） 适用性、耐久性适用性、耐久性 超过材料强度而破坏，或过度变形而不适于继续承载; 结构转变为机动体系； 结构丧失稳定； 地
41、基丧失承载力而破坏。 （二）正常使用极限状态（二）正常使用极限状态 这种极限状态对应于整个结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项 规定值。 影响正常使用或外观的变形； 影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝)； 影响正常使用的振动； 影响正常使用的其他特定状态。 通常对结构构件先按承载能力极限状态进行承载能力计算，然后根据使用 要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。 第二节第二节 结构上的作用、作用效应及结构抗力结构上的作用、作用效应及结构抗力 和功能函数和功能函数 一、结构上的作用和作用效应一、结构上的作用和作用效应 结构上的作用是指施加在结构上的集中力或分布力，以及
42、引起结构外加变 形或约束变形的原因。 结构上的作用主要是荷载。 ( (一一) )按随时间的变异可分为三类：按随时间的变异可分为三类： 永久作用永久作用 如结构自重、土压力（清水池表面覆土）、预应力、地基沉降、焊接等。 可变作用可变作用 偶然作用偶然作用 如板面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、温度变化等。如板面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、温度变化等。 如爆炸力、撞击力、罕遇的地震等。如爆炸力、撞击力、罕遇的地震等。 （二）按随空间位置的变异可分为二类：按随空间位置的变异可分为二类： 固定作用固定作用 自由作用自由作用 如房屋建筑楼面上位置固定的设备荷载、屋盖上的水箱等。如房屋建筑楼面上位
43、置固定的设备荷载、屋盖上的水箱等。 如楼面的人员荷载、吊车荷载等。如楼面的人员荷载、吊车荷载等。 静态作用静态作用 （三）按结构的反应特点可分为二类： 上述各种作用作用在结构或结构构件上，由此在结构内产生的内力和上述各种作用作用在结构或结构构件上，由此在结构内产生的内力和 变形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、转角和裂缝等）称为变形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、转角和裂缝等）称为作用效应作用效应。 如结构自重、住宅或办公楼的楼面活荷载如结构自重、住宅或办公楼的楼面活荷载 如吊车荷载、地震作用、大型动力设备的作用、高耸结如吊车荷载、地震作用、大型动力设备的作用、高耸结 构上的风荷载等。构上的风荷载等
44、。 动态作用动态作用 二、结构的抗力及功能函数二、结构的抗力及功能函数 结构抗力结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的是指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的 能力。能力。 影响抗力的主要因素影响抗力的主要因素有：有： 材料性能材料性能 几何参数几何参数 计算模式计算模式 强度、变形模量等强度、变形模量等 构件尺寸等构件尺寸等 抗力计算所采用的基本假设抗力计算所采用的基本假设 和计算公式不够精确等和计算公式不够精确等 按极限状态方法设计建筑结构时，要求所设计的结构具有一定的按极限状态方法设计建筑结构时，要求所设计的结构具有一定的 预定功能，这可用包括各有关变量
45、在内的结构功能函数来表达，即预定功能，这可用包括各有关变量在内的结构功能函数来表达，即 12 (,) n Zg XXX 12 (,)0 n Zg XXX 极限状态方程极限状态方程 当功能函数中仅包括作用效应当功能函数中仅包括作用效应 和结构抗力和结构抗力 两个两个( (综合综合) )基本变基本变 量时，可得量时，可得 ( , )Zg R SRS RS 当当 时，时，0Z 结构处于结构处于可靠可靠状态状态 当当 时，时， 当当 时，时， 结构处于结构处于失效失效状态状态 结构处于结构处于极限极限状态状态 功能函数功能函数 0Z 0Z 结构所处的状态结构所处的状态 第三节第三节 结构的可靠度和可靠
46、指标结构的可靠度和可靠指标 一、结构的可靠度一、结构的可靠度 结构可靠性是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能 的能力。 结构可靠度就是结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能 的概率。即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。 规定的时间是指设计使用年限。 规定的条件是指正常设计、正常施工和正常使用的条件。 预定功能指满足结构的安全性、适用性和耐久性要求。 结构完成预定功能的概率称为可靠概率结构完成预定功能的概率称为可靠概率 ;结构不能完成预定功能的结构不能完成预定功能的 概率，即概率，即 的概率称为失效概率的概率称为失效概率 。 越小，可靠度越大。越小，可靠度越大。 结构抗
47、力结构抗力R和荷载效应和荷载效应S，都是服从正态分布，故，都是服从正态分布，故Z也服从正态分布。也服从正态分布。 如图中的阴影面积。如图中的阴影面积。 s p f p 0z f p f p 功能函数的概率密度曲线功能函数的概率密度曲线 fs pSRZPp10)( 二、结构构件的可靠指标二、结构构件的可靠指标 f () Z Z p 由上式可见，由上式可见， 与与 具有数值上的对应关系，也具有与具有数值上的对应关系，也具有与 相对应的物理意义。相对应的物理意义。 越大，越大， 就越小，即结构越可靠，故就越小，即结构越可靠，故 称称 为为可靠指标可靠指标。 f p f p f p 破坏类型破坏类型安
48、安 全全 等等 级级 一一 级级二二 级级三三 级级 延性破坏延性破坏3.73.22.7 脆性破坏脆性破坏4.23.73.2 结构构件承载能力极限状态的设计可靠指标结构构件承载能力极限状态的设计可靠指标 结构构件结构构件正常使用极限状态的设计可靠指标正常使用极限状态的设计可靠指标，根据其作用效应的可逆程，根据其作用效应的可逆程 度宜取度宜取01.5。 可逆极限状态可逆极限状态指产生超越状态的作用被移去后，将不再保持超指产生超越状态的作用被移去后，将不再保持超 越状态的一种极限状态。越状态的一种极限状态。 不可逆极限状态不可逆极限状态指产生超越状态的作用被移去后，仍将永久保指产生超越状态的作用被
49、移去后，仍将永久保 持超越状态的一种极限状态。持超越状态的一种极限状态。 第四节第四节 荷载代表值和材料性能标准值荷载代表值和材料性能标准值 一、一、荷载的代表值荷载的代表值 荷载的代表值是指设计中用以验算极限状态所采用的荷载量 值，例如标准值、组合值、频遇值和准永久值。 ( (一一) ) 荷载标准值荷载标准值 荷载标准值荷载标准值是建筑结构按极限是建筑结构按极限 状态设计时采用的荷载基本代状态设计时采用的荷载基本代 表值。表达式：表值。表达式：荷载标准值的概率含义荷载标准值的概率含义 QQk Q ( (二二) ) 荷载组合值荷载组合值 荷载组合值是承载力极限状态设计和正常使用极限 状态标准组
50、合设计时的荷载代表值。 ( (三三) ) 荷载准永久值荷载准永久值 可变荷载准永久值可变荷载准永久值是荷载标准值乘以荷载准永久值是荷载标准值乘以荷载准永久值 系数。荷载准永久值系数参阅系数。荷载准永久值系数参阅建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范。 ( (四四) ) 荷载频遇值荷载频遇值 对可变荷载，频遇荷载值采用荷载标准值乘以荷载 频遇系数，即 。 kf Q 钢筋和混凝土的强度标准值钢筋和混凝土的强度标准值是钢筋混凝土结构按极限状态设计时采用是钢筋混凝土结构按极限状态设计时采用 的材料强度基本代表值。材料强度标准值应根据符合规定质量的材料强度的的材料强度基本代表值。材料强度标准值应根据符合规定质
