1、混凝土结构设计原理 (第3章电子教案)河南城建学院宋帅奇宋帅奇河南城建学院交通工程系道桥教研室河南城建学院交通工程系道桥教研室混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章第第 3 章章 轴心受力构件正截面承载力轴心受力构件正截面承载力 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章本章重点本章重点 了解轴心受拉构件和轴心受压构件的了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力全过程；受力全过程；掌握轴心受拉构件和轴心受压构件正截掌握轴心受拉构件和轴心受压构件正截 面承载力的计算方法；面承载力的计
2、算方法；了解建筑工程轴心受力构件与公路桥涵了解建筑工程轴心受力构件与公路桥涵 工程轴心受力构件设计计算方法的相同工程轴心受力构件设计计算方法的相同 与不与不 同之处；同之处；熟悉轴心受力构件的构造要求。熟悉轴心受力构件的构造要求。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章 理想的轴心受理想的轴心受力构件在实际工程力构件在实际工程中其实并不存在。中其实并不存在。(轴压)轴线NN轴线(轴拉)NN3.1概概 述述概念概念：纵向拉压力作用线与构件截面形心线重合的的构件，拉力重合，轴心受拉构件；反之，轴心受压构件混凝土结构设计原理混凝土结构设计原
3、理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章工程实例压压压拉拉混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章1.受拉构件的配筋形式纵筋箍筋纵筋bh3.2轴心受拉构件轴心受拉构件3.2.1轴心受拉构件一般分析轴心受拉构件一般分析混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章 2.试验研究NtNtNtcrNtcrNtNt混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章NtNt3、结论三个工作阶段：开裂前，线弹性；开裂三
4、个工作阶段：开裂前，线弹性；开裂至钢筋屈服，裂缝不断发展；钢筋屈服后，至钢筋屈服，裂缝不断发展；钢筋屈服后，Nt基本不增加基本不增加首根裂缝出现后还会继续出现裂缝，首根裂缝出现后还会继续出现裂缝，但裂缝增至一定数量后便不在增加但裂缝增至一定数量后便不在增加极限承载力取决于钢筋的用量和强度极限承载力取决于钢筋的用量和强度混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章4 受力过程及破坏特征受力过程及破坏特征混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章sss=Essys,hfytto t0f
5、tt=Ect混凝土钢筋sss=Essys,hfy5.混凝土和钢筋的应力-应变关系混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章bhAsAAs/A3%时，A=bhllNtNtNttAs sllst0)1()()(AEAAEEAEAEEAEAEAEAANcscscscscsscsstt6.混凝土开裂前拉力与变形的关系混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章Ntt=ftAs s00)1()1(tEctscsccrtAEAAEEAENtto t0ftt=Ect0t7.混凝土开裂荷载混凝土结
6、构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章sss=Essys,hfytto t0ftt=EctAss（As fy）Nt混凝土退出工作ssstAENsytuAfN应用：设计、截面复核 8.极限承载力混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.2.2 建筑工程中的轴拉构件建筑工程中的轴拉构件1.计算公式计算公式 0X3-1syAfN N 拉力的组合设计值；拉力的组合设计值；fy 钢筋抗拉强度设计值，钢筋抗拉强度设计值，fy 300 N/mm2；As 纵向钢筋面积。纵向钢筋面积。混凝土结构设
7、计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2.构造要求构造要求v 箍筋直径箍筋直径 d6mm,间距间距s 200mm(腹杆中腹杆中 s 150mm)。v 纵筋应沿截面周边均匀对称布置，并宜优先纵筋应沿截面周边均匀对称布置，并宜优先 采用直径较小的钢筋。采用直径较小的钢筋。v 钢筋连接有绑扎连接、焊接连接、螺栓连钢筋连接有绑扎连接、焊接连接、螺栓连 接、套筒挤压连接等多种方式。轴拉构件不接、套筒挤压连接等多种方式。轴拉构件不 得采用绑扎的搭接接头。得采用绑扎的搭接接头。v 纵筋一侧配筋率纵筋一侧配筋率 ，且，且 。（为混凝土轴心抗拉强度设计值）为混凝
8、土轴心抗拉强度设计值）0.2%yt45ff tf混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.2.2 桥梁工程中的轴拉构件桥梁工程中的轴拉构件0NdsdfAs 0X3-2ssddoAfN Nd 拉力的组合设计值；拉力的组合设计值；fsd 钢筋抗拉强度设计值，钢筋抗拉强度设计值，fsd 330 N/mm2；混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章9.例题1例3-1 某钢筋混凝土屋架下弦的拉力设计值N=700kN,采用HRB335级钢筋配筋，试求所需钢筋面积，并为其选用钢筋。解：查
9、附表2-3，可知HRB335的抗拉强度设计值2300N/mmf y（fy 300 N/mm2）syAfN 有公式：可得：22sy/700 1000N/(300N/mm)2333mmAN f查参数代公式混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章配筋：经济安全实际配筋面积接近计算配筋面积，误差以控制在左右5%以内就本题而言：233395%=2116.35(mm2)实配钢筋面积 2333105%=2449.65(mm2)因此，根据11-1表，考虑方便形成钢筋骨架，选用4 28，纵向受力钢筋，与实际计算面积接近 混凝土结构设计原理混凝土结构设计
10、原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章验算：1、单侧配筋率是否满足要求v 纵筋一侧配筋率纵筋一侧配筋率 ，且，且 。（为混凝土轴心抗拉强度设计值）为混凝土轴心抗拉强度设计值）0.2%yt45ff tf2、钢筋能否沿周边均匀对称分布混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章轴心受拉构件设计计算步骤轴心受拉构件设计计算步骤：1、查参数，如：钢筋抗拉强度设计值，混凝土抗拉强度设计值，结构重要性系数，求截面特征参数（面积）；2、代入建筑工程或桥梁工程轴心受拉强度承载力计算公式，求受力钢筋面积；3、检验：配筋率要求是
11、否满足，是否能均匀对称分布混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章9.例题2例3-2 某钢筋混凝土屋架下弦（受拉）的截面尺寸为300mm300mm，混凝土采用C35,拉力设计值N=580kN,配置4 25钢筋，箍筋采用 8，s=150mm，请问是否安全?解：（1）查附表2-3，1-2，11-1及计算可知：2300N/mmfy，As=1964mm2，A=9104mm2ft=1.57（2）验算配筋率：4tys0.2%,451964100%1.09%2 9 101.57MAX(45%0.24%300/2ffAA 混凝土结构设计原理混凝土结构
12、设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章所以，配筋率满足要求，此外，箍筋及间距也符合要求。（3）验算承载力：580kNkN2.5891000/1964300syAfor22y/580 1000/300 1933mm1964mmN f 且（1964-1933）/1933=1.6%5%所以，承载力也满足要求。所以，结构按题中设计是安全的。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章轴心受拉构件截面校核步骤：轴心受拉构件截面校核步骤：1、查参数，如：钢筋抗拉强度设计值，混凝土抗拉强度设计值，结构重要性系数，求截面
13、特征参数（面积）；2、验算配筋率；3、验算承载力，代入承载力计算公式，看看材料提供的承载力是否大于承载力设计值。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.3轴心受压构件轴心受压构件3.3.1 概述概述混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.3.2 配有普通箍筋的轴心受压构件配有普通箍筋的轴心受压构件1.受力分析及破坏特征受力分析及破坏特征短柱：混凝土压碎，钢筋压屈短柱：混凝土压碎，钢筋压屈 长柱：构件压屈长柱：构件压屈 l0/i28(l0 为柱计算长度，为柱计算长度，i
14、为回转半径。为回转半径。)矩形截面柱，矩形截面柱，l0/b8 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2、轴心受压短柱的受力分析 A.试验研究bhAsANcNc混凝土压碎钢筋凸出oNcl混凝土压碎钢筋屈服第一阶段：加载至钢筋屈服第二阶段：钢筋屈服至混凝土压碎混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章 B.截面分析的基本方程NccAs ssss=Essys,hfyccccccff)2501(100011200=0.002ocfcc平衡方程ssccAAN变形协调方程sc物理方程(以
15、fcu50Mpa为例)混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章NccAs s第一阶段)2501(1000sscssccAEAfAAN非线性关系ccEE引入割线模量)1(EcssccAEAEAEN)1()1(sEcsEccANAN C.荷载-变形关系混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章NccAs fy第二阶段)2501(1000syccAfAfN当0=0.002时，混凝土压碎，柱达到最大承载力syccuAfAfN若若 s=0=0.002，则则2/400200000002.0
16、002.0mmNEss轴心受压短柱中，当轴心受压短柱中，当钢筋的强度超过钢筋的强度超过400N/mm2时，其强时，其强度得不到充分发挥度得不到充分发挥混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章 D.承载力计算公式的应用NccAs fysyccuAfAfN应用：设计、截面复核 截面复核：400Mpa 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章 E.长期荷载下徐变的影响Nc施加后的瞬时)1()1(11sEcsEccANANNcAslNcAs s1c1l i混凝土结构设计原理混凝土结构
17、设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章NcAslNcAs s1c1l ic2As s2Ncl（i+cr）经历徐变后)1()1(11sEcsEccANANicrtCicritC)1(22ssccAAN)1()1()1()1(12sEtcstitssACNCCE12)1()1()1(1ctEcEstEcCANAAC混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章Nc撤去后NcAslNcAs s1c1l ic2As s2Ncl（i+cr）NcAs s3c3l cr（压）3crssE（拉）333crsssscEAA四
18、、轴心受压长柱的受力分析 1.试验研究长柱的承载力12时，不考虑箍筋的有利作用时，不考虑箍筋的有利作用当按上式算得的承载力小于普通箍柱承载力时，取后者当按上式算得的承载力小于普通箍柱承载力时，取后者Ass0 小于小于As的的25%时，不考虑箍筋的有利作用时，不考虑箍筋的有利作用40 s 80和和dcor/5混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2.建筑工程配有普通箍筋的轴压构件计算建筑工程配有普通箍筋的轴压构件计算3-3)(9.0AfAfNcsy 稳定系数；稳定系数；钢筋抗压强度设计值；钢筋抗压强度设计值；yf 混凝土轴心抗压强度设
19、计值；混凝土轴心抗压强度设计值；cf当现浇钢筋混凝土轴压构件截面长边或直径小于300mm时，混凝土强度设计值应乘以系数0.8。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章 全部纵向受压钢筋面积；全部纵向受压钢筋面积；sAA 构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大于于scAAA0.03时，时，A采用采用 ；为了保持与偏心受压构件正截面承载为了保持与偏心受压构件正截面承载力计力计算算9.0具有相近的可靠度而引进的系数。具有相近的可靠度而引进的系数。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一
20、章上一章帮帮 助助下一下一章章3.桥涵工程中配有普通箍筋的轴压柱承载力桥涵工程中配有普通箍筋的轴压柱承载力3-4)(9.00ssdcddAfAfN 稳定系数稳定系数；混凝土抗压强度设计值；混凝土抗压强度设计值；cdfsdf 纵向受压钢筋抗压强度设计值。纵向受压钢筋抗压强度设计值。4.构造要求构造要求v 材料：混凝土宜高一些，钢筋宜用材料：混凝土宜高一些，钢筋宜用HRB400级。级。v 截面：截面：b250mm,l0/b30。v 纵筋：纵筋：d12mm,圆柱中根数圆柱中根数 6，5；50mm 350mm,c25mm。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮
21、帮 助助下一下一章章v 箍筋：封闭式箍筋：封闭式 d6mm,d纵纵/4；s400mm,15d纵纵。（每边（每边4 4根）根）（每边多于（每边多于4 4根）根）（每边（每边3 3根）根）（每边多于（每边多于3 3根）根）3.3.3 配有螺旋箍筋的轴心受压构件配有螺旋箍筋的轴心受压构件1.受力分析及破坏特征受力分析及破坏特征螺旋箍筋对混凝土变形产生约束，螺旋箍筋对混凝土变形产生约束，使其承载力提高。使其承载力提高。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2.建筑工程中螺旋箍轴压构件承载力建筑工程中螺旋箍轴压构件承载力 当螺旋筋屈服时，当螺
22、旋筋屈服时，s2可由隔离体平衡条件求得可由隔离体平衡条件求得：以以（3-6）代入代入（3-5），得：，得：3-524*cc1ff3-6corss1ycorss1ydsAfdsAf2222混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3-7corss1ycc1sdAfff8根据轴向力平衡条件可得：根据轴向力平衡条件可得：3-8ssoysycorcAfAfAf2AfAfNycorc1sAfAsdAfAfycorcorss1ycorc8s混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章规范从提高
23、安全度考虑，采用下式设计：规范从提高安全度考虑，采用下式设计：3-9)2(9.0ssoysycorcAfAfAfN 间接钢筋的强度间接钢筋的强度；yf 构件的核心截面面积构件的核心截面面积；corA 单根间接钢筋的截面面积单根间接钢筋的截面面积；ss1A 间接钢筋的间距间接钢筋的间距；S 间接钢筋的换算面积，间接钢筋的换算面积，；ssoASAdAss1corsso 间接钢筋对混凝土约束的折减系数，间接钢筋对混凝土约束的折减系数，85.00.1 ；混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章构造要求构造要求v 间接钢筋的换算截面面积间接钢筋
24、的换算截面面积Asso应大于纵向钢应大于纵向钢 筋全部截面面积的筋全部截面面积的25。v 按式（按式（3-93-9）算得的承载力应大于按式（）算得的承载力应大于按式（3-33-3）算得的承载力，但不应超过其算得的承载力，但不应超过其1.51.5倍；倍；v l0/d12；混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.桥涵工程中配有螺旋箍筋轴压柱承载力桥涵工程中配有螺旋箍筋轴压柱承载力3-100cdcorsdssdso0.9()Nf Af Akf A 间接钢筋的换算截面面积间接钢筋的换算截面面积；soA 间接钢筋影响系数。间接钢筋影响系数。k混凝土混凝土强度强度C50C55C60C65C70C75C80k2.01.951.901.851.801.751.70构造要求构造要求间接筋间接筋：dd纵纵/4，6mm;s80mm,dcor/s。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章4.公式对照公式对照混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章
