1、 任务一：预备知识任务一：预备知识第一节第一节 钢筋混凝土结构的材料钢筋混凝土结构的材料第二节第二节 钢筋混凝土结构设计原理钢筋混凝土结构设计原理第三节第三节 极限状态设计表达式极限状态设计表达式1第一节第一节 钢筋混凝土结构的材料钢筋混凝土结构的材料一、钢筋一、钢筋二、混凝土二、混凝土三、钢筋与混凝土之间的粘结三、钢筋与混凝土之间的粘结2一、钢一、钢 筋筋（一）钢筋的分类（一）钢筋的分类按化学成分按化学成分按表面形状按表面形状 按加工工艺按加工工艺和力学性能和力学性能 碳素钢碳素钢 普通低合金钢普通低合金钢 光面钢筋光面钢筋变形钢筋变形钢筋 热处理钢筋热处理钢筋钢钢 丝丝热轧钢筋热轧钢筋冷拉
2、钢筋冷拉钢筋3光面钢筋光面钢筋光面钢筋表面是光面钢筋表面是光圆光圆的的光面钢筋为光面钢筋为级钢筋级钢筋4变形钢筋变形钢筋 表面有两条纵向凸缘（纵肋），表面有两条纵向凸缘（纵肋），形成形成螺旋螺旋纹、纹、人字人字纹、和纹、和月牙月牙纹。纹。级以上的钢筋为变形钢筋级以上的钢筋为变形钢筋。5HPB235热轧钢筋热轧钢筋 HRB335级热轧钢筋级热轧钢筋HRB400级热轧钢筋级热轧钢筋 RRB400级热轧钢筋级热轧钢筋热轧钢筋热轧钢筋 6钢钢 丝丝碳素钢丝碳素钢丝刻痕刻痕钢丝钢丝钢绞线钢绞线冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝 7钢钢 丝丝8 细细 钢钢 筋筋9（二）钢筋的强度与变形（二）钢筋的强度与变形有明显屈
3、服有明显屈服点的钢筋点的钢筋无明显屈服无明显屈服点的钢筋点的钢筋 弹性模量弹性模量四个阶段四个阶段屈服强度屈服强度fy 伸长率伸长率 冷弯性能冷弯性能 应力应力与应变与应变比值比值无明显屈服点无明显屈服点强度高强度高塑性差，脆性大塑性差，脆性大极限抗拉强度极限抗拉强度 fu 10 有明显屈服点钢筋的应力有明显屈服点钢筋的应力-应变曲线应变曲线11无明显屈服点钢筋的无明显屈服点钢筋的应力应变曲线应力应变曲线12钢筋冷弯试验钢筋冷弯试验13混凝土的温度线膨胀系数一般为110-5/。Pf=的接头面积百分率可不受限制。任何情况下，纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度均不施加在结构上的集中力或分布力。V=
4、g ln/2+q ln/2=（g+q）ln/2（4）影响正常使用的其他特定状态。支座沉陷引起的应力及温度湿度应力也可由于徐变得到松弛。在受力较大处设置机械连接接头时，位于同一连接区段内作用在结构构件上的实际荷载超过荷载标准值的可能性只有5%。当符合下列条件时，计算的锚固长度应进行修正：有 焊接接头的 纵向受力钢筋面积与纵向受力钢筋面积的混凝土徐变与时间关系有明显屈服点钢筋的应力-应变曲线响的局部损坏；钢筋的接头位置宜设置在构件的受力较小处，同一构件 纵向受力钢筋的焊接接头应相互错开；时，即认为超过了正常使用极限状态：要求结构在正常使用时能满足正常的使用要求，具有良好的工作性能，不发生影响正常使
5、用的过大变形和振幅，不产生过宽的裂缝。（2）必要时尚应进行结构的抗倾、抗滑及抗浮验算；当HRB335级、HRB400级和RRB400级纵向受拉钢筋锚固长移等；钢筋冷弯试验钢筋冷弯试验14种 类Es 级钢筋、冷拉级钢筋2.1105级钢筋、级钢筋、级钢筋热处理钢筋、碳素钢丝2.0105冷轧带肋钢筋1.9105冷拉级钢筋、冷拉级钢筋、冷拉钢筋、刻痕钢丝、钢绞丝1.8105 附表附表 钢筋的弹性模量钢筋的弹性模量 单位：单位：N/mm215（三）钢筋的冷加工（三）钢筋的冷加工钢筋的冷拉钢筋的冷拉冷拉概念冷拉概念 钢筋的冷拔钢筋的冷拔 冷拉结果冷拉结果 冷拔概念冷拔概念 冷拔结果冷拔结果 16s荷载的统
6、计标准差；根据其性质不同，作用可分为以下两类：永久荷载标准值 gk=gk1+gk2=8.率，对纵向受拉钢筋接头不应大于50%；力，必须有足够的搭接长度。RRB400（K20MnSi）（5）经上述修正后的锚固长度不应小于表中所列数值的0.（1）永久荷载标准值（Gk或gk）：可按结构构件的设计尺寸与材料重度标准值计算。段内有搭接接头的纵向受力钢筋面积与纵向受力钢筋面积的附表14 普通钢筋强度标准值（N/mm2）板类、墙类及柱类构件可根据实际（1）Z0时，结构完成功能要求，处于可靠状态；=134.永久荷载标准值 gk=gk1+gk2=8.附表14 普通钢筋强度标准值（N/mm2）（3）对结构外形、耐
7、久性以及防渗结构抗渗能力有不良影根据其性质不同，作用可分为以下两类：骨料和水泥石结合面微裂缝的发展和增加。坏），或因过度变形而不适于继续承载；（1）永久荷载标准值（Gk或gk）：可按结构构件的设计尺寸与材料重度标准值计算。混凝土在长期荷载作用下，应力不变，应变随时间的增(四四)对钢筋性能要求对钢筋性能要求强度强度较高较高塑性塑性较好较好较好的较好的粘结力粘结力较好的较好的焊接性能焊接性能 17二、混凝土二、混凝土（一）混凝土的强度（一）混凝土的强度立方体立方体抗压强度抗压强度 轴心抗压强度轴心抗压强度棱柱体棱柱体 轴心抗拉强度轴心抗拉强度概念概念 等级划分等级划分 fc=0.67fcuft=0
8、.23（fcu）2/3 18（二）混凝土的变形（二）混凝土的变形一次短期一次短期荷载作用荷载作用下的变形下的变形重复荷载作用下的变形重复荷载作用下的变形 上升段上升段 下降段下降段19（二）混凝土的变形（二）混凝土的变形弹性模量弹性模量变形模量变形模量徐变徐变 收缩收缩 膨胀膨胀弹性模量弹性模量Es变形模量变形模量Es定义定义原因、特点原因、特点 影响因素影响因素 定义定义干缩原因干缩原因 减小收缩措施减小收缩措施 20 （1）含义）含义 混凝土在长期荷载作用下，应力不变，应变随时间的增混凝土在长期荷载作用下，应力不变，应变随时间的增加而增长的现象，称为混凝土的加而增长的现象，称为混凝土的徐变
9、徐变。（2）特点）特点 徐变在前期增长较快，随后逐渐减慢，经过较长时间而趋徐变在前期增长较快，随后逐渐减慢，经过较长时间而趋于稳定。一般于稳定。一般6个月个月可达最终徐变的可达最终徐变的70%80%，2年年后徐后徐变基本完成。两年后的徐变约为加荷时瞬变的变基本完成。两年后的徐变约为加荷时瞬变的3倍。倍。（3）产生原因）产生原因 一方面是混凝土受力后，水泥石中的胶凝体产生的黏一方面是混凝土受力后，水泥石中的胶凝体产生的黏性流动；性流动；骨料和水泥石结合面微裂缝的发展和增加。骨料和水泥石结合面微裂缝的发展和增加。21 混凝土徐变与时间关系混凝土徐变与时间关系时间1月3月6月1年2年5年10年20年
10、30年比值0.45 0.74 0.8711.14 1.25 1.261.31.3622 应力条件：应力越大，徐变也越大。加荷龄期：混凝土的龄期越早，徐变越大。周围环境：养护温度越高，湿度越大，水泥水化作用越充分，徐变就越小；试件受荷后，环境温度低，湿度大，徐变就越小。影响徐变的因素影响徐变的因素23 砼中砼中水泥用量越多水泥用量越多，徐变越大徐变越大；水灰比越；水灰比越大，徐变越大；大，徐变越大；材料材料质量和级配好，弹性模量大，徐变小；质量和级配好，弹性模量大，徐变小；构件的构件的体表比体表比越大，徐变越小。越大，徐变越小。24（5）混凝土徐变对结构或构件的影响）混凝土徐变对结构或构件的影响
11、 局部应力集中可因徐变得到缓和；局部应力集中可因徐变得到缓和；支座沉陷引起的应力及温度湿度应力也可由于徐变得到支座沉陷引起的应力及温度湿度应力也可由于徐变得到松弛。松弛。徐变可使受弯构件的挠度增大徐变可使受弯构件的挠度增大12倍；倍；使细长柱附加偏心距增大，承载力下降；使细长柱附加偏心距增大，承载力下降；引起预应力混凝土构件预应力损失。引起预应力混凝土构件预应力损失。25 5.混凝土的收缩和膨胀变形混凝土的收缩和膨胀变形 混凝土的温度线膨胀系数一般为混凝土的温度线膨胀系数一般为110-5/。混凝土在空气中结硬时体积减小的现象，称为干缩变形或混凝土在空气中结硬时体积减小的现象，称为干缩变形或称收
12、缩。已经干燥的混凝土再置于水中，混凝土就会重新发生称收缩。已经干燥的混凝土再置于水中，混凝土就会重新发生膨胀（或湿胀）。膨胀（或湿胀）。引起混凝土干缩的主要原因：引起混凝土干缩的主要原因：因为结硬初期水泥和水的水化作用，形成水泥结晶体，因为结硬初期水泥和水的水化作用，形成水泥结晶体，而水泥结晶体化合物比原材料的体积小，这种收缩称为而水泥结晶体化合物比原材料的体积小，这种收缩称为凝缩凝缩；干燥失水（干燥失水（干缩干缩）。）。26永久荷载计算值 g=g1+g2=8.附表14 普通钢筋强度标准值（N/mm2）混凝土的强度设计值见附表12，正常使用极限状态下跨中截面弯矩标准组合值不应 小于5d，式中
13、s荷载的统计平均值；收缩 膨胀附表14 普通钢筋强度标准值（N/mm2）可变荷载标准值（Qk或qk）按符合规定质量的材料强度的概率分布的某一分位值确定。RRB400（K20MnSi）种 类加而增长的现象，称为混凝土的徐变。混凝土在长期荷载作用下，应力不变，应变随时间的增不同直径的钢筋不应采用1515kN/m=17.因为结硬初期水泥和水的水化作用，形成水泥结晶体，13=12kN/mRRB400（K20MnSi）水工混凝土的耐久性与其抗渗、抗冻、抗冲刷、水工混凝土的耐久性与其抗渗、抗冻、抗冲刷、抗碳化和抗腐蚀等性能有密切关系抗碳化和抗腐蚀等性能有密切关系.（三）水工混凝土结构的耐久性（三）水工混凝
14、土结构的耐久性表表1-1 水工混凝土结构所处的环境类别水工混凝土结构所处的环境类别环境类别环境类别条条 件件一一室内正常环境室内正常环境二二室内潮湿环境；露天环境；长期处于水下或地下的环境室内潮湿环境；露天环境；长期处于水下或地下的环境三三淡水水位变动区；有轻度侵蚀性地下水的地下环境；海水水下淡水水位变动区；有轻度侵蚀性地下水的地下环境；海水水下区区四四海上大气区；轻度盐雾作用区；海水水位变动区；中度侵蚀性海上大气区；轻度盐雾作用区；海水水位变动区；中度侵蚀性环境环境五五使用除冰盐的环境；海水浪溅区；重度盐雾作用区；有严重侵使用除冰盐的环境；海水浪溅区；重度盐雾作用区；有严重侵蚀性介质的环境蚀
15、性介质的环境27三、钢筋与混凝土之间的粘结三、钢筋与混凝土之间的粘结(一)粘结力的组成粘结力的组成化学胶着力化学胶着力 摩阻力摩阻力 机械咬合力机械咬合力 影影响响粘粘结结力力的的因因素素 强度越高强度越高粘结力越大粘结力越大保护层越厚保护层越厚粘结力越大粘结力越大 表面越粗糙表面越粗糙粘结力越大粘结力越大 28（二）钢筋的锚固与接长（二）钢筋的锚固与接长钢筋的锚固钢筋的锚固 直钢筋的锚固直钢筋的锚固带弯钩钢筋的锚固带弯钩钢筋的锚固 概念概念 表表1-2 普通受拉钢筋的最小锚固长度普通受拉钢筋的最小锚固长度la项次项次钢筋类型钢筋类型混凝土强度等级混凝土强度等级C15C20C25C30C35C
16、401HPB235钢筋钢筋40d35 d30 d25 d25 d20 d2HRB335钢筋钢筋40 d35 d30 d30 d25 d3HRB400钢筋钢筋RRB400钢筋钢筋50 d40 d35 d35 d30 d29 当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，伸入支座的锚固长当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，伸入支座的锚固长度不应小于度不应小于la。纵向受压钢筋的锚固长度不应小于纵向受压钢筋的锚固长度不应小于0.7 la。当符合下列条件时，计算的锚固长度应进行修正：当符合下列条件时，计算的锚固长度应进行修正：（1）当）当HRB335级、级、HRB400级和级和RRB400级钢筋的直径大于级钢筋的直
17、径大于 25mm时，其锚固长度应乘以修正系数时，其锚固长度应乘以修正系数1.1；（2）HRB335级、级、HRB400级和级和RRB400级的环氧树脂涂层钢级的环氧树脂涂层钢 筋，其锚固长度应乘以修正系数筋，其锚固长度应乘以修正系数1.25；（3）当钢筋在混凝土施工过程中易受扰动（如滑模施工）当钢筋在混凝土施工过程中易受扰动（如滑模施工）时，其锚固长度应乘以修正系数时，其锚固长度应乘以修正系数1.1；30（4）当）当HRB335级、级、HRB400级和级和RRB400级钢筋在锚固区的间距级钢筋在锚固区的间距大于大于180mm，混凝土保护层厚度大于钢筋直径，混凝土保护层厚度大于钢筋直径3倍或大于
18、倍或大于80mm且配有箍筋时，其锚固长度可乘以修正系数且配有箍筋时，其锚固长度可乘以修正系数0.8；（5）经上述修正后的锚固长度不应小于表中所列数值的）经上述修正后的锚固长度不应小于表中所列数值的0.7倍，且倍，且不应小于不应小于250mm。当当HRB335级、级、HRB400级和级和RRB400级纵向受拉钢筋锚固长级纵向受拉钢筋锚固长度不能满足上述规定时，可在钢筋末端做度不能满足上述规定时，可在钢筋末端做弯钩弯钩、加焊锚板加焊锚板，或在末，或在末端采用端采用贴焊锚筋贴焊锚筋等附加锚固形式。等附加锚固形式。为了保证光面钢筋的粘结强度的可靠性，绑扎骨架中的受力光为了保证光面钢筋的粘结强度的可靠性
19、，绑扎骨架中的受力光面钢筋应在末端做成面钢筋应在末端做成180弯钩弯钩。弯钩的形式与尺寸如下图所示。弯钩的形式与尺寸如下图所示。变形钢筋和焊接骨架、焊接网以及轴心受压构件中的光面钢筋可不变形钢筋和焊接骨架、焊接网以及轴心受压构件中的光面钢筋可不做弯钩。做弯钩。3132机机械械弯弯钩钩33钢筋的连接钢筋的连接绑扎搭接绑扎搭接 焊接连接焊接连接 机械连接机械连接 搭接长度搭接长度搭接率搭接率 闪光对焊闪光对焊 搭接焊搭接焊 搭接区段长度搭接区段长度 搭接率搭接率 受拉钢筋受拉钢筋受压钢筋受压钢筋 34 钢筋绑扎搭接接头区段的长度为1.s荷载标准值的保证率系数。按符合规定质量的材料强度的概率分布的某
20、一分位值确定。三、荷载与材料强度取值钢筋的强度设计值见附表15；下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：三、荷载与材料强度取值当施焊条件困难而采用单面焊时，其搭接长度不应小于10d。二、作用与抗力（4）影响正常使用的其他特定状态。有明显屈服点钢筋的应力-应变曲线纵向受压钢筋的锚固长度不应小于0.支座边缘截面剪力计算值（2）HRB335级、HRB400级和RRB400级的环氧树脂涂层钢荷载的概率分布曲线如下页图所示，荷载的标准值为：可变荷载标准值（Qk或qk）永久荷载标准值（Gk或gk）引起混凝土干缩的主要原因：（一）可靠概率和失效概率Ps=永久荷载标准值 gk=gk1+gk2=8.失效概
21、率Pf愈小，结构的可靠性愈高。钢筋绑扎连接钢筋绑扎连接35绑绑扎扎搭搭接接36 （1）绑扎搭接）绑扎搭接 在钢筋搭接处用铁丝绑扎而成，如图所示。绑扎搭接接头在钢筋搭接处用铁丝绑扎而成，如图所示。绑扎搭接接头是通过钢筋与混凝土之间的粘结应力来传递钢筋之间的内是通过钢筋与混凝土之间的粘结应力来传递钢筋之间的内力，必须有足够的力，必须有足够的搭接长度搭接长度。轴心受拉及小偏心受拉构件以及承受振动荷载的构件的纵轴心受拉及小偏心受拉构件以及承受振动荷载的构件的纵向受拉钢筋向受拉钢筋不得采用绑扎搭接接头不得采用绑扎搭接接头。37 受拉钢筋搭接接头面积百分率受拉钢筋搭接接头面积百分率25501001.21.
22、41.6 钢筋的接头位置宜设置在构件的受力较小处，同一构件钢筋的接头位置宜设置在构件的受力较小处，同一构件 中相邻纵向受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开；中相邻纵向受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开；受拉钢筋直径受拉钢筋直径d22mm，或受压钢筋直径，或受压钢筋直径d32mm时，时，不宜采用绑扎搭接接头；不宜采用绑扎搭接接头；纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据位于同一纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据位于同一 搭接长度范围内的钢筋搭接接头面积百分率按下式确定，搭接长度范围内的钢筋搭接接头面积百分率按下式确定，任何情况下，纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度均不任何情况下，纵向受拉钢筋绑扎
23、搭接接头的搭接长度均不 应小于应小于300mm；ll=la 38 纵向受压钢筋的搭接长度不应小于按式（纵向受压钢筋的搭接长度不应小于按式（1-4）计算值的）计算值的 0.7倍倍，且不应小于，且不应小于200mm；钢筋绑扎搭接接头区段的长度为钢筋绑扎搭接接头区段的长度为1.3倍倍搭接长度，凡搭接搭接长度，凡搭接 接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接 区段。同一连接区段内纵向钢筋搭接接头面积百分率为该区区段。同一连接区段内纵向钢筋搭接接头面积百分率为该区 段内有搭接接头的纵向受力钢筋面积与纵向受力钢筋面积的段内有搭接接头的纵向受力
24、钢筋面积与纵向受力钢筋面积的 比值。比值。位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率：位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率：对梁类、板类及墙类构件不宜大于对梁类、板类及墙类构件不宜大于25%；柱类构件不宜大；柱类构件不宜大 于于50%。当工程中确有必要增大钢筋搭接接头百分率时，。当工程中确有必要增大钢筋搭接接头百分率时，梁类构件不应大于梁类构件不应大于50%；板类、墙类及柱类构件可根据实际；板类、墙类及柱类构件可根据实际 情况放宽。受压钢筋的搭接接头面积百分率不宜超过情况放宽。受压钢筋的搭接接头面积百分率不宜超过50%；39永久荷载标准值（Gk或gk）支座沉陷引起的应力及温度湿度
25、应力也可由于徐变得到松弛。段内有搭接接头的纵向受力钢筋面积与纵向受力钢筋面积的d28mm时，宜采用帮条焊，帮条截面面积不应小于受力钢率，对纵向受拉钢筋接头不应大于50%；当符合下列条件时，计算的锚固长度应进行修正：对使用上要求不允许开裂或控制裂缝开展宽度的结构构PfPs=1筋截面面积的1.纵向受压钢筋的搭接长度不应小于按式（1-4）计算值的可变荷载标准值（Qk或qk）三、钢筋与混凝土之间的粘结表1-6 持久状况结构承载能力极限状态目标可靠指标T(T)因为结硬初期水泥和水的水化作用，形成水泥结晶体，当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，伸入支座的锚固长失效概率Pf愈小，结构的可靠性愈高。钢筋绑扎搭接
26、接头区段的长度为1.力，必须有足够的搭接长度。受压钢筋的搭接接头面积百分率不宜超过50%；率，对纵向受拉钢筋接头不应大于50%；收缩 膨胀40 纵向受力钢筋的纵向受力钢筋的焊接焊接接头应相互错开；接头应相互错开；钢筋焊接接头连接区段的长度为钢筋焊接接头连接区段的长度为35d（d为受力钢筋的较大为受力钢筋的较大 直径），且不直径），且不 小于小于500mm；同一连接区段内纵向钢筋焊接接头面积百分率为该区段内同一连接区段内纵向钢筋焊接接头面积百分率为该区段内 有有 焊接接头的焊接接头的 纵向受力钢筋面积与纵向受力钢筋面积的纵向受力钢筋面积与纵向受力钢筋面积的 比值。位于同一连接区段内纵向比值。位于
27、同一连接区段内纵向 钢钢 筋焊接接头面积百分筋焊接接头面积百分 率，对纵向受拉钢筋接头不应大于率，对纵向受拉钢筋接头不应大于50%；纵向受压钢筋接头；纵向受压钢筋接头 装配式构件连接处、临时缝处的焊接接头钢筋可不受此比值装配式构件连接处、临时缝处的焊接接头钢筋可不受此比值 限制。限制。（2）焊接连接）焊接连接 41 钢筋直径钢筋直径d28mm的焊接接头，宜采用的焊接接头，宜采用闪光对头焊闪光对头焊或或搭接焊搭接焊；d28mm时，宜采用时，宜采用帮条焊帮条焊，帮条截面面积不应小于受力钢，帮条截面面积不应小于受力钢 筋截面面积的筋截面面积的1.2倍倍（HPB235级钢筋）或级钢筋）或1.5倍倍（H
28、RB335级、级、HRB400级和级和RRB400级钢筋）。不同直径的钢筋不应采用级钢筋）。不同直径的钢筋不应采用 帮条焊帮条焊。搭接焊和帮条焊接头宜采用搭接焊和帮条焊接头宜采用双面焊缝双面焊缝，钢筋的搭接长度，钢筋的搭接长度 不应不应 小于小于5d，当施焊条件困难而采用当施焊条件困难而采用单面焊单面焊时，其搭接长度不应小于时，其搭接长度不应小于10d。当焊接当焊接HPB235级钢筋时，则分别为级钢筋时，则分别为4d和和8d。42钢筋搭接焊钢筋搭接焊43电渣压力焊对接电渣压力焊对接44闪闪光光对对焊焊45（3）机械连接）机械连接 纵向受力钢筋纵向受力钢筋机械连接机械连接接头宜相互错开；接头宜相
29、互错开；钢筋机械连接接头连接区段的长度为钢筋机械连接接头连接区段的长度为35d（d为受力钢筋的为受力钢筋的 最大直径）；最大直径）；在受力较大处设置机械连接接头时，位于同一连接区段内在受力较大处设置机械连接接头时，位于同一连接区段内 的纵向的纵向受拉钢筋受拉钢筋接头面积百分率不宜大于接头面积百分率不宜大于50%。纵向受压钢筋。纵向受压钢筋 的接头面积百分率可不受限制。的接头面积百分率可不受限制。直接承受动力荷载的结构构件中的机械连接接头，位于同直接承受动力荷载的结构构件中的机械连接接头，位于同 一连接区段内纵向受拉钢筋接头面积百分率不应大于一连接区段内纵向受拉钢筋接头面积百分率不应大于50%。
30、46机械套筒机械套筒连接连接47机械套筒连接机械套筒连接48机机械械套套筒筒连连接接49第二节第二节 钢筋混凝土结构设计原理钢筋混凝土结构设计原理一、结构的功能要求与极限状态一、结构的功能要求与极限状态二、作用与抗力二、作用与抗力三、荷载与材料强度取值三、荷载与材料强度取值四、结构的可靠度四、结构的可靠度50一、结构的功能要求与极限状态一、结构的功能要求与极限状态安全性安全性 适用性适用性耐久性耐久性（一）结构的功能要求（一）结构的功能要求51（1）安全性。）安全性。要求结构在要求结构在正常施工正常施工和和正常使用正常使用时，能承受时，能承受可能可能出现的出现的各种作用各种作用而而不发生破坏不
31、发生破坏，并且在设计规定的偶然事件，并且在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性必需的整体稳定性。（2）适用性。）适用性。要求结构在要求结构在正常使用正常使用时能满足正常的使用要求，时能满足正常的使用要求，具有良好的工作性能，不发生影响正常使用的过大变形和振具有良好的工作性能，不发生影响正常使用的过大变形和振幅，不产生过宽的裂缝。幅，不产生过宽的裂缝。（3）耐久性。）耐久性。在在正常使用正常使用和和正常维护正常维护条件下，结构在规定的使条件下，结构在规定的使用期限内满足安全和使用功能要求，不出现钢筋严重锈蚀和用期限内满足安全和使用功能要求，不出现钢筋
32、严重锈蚀和混凝土严重碳化。混凝土严重碳化。安全性、适用性、耐久性统称为结构的安全性、适用性、耐久性统称为结构的可靠性可靠性。结构的可靠性与结构的经济性是相互矛盾的。结构的可靠性与结构的经济性是相互矛盾的。52（二）结构的极限状态（二）结构的极限状态 承载能力承载能力极限状态极限状态 正常使用正常使用极限状态极限状态 概念概念 对应几种情况对应几种情况 概概 念念对应几种情况对应几种情况53 结构或结构的一部分超过结构或结构的一部分超过某一特定状态某一特定状态就不能满足设计就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。结构的
33、极限状态可分为结构的极限状态可分为承载能力极限状态承载能力极限状态和和正常使用极正常使用极 限状态限状态。54荷载标准值是指结构或构件设计时，采用的各种荷载的基本代表值。（2）内力计算（3）偶然荷载。种 类有明显屈服点钢筋的应力-应变曲线（2）必要时尚应进行结构的抗倾、抗滑及抗浮验算；纵向受压钢筋的锚固长度不应小于0.力，必须有足够的搭接长度。作用在结构构件上的实际荷载超过荷载标准值的可能性只有5%。第二节 钢筋混凝土结构设计原理力，必须有足够的搭接长度。的变形的极限状态，称承载能力极限状态。结构的极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极冷拉级钢筋、冷拉级钢筋、冷拉钢筋、刻痕钢丝、钢绞丝（2
34、）对运行人员、设备、仪表等有不良影响的振动；2倍（HPB235级钢筋）或1.力，必须有足够的搭接长度。=250mm500mm；重复荷载作用下的变形可变荷载标准值（Qk或qk）（1）永久荷载。当材料强度服从正态分布时，材料标准值可按下式计算：结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态，称的变形的极限状态，称承载能力极限状态承载能力极限状态。当结构或构件出现。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：（1）整个结构或结构的一部分）整个结构或结构的一部分失去刚体平衡
35、失去刚体平衡，如挡土墙的滑，如挡土墙的滑 移等；移等；（2）结构构件或连接）结构构件或连接因超过材料强度而破坏因超过材料强度而破坏（包括疲劳破（包括疲劳破 坏），或因过度变形而不适于继续承载；坏），或因过度变形而不适于继续承载；（3）结构或结构构件）结构或结构构件丧失稳定丧失稳定，如柱压曲等；，如柱压曲等；（4）整个结构或结构的一部分）整个结构或结构的一部分转变为机动体系转变为机动体系。55 （1）承载能力极限状态是判别结构或构件是否满足安全）承载能力极限状态是判别结构或构件是否满足安全性功能要求的标准，因此，性功能要求的标准，因此，所有结构和构件必须按承载所有结构和构件必须按承载能力极限状态
36、进行计算能力极限状态进行计算，并保证有足够的可靠度；，并保证有足够的可靠度；（2）必要时尚应进行结构的）必要时尚应进行结构的抗倾抗倾、抗滑抗滑及及抗浮抗浮验算；验算；（3）对需要）对需要抗震设防抗震设防的结构，尚应进行结构的抗震承载的结构，尚应进行结构的抗震承载能力计算。能力计算。56 结构或构件达到使用功能上允许的结构或构件达到使用功能上允许的某一规定限值某一规定限值的极限状的极限状态，称态，称正常使用极限状态正常使用极限状态。当结构或构件出现下列状态之一。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：时，即认为超过了正常使用极限状态：（1）影响结构正常使用或外观的）影响结构
37、正常使用或外观的变形变形；（2）对运行人员、设备、仪表等有不良影响的）对运行人员、设备、仪表等有不良影响的振动振动；（3）对结构外形、耐久性以及防渗结构抗渗能力有不良影）对结构外形、耐久性以及防渗结构抗渗能力有不良影 响的局部损坏；响的局部损坏；（4）影响正常使用的）影响正常使用的其他特定状态其他特定状态。57 对使用上需控制变形值的结构构件，应进行对使用上需控制变形值的结构构件，应进行变形验算变形验算；对使用上要求不允许开裂或控制裂缝开展宽度的结构构对使用上要求不允许开裂或控制裂缝开展宽度的结构构件，应进行件，应进行抗裂抗裂或或裂缝宽度裂缝宽度验算。验算。结构设计通常先按承载能力极限状态设计
38、结构构件，然后结构设计通常先按承载能力极限状态设计结构构件，然后按正常使用极限状态进行验算。按正常使用极限状态进行验算。585960 二、作用与抗力二、作用与抗力抗力抗力 作用及作作用及作 用效应用效应不定性不定性 随时间变异随时间变异 概概 念念 概念概念 按性质分类按性质分类直接作用直接作用 间接作用间接作用 永久荷载永久荷载 偶然荷载偶然荷载 可变荷载可变荷载 作用概念作用概念 效应概念效应概念61 （一）作用及作用效应（一）作用及作用效应 结构的作用是指能使结构产生结构的作用是指能使结构产生内力内力、变形变形、位移位移、裂缝裂缝等等各种原因的总称。根据其性质不同，作用可分为以下两类：各
39、种原因的总称。根据其性质不同，作用可分为以下两类：（1）直接作用直接作用。施加在结构上的集中力或分布力。如结构。施加在结构上的集中力或分布力。如结构自重、风荷载、水压力、土压力等。自重、风荷载、水压力、土压力等。（2）间接作用间接作用。引起结构约束变形、外加变形的原因。如。引起结构约束变形、外加变形的原因。如混凝土收缩、环境温度变化以及由于基础不均匀沉陷等原因使混凝土收缩、环境温度变化以及由于基础不均匀沉陷等原因使结构产生的变形。结构产生的变形。作用引起的结构或构件的作用引起的结构或构件的反应反应，例如内力、变形和裂缝等，例如内力、变形和裂缝等，称为称为作用效应作用效应，用符号，用符号S表示。
40、表示。习惯将直接作用和间接作用不加区分，统称为习惯将直接作用和间接作用不加区分，统称为“荷载荷载”。62 荷载按荷载按随时间的变异性随时间的变异性和和出现的可能性出现的可能性分为以下三类：分为以下三类：（1）永久荷载永久荷载。在设计使用年限内量值不随时间变化，或。在设计使用年限内量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载，如结构自重、土压力、其变化与平均值相比可忽略不计的荷载，如结构自重、土压力、固定设备自重等。固定设备自重等。（2）可变荷载可变荷载。在设计使用年限内量值随时间变化，且其。在设计使用年限内量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略不计的荷载，如变化与平均值相比不可
41、忽略不计的荷载，如楼面活荷载楼面活荷载、风荷、风荷载等。载等。（3）偶然荷载偶然荷载。在设计使用年限内出现的概率很小，而一。在设计使用年限内出现的概率很小，而一旦出现，其量值很大，且持续时间很短的荷载，如校核洪水位旦出现，其量值很大，且持续时间很短的荷载，如校核洪水位时的静水压力、时的静水压力、罕遇地震罕遇地震产生的冲击力等。产生的冲击力等。63 （二）抗力（二）抗力 （1）结构构件抵抗荷载效应的能力称）结构构件抵抗荷载效应的能力称抗力抗力，用符号，用符号R表示。表示。抗力由材料的强度及截面尺寸等因素计算得出。抗力由材料的强度及截面尺寸等因素计算得出。（2）由于构件制作尺寸偏差和安装误差等原因
42、，导致结）由于构件制作尺寸偏差和安装误差等原因，导致结构构件实际尺寸与设计规定的尺寸有差异。由于材料非匀质、构构件实际尺寸与设计规定的尺寸有差异。由于材料非匀质、生产工艺等因素导致材料强度的变异性。另外，对结构构件的生产工艺等因素导致材料强度的变异性。另外，对结构构件的抗力进行分析计算时，采用了近似的基本假设和计算公式不精抗力进行分析计算时，采用了近似的基本假设和计算公式不精确，导致按公式计算的抗力值与实际结构构件的抗力有差异。确，导致按公式计算的抗力值与实际结构构件的抗力有差异。由此可知，由此可知，结构的抗力具有不定性结构的抗力具有不定性。64三、荷载与材料强度取值三、荷载与材料强度取值（一
43、）荷载标准值（一）荷载标准值概念概念 Sk=ss s=s（1s s）永久荷载标准值（永久荷载标准值（Gk或或gk）概念概念 等级划分等级划分 可变荷载标准值可变荷载标准值（Qk或或qk）65 （一）荷载标准值（一）荷载标准值 荷载标准值是指结构或构件设计时，采用的各种荷载的基荷载标准值是指结构或构件设计时，采用的各种荷载的基本代表值。按设计使用年限内荷载最大值的概率分布的某一分本代表值。按设计使用年限内荷载最大值的概率分布的某一分位值确定。位值确定。由于荷载本身具有随机性，因而最大荷载也是随机变量，由于荷载本身具有随机性，因而最大荷载也是随机变量，用荷载的概率分布来描述。荷载的概率分布曲线如下
44、页图所示，用荷载的概率分布来描述。荷载的概率分布曲线如下页图所示，荷载的标准值为：荷载的标准值为：Sk=ss s=s（1s s）式中式中 s荷载的统计平均值；荷载的统计平均值；s荷载的统计标准差；荷载的统计标准差；s荷载的变异系数，荷载的变异系数，s=s/s s荷载标准值的保证率系数。荷载标准值的保证率系数。66 荷载的概率分布曲线荷载的概率分布曲线67 （1）永久荷载标准值（）永久荷载标准值（Gk或或gk）：可按结构构件的设计）：可按结构构件的设计尺寸与材料重度标准值计算。尺寸与材料重度标准值计算。（2）可变荷载标准值（）可变荷载标准值（Qk或或qk）：根据设计使用年限内）：根据设计使用年限
45、内最大荷载概率分布的某一分位值确定。最大荷载概率分布的某一分位值确定。当当s=1.645时，荷载标准值相当于具有时，荷载标准值相当于具有95%保证率的保证率的0.95分位值。作用在结构构件上的实际荷载超过荷载标准值的可能分位值。作用在结构构件上的实际荷载超过荷载标准值的可能性只有性只有5%。此标准值为荷载的代表值。此标准值为荷载的代表值。水工建筑物的荷载标准值可根据水工建筑物的荷载标准值可根据水工建筑物荷载设计规水工建筑物荷载设计规范范（DL50771997）确定。例如水电站副厂房楼面均布活荷）确定。例如水电站副厂房楼面均布活荷载标准值见表载标准值见表14。68（1）永久荷载标准值（Gk或gk
46、）：可按结构构件的设计尺寸与材料重度标准值计算。作用在结构构件上的实际荷载超过荷载标准值的可能性只有5%。在正常使用和正常维护条件下，结构在规定的使用期限内满足安全和使用功能要求，不出现钢筋严重锈蚀和混凝土严重碳化。附表14 普通钢筋强度标准值（N/mm2）移等；（2）间接作用。一方面是混凝土受力后，水泥石中的胶凝体产生的黏结构的作用是指能使结构产生内力、变形、位移、裂缝等各种原因的总称。时，其锚固长度应乘以修正系数1.表1-1 水工混凝土结构所处的环境类别 钢筋机械连接接头连接区段的长度为35d（d为受力钢筋的结构的可靠度是指结构在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的概率。水工建筑物的
47、荷载标准值可根据水工建筑物荷载设计规范（DL50771997）确定。段内有搭接接头的纵向受力钢筋面积与纵向受力钢筋面积的任何情况下，纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度均不支座沉陷引起的应力及温度湿度应力也可由于徐变得到松弛。钢筋焊接接头连接区段的长度为35d（d为受力钢筋的较大（3）结构或结构构件丧失稳定，如柱压曲等；s荷载的统计标准差；条 件房间名称房间名称标准值标准值房间名称房间名称标准值标准值生生产产用用副副厂厂房房中央控制室中央控制室计算机室计算机室56生生活活用用副副厂厂房房值班室值班室3继电保护室继电保护室5会议室会议室4蓄电池室蓄电池室6资料室资料室5开关室开关室5电缆室电缆室4
48、厕所、盥洗室厕所、盥洗室3空压机室空压机室4走道、楼梯走道、楼梯4水泵室水泵室4试验室试验室4电工室电工室5机修室机修室710工具室工具室5表表1-4 水电站副厂房楼面均布活荷载标准值水电站副厂房楼面均布活荷载标准值（kN/m2）69（二）材料强度（二）材料强度材料强度材料强度标准值标准值材料强度材料强度设计值设计值 概念概念fk=ff f =f（1f f）概念概念fc=fck/c fy=fyk/s 70 1.材料强度标准值材料强度标准值 材料强度标准值是指结构或构件设计时，采用的材料强度材料强度标准值是指结构或构件设计时，采用的材料强度的基本代表值。按符合规定质量的材料强度的概率分布的某一的
49、基本代表值。按符合规定质量的材料强度的概率分布的某一分位值确定。分位值确定。由于材料非匀质、生产工艺等因素导致材料强度的变异性，由于材料非匀质、生产工艺等因素导致材料强度的变异性，材料强度也是材料强度也是随机变量随机变量。当材料强度服从正态分布时，材料标准值可按下式计算：当材料强度服从正态分布时，材料标准值可按下式计算：fk=ff f=f（1f f）钢筋和混凝土的强度标准值采用概率分布的钢筋和混凝土的强度标准值采用概率分布的0.05分位值分位值。钢筋和混凝土实际强度小于强度标准值的可能性只有钢筋和混凝土实际强度小于强度标准值的可能性只有5%，即，即强度标准值具有强度标准值具有95%的保证率。的
50、保证率。71 材料强度标准值的取值材料强度标准值的取值72强度种类强度种类符号符号混凝土强度等级混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60轴心受压轴心受压fck10.013.416.720.123.426.829.632.435.538.5轴心受拉轴心受拉ftk1.271.541.782.012.202.392.512.642.742.85附表附表11 混凝土强度标准值（混凝土强度标准值（N/mm2）73 种类种类符号符号直径（直径（mm）fyk热轧热轧钢筋钢筋HPB235（Q235）820235HRB335（20MnSi）650335HRB400（20MnSi
