《混凝土結構與砌體結構》教材配套PPT課件
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混凝土結構與砌體結構模塊模塊1 1 建筑結構的基本設計原則建筑結構的基本設計原則1.3極限狀態(tài)設計方法1.1建筑結構的功能要求和極限狀態(tài)1.2建筑結構承受的荷載分類和荷載代表值 (1)了解結構的功能要求和結構極限狀態(tài)的基本概念。(2)掌握極限狀態(tài)的設計方法。(3)掌握極限狀態(tài)的實用設計表達式。學習目標學習目標模塊模塊1 1 建筑結構的基本設計原則建筑結構的基本設計原則1.1 1.1 建筑結構的功能要求和極限狀態(tài)建筑結構的功能要求和極限狀態(tài) 建筑結構的功能要求1.1.1 結構在預定的使用期限內,應能承受正常施工、正常使用時可能出現(xiàn)的各種荷載、強迫變形(如超靜定結構的支座的不均勻沉降)、約束變形(如由于溫度及收縮引起的構件變形受到約束時所產(chǎn)生的變形)等的作用。在偶然荷載(如地震、強風)作用下或偶然事件(如火災、爆炸)發(fā)生時和發(fā)生后,構件僅產(chǎn)生局部損壞,不發(fā)生連續(xù)倒塌。1 1)安全性)安全性1.1 1.1 建筑結構的功能要求和極限狀態(tài)建筑結構的功能要求和極限狀態(tài)2 2)適用性)適用性 結構在正常使用荷載作用下具有良好的工作性能,如不發(fā)生影響正常使用的過大撓度、永久變形和動力效應(過大的振幅和振動),或不產(chǎn)生令使用者感到不安寬度的裂縫。1.1 1.1 建筑結構的功能要求和極限狀態(tài)建筑結構的功能要求和極限狀態(tài)3 3)耐久性)耐久性 結構在正常使用和正常維護條件下,在規(guī)定的環(huán)境中及預定的使用期限內應有足夠的耐久性。如不發(fā)生由于混凝土保護層碳化或氯離子的侵入而導致的鋼筋銹蝕,以致影響結構的使用壽命。1.1 1.1 建筑結構的功能要求和極限狀態(tài)建筑結構的功能要求和極限狀態(tài) 建筑結構的極限狀態(tài)1.1.2 (1)整個結構或其中的一部分作為剛體失去平衡(如傾覆、過大的滑移)。(2)結構構件或連接部位因荷載過大而遭到破壞,包括承受多次重復荷載產(chǎn)生的疲勞破壞(如鋼筋混凝土梁受壓區(qū)混凝土達到其抗壓強度)。(3)結構構件或連接部位因產(chǎn)生過度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載(如受彎構件中的少筋梁的破壞)。1 1)承載能力極限狀態(tài))承載能力極限狀態(tài)1.1 1.1 建筑結構的功能要求和極限狀態(tài)建筑結構的功能要求和極限狀態(tài) (4)結構轉變?yōu)闄C動體系(如超靜定結構由于某些截面的屈服形成塑性鉸,使結構成為幾何可變體系)。(5)結構或構件喪失穩(wěn)定(如細長柱達到臨界荷載發(fā)生壓屈)。(6)地基喪失承載力而被破壞。1.1 1.1 建筑結構的功能要求和極限狀態(tài)建筑結構的功能要求和極限狀態(tài)2 2)正常使用極限狀態(tài))正常使用極限狀態(tài)(4)影響結構或構件正常使用的其他特定狀態(tài)(如由于鋼筋銹蝕產(chǎn)生的沿鋼筋的縱向裂縫)。(3)影響結構或構件正常使用的振動。(2)影響結構或構件正常使用或耐久性的局部損壞(如不允許出現(xiàn)裂縫的構件開裂;或允許出現(xiàn)裂縫的構件,其裂縫寬度超過了允許限值)。(1)影響結構或構件的正常使用的外觀變形(如梁產(chǎn)生超過了撓度限值的過大的撓度)。1.2 1.2 建筑結構承受的荷載分類和荷載代表值建筑結構承受的荷載分類和荷載代表值 荷載的分類1.2.1(1)永久荷載。(2)可變荷載。(3)偶然荷載。1.2 1.2 建筑結構承受的荷載分類和荷載代表值建筑結構承受的荷載分類和荷載代表值 荷載的代表值1.2.2 (1 1)荷載標準值。)荷載標準值。荷荷載載的的代代表表值值 (2 2)可變荷載組合值。)可變荷載組合值。(3 3)可變荷載頻遇值。)可變荷載頻遇值。(4 4)可變荷載準永久值)可變荷載準永久值。1.2 1.2 建筑結構承受的荷載分類和荷載代表值建筑結構承受的荷載分類和荷載代表值 荷載的代表值1.2.2 對于結構構件自重,永久荷載標準值可按結構構件的設計尺寸與材料單位體積的自重計算確定,相當于自重的統(tǒng)計平均值,其分位值為0.5。對于自重變異性較大的材料(如屋面保溫材料、防水材料、找平層等),自重的標準值應根據(jù)對結構的不利狀態(tài),分別取建筑結構荷載規(guī)范(GB 500092012)給出的自重上限值或下限值。提提 示示1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法 承載能力極限狀態(tài)計算1.3.11 1)設計表達式)設計表達式 (1)當用內力的形式表達持久設計狀況、短暫設計狀況和地震設計狀況時,結構構件應采用下列極限狀態(tài)設計表達式:0SR(1-1)(1-2)式中,0為結構構件的重要性系數(shù);S 為承載能力極限狀態(tài)下荷載效應組合的設計值,對持久設計狀況和短暫設計狀況應按荷載的基本組合計算,對地震設計狀況應按荷載的地震組合計算;1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法 對地震設計狀況應按荷載的地震組合計算;R 為結構構件的抗力設計值;R ()為結構構件的抗力函數(shù);fc、fs分別為混凝土、鋼筋的強度設計值;ak為幾何參數(shù)的標準值,當幾何參數(shù)的變異性對結構性能有明顯的不利影響時,應增減一個附加值;Rd為結構構件的抗力模型不定性系數(shù)。1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法 (2)對偶然荷載下的結構進行承載能力極限狀態(tài)設計時,式(1-1)的荷載效應組合的設計值 S 按偶然組合計算,結構重要性系數(shù)取不小于1.0的數(shù)值;式(1-2)中,混凝土、鋼筋的強度設計值 fc、fs改用強度標準值fck、fyk(或 fpyk)。1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法2 2)荷載效應組合的設計值)荷載效應組合的設計值 (1)基本組合的效應設計值。對于基本組合,荷載效應組合的設計值 S 應從下列組合中取最不利值確定。由可變荷載控制的效應設計值為(1-3)由永久荷載控制的效應設計值為(1-4)1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法 (2)偶然組合的效應設計值。偶然組合的效應設計值可按式(1-5)確定:(1-3)式中,SAd為偶然荷載設計值的效應;fl為第l個可變荷載的頻遇值系數(shù);ql、qj為第l個和第j個可變荷載的準永久值系數(shù)。式(1-5)中,偶然荷載的代表值不乘分項系數(shù),主要是考慮到偶然荷載的確定本身帶有較大的主觀因素;與偶然荷載同時出現(xiàn)的其他荷載可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗采用適當?shù)拇碇怠?.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法 正常使用極限狀態(tài)計算1.3.21 1)設計表達式)設計表達式 對于正常使用極限狀態(tài),結構構件應根據(jù)不同情況分別采用荷載效應的標準組合、頻遇組合或準永久組合,采用下列極限狀態(tài)設計表達式:S C (1-6)式中,S 為正常使用極限狀態(tài)的荷載組合的效應(如變形、裂縫等)設計值;C 為結構構件達到正常使用要求所規(guī)定的變形、應力、裂縫寬度和自振頻率等的相應限值。1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法2 2)標準組合的效應設計值)標準組合的效應設計值 (1-7)(1-7)標準組合宜用于不可逆正常使用極限狀態(tài),即標準組合宜用于不可逆正常使用極限狀態(tài),即當某個極限狀態(tài)被超越時將產(chǎn)生嚴重的永久性損害當某個極限狀態(tài)被超越時將產(chǎn)生嚴重的永久性損害的情形。的情形。1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法3 3)頻遇組合的效應設計值)頻遇組合的效應設計值 (1-8)由式(1-8)可知,頻遇組合是永久荷載的標準值,主導可變荷載的頻遇值和伴隨可變荷載的準永久值的效應組合。頻遇組合宜用于可逆正常使用極限狀態(tài),即當某個極限狀態(tài)被超越時僅產(chǎn)生局部損害、較大的變形或短暫的振動等。1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法4)4)準永久組合的效應設計值準永久組合的效應設計值 (1-8)由式(1-8)可知,頻遇組合是永久荷載的標準值,主導可變荷載的頻遇值和伴隨可變荷載的準永久值的效應組合。頻遇組合宜用于可逆正常使用極限狀態(tài),即當某個極限狀態(tài)被超越時僅產(chǎn)生局部損害、較大的變形或短暫的振動等。(1-9)準永久組合宜用于在當長期作用效應是決定性因素時的正常使用極限狀態(tài)。同理,式(1-7)、式(1-8)和式(1-9)僅適用于荷載與荷載效應為線性關系的情況。由于正常使用極限狀態(tài)要求的目標可靠指標較小,因而對荷載不乘以分項系數(shù),設計時對材料強度采用標準值。1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法 (1-8)由式(1-8)可知,頻遇組合是永久荷載的標準值,主導可變荷載的頻遇值和伴隨可變荷載的準永久值的效應組合。頻遇組合宜用于可逆正常使用極限狀態(tài),即當某個極限狀態(tài)被超越時僅產(chǎn)生局部損害、較大的變形或短暫的振動等。如圖1-1(a)所示,某鋼筋混凝土預制柱安全等級為一級。采用翻身吊裝,吊點設在牛腿下部,起吊時混凝土達到設計強度(C30)的100%。上柱、牛腿和下柱的自重分別為15.60kN、6.5kN和42.43kN。吊裝驗算的計算簡圖及彎矩圖如圖1-1(b)、圖1-1(c)所示。問題:如何確定吊裝時鋼筋混凝土預制柱的受彎承載力,并驗算所用的彎矩設計值。課堂案例課堂案例1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法圖1-1 柱的吊裝計算簡圖1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法 (1-8)由式(1-8)可知,頻遇組合是永久荷載的標準值,主導可變荷載的頻遇值和伴隨可變荷載的準永久值的效應組合。頻遇組合宜用于可逆正常使用極限狀態(tài),即當某個極限狀態(tài)被超越時僅產(chǎn)生局部損害、較大的變形或短暫的振動等。分析:(1)荷載計算。根據(jù)混凝土結構設計規(guī)范第3.1.4條的規(guī)定,考慮動力系數(shù)=1.5,各段柱自重線荷載設計值為:上柱 牛腿 下柱 (2)內力計算。KN/m 同理可得M2=73.20 KN/m課堂案例課堂案例1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法 (1-8)由式(1-8)可知,頻遇組合是永久荷載的標準值,主導可變荷載的頻遇值和伴隨可變荷載的準永久值的效應組合。頻遇組合宜用于可逆正常使用極限狀態(tài),即當某個極限狀態(tài)被超越時僅產(chǎn)生局部損害、較大的變形或短暫的振動等。由 ,可得 AB段 令dM(x)/dx=0,則下柱段的最大彎矩發(fā)生在x=RA/g3=30.10/8.44=3.57m處,因此M3=53.67 KN/m。課堂案例課堂案例 (1-8)由式(1-8)可知,頻遇組合是永久荷載的標準值,主導可變荷載的頻遇值和伴隨可變荷載的準永久值的效應組合。頻遇組合宜用于可逆正常使用極限狀態(tài),即當某個極限狀態(tài)被超越時僅產(chǎn)生局部損害、較大的變形或短暫的振動等。由 ,可得 AB段 令dM(x)/dx=0,則下柱段的最大彎矩發(fā)生在x=RA/g3=30.10/8.44=3.57m處,因此M3=53.67 KN/m。課堂案例課堂案例1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法 (3)彎矩設計值計算。根據(jù)上文0的具體分類,此處取 0=1.1。上柱:彎矩設計值0M1=1.154.76=60.24 kNm 下柱:由于M3M2,故取 M2為下柱的驗算彎矩,0M2 =1.173.2=80.52 kNm。課堂案例課堂案例1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法 耐久性驗算1.3.31 1)耐久性的概念)耐久性的概念 材料的耐久性是指材料暴露在使用環(huán)境下抵抗各種物理和化學作用的能力。鋼筋混凝土結構長期暴露在使用環(huán)境中,耐久性會逐漸降低。其影響因素主要有材料的質量、鋼筋的銹蝕、混凝土的抗?jié)B及抗凍性、除冰鹽對混凝土的破壞等?;炷两Y構的耐久性應根據(jù)表1-1的使用環(huán)境類別和表12的耐久性的基本要求進行設計。1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法表1-1 混凝土結構的環(huán)境類別 注:嚴寒和寒冷地區(qū)的劃分應符合國家現(xiàn)行標準2008年版民用建筑熱工設計規(guī)范(GB 501761993)的規(guī)定。1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法表1-2 設計使用年限為50年的結構混凝土耐久性的基本要求 注1:氯離子含量是指其占水泥用量的百分率。注2:預應力構件混凝土中的氯離子質量分數(shù)不得超過0.06,水泥用量不應少于300 kg/m3;最低混凝土強度等級應按表中規(guī)定提高兩個等級。注3:當混凝士中加入活性摻合料或能提高耐久性的外加劑時,可酌情降低水泥用量。注4:當有工程經(jīng)驗時,處于一類和二類環(huán)境中的混凝土強度等級可降低一級。注5:當使用非堿活性集料時,對混凝土中的堿含量可不進行限制。1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法2 2)對結構混凝土的要求)對結構混凝土的要求 對于設計使用年限為100年且處于一類環(huán)境中的混凝土結構應符合下列規(guī)定:(1)結構混凝土強度等級不應低于C30,預應力混凝土結構混凝土強度等級應不低于C40。(2)混凝土中的最大氯離子含量為0.06。(3)宜使用非堿活性集料;當使用堿活性集料時,混凝土中的堿含量不得超過3.0kg/m3。1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法 (4)混凝土保護層厚度宜增加40%,在使用過程中宜采取表面防護、定期維護等有效措施。(5)處于嚴寒及寒冷地區(qū)潮濕環(huán)境中的結構混凝土應滿足抗凍要求,混凝土抗凍等級應符合有關標準的要求。(6)有抗?jié)B要求的混凝土結構,混凝土的抗?jié)B等級應符合有關標準的要求。1.3 1.3 極限狀態(tài)設計方法極限狀態(tài)設計方法 (7)三類環(huán)境中的結構或構件,其受力鋼筋宜采用環(huán)氧涂層帶肋鋼筋,預應力鋼筋應有防護措施,且宜采用有利于提高耐久性的高性能混凝土,混凝土強度等級不得低于C30。(8)四類和五類環(huán)境中的混凝土結構,其耐久性要求應符合有關標準的規(guī)定。(9)對臨時性混凝土結構,可不考慮耐久性要求。(10)未經(jīng)技術鑒定或設計許可,不得改變結構的使用環(huán)境和用途。Thank you
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