四川理工学院本科课程实施大纲格式-土木工程学院

四川理工学院本科课程实施大纲格式-土木工程学院内容摘要：

性质和尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱形结构等。 ⑶ 耐久性和耐火性较好，维护费用低：钢筋有混凝 土的保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长；混凝土是不良热导体， 30mm 厚混凝土保护层可耐火 2 小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。 ⑷ 现浇混凝土结构的整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。 ⑸ 刚度大、阻尼大，有利于结构的变形控制。 ⑹ 易于就地取材：混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，近年来，已有利用工业废料来制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。 混凝土结构的缺点： ⑴ 自重大：不适用于大跨、高层结 构。 （ 轻质、高强和预应力 ） ⑵ 抗裂性差：普通 RC 结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差 (露天、沿海、化学侵蚀 )时会影响耐久性；也限制了普通 RC 用于大跨结构，高强钢筋无法应用。 （ 预应力混凝土 ） ⑶ 承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太大，减小使用空间。 （ 高强、钢骨、钢管混凝土 ） ⑷ 施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。 （ 钢模、飞模、滑模等 ， 泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等 ） ⑸ 混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。 （ 混凝土结构加固技术不断得到发展，如最近研究开发的采用碳纤维布加固混凝土结构技术，快速简便。 ） 167。 建筑结构的发展简况 本节自学 思考题： 教材 P5 5 混凝土结构课程学习中应注意的问题 截面的基本受力形态有：正截面受力、斜截面受剪、扭曲截面受扭 问题不是单一的、解答是不唯一的 构件和结构设计是一个综合性问题 设计过程包括结构方案、构件选型、材料选择、配筋构造、施工方案等 还需要考虑安全适用和经济合理。 设计中许多数据可能有多种选择方案，因此设计结果不是 唯一的。 最终设计结果应经过各种方案的比较，综合考虑使用、材料、造价、施工等各项指标的可行性，才能确定较为合适的一个设计结果。 工程项目的建设是国家的重要工作，必须依照国家颁布的法规进行 设计人员必须遵照各种结构类型的设计规范或规程进行设计。 各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件，其目的是使工程结构的设计在符合国家经济政策的条件下，保 证设计的质量和工程项目的安全可靠。 注意在学习中，有关基本理论的应用最终都要落实到规范的具体规定。 由于工程结构类型很多，不同的结构类型有不同的设计规范或规程，但混 凝土结构的基本理论是一致的，应重点学好基本理论。 本学期以基本理论为主，并结合主要用于建筑结构的《混凝土结构设计规范 GB500010》学习。 后续课程将结合各种结构类型，介绍有关的设计方法和设计规范。 设计工作是一项创造性工作 一方面在设计工作中必须按照规范进行 另一方面只有深刻理解规范的理论依据，才能更好地应用规范，充分发挥设计者的主动性和创造性。 规范是给傻瓜设计师编写的，注意学习中的创造性。 本学科还在不断的发展和更新，因此 设计工作不应被规范束缚 ，在经过各方面的可靠性论证后，应积极采用先进的理论和技术。 规范一般十年左右修订一次，就是为了反映学科最新发展的成果。 第二章 钢筋和混凝土的力学性能（ 4 学时） 混凝土结构主要用钢筋和混凝土材料制作而成。 为了合理地进行混凝土结构设计，需要深入地了解混凝土和钢筋的受力性能。 对混凝土和钢筋力学性能、相互作用和共同工作的了解，是掌握混凝土结构构件性能并对其进行分析与设计的基础。 167。 钢筋的力学性能 一、 钢筋的分类 化学成分： 碳素钢筋（低、中、高）、合金钢筋（低、中、高） 外形： 光圆钢筋、带肋钢筋、刻痕钢筋、钢绞线（ 图 2－ 1） 加工方法 热轧钢筋（ HPB23 HRB33 HRB400、 RRB400） 冷拉钢筋、冷轧钢筋、热处理钢筋 供货形式 直条钢筋、盘圆钢筋 HPB235 级 (Ⅰ级 )钢筋多为光面钢筋（ Plain Bar），多作为现浇楼板的受力钢筋和箍筋 HRB335 级 (Ⅱ级 )和 HRB400 级 (Ⅲ级 )钢筋强度较高，多作为钢筋混凝土构件的受力钢筋，尺寸较大的构件，也有用Ⅱ级钢筋作箍筋的为增强与混凝土的粘结（ Bond），外形制作成月牙肋或等高肋的变形钢筋（ Deformed Bar）。 Ⅳ级钢筋强度太高，不适宜作为钢筋混凝土构件中的配筋，一般冷拉后作预应力筋 延伸 率（ Percentage of elongation）： d5=2 1 1 10%，直径 8~40。 钢丝 Wire：中强钢丝的强度为 800~1200MPa，高强钢丝、钢绞线 (Strand or Tendon)的为 1470 ~1860MPa；延伸率d10=6%， d100=~4%；钢丝的直径 3~9mm；外形有光面、刻痕和螺旋肋三种，另有二股、三股和七股钢绞线，外接圆直径 ~ mm。 中高强钢丝和钢绞线均用于预应力混凝土结构。 冷加工钢筋 Cold working rebar： 是由热轧钢筋和 盘条经冷拉、冷拔、冷轧、冷扭加工后而成。 冷加工的目的是为了提高钢筋的强度，节约钢材。 但经冷加工后，钢筋的延伸率降低。 近年来，冷加工钢筋的品种很多，应根据专门规程使用。 热处理钢筋 Heat treatment ：是将Ⅳ级钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理，使强度得到较大幅度的提高，而延伸率降低不多。 用于预应力混凝土结构。 二、 钢筋的强度和变形 结构材料的力学性能，主要是指材料的强度和变形能力，以及材料的本构关系（即б ε关系），了解结构构件所用材料的力学性能，是掌握结构构件的受力性能的基础。 1． 钢材的 力学性能 （ 1） 应力 应变曲线： ①有明显屈服点的钢筋的应力 应变曲线： 四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强体阶段、颈缩阶段。 ②无明显屈服点的钢筋的应力 应变曲线： （ 2） 屈服强度σ s ——钢筋强度设计计算的依据 对于有明显屈服点的钢材，由于钢材的屈服将产生明显的，不可恢复的塑性变形，从而导致构件可能在钢材尚未进入强化阶段就发生破坏或产生过大的变形和裂缝，因此在正常使用情况下，构件中的钢材应力小于其屈服强度。 故屈服强度是钢筋关键性的强度指标。 （ 3） 伸长率和冷弯性能 ——钢材的 塑性性能指标 屈 强 比：反映钢筋的强度储备， fy/fu=~。 有明显屈服点钢筋的应力 应变关系 一般可采用双线性的理想弹塑性关系 （ 4） 混凝土对钢筋性能的要求： ①强度高，适当的屈强比； ②塑性好； ③可焊性好； ④与混凝土有较好的粘结力。 167。 混凝土的力学性能 一、混凝土的强度 立方体抗压强度 fcu,k( 《普通砼力学性能试验方法》（ GBJ81—85） 以边长为 150mm 的立方体在 20177。 3˚C 的温度和相对湿度在 90%以上的潮湿空气中养护 28 天 ，依照标准试验方法测得的具有 95%保证率的抗压强度（以 N/mm2 计）作为混凝土的强度等级，并用符号 轴心抗压强度 fc,k 采用 150mmx150mmx300mm 棱柱体作为轴心抗压强度的标准试件 轴心抗拉强度 ft,k 立方体抗压强度 fcu,k 《普通砼力学性能试验方法》（ GBJ81—85） 0010or 5 l ll yyysfE     kcuck ff , 普通钢筋强度标准值 （ N / m m 2 ） 种 类 符号 f yk H P B 23 5( Q 23 5) 235 H R B 33 5( 20 M n S i ) 335 热轧钢筋 H R B 40 0( 20 M n S i V 、 20 M n S i N b 、 20 M nT i ) R R B 40 0( 20 M n S i ) 400 标准试件：尺寸 150179。 150179。 150，温度 20177。 3。 C，相对湿度 90%,28天龄期，保证率 95%，加荷速度每秒 —砼强度等级划分： C1 C C2 C C3 C C4 C50、 C5 C60、 C6 C70、 C7 C80 14 个级 C50C80 高强砼 《砼结构设计规范》规定，钢筋混凝土结构的混凝土强度等级应大于 C15；当采用 HRB335时，不宜低于 C20，预应力混凝土不应低于 C30，当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土等级不宜低于 C40。 套箍作用 轴心抗压强度 fc,k 标准试件： H/b≥ 3 fc,k与 fcu,k的关系： fc,k= 1﹒α 2 fcu,k 国外采用圆柱体试件确定 轴心抗拉强度 ft,k(the direct tensile strength) 试验方法：劈拉试验 ft,k 与 fcu,k 关系 ft,k= fcu,( )α 2 混凝土的抗拉强度比抗压强度低 得多，一般只有抗压强度的 5%~10% 混凝土的双向受力强度 混凝土在正应力和剪应力作用下的复合强度 三向受压时，混凝土的抗压强度和极限变形都有较大提高 二、混凝土的变形 混凝土的变形分为两类 ： 混凝土的受力变形 混凝土的非受力变形 混凝土在一次短期加荷 时的变形 1） 应力 —应变曲线（ 图 2－ 9） 2）混凝土的横向变形系数 υ c＝ 3）混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量 ckcucGmmNfE )/(/ 10 2,5 Gc＝ 混凝土在多次重复加荷时的变形 疲劳现象 强度值和弹性模量均有下降。 徐变： 在荷载保持不变的情况下随时间而增长的变形 A、徐变的应变与时间关系曲线 B、徐变的影响因素 1）水灰比、和水泥用量； 2）骨料的级配与刚度； 3）混凝土的密实性； 4）构件养护温度、湿度； 5）构件使 用时的温度、湿度； 6）构件比表面积； 7）构件加荷时的龄期； 8）持续应力的大小。 收缩：不受应力、体积减小。 A、影响收缩因素： 内在因素、外部环境 B、减少收缩的措施： 混凝土的收缩与膨胀 混凝土在水中或处于饱和湿度情况下硬结时体积增大的现象称为膨胀 混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩 混凝土的选用原则 建筑工程中，钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应低于 C15 当采用 HRB335 级钢筋时，不宜低于 C20 当采用 HRB400 和 RRB400 级钢筋以及承受重复荷载的构件，不得低于 C20 预应力混凝土结构不应低于 C30 采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，不宜低于 C40 167。 钢筋与混凝土的粘结力 一、粘结力组成： 粘结力的定义及组成 粘结力的定义 ——若钢筋和混凝土有相对变形（滑移），就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，这种力称为钢筋与混凝土的粘结力 粘结力的组成 1 化学胶结力：混凝土凝结时，由于水泥的水化作用在钢筋与混凝土接触面上产生的化学吸附作用力 2 摩擦力：混凝土收缩后将钢筋紧紧地握裹住而产生的力 3 机械咬合力：钢筋表面凹凸不平与混凝土产 生的机械咬合作用而产生的力 4 钢筋端部的锚固力：采取锚固措施后所造成的机械锚固力 二、影响粘结强度的因素 ①砼强度，②保护层厚度，③钢筋净距，④横向配筋及侧向压应力，⑤浇筑砼时钢筋的位 置，⑥钢筋表面形状。 粘结强度 ： 钢筋与混凝土的粘结强度通常采用拔出试验来测定。 设拔出力为 F，则 以粘结破坏（钢筋拔 出或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土截面上的最大平均粘结应力作为粘结强度 dlTft  ft：平均剪应力 T： 拉拔力的极限值 d：钢筋直径 l：钢筋植入深度 进行拔出试验时，受拉钢筋达到屈服的同时发生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为基本锚固长度，用 la表示 保证可靠粘结的构造措施 钢筋的间距和混凝土的保护层不能太小 、 优先采用小直径的变形钢筋，光面钢筋末端应设弯钩 、 钢筋伸入支座应有足够的锚固长度 、 钢筋不宜在混凝土的拉区截断 、 在大直径钢筋的搭接和锚固区域内宜设置横向钢筋 本章小结 为了学习钢筋混凝土结构的设计与构造，必须对钢筋和混凝土两种材料的力学性能及其相互作用有较深入的了解。 ⑴ 混凝土的强度等级，系 指标准试件（边长为 150mm）在标准条件下养护 28。