林老师上课课件

第三章
钢筋混凝土构件的承载力
★ 压弯构件正截面承载力计算 ★ 压弯构件斜截面抗剪承载力
思考题 1.压弯构件的试验研究（受弯构件和受压短柱、 长柱的试验情况、受力表现及破坏特征等）； 钢筋对压弯构件强度和变形的影响。
2.构件正截面强度计算中基本假定的作用及适用
性；如何应用平截面假定判别压弯构件的破坏 形态？ 3.简支梁斜截面破坏的类型和机理；箍筋对梁抗 剪的作用。
9.为何要建立复杂应力下的混凝土强度准则？试 比较各种强度准则的特点及适用性。 10.高性能混凝土的原材料、配合比与材料性能。 11.混凝土外加剂的种类、作用及研究进展。 12.纤维混凝土品种、性能、研究与应用情况。
★ 混凝土的破坏机理
混凝土单轴受压应力—应变全曲线
混凝土受压过程中裂缝的形成与发展：
1990年5月，美国国家标准与技术研究 院NIST与美国混凝土协会ACI：同时具有某 些性能的匀质混凝土，必须采用严格的施 工工艺与优质原材料，配制成便于浇捣、 不离析、力学性能稳定、早期强度高、具 有韧性和体积稳定等性能的混凝土。
吴中伟定义：HPC是一种新型高技术混 凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的 基础上，采用现代混凝土技术，选用优质 原材料，在严格的质量管理条件下制成的； 除水泥、集料、水外，必须掺加足够数量 细掺料与高效外加剂；HPC重点保证以下性 能：耐久性、工作性，各种力学性能、适 用性、体积稳定性及经济合理性。
钢筋混凝土结构理论
主要参考文献
1.王传志，滕智明. 钢筋混凝土结构理论 . 北京：中
国建筑工程出版社，1985
2.R Park ， T Pauley. Reinforced Concrete
Structures. 1975
第一章
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
钢筋的物理力学性能
单向拉伸应力—应变曲线 加载速度对钢筋强度的影响 钢筋的冷加工 钢筋徐变与松弛 钢筋的应力腐蚀 钢筋疲劳断裂 包兴格效应
（二）延性设计的目的 1.在地震力作用下，从截面屈服至承载力 有限下降，有一较长的变形过程耗散地震能； 2.塑性铰有足够的转动能力，以使结构能 形成足够多的塑性铰，形成机动体系，完成内 力重分布；
3.作为偶然事件发生时结构的安全储备；
4.结构构件破坏之前有明显预兆。
（三）延性的表达方式
以“力—变形关系”综合反映延性。
强度高，延伸率降低；总压缩率相同时，引拔次
数对钢丝强度影响不大，但延伸率随引拔次数增 加而减小。
★ 加载速度对钢筋强度的影响
加载快，屈服强度提高；但随钢筋强度加大，
屈服强度的提高值降低。
强度相近的钢种，强度提高比值相近；无屈
服台阶的钢种σ
0.2在快速变形下的提高比值，与同
等强度具有屈服台阶的钢种相近。
二、斜截面抗剪承载力 （一）无腹筋简支梁的抗剪承载力 1. 斜截面破坏的类型与破坏机理
斜裂缝：
次生裂缝：
斜截面剪切破坏：
斜拉破坏、剪压破坏、斜压破坏。
弯剪破坏和斜弯破坏：
宏观破坏形态同剪切破坏，但实际承载力由
纵筋屈服强度决定，不属于真正的剪切破坏。
2.抗剪承载力的计算 1）影响抗剪强度的主要因素：
思考题： 1. 钢筋单向拉伸应力 — 应变曲线的金相学解释 。
2. 钢筋经冷拉和冷拔后物理力学性能有何改变
？
3. 钢筋的徐变与松弛。
4. 钢筋的应力腐蚀。
5. 钢筋的疲劳断裂。
6. 包兴格效应及其工程意义。
第二章 混凝土的物理力学性能
★ 混凝土的破坏机理
★ 单轴荷载下混凝土的强度与变形 ★ 复杂应力下混凝土的强度 ★ 混凝土在重复荷载作用下的变形性能 ★ 混凝土在反复循环荷载作用下的变形性能 ★ 混凝土的强度准则 ★ 高性能混凝土
a.剪跨比：对剪切破坏形态起决定作用。
b.混凝土强度：
斜压破坏，取决于抗压强度；
斜拉破坏，取决于抗拉强度；
剪压破坏：随剪跨比加大，抗拉作用渐重要。
c.纵筋配置： 直接作用：销栓作用，剪跨比较小时作用大， 剪跨比较大时，可能沿纵筋发生粘结破坏或混凝 土撕裂；
间接作用：对压区高度的影响。
d.尺寸效应（截面高度）：截面高度大时，无腹
（1）单调荷载：力—变形曲线 （2）反复交变荷载：滞回环骨架曲线 1.延性系数 延性比：曲率延性比、转角延性比、位移延 性比
“屈服”：
A.截面屈服：控制截面上的主筋达到屈服应变
B.构件屈服：
a）以力—变形曲线上出现明显拐点作为标志，
拐点即屈服点；
b）采用能量法确定构件屈服点。
C.结构屈服：
a）以力—变形曲线上的拐点为屈服点；
1.符合平截面假定，不考虑钢筋与混凝土的相对
滑移；
2.已知钢筋与混凝土的应力—应变关系；
3.不考虑混凝土收缩、徐变等时随变形的影响。
（二）基本公式的建立
基本公式ΣN=0、ΣMAs=0:
——基本公式ΣN=0、ΣMAs=0，理论上可求
解中心受压、偏心受压、中心受拉、偏心受拉及
受弯构件的正截面承载力：
★ 钢筋的冷加工
冷拉：在常温下将钢筋拉过屈服强度、至强化阶段的 某一应力水平。以节约钢材、提高钢筋屈服强度为目的
冷拉后，钢材产生形变强化，抗拉屈服强度提高
，延伸率下降：
1）屈服强度提高程度与钢筋强度有关；
2）屈服点随时效时间增加，钢种级别越高，变 化越小； 3）钢筋强度高时，达控制冷拉应力，所需冷拉 率小，冷拉率大将影响冷拉后的延伸率；
（二）计算理论的发展 1.粘结—滑动理论 以钢筋与混凝土间粘结滑动为控制裂缝的机 理，认为裂缝间距取决于钢筋与混凝土间粘结应 力的分布，影响裂缝间距的主要变量为钢筋直径 与截面配筋率的比值。
2.无滑动理论 假定钢筋与混凝土充分粘结，则钢筋表面 裂宽为零，距离钢筋表面最远的混凝土表面裂宽 最大，影响裂宽的主要因素是混凝土保护层厚度。
3.一般裂缝理论
建立在上述两种理论的基础上，既考虑混凝 土保护层中应变梯度的影响，又考虑钢筋可能的 粘结滑动。
思考题： 1. 钢筋混凝土构件裂缝的种类、成因与裂缝控制 。
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2.三种裂缝计算理论的假设及特点。
3.受弯构件在短期、长期、重复荷载下的变形特
点与计算方法。
第五章 钢筋混凝土结构构件的延性
一、结构构件的延性及表达方式 （一）延性的概念 ——结构构件破坏之前，所具有的非弹性 变形能力。
——钢筋在外力循环作用下，由于内部缺陷
导致疲劳断裂。 疲劳断裂过程：反复荷载作用下，钢筋内部 质量薄弱处产生应力集中——个别点首先出现塑 性变形，久之形成微裂纹——裂纹增加、连接、
发展，形成裂缝——截面削弱，应力集中急速加
剧，超过晶体结合力。
★包兴格效应
钢筋经拉伸（或压缩）超过弹性变形后，其 反向加载下的弹性极限显著下降，荷载超过弹性 极限越多，反向受力时的弹性极限降低越多。此 现象即“包兴格效应”。
4. 非稳定裂缝扩展阶段：荷载超过临界应力，出 现大量砂浆裂缝、并急剧发展，与向砂浆内延 伸的粘结裂缝连接贯通，出现不稳定裂缝，荷 载不变，裂缝自行扩展。
★ 混凝土在重复荷载作用下的变形性能
★ 混凝土的强度准则
——建立混凝土空间坐标破坏曲面的 规律，概括复杂应力状态下混凝土的强度 破坏条件。
★ 高性能混凝土（HPC）：
已知εc、k，可求任意点应变，由材料应力—
应变关系，可得该点应力，则由基本公式即可求
解N、M。
（三）截面的Np - Mp关系
求解基本方程，可得到不同N值的N – M曲线，
其包络线即截面强度的Np – Mp关系曲线。
（四）截面的弯矩—曲率—轴力（M-Φ-N）关系 由基本方程，求压弯构件抗弯强度及曲率，得 到M-Φ-N关系： 大偏压时，轴力增大，截面抵抗弯矩增加，但 延性下降； 小偏压时，轴力增大，截面抵抗弯矩减小，延 性下降。
思考题： 1.混凝土中裂缝的形成和发展。 2. 混凝土单轴受压应力 — 应变关系及主要影响因素 。 3.混凝土复杂受力下强度的变化规律。 4.混凝土局部承压工作机理及强度计算。 5.重复荷载作用下混凝土的强度和变形。 6.反复循环荷载下混凝土的变形性能。 7.混凝土的徐变。 8.混凝土的膨胀与收缩。
筋梁抗剪强度降低。
e.加载方式：
2）无腹筋梁抗剪承载力经验公式： Vc/bh0=α cfc+α sρ fy
（二）配腹筋简支梁的抗剪承载力 1.剪切破坏类型与破坏机理 2.抗剪承载力控制区
配箍筋梁抗剪承载力经验公式:
Vcs/bh0=αcfc+αsρfy+αsv fyvAsv/bs
第四章 钢筋混凝土构件的裂缝与变形
★ 钢筋徐变与松弛
徐变：在高应力下，钢筋应变随时间增长。 是塑性变形。 松弛：钢筋受力后，长度保持不变，应力随 时间增长而降低。应力解除后，松弛可恢复。
★ 钢筋的应力腐蚀
应力腐蚀：钢筋在电化学腐蚀和应力复合作 用下导致断裂。 条件：一定的材质条件，一定的腐蚀介质， 产生应力的原因。
★ 钢筋疲劳断裂
★ 单向拉伸应力—应变曲线
弹性变形：金属内部原子间距改变。取决于 晶体阵上原子间的相互作用力。
塑性变形：沿某些结晶面，施加的剪应力超
过晶体临界切应力，金属晶体沿结晶面发生滑移。
实际，晶体临界切应力远小于理论值，原因：晶
体中缺陷——位错：金属晶体中原子排列并非十
分整齐，塑性变形时，滑移面不是整排原子一起
移动，而是位错移动造成晶面间相对滑动。
屈服上限：钢中杂质原子或离子处于位错中 心，起“钉扎”作用，增加位错运动阻力，宏观 形成“上限”。 屈服下限：位错运动后，杂质原子滞后，位
错脱锚，发生低应力下滑动。
强化阶段：晶面滑移时，晶粒变形、位错繁 殖。位错密度大量增加，发生交割，加大运动阻 力，出现强化现象。
4）冷拉后由静力法测得的弹性模量下降，经人
工时效几乎恢复原值。
冷拉控制方法： 冷拉时只用冷拉率或者冷拉应力控制叫单 控 冷拉时只用冷拉率或者冷拉应冷拉应 力同时应用，称为双控。采用单控，施工 简单方便力控制叫单控，冷拉时冷拉率和。 但对于材质不均匀的钢筋，不可能逐根试 验（逐根试验，费工费料，不可能这样做， 有的同一根钢筋冷拉率也不一样）冷拉质 量得不到保证。双控方法可以避免上述问 题。冷拉时，对于控制应力已经达到，冷 拉率没有超过允许值的，可以认为合格。 但是，如果冷拉率已经达到，而冷拉应力 还达不到控制应力，这种钢筋要降低强度 使用。对于预应力钢筋必须采用双控方法。
★ 钢筋混凝土构件的裂缝
（一）裂缝种类及成因
1.塑性混凝土裂缝
1 ）塑性沉降裂缝：固体颗粒下沉、水上移过 程中，由于钢筋阻碍下沉而产生的裂缝，沿钢筋 分布，深度至钢筋表面； 2 ）塑性收缩裂缝：混凝土在养护过程中，表 面干燥速度大于泌水速度时发生 , 分布形状无规 则；
2.温度、收缩裂缝 1 ）温度裂缝：从浇筑至使用阶段都可能出现 。 共时温差、历时温差。 2 ）结硬后混凝土收缩产生的裂缝：一般在浇 注后1-2年出现。 3.荷载、不均匀沉降等产生的裂缝 荷载、不均匀沉降等产生的拉应力大于混凝 土抗拉强度时发生，裂缝宽度几乎与钢筋应力成 正比。
冷拔：将钢筋拉过比其直径小的硬质合金模，使受侧 压力，截面积减小，长度增加。（常温）
随引拔拉力和横向挤压力的增加，钢筋强度
提高，延伸率急剧下降。 截面压缩率小于20-30%，主要是位错密度增 加提高钢筋强度；大于50%，不仅晶粒滑移，而 且滑移面转动，产生各向异性，二者使抗拉、压
强度提高。
除原材料强度外，冷拔后截面总压缩率大，
4.配箍梁剪切强度控制区的影响因素。
5.T 形截面梁的抗剪性能（厚腹、薄腹梁：破坏
形态、传力途径）。 6.复杂荷载、均布荷载下简支梁的抗剪性能。 7.反向弯矩、塑性铰和轴向力对压弯构件抗剪承 载力的影响。
8.抗剪强度理论的研究概况与发展前景。
一、压弯构件正截面承载力计算（一般理论）
（一）基本假定
1. 原始微裂缝阶段：加载前，由于水泥浆硬化干 缩、水分蒸发等原因，在混凝土内部形成主要 分布于较大粗骨料与砂浆界面上的原始微裂缝 （粘结裂缝）。
2. 稳定裂缝产生阶段：单轴压应力不超过比例极 限，原始裂缝扩展并产生新的粘结裂缝，但裂 缝处于相对独立的发展阶段，应力—应变关系 基本为弹性。
3. 稳定裂缝扩展阶段：继续加载，但不超过临界 应力，粘结裂缝向砂浆内延伸，并在砂浆内产 生新裂缝，应力—应变关系明显非线性；若停 止加载，裂缝扩展停止。
b）屈服位移取第一次屈服发生时的位移；
c）假设结构为理想弹性体系； d）假设结构为理想弹塑性体系，其能量吸收与 实际吸能相等时，理想体系所对应的屈服变形； e）双直线法，要求：1）双直线所围面积与实 际相等，2）双直线与实际曲线偏离值最小。