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混凝土结构设计方法

课程概述课程目标掌握混凝土结构设计基本原理学习内容材料性能、构件设计、结构体系考核方式

第一章：混凝土结构概述混凝土结构的定义混凝土与钢筋组合形成的承重体系通过材料复合发挥协同作用混凝土结构的优缺点优点：强度高、耐久性好、防火性能佳

混凝土结构的分类钢筋混凝土结构普通钢筋与混凝土共同工作预应力混凝土结构通过施加预应力提高承载能力其他类型

混凝土结构的应用领域建筑工程住宅、商业、工业建筑桥梁工程拱桥、梁桥、斜拉桥水利工程水库、水电站、水闸

混凝土结构设计的发展历程1早期发展19世纪：钢筋混凝土初创1900-1950：理论框架建立2现代设计方法的演进1960-1980：极限状态设计法1980-2000：可靠度理论引入2000至今：数字化与可持续设计

第二章：材料性能水泥凝结硬化的主要材料骨料砂石构成混凝土主体水水化反应的必要条件外加剂改善混凝土特性

混凝土的强度等级抗压强度(MPa)抗拉强度(MPa)

混凝土的力学性能应力-应变曲线非线性关系，压曲线呈抛物线徐变长期荷载作用下应变增长收缩水分散失导致体积减小

钢筋的种类和性能类型牌号屈服强度应用场合热轧钢筋HPB300300MPa箍筋、构造钢筋热轧带肋钢筋HRB400400MPa主筋、受力钢筋冷加工钢筋CRB550550MPa高强度需求场合

钢筋与混凝土的粘结性能化学粘结水泥浆体与钢筋表面摩擦力拉拔时产生摩擦阻力机械锁定肋钢筋与混凝土咬合

第三章：结构设计基本原理设计目标安全性、适用性、耐久性、经济性安全性承载能力满足使用要求抵抗各种可能的破坏适用性变形、裂缝控制在允许范围满足使用功能需求

极限状态设计法概述承载能力极限状态强度破坏、失稳、疲劳破坏正常使用极限状态变形控制、裂缝宽度限值耐久性极限状态抵抗环境侵蚀的能力

荷载和作用永久荷载结构自重固定设备重量可变荷载使用荷载风荷载、雪荷载偶然荷载地震作用爆炸冲击

结构可靠度可靠度指标β值反映结构安全裕度一般建筑β=3.2-3.7重要建筑β4.0失效概率与可靠度指标反向关系Pf=Φ(-β)通常要求Pf10^-5

部分系数设计法1.2-1.4永久荷载分项系数考虑自重变异性1.4-1.6可变荷载分项系数考虑活荷载随机性1.1-1.4材料分项系数考虑材料性能离散性

第四章：受弯构件设计简支梁两端自由转动悬臂梁一端固定一端自由连续梁多跨连续

受弯构件的破坏形态正截面破坏混凝土压区压碎钢筋拉断或屈服弯矩作用下产生斜截面破坏斜裂缝扩展混凝土受拉区撕裂剪力作用下产生

正截面承载力计算1基本假定平截面假定2混凝土应力图形等效矩形应力图形3相对界限值ξb确定破坏形态4承载力计算内力平衡方程求解

矩形截面梁的设计

T形截面梁的设计有效翼缘宽度确定考虑板的协同作用范围中和轴位置判断在翼缘内或翼缘下承载力计算区分不同计算公式配筋设计确定受拉钢筋面积

斜截面承载力计算剪力作用机理混凝土和箍筋共同抵抗斜裂缝发展45°角斜裂缝扩展破坏模式脆性破坏需避免

斜截面配筋设计箍筋的布置垂直箍筋倾斜箍筋配筋率计算弯起钢筋的设置弯起位置确定弯起角度选择与箍筋协同作用

构造要求最小配筋率防止脆性破坏纵筋ρmin=0.2%箍筋ρv,min=0.08%钢筋间距确保混凝土浇筑密实最小净距≥25mm最大间距≤200mm保护层厚度防火防腐蚀保护梁底25-30mm环境等级影响

第五章：受压构件设计轴心受压荷载作用于截面中心偏心受压荷载产生附加弯矩短柱与长柱按长细比λ区分

短柱的设计0.9稳定系数短柱取0.9-1.01-3%配筋率范围经济合理区间6最少纵筋根数确保受力均匀

长柱的设计长细比λ稳定系数φ

偏心受压构件的设计小偏心受压e0/h≤0.3中和轴在截面内全截面受压控制大偏心受压e0/h0.3截面部分受拉类似受弯构件设计

柱的构造要求纵向钢筋最少4根，直径≥12mm箍筋直径≥6mm，间距≤15d构造加密区柱端部箍筋加密保护层厚度≥30mm

第六章：受拉构件设计轴心受拉钢筋承担全部拉力偏心受拉拉力与弯矩组合作用应用场合拉杆、吊杆、拉索

受拉构件的承载力计算截面确定满足最小尺寸要求配筋计算As=N/(fy/γs)裂缝宽度验算控制在允许范围内

受拉构件的构造要求最小配筋率ρmin=0.2%防止裂缝过大钢筋布置均匀分布确保协同工作锚固要求满足计算锚固长度防止钢筋滑移

第七章：受扭构件设计

受扭构件的破坏特征裂缝发展呈螺旋形分布与构件轴线成45°角环绕整个截面出现破坏模式混凝土斜拉破坏配筋不足导致脆性破坏配筋合理时钢筋屈服

受扭承载力计算薄壁截面理论适用于矩形截面空间桁架模型计算斜筋与箍筋组合作用弯剪扭共同计算

受扭构件的配筋设计纵向钢筋均匀布置在截面四周箍筋设计封闭箍，间距减小构造措施确保空间骨架整体性

第八章：板的设计单向板荷载主要沿一个方向传递双向板荷载