钢筋混凝土结构学课件：水工领域中的受压构件承载力计算方法.ppt

钢筋混凝土结构学：水工领域中的受压构件承载力计算方法本课件将深入探讨钢筋混凝土结构学在水工建筑中的应用，重点讲解受压构件承载力计算方法。

课程概述和学习目标课程目标本课程旨在帮助学生掌握水工建筑中受压构件承载力计算方法，并能运用这些方法解决实际工程问题。学习目标学生将能够理解受压构件的基本概念，掌握轴心受压和偏心受压构件的计算理论，并了解环境因素对构件性能的影响。

水工建筑中常见的受压构件类型水闸水闸是控制水流的重要建筑物，其闸门、闸墩等均为受压构件。水电站水电站中的水轮机、发电机等重型设备基础以及水坝的底部均需要承受巨大的压力。堤防工程堤防工程的主要作用是防止洪水泛滥，其堤身、护坡等结构均需要承受水压。水池结构水池、水塔等结构需要承受水压，其池壁、池底等构件均为受压构件。

混凝土结构在水工建筑中的应用历史119世纪初水泥技术发展，混凝土开始应用于小型水工建筑。219世纪末钢筋混凝土技术出现，混凝土结构开始应用于大型水工建筑。320世纪混凝土结构在水工建筑中得到广泛应用，出现了许多大型水坝和水利工程。421世纪高性能混凝土和新型材料技术推动了水工建筑的发展，混凝土结构在水工建筑中的应用不断创新。

受压构件基本概念和力学特性压力受压构件是指承受垂直于其截面的压力荷载的构件，其主要受压破坏。应力受压构件内部由于外力作用产生的内力，以单位面积表示。应变受压构件在压力作用下发生的变形，以材料原长的相对变化量表示。

轴心受压构件的定义与特点定义轴心受压构件是指压力荷载作用线通过构件截面的形心，且与构件轴线重合的构件。特点轴心受压构件的受力较为简单，其计算方法也相对成熟，是受压构件中最基本的形式。

偏心受压构件的定义与特点定义偏心受压构件是指压力荷载作用线不通过构件截面的形心，或与构件轴线不重合的构件。特点偏心受压构件的受力比较复杂，其计算方法也相对复杂，需要考虑弯曲变形和剪切变形。

水工建筑中受压构件的特殊性1水压力水工建筑中的受压构件需要承受水的静水压力和动水压力，这与一般建筑物有所不同。2环境因素水工建筑的环境较为恶劣，如腐蚀、温度变化、冻融循环等，都会对构件性能产生影响。3抗震要求水工建筑往往位于地震多发区，其抗震设计需要满足更高的要求。

材料性能：混凝土的力学特性抗压强度混凝土的抗压强度是衡量其承载能力的重要指标。弹性模量混凝土的弹性模量反映其抵抗变形的能力。泊松比混凝土的泊松比反映其在受压时横向变形与纵向变形的比例。抗拉强度混凝土的抗拉强度较低，在受压构件中通常由钢筋来承担拉力。

混凝土的抗压强度和应力应变关系应变应力混凝土的抗压强度是指混凝土试件在破坏时所承受的最高压力，其应力应变关系呈现非线性特征。

混凝土的开裂机理和破坏模式微裂缝形成混凝土内部存在微小的缺陷和空隙，在外力作用下会形成微裂缝。裂缝扩展随着外力的增大，微裂缝会逐渐扩展，并最终导致混凝土开裂。破坏混凝土开裂后，其承载能力急剧下降，最终导致破坏。

材料性能：钢筋的力学特性抗拉强度钢筋的抗拉强度是指钢筋试件在破坏时所承受的最高拉力，是衡量钢筋承载能力的重要指标。屈服强度钢筋的屈服强度是指钢筋发生明显的塑性变形时的应力，是衡量钢筋塑性变形能力的重要指标。弹性模量钢筋的弹性模量反映其抵抗变形的能力，钢筋的弹性模量远大于混凝土的弹性模量。

钢筋与混凝土的粘结作用机械咬合钢筋表面粗糙，与混凝土之间形成机械咬合，增大摩擦力。1化学粘结钢筋表面与混凝土之间发生化学反应，形成化学键，增强粘结强度。2应力传递粘结作用使得钢筋能够将拉力传递给混凝土，共同承担荷载。3

受压构件中钢筋的作用机理1抗拉钢筋主要承担受压构件的拉力，防止混凝土开裂。2约束钢筋的存在可以约束混凝土的收缩和膨胀，提高构件的整体性。3增强钢筋可以增强混凝土的抗剪能力，提高构件的抗震性能。

轴心受压构件的计算理论基础弯矩偏心荷载会产生弯矩，使构件发生弯曲变形。剪力荷载会产生剪力，使构件发生剪切变形。压力荷载会产生压力，使构件发生压缩变形。

轴心受压构件的受力分析压力垂直形心内力抗压截面内

轴心受压构件的变形特征轴向缩短轴心受压构件在压力作用下，其长度会发生缩短。横向膨胀轴心受压构件在压力作用下，其横向尺寸会发生微小的膨胀。

轴心受压构件的破坏形态1脆性破坏混凝土强度较低，可能发生脆性破坏，无明显预兆。2塑性破坏钢筋强度较高，可能发生塑性破坏，有明显的变形预兆。3失稳破坏长细比较大的构件，可能发生失稳破坏，出现弯曲变形。

轴心受压构件的承载力计算公式N=fcd*Ac*(1-η*A*λ*μ*ω*ψ)公式中，N为轴心受压构件的承载力，fcd为混凝土的抗压强度设计值，Ac为混凝土截面积，η为稳定性系数，A为长细比，λ为荷载持久性影响系数，μ为环境影响系数，ω为构件尺寸影响系数，ψ为钢筋