混凝土结构设计原理复习

2020/2/51第一章钢筋混凝土概论•1.1钢筋混凝土结构概述P4定义：钢筋混凝土结构是钢筋和混凝土两种力学性能不同的材料组成的结构，且两者能有效地组合在一起共同发挥作用。2020/2/52钢筋混凝土结构：由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制成的结构。钢筋混凝土的产生：将钢筋和混凝土结合在一起共同工作，混凝土承受压力，钢筋承受拉力，将可以充分发挥各自的优势。混凝土：非均匀材料：抗压强度高，抗拉强度很低为抗压强度的（1/8~1/18）。钢筋：抗拉和抗压强度都很高，主要承受拉力2020/2/53P5钢筋和混凝土两种力学性能不同的材料能有效的结合在一起共同工作的原因：1.混凝土和钢筋之间存在较大的粘结力（或握裹力），使钢筋与混凝土能可靠地组成一个整体，共同变形2.大致相同的温度线膨胀系数，温度变化时不产生过大的温度应力而破坏两者之间的粘结。3.包围在钢筋外的混凝土起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，保证结构具有良好的耐久性。2020/2/541.2钢筋混凝土结构的特点P6优点：耐久性好现浇结构的整体性工作性好刚度大可塑性好耐火性好就地取材，节约钢筋P6缺点：自重大抗裂性能差，带裂缝工作施工受气候条件影响耗费较多的模具和木料修补和拆除较困难2020/2/55第二章钢筋混凝材料2.1.1混凝土的强度三个强度指标：1.立方体抗压强度2.棱柱体强度（轴心抗压强度)3.混凝土抗拉强度2020/2/56P71.混凝土的立方体抗压强度----基本强度指标（1）定义：每边长150mm的立方体试件，在标准养护条件下养护28d，依照标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度值（以MPa计）作为混凝土的立方体抗压强度标准值。该值也用来表示混凝土的强度等级，并冠以“C”例如：C30表示为该混凝土的立方体抗压强度的标准值为30MPacuf2020/2/57P7•用150mm×150mm×300mm棱柱体为标准试件测得的抗压强度。•注：试件制作、养护和加载试验方法同立方体试件2.棱柱体强度（轴心抗压强度)2020/2/58P83.混凝土抗拉强度混凝土强度基本指标测定方法：直接拉伸试验和劈裂试验2020/2/59P94.复合应力状态下混凝土强度1,2(压－压)混凝土强度增加（第三象限）1,2(拉－压)混凝土强度降低（第二、四象限）1,2(拉－拉)混凝土强度基本不变（第一象限）6.04.02.00.12.18.04.02.06.08.00.12.12112c2/fc1/fc227.1f1c22c1c25.12fc127.1maxfc15.0f01.0（1）双向正应力作用(如下图)2020/2/51020050N/mm235N/mm212210N/mm21501005005101520251(‰)（2）三向应力状态（抗压强度提高）2cckffc混凝土圆柱体三向受压，混凝土的轴心抗压强度随另外两向压应力增加而增加。与侧压的经验公式：2cfc2020/2/511P102.1.2混凝土的变形1、混凝土变形性能的特点•影响因素——混凝土强度、材料组成、配合比、龄期、试验方法及箍筋约束等。受力而产生的变形：与受力无关：收缩和温湿度变化而产生的变形长期荷载作用下的变形一次短期加载下的变形重复荷载作用下的变形•分类2020/2/512（1）混凝土的应力应变曲线~2.混凝土在单调、短期加载作用下的变形性能残余应力（峰值应力）（反弯点）收敛点)（峰值应变）×受力过程：OA——弹性阶段（0.3fc）AB——弹塑性阶段（裂缝稳定阶段）（=0.3fc～0.8fc）BX——裂缝不稳定阶段：（=0.8fc～1.0fc）特征值fc：峰值应力（轴心抗压强度）0：对应于应力峰值点的应变《规范》c0=0.002cu：最大应变（混凝土极限压应变）《规范》cu=3.0×10-3三个阶段：上升段、下降段、收敛段2020/2/513c9MPafc40)(MPa9152228324030201000.0010.0020.0030.004强度等级不同的混凝土的应力应变曲线•混凝土强度愈高，应力应变曲线下降愈剧烈，延性就愈差（延性是材料承受变形的能力）。2020/2/514kcc0cecp0hP11（2）混凝土的模量•抗压弹性模量（三种表示方法）※原点弹性模量※切线弹性模量※变形模量（割线弹性模量）2020/2/5152)混凝土在荷载长期作用下的变形–––徐变在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间而增加，亦即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种现象被称为徐变。徐变定义：2020/2/516P13影响混凝土徐变的因素（1）加载龄期：加载龄期越老，水泥石晶体所占比重越大，胶体粘流就越小，徐变就越小。•当应力0.5cf时，徐变大致与应力成正比，产生线性徐变。（2）加载应力大小：0.8cf时，徐变急剧增加，不收敛。(0.5~0.8)cf产生非线性徐变。时，徐变的增长较应力快，•当应力•当应力工程应用工程应用预应力混凝土构件的预加力过高危险应避免过早的施加预应力2020/2/517（3）周围湿度：混凝土周围的湿度是影响徐变大小的主要因素之一，外界相对湿度越低，混凝土的徐变就越大。（4）混凝土的组成成份和配合比：水泥用量、水灰比、水泥品种，养护条件等对徐变有影响，水泥用量多，水灰比大，徐变则大，水泥的活性越低，徐变越大。（5）构件尺寸。尺寸大徐变小。2020/2/5183）混凝土的非荷载变形–––收缩（1）定义：混凝土在空气中结硬时体积随时间推移而减小的现象称为收缩。蒸汽养护常温养护051015200.10.20.30.4时间(月)2020/2/5192.2钢筋•P15单项拉伸试验是确定钢筋力学性能的主要手段。•钢筋应力应变曲线分类软钢：有明显流幅(热轧钢筋、冷拉钢筋)硬钢：无明显流幅(高强碳素钢丝、钢绞线)2020/2/520比例极限屈服强度极限强度o(N/mm2)fyfted流幅abcfoa－弹性阶段a－比例极限fd－强化阶段d－极限强度de－颈缩阶段cf－屈服台阶c－屈服强度:屈服下限－伸长率：e点应变（用百分数表示）e四个受力阶段四个特征值软钢------有明显流服钢筋的应力应变曲线2020/2/521•P16屈强比：•P16伸长率:衡量钢筋拉伸时的塑性指标屈强比极限抗拉强度屈服强度2020/2/522两个强度指标：（1）c点的屈服强度——是钢筋混凝土结构设计计算中强度取值的主要依据，因为钢筋应力达到屈服极限后，荷载不增加，应变继续增大，使得钢筋混泥土裂缝开尺过宽，变形过大，结构不能正常使用。（2）d点的极限强度——材料的实际破坏强度，衡量钢筋经大变形后的抗拉能力，不能作为计算依据。屈强比极限抗拉强度屈服强度2020/2/523无明显流幅钢筋的应力—应变关系曲线主要针对强度高，塑性差，脆性大的钢筋。条件屈服强度——对残余应变为0.2%时的应力0.2作为屈服点，一般取极限强度的85%。0.2%0.2(N/mm2)o0.2－条件屈服强度2020/2/52420MnSi2V含碳万分数含锰、硅、钒的百分数碳素钢普通低合金钢低碳钢（含碳量少于0.25%）中碳钢（含碳量0.25%~0.6%）高碳钢（含碳量大于0.6%)1.按化学成份分2.2.2钢筋的成分、级别和分类2020/2/5252、普通钢筋按照外形特征分类光面钢筋螺纹钢筋月牙纹钢筋人字纹钢筋•热扎光圆钢筋（R235（HPB235））•热扎带肋钢筋(HRB335,HRB400,KL400（RRB400）)2020/2/5263、普通钢筋强度分级•我国《工桥规》对钢筋混凝土结构中使用的普通钢筋按照强度分为3个强度等级。2020/2/5272.3钢筋与混凝土的共同作用•粘结应力：钢筋与混凝土接触面上所产生的沿钢筋纵向的剪应力。•粘结强度：采用拔出试验测定2020/2/528.P18影响粘结强度的主要因素:•混凝土的强度等级•浇注混凝土时钢筋所处的位置有关•钢筋之间的净距•混凝土保护层厚度•钢筋的表面形状2020/2/529第二章概率极限状态设计方法•P20国际上将结构概率设计法案精确程度不同分为如下三个水准：水准Ⅰ——半概率设计法水准Ⅱ——近似概率设计法水准Ⅲ——全概率设计法2020/2/5303.1概率极限状态设计法的基本概念1）结构的功能要求P21结构应能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种荷载、外加变形、约束变形等的作用——承载能力（安全性）结构在正常使用时具有良好的工作性能——适用性结构在正常维护条件下具有足够的耐久性——耐久性在偶然荷载作用下或偶然事件发生时和发生后，结构仍能保持整体稳定性，不发生倒塌——稳定性（安全性）2020/2/5312)极限状态1．定义：在使用中若干结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态称为该结构的极限状态。P21结构的极限状态也是结构处于可靠状态与失效状态的临界状态。2.极限状态分类P21承载能力极限状态正常使用极限状态“破坏——安全”极限状态2020/2/5323.极限状态方程P23•若功能函数中仅包括结构抗力R和作用（或荷载）综合效应S两个基本变量，则功能函数为：0结构可靠=0极限状态0结构失效(,)ZgRSRS2020/2/5333.2.1三种设计状况P25•我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定的结构设计的三种状况：1、持久状况：该状况是指桥梁的使用阶段。——进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计。2、短暂状况：桥涵施工过程中承受临时性的状况，该状况对应的是桥梁的施工阶段，一般只进行承载能力极限状态设计3、偶然状况：在桥涵使用过程中偶然出现的状况。（可能遇到地震等作用的状况。——只进行承载能力极限状态设计2020/2/5341、设计原则：作用效应最不利组合(基本组合)设计值必须小于或等于结构抗力的设计值。3.2.2承载能力极限状态状态设计表达式P25（以塑性理论为基础）：RSd02、基本表达式:3、安全等级:根据桥涵破坏所产生后果的严重程度，划分为三个安全等级4、公路桥涵承载能力极限状态：对应于桥涵及其构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位的状态。2020/2/5353.2.3持久状况正常使用极限状态计算表达式P261cs2、极限状态设计表达式:3、公路桥涵正常使用极限状态：对应于桥涵及其构件达到正常使用或耐久性的某项限值的状态。1、设计原则:是以结构弹性理论或弹塑性理论为基础,采用作用的短期效应组合、长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合的影响，对构件的抗裂、裂缝宽度和挠度进行验算，并使各项计算值不超过《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定的各项限值。2020/2/5361.材料强度的标准值:材料强度的一种特征值。是由标准试件按标准试验方法经数理统计以概率分布的0.05分位值确定的强度值。2.取值原则：是在符合规定质量的材料强度实测值的总体中，材料的强度标准值应具有不小于95％的保证率。3.3.1、材料强度的取值原则3.3材料强度取值：《公桥规》对材料强度的取值采用标准值和设计值P272020/2/5373.材料强度的设计值:——材料强度标准值除以材料分项系数002.0)47.12.145.1pssppdsssdsscEfEf（应取：或抗压强度设计值：（抗拉）钢丝、钢铰线：:度钢筋：普通钢筋抗拉强混凝土：mkff公式参数取值方法：2020/2/5383.3.3钢筋的强度标准值和强度设计值P281、标准值对有明显流幅的热轧钢筋，钢筋的抗拉强度标准值采用国家标准中规定的屈服强度标准值(废品限值，其保证率不小于95%)对于无明显流幅的钢筋，取国家标准中规定的极限抗拉强度）作为设计取用的条件屈服强度（指相应于残余应变为0.2%时的钢筋