混凝土结构设计原理复习要点

1/6混凝土结构设计基本原理复习要点第1章绪论1.钢筋与混凝土为什么能共同工作：（1）钢筋与混凝土间有着良好的粘结力，使两者能可靠地结合成一个整体，在荷载作用下能够很好地共同变形，完成其结构功能。（2）钢筋与混凝土的温度线膨胀系数也较为接近，因此，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结。（3）包围在钢筋外面的混凝土，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，保证了钢筋与混凝土的共同作用。1、混凝土的主要优点：1)材料利用合理2)可模性好3)耐久性和耐火性较好4)现浇混凝土结构的整体性好5)刚度大、阻尼大6)易于就地取材2、混凝土的主要缺点：1)自重大2)抗裂性差3)承载力有限4)施工复杂、施工周期较长5)修复、加固、补强较困难建筑结构的功能包括安全性、适用性和耐久性三个方面作用的分类：按时间的变异，分为永久作用、可变作用、偶然作用结构的极限状态：承载力极限状态和正常使用极限状态结构的目标可靠度指标与结构的安全等级和破坏形式有关。荷载的标准值小于荷载设计值；材料强度的标准值大于材料强度的设计值第2章钢筋与混凝土材料物理力学性能一、混凝土立方体抗压强度（fcu,k）：用150mm×150mm×150mm的立方体试件作为标准试件，在温度为（20±3）℃，相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法加压到破坏，所测得的具有95%保证率的抗压强度。（fcu,k为确定混凝土强度等级的依据）1.强度轴心抗压强度（fc）：由150mm×150mm×300mm的棱柱体标准试件经标准养护后用标准试验方法测得的。（fck=0.67fcu,k）轴心抗拉强度（ft）：相当于fcu,k的1/8～1/17,fcu,k越大，这个比值越低。复合应力下的强度：三向受压时，可以使轴心抗压强度与轴心受压变形能力都得到提高。双向受力时，（双向受压：一向抗压强度随另一向压应力的增加而增加；双向受拉：混凝土的抗拉强度与单向受拉的基本一样；一向受拉一向受压：混凝土的抗拉强度随另一向压应力的增加而降低，混凝土的抗压强度随另一向拉应力的增加而降低）受力变形：（弹性模量：通过曲线上的原点O引切线，此切线的斜率即为弹性模量。反映材料抵2.变形抗弹性变形的能力）体积变形（温度和干湿变化引起的）：收缩和徐变等。混凝土单轴向受压应力-应变曲线数学模型1、美国E.Hognestad建议的模型2、德国Rusch建议的模型混凝土的弹性模量、变形模量和剪变模量弹性模量变形模量切线模量3、（1）徐变：混凝土的应力不变，应变随时间而增长的现象。混凝土产生徐变的原因：1、填充在结晶体间尚未水化的凝胶体具有粘性流动性质2、混凝土内部的微裂缝在载荷长期作用下不断发展和增加的结果线性徐变：当应力较小时，徐变变形与应力成正比；非线性徐变：当混凝土应力较大时，徐变变形与应力不成正比，徐变比应力增长更快。影响因素：应力越大，徐变越大；初始加载时混凝土的龄期愈小，徐变愈大；混凝土组成成分水灰比大、水泥用量大，徐变大；骨料愈坚硬、弹性模量高，徐变小；温度愈高、湿度愈低，徐变愈大；尺寸大小，尺寸大的构件，徐变减小。养护和使用条件对结构的影响：受弯构件的长期挠度为短期挠度的两倍或更多；长细比较大的偏心受压构件，侧向挠度增大，承载力下降；由于徐变产生预应力损失。（不利）截面应力重分布或结构内力重分布，使构件截面应力分布或结构内力分布趋于均匀。（有利）（2）收缩：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象，在水中体积膨胀。影响因素：1、水泥的品种：水泥强度等级越高，则混凝土的收缩量越大；2、水泥的用量：水泥越多，收缩越大；水灰比越大，收缩也越大；3、骨料的性质：骨料的弹性模量大，则收缩小；4、养护条件：在结硬过程中，周围的温、湿度越大，收缩越小；5、混凝土制作方法：混凝土越密实，收缩越小；6、使用环境：使用环境的温度、湿度大时，收缩小；7、构件的体积与表面积比值：比值大时，收缩小。对结构的影响：会使构件产生表面的或内部的收缩裂缝，会导致预应力混凝土的预应力损失等。措施：加强养护，减少水灰比，减少水泥用量，采用弹性模量大的骨料，加强振捣等。混凝土的疲劳是荷载重复作用下产生的。（200万次及其以上）二、钢筋光圆钢筋：HPB2352/6表面形状带肋钢筋：HRB335、HRB400、RRB400有明显屈服点的钢筋：四个阶段（弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、破坏阶段），屈服强度力学性能是主要的强度指标。（软钢）没有明显屈服点的钢筋：在承载力计算时，取“条件屈服强度”（0.85b）（硬钢）钢筋的疲劳是指钢筋在承受重复并带有周期性动荷载作用下，经过一定次数后，钢筋由原塑性破坏变成脆性突然断裂破坏的现象。影响钢筋疲劳的因素1疲劳应力幅2钢筋外表面几何尺寸和形状3钢筋直径、钢筋强度等级4钢筋轧制工艺和试验方法钢材在常温下经剪切、冷弯、辊压、冷拉、冷拔等冷加工过程，性能将发生显著改变，强度提高、塑性降低，使钢材产生硬化，有增加钢结构脆性的危险。钢筋的冷拉特性：只提高抗拉强度，不提高抗压强度，强度提高，塑性下降钢筋的冷拔能提高抗拉强度又能提高抗压强度混凝土结构对钢筋性能的要求：强度、塑性、可焊性、与混凝土的粘结。钢筋的力学指标：强度、钢筋的塑性指标：伸长率、冷弯钢筋的强度指标：屈服强度和极限强度三、钢筋与混凝土的粘结1.粘结的定义及组成（1）定义：钢筋与其周围混凝土之间的相互作用。（包括沿钢筋长度的粘结和钢筋端部的粘结）（2）组成：胶着力、摩擦力、机械咬合力。变形钢筋的粘结力最主要的是机械咬合力。2.保证可靠粘结的构造措施dffltya锚固长度的影响因素：钢筋直径、钢筋抗拉强度设计值、混凝土抗拉强度设计值、外形系数。钢筋的锚固长度以拉伸锚固长度为基本锚固长度。任何情况下，纵向受拉钢筋的锚固长度不应小于250mm。变形钢筋及焊接骨架中的光圆钢筋、轴心受压构件中的光圆钢筋可不做弯钩。第3章受弯构件正截面受弯承载力一、梁、板的一般构造1.截面形式与尺寸板：厚度与跨度、荷载有关，以10mm为模数梁：宽度一般为100，120，150，（180），200，（220），250，300，以下级差为50mm；高度一般为250，300，…，800mm，级差为50mm，800以上级差为100mm。h/b=2.0～2.5(矩形)，h/b=2.5～3.0(T形)2.材料的选择与构造（1）钢筋：梁（纵向受力钢筋：常用HRB335，直径12，14，16，18，20，22；箍筋：常用HPB235或HRB335，直径6，8，10）；板（纵向受拉钢筋：常用HPB235、HRB335，直径6，8，10，12；分布钢筋：常用HPB235，直径6，8）（2）纵向受力钢筋配筋率：纵向受力钢筋截面面积As与截面有效面积bh0的百分比截面有效高度：截面高度减去纵向受拉钢筋全部截面重心至受拉边缘的距离h。=h-as（3）混凝土保护层厚度：纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的的垂直距离，称为混凝土保护层厚度用c表示。混凝土保护层的三个作用：1）防止纵向钢筋锈蚀2）在火灾等情况下，使钢筋的温度上升缓慢3）使纵向钢筋与混凝土有较好的粘结。环境为一类，混凝土强度等级为C25～C45，混凝土保护层最小厚度，梁为25mm，板为15mm。二．适筋梁正截面受弯的三个受力阶段1.两个转折点：受拉区混凝土开裂点，纵向受拉钢筋开始屈服的点。（1）混凝土开裂前的未裂阶段（Ⅰ）：→Ⅰa是受弯构件正截面抗裂验算的依据。特点：①受拉区混凝土没有开裂；②受压区混凝土的压应力图形是直线，受拉区混凝土的拉应力图形在第Ⅰ阶段前期是直线，后期是曲线；③弯矩与截面曲率基本上是直线关系。（2）混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段（Ⅱ）：→Ⅱ是裂缝宽度与变形验算的依据。特点：①在裂缝截面处，受拉区大部分混凝土退出工作，拉力由纵向受拉钢筋承担，但钢筋没有屈服；②受压区混凝土已有塑性变形，但不充分，压应力图形为只有上升段的曲线，最大压应力在受压区边缘；③弯矩与截面曲率是曲线关系，截面曲率与挠度的增长加快了。（3）钢筋开始屈服至截面破坏的破坏阶段（Ⅲ）：→Ⅲa是正截面受弯承载力计算的依据。特点：①受拉区绝大部分混凝土退出工作，钢筋屈服；②受压区混凝土的压应力图形为有上升段与下降段的曲线，最大压应力不在受压区边缘，而在边缘的内侧，最终受压区混凝土被压碎使截面破坏；③弯矩与截面曲率为接近水平的曲线关系。2.正截面受弯破坏形态适筋梁，少筋梁，超筋梁：实际配筋率小于最小配筋率的梁称为少筋梁；大于最小配筋率且小于最大配筋率的梁称为适筋梁；大于最大配筋率的梁称为超筋梁。（1）少筋截面破坏形态：一裂就坏。（脆性破坏）min0hh（2）适筋截面破坏形态：钢筋先屈服，混凝土后压碎。（延性破坏）min0hh，且b在适筋范围内，梁的承载力随配筋率的增大而增大。0sbhA3/6（3）超筋截面破坏形态：混凝土先压碎，钢筋不屈服。（脆性破坏）b超筋梁的承载能力最大。3.界限破坏：当钢筋的应力达到屈服强度的同时，处于受压区的边缘的纤维的应力也恰好达到了混凝土的极限压应变值（用于比较适筋梁和超筋梁的破坏）适筋梁，超筋梁，少筋梁的界限：配筋率和受压区高度三、正截面承载力计算（1）计算假定：①截面应变保持平面；②不考虑混凝土的抗拉强度；③已知混凝土受压的应力与应变关系；④已知纵向钢筋的应力-应变关系方程：纵向钢筋的应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但其绝对值不应大于其强度设计值，极限应变为0.01。（2）等效矩形应力图形的等效条件：1）两图形的面积相等，即压应力的合力C的大小不变；2）图形的形心位置相同，即压应力合力C的作用点不变。（3）相对界限受压区高度（b）：与混凝土及钢筋强度0bhxb：界限受压区计算高度与截面有效高度的比值。相对受压区高度0hx：受压区计算高度与截面有效高度的比值。（4）最小配筋率的确定原则：由素混凝土截面计算得的受弯承载力（即开裂弯矩crM）与相应的钢筋混凝土截面bh按Ⅲa阶段计算得到的受弯承载力uM相等。ytff45.0%,2.0maxmin四、单筋矩形截面正截面受弯承载力基本计算公式及其适用条件：五、双筋矩形截面梁受弯承载力的计算计算公式及其适用条件：六、T形截面梁受弯承载力的计算T形截面判别条件：①第一类T形截面，计算中和轴在翼缘内（x≤hf′），''1ffcsyhbfAf或)2('0''1fffchhhbfM；②第二类T形截面，计算中和轴在肋部（x＞hf′），''1ffcsyhbfAf或)2('0''1fffchhhbfM。第四章受弯构件斜截面受剪承载力1．斜截面承载力的一般概念斜裂缝主要有腹剪斜裂缝和弯剪斜裂缝两类。剪跨比：剪跨a与梁截面有效高度h。的比值。（剪跨a：计算截面至支座截面或节点边缘的距离）计算剪跨比：=a/h。广义剪跨比：=M/Vh。2、斜截面受剪三种主要破坏形态及其特征①斜压破坏（1（箍筋过多或梁腹过薄））：在荷载作用点与支座间的梁腹部出现若干条大体平行的腹剪斜裂缝，随着荷载增加，梁腹部被这些斜裂缝分割成若干个斜向受压的“短柱体”，最后它们沿斜向受压破坏。脆性破坏。由截面限制条件来防止。②剪压破坏（31（箍筋适量））：弯剪斜裂缝出现后，荷载有较大的增长；随着荷载的增大，出现临界斜裂缝，最后临界斜裂缝上端集中于荷载作用点附近，混凝土被压碎而造成破坏。脆性破坏。由斜截面受剪承载力计算来防止。③斜拉破坏（3（且箍筋过少））：斜裂缝一旦出现就迅速延伸到集中荷载作用点处，使梁沿斜向拉裂成两部分而突然破坏。脆性破坏。由最小配筋率来防止。承载力大小：斜压剪压斜拉破坏性质:斜拉斜压剪压2、斜截面受剪承载力计算（1）影响斜截面受剪承载力的主要因素：1、剪跨比2、混凝土强度等级3、箍筋的配箍率4、纵向受拉钢筋配筋率5、横截面上的骨料咬合力6、截面尺寸和形状7、弯矩比。（2）4/6（3）两个基本计算公式；一般公式01025.17.0hfsnAbhfVyvsvtu以集中荷载为主的独立梁0100.10.175.1hfs