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文档简介

铁矿石+熔剂石灰石+燃料焦炭冶炼成铁精炼成钢把石灰石、焦炭和铁矿石分层投入高炉,自底部鼓入高温气流,使得焦炭炽热发红,于是铁被从氧化物中还原出来,熔化成液态,从炉底流出。石灰石加入后在高温下分解成CO2和CaO,CO2和C反应成CO参与炼铁,还原铁的氧化物。CaO和铁水中的硫、硅等杂质生成CaS和CaSiO3等浮在铁水上面,可以分离。CaCO3还与硅酸盐反应,生成炉渣去除。炼钢炉炼出的钢水注入锭模,浇注成柱状的钢锭。钢锭或钢坯经压力加工成钢材(钢铁产品)。含碳量大于2.14%即为铁,小于2.14%即为钢, 加入炉中的石灰等是为了脱磷脱硫,其他合金为脱氧的作用和产品要求的成分。根据脱氧程度的不同,浇注的钢锭分沸腾钢,镇静钢和半镇静钢。沸腾钢是脱氧不完全的钢,起泡含量较多,成分不均匀,质量差,成本低,镇静钢脱氧充分,质量较好,成本高。1. 钢的四种脱氧方式介绍 (1)沸腾钢 其采用脱氧能力较弱的锰作为脱氧剂,脱氧不完全,在将钢浇注入钢锭模时会有气体逸出,出现钢液的沸腾现象。沸腾钢在铸模中冷却很快,钢液中的氧化铁和碳作用生成的一氧化碳气体不能完全逸出,凝固后在钢材中留较多的氧化铁夹杂和气孔,钢的质量较差。 (2)镇静钢 其采用锰加硅作为脱氧剂,脱氧较完全,硅在还原氧化铁的过程中还会产生热量,使钢液冷却缓慢,使气体充分逸出,浇注中不会出现沸腾显现,钢质量好,但成本高。(3)半镇静钢和特殊镇静钢 半镇静钢的脱氧程度介于镇静钢和沸腾钢之间,特殊镇静钢利用锰硅做脱氧剂之后,再用铝补充脱氧剂,脱氧程度最高。2. 钢筋分类钢材要求具有较高的屈服强度,抗拉强度和疲劳强度,还有足够的塑性和韧性。钢筋是指钢筋混凝土用和预应力钢筋混凝土用钢材,其横截面为圆形,有时为带有圆角的方形。包括光圆钢筋(俗称线材和圆钢)、带肋钢筋(俗称螺纹钢)。钢筋可以承受拉力,增加机械强度。 一级钢的表示符号,二级钢在竖下加一横,三级钢为加一横两竖。钢筋按轧制外形分: (1)光面钢筋:I级钢筋(Q235钢筋)均轧制为光面圆形截面,供应形式有盘圆,直径不大于10mm,长度为6m12m。 (2)带肋钢筋:有螺旋形、人字形和月牙形三种,一般、级钢筋轧制成人字形,级钢筋轧制成螺旋形及月牙形。 按供应方式可分为盘圆钢筋和直条钢筋:(1)盘圆供应是将钢丝及直径为6-9mm的钢筋卷成圆盘运往工地;(2)直条供应是将直径大于12mm钢筋轧成612m一根运往工地。按强度可分为级五种。级别越高,强度和硬度越高,但塑性降低。当钢筋直径在12mm以上时,通常采用变形钢筋。当钢筋直径在612mm时,可采用变形钢筋,也可采用光圆钢筋。直径小于6mm的常称为钢丝,钢丝外形多为光圆,但因强度很高,故也有在表面上刻痕以加强钢丝与混凝土的粘结作用。3. 普通碳素结构钢牌号 普通碳素结构钢的牌号,它由四个部分组成:代表屈服点的字母,屈服点数值,质量等级符号,脱氧方式符号。例:Q235-A*F (1)Q:代表屈服点“屈”字的首字母;235:代表在一定拉伸试验条件下的屈服点值不小于235MPa;A:表示钢的质量等级为A级;F:表示沸腾钢。 (2)普通碳素结构钢的屈服值主要有两种,一种是Q215,另一种是Q235,分别表示屈服点为215MPa和235MPa,工业中用的最多的是Q235。 (3)A、B、C、D分别代表了钢的质量等级,其中D的等级最高,其中S和P的含量最少,质量也最好。 (4)脱氧方式不同,牌号最后的字母也不同,其中:F:表示沸腾钢;Z表示镇静钢;bZ:表示半镇静钢;TZ:表示特殊镇静钢;Z和TZ在牌号组成表示方式中可以省略。4. 低合金钢牌号 低合金钢牌号通常是以“数字元素符号数字”的方法来表示。牌号中起首的两位数字表示钢的平均含碳量的万分数,元素符号及其后的数字表示所含主要合金元素及其平均含量的百分数。若合金元素含量小于1.5%,则不标其含量。2表示为1.52.49%,3表示为2.53.49%。高级优质钢在牌号尾部增加符号“A”例如,16Mn、20Cr、40Mn2、30CrMnSi、38CrMoAlA等。 5. 钢材种类钢材种类很多,一般可分为型、板、管和丝四大类。 1、型钢类 型钢是一种具有一定截面形状和尺寸的实心长条钢材。按其断面形状不同又分简单和复杂断面两种。前者包括圆钢、方钢、扁钢、 六角钢和角钢;后者包括钢轨、工字钢、槽钢、窗框钢和异型钢等。直径在6.5-9.0mm的小圆钢称线材。型钢的规格以反应其断面形状的主要轮廓尺寸来表示。例如,圆钢的规格以直径的毫米数表示;下径30毫米的圆钢记作 30;方钢的规格用边长毫米数表示;扁钢的规格以厚度*宽度毫米数表示;工字钢、槽钢的规格以高腿宽腰厚表示,有进也用号数表示,号数表示高度的厘米数,例如10#工字钢就是高为100毫米的工字钢;角钢以边宽边宽边厚的毫米数表示,也可用号数表示。相同的工、槽钢有几种不同腿宽和腰厚时,则在号数后面加码a、b、c予以区别,例如32a#、32b#、32c#等。普通型钢由普通碳素结构钢和普通低合金结构钢生产。优质型钢由优质钢加工制成的型材。优质型钢虽然材质繁多,但品种简单,绝大多数是圆钢,此外,也有方钢、扁钢、六角钢、中空钢等。另外型钢还包括冷弯型钢,它是用普通碳素钢、优质碳素钢或低合金钢钢板或钢带经过一定的冷弯成型制成的型钢。2、钢板类 钢板是一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。按厚度不同分薄板(厚度25mm)三种。钢带包括在钢板类内。钢带是较薄、较窄而长度很长的钢板,通常成卷供应。 3、钢管类 是一种中空截面的长条钢材。按其截面形状不同可分圆管、方形管、六角形管和各种异形截面钢管。按加工工艺不同又可分无缝钢管和焊管钢管两大类。 4、钢丝类 钢丝是线材的再一次冷加工产品。按形状不同分圆钢丝、扁形钢丝和三角形钢丝等。钢丝除直接使用外,还用于生产钢丝绳、钢纹线和其他制品。 角钢 角钢俗称角铁、是两边互相垂直成角形的长条钢材。有等边角钢和不等边角钢之分。等边角钢的两个边宽相等。其规格以边宽边宽边厚的毫米数表示。如“30303”,即表示边宽为30毫米、边厚为3毫米的等边角钢。也可用型号表示,型号是边宽的厘米数,如3#。型号不表示同一型号中不同边厚的尺寸,因而在合同等单据上将角钢的边宽、边厚尺寸填写齐全,避免单独用型号表示。热轧等边角钢的规格为 2#-20#。角钢可按结构的不同需要组成各种不同的受力构件,也可作构件之间的连接件。广泛地用于各种建筑结构和工程结构,如房梁、桥梁、输 电塔、起重运输机械、船舶、工业炉、反应塔、容器架以及仓库货架等。 圆钢 圆钢是指截面为圆形的实心长条钢材。其规格以直径的毫米数表示,如“ 50”即表示直径为 50毫米的圆钢。 圆钢分为热轧、锻制和冷拉三种。热轧圆钢的规格为5.5-250毫米。其中:5.5-25毫米的小圆钢大多以直条成捆供应,常用作钢筋、螺栓及 各种机械零件;大于25毫米的圆钢,主要用于制造机械零件或作无缝钢管坯。 螺纹钢 钢筋混凝土用钢筋是指钢筋混凝土配筋用的直条或盘条状钢材,其外形分为光圆钢筋和变形钢筋两种,交货状态为直条和盘圆两种。光圆钢筋实际上就是普通低碳钢的小圆钢和盘圆。变形钢筋是表面带肋的钢筋,通常带有2道纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋。横肋的外形为螺旋形、人字形、月牙形3种。用公称直径的毫米数表示。变形钢筋的公称直径相当于横截面相等的光圆钢筋的公称直径。钢筋的公称直径 为8-50毫米,推荐采用的直径为8、12、16、20、25、32、40毫米。 钢筋在混凝土中主要承受拉应力。变形钢筋由于肋的作用,和混凝土有较大的粘结能力,因而能更好地承受外力的作用。钢筋广泛用于各种建筑结构、特别是大型、重型、轻型薄壁和高层建筑结构。 槽钢 槽钢是截面为凹槽形的长条钢材,如U型钢。其规格表示方法,如120535,表示腰高为120毫米,腿宽为53毫米的槽钢,腰厚为5毫米的槽钢,或称12#槽钢。腰高相同的槽钢,如有几种不同的腿宽和腰厚也需在型号右边加a b c 予以区别,如25a# 25b# 25c#等。槽钢分普通槽钢和轻型槽钢。热轧普通槽钢的规格为5-40#。经供需双方协议供应的热轧变通槽钢规格为6.5-30#。槽钢主要用于建筑结构 、车辆制造和其它工业结构,槽钢还常常和工字钢配合使用。6. 钢的力学性能碳(C):钢中不可少的重要元素,能增加钢的硬度、强度;硅(Si):能增加强度、硬度;锰(Mn):能增加钢的韧性,高韧性钢含Mn 1.2%1.5%;磷(P):是钢中有害元素,使钢具冷脆性,含量越少越好;硫(S):同P都是有害元素,使钢具有热脆性。钢筋的力学性能有强度、变形(包括弹性和塑性变形)等。 软钢有明显流幅 硬钢没明显流幅oa为一段斜直线,其应力与应变之比为常数,应变在卸荷后能完全消失,称为弹性阶段,与oa相应的应力称为比例极限(或弹性极限)。应力超过a点之后,钢筋中晶粒开始产生相互滑移错位,应变即较应力增长得稍快,除弹性应变外,还有卸荷后不能消失的塑性变形。到达b点后,钢筋开始屈服,即使荷载不增加,应变却继续发展增加很多,出现水平段bc,bc即称之为流幅或屈服台阶;b点则称屈服点,与b点相应的应力称为屈服应力或屈服强度。经过屈服阶段之后,钢筋内部晶粒经调整重新排列,抵抗外荷载的能力又有所提高,cd段即称为强化阶段,d点叫做钢筋的抗拉强度或极限强度,而与d点应力相应的荷载是试件所能承受的最大荷载称为极限荷载。过d点之后,在试件的最薄弱截面出现横向收缩,截面逐渐缩小,塑性变形迅速增大,出现所谓颈缩现象,此时应力随之降低,直至e点试件断裂。对于有明显流幅的钢筋,一般取屈服点作为钢筋设计强度的依据。因为屈服之后,钢筋的塑性变形将急剧增加,钢筋混凝土构件将出现很大的变形和过宽的裂缝,以致不能正常使用。所以,构件大多在钢筋尚未或刚进入强化阶段即产生破坏。但在个别意外的情况和抗震结构中,受拉钢筋可能进入强化阶段,故而钢筋的抗拉强度也不能过低,若与屈服强度太接近则是危险的。e点的横坐标代表了钢筋的伸长率,它和流幅bc的长短,都因钢筋的品种而异,均与材质含碳量成反比。含碳量低的叫低碳钢或软钢,含碳量愈低则钢筋的流幅愈长、伸长率愈大,抗拉强度和硬度越低,即标志着钢筋的塑性指标好。这样的钢筋不致突然发生危险的脆性破坏,由于断裂前钢筋有相当大的变形,足够给出构件即将破坏的预告。因此,强度和塑性这两个方面的要求,都是选用钢筋的必要条件。就其物理性质区分:硬钢和软钢根据它们是否存在屈服点划分的,由于硬钢无明显屈服点,塑性较软钢差,所以其控制应力系数较软钢低。软钢(热轧钢筋)有明显的屈服点,破坏前有明显的预兆(较大的变形,即伸长率),属塑性破坏。硬钢(热处理钢筋及高强钢丝)强度高,但塑性差,脆性大。从加载到突然拉断,基本上不存在屈服阶段(流幅)。属脆性破坏。材料的塑性好坏直接影响到结构构件的破坏性质。所以,应选择塑性好的钢筋。钢筋的塑性:伸长率和冷弯性能,塑性越好,伸长率越大,冷弯角可越大,钢筋直径可越小。钢材中含碳量越高,屈服强度和抗拉强度越高,伸长率越小,流幅越短。用于混凝土结构中的钢筋,一般应能满足下列要求:1.具有适当的屈强比:屈服强度高则材料用量省,所以要选用高强度钢筋;另一是钢筋的抗拉强度,屈服强度与抗拉强度的比值称为屈强比,它可以代表结构的强度储备,比值小则结构的强度后备大,但比值太小则钢筋强度的有效利用率太低,所以要选择适当的屈强比。2.足够的塑性:在混凝土结构中,若发生脆性破坏则变形很小,没有预兆,而且是突发性的,因此是危险的。故而要求钢筋断裂时要有足够的变形,这样,结构在破坏之前就能显示出预警信号,保证安全。另外在施工时,钢筋要经受各种加工,所以钢筋要保证冷弯试验的要求。屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯性能是钢筋的强度和变形的四项主要指标。3.可焊性:要求钢筋具备良好的焊接性能,保证焊接强度,焊接后钢筋不产生裂纹及过大的变形。4.低温性能:在寒冷地区要求钢筋具备抗低温性能,以防钢筋低温冷脆而致破坏。5.与混凝土要有良好的粘结力:粘结力是钢筋与混凝土得以共同工作的基础,在钢筋表面上加以刻痕、或制成各种纹形,都有助于或大大提高粘结力。钢筋表面沾染油脂、糊着泥污、长满浮锈都会损害这两种材料的粘结。7. 混凝土的的变形混凝土受压时应力-应变曲线起初压应力较小,当应力0.3时(OA段),变形主要取决于混凝土内部骨科和水泥结晶体的弹性变形,应力应变关系呈直线变化。当应力在0.30.8范围时(AB段),由于混凝土内部水泥凝胶体的粘性流动,以及各种原因形成的微裂缝亦渐处于稳态的发展中,致使应变的增长较应力为快,表现了材料的弹塑性性质。当应力0.8之后(BC段),混凝土内部微裂缝进入非稳态发展阶段,塑性变形急剧增大,曲线斜率显著减小。当应力到达峰值时,混凝土内部粘结力破坏,随着微裂缝的延伸和扩展,试件形成若干贯通的纵裂缝,混凝土应力达到受压时最大承压应力max(C点),即轴心抗压强度。当试件应力达到(C点)后,随着裂缝的贯通,试件的承载能力将开始下降。应力应变曲线中最大应力值fc与其相应的应变值(C点),以及破坏时的极限应变值max(E点)是曲线的三个特征值。最大应变值max包括弹性应变和塑性应变两部分,塑性部分愈长,变形能力愈大,即其延性愈好。混凝土强度越低,加载速率越缓慢,曲线越平坦,极限压应变越大。过应力-应变曲线原点作曲线的切线,该切线的斜率即为原点弹性模量,也称原始或初始弹性模量,简称弹性模量。作原点O与曲线任一点(、)的连线,其所形成的割线的正切值,即为混凝土的变形模量, 也称割线模量。在应力应变曲线上任一点(、)处作一切线,此切线的斜率,即为该点的切线模量,由于混凝土的塑性变形是随应力增大而发展的,切线模量也是一个变数,其数值随着应力的增长而不断降低。混凝土的塑性变形主要是混凝土中结合面裂缝的扩展延伸引起的,只有当应力超过了材料的弹性极限后才发生,而且是不可恢复的。徐变不仅部分可恢复,而且在较小的应力时就能发生。产生徐变的原因是混凝土受力后,水泥石中的凝胶体产生的粘性流动(颗粒间的相对滑动)要延续一个很长的时间,因此沿混凝土的受力方向会继续发生随时间而增长的变形。加载时混凝土的龄期越长,水泥石晶体所占的比重越大,凝胶体的粘流就越少,徐变也就越小。外界湿度越低,混凝土内部的水分越易外逸,徐变就越大。水泥用量多,形成的水泥凝胶体也多,徐变就大些。水灰比越大,使水泥凝胶体的粘滞度降低,徐变就增大。徐变会会使局部的应力集中得到缓和,使支座沉陷引起的应力及温度湿度应力得到松弛,会使钢筋混凝土结构中的混凝土应力与钢筋应力引起重分布,使混凝土应力降低,钢筋应力增大,这些都是有利的。在预应力混凝土结构中,会造成预应力损失,是极为不利的。混凝土的湿涨常产生有力的影响。混凝土的干缩是由于混凝土中水分的散失或是湿度降低引起的。外界相对湿度是影响干缩的主要因素。水泥用量越多,水灰比越大,干缩越大。在水利工程中,对于遭受剧烈气温或湿度变化作用的混凝土结构表面,常配置一定数量的钢筋网。8. 钢筋混凝土光面钢筋的粘结力由三部分组成:水泥凝胶体与钢筋表面之间的胶着力;混凝土收缩,将钢筋仅仅握固而产生的摩擦力;钢筋表面不平整与混凝土之间产生的机械咬合力。变形钢筋的粘结力更主要的是钢筋表面凸出的横肋对混凝土的挤压力。钢筋强度越高,直径越粗,混凝土强度越低,锚固长度要求越长。光面钢筋末端必须做成半圆弯钩。受压钢筋的锚固长度可短些。接长钢筋:(用铁丝)绑扎搭接,焊接(闪光对焊,手工电弧焊接搭接,外加钢筋帮条电弧焊接),机械连接。钢筋街头宜优先采用焊接或机械连接。9. 钢筋混凝土结构设计钢筋混凝土结构的可靠性是指安全性,适用性,耐久性,是指结构在规定的时间内(即设计基准期),在规定的条件下(结构正常的设计、施工、使用和维修条件),完成预定功能(如承载力、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等)的能力,与经济性相矛盾。结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期,标推采用的设计使用年限为:临时性结构5年;易于替换的结构构件25年;普通房屋和构筑物50年;纪念性建筑和特别重要的建筑结构100年。结构的极限状态是指整个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,此特定状态称为该功能的极限状态。承载能力极限状态是对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。当结构或结构构件出现了下列状态之一时,应认为超过了承载能力极限状态;(1) 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡,如雨篷压重不足而倾覆、烟囱抗风不足而倾倒、挡土墙抗滑不足在土压力作用下而整体滑移等。(2) 结构构件或其连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏),如轴心受压构件中混凝土达到了轴心抗压强度、构件的钢筋因锚固长度不足而被拔出等;或因变形过大而不适于继续承受荷载。(3) 结构转变为机动体系,如构件发生三铰共线而形成体系机动,丧失承载能力。(4) 结构或构件丧失稳定,如细长柱到达临界荷载后压屈失稳而破坏。正常使用极限状态是对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。当出现下列状态之一时,应认为结构或结构构件超过了正常使用极限状态:(1) 影响正常使用或外观的变形,如吊车梁变形过大导致吊车不能正常行驶、梁挠度过大影响外观等。(2) 影响正常使用或耐久性能的局部损坏,如水池池壁开裂漏水不能正常使用、如裂缝过宽导致钢筋锈蚀等。(3) 影响正常使用的振动,如由于机器振动而导致结构的振幅超过按正常使用要求所规定的限位等。(4) 影响正常使用的其它特定状态,如相对沉降量过大等。作用效应S是指由于直接作用或间接作用(荷载、温度、支座不均匀沉降等因索)作用于结构构件上,在结构内产生的内力和变形(如轴力、弯矩、剪力、扭矩、挠度、转角和裂缝等)。若作用为直接作用,则其效应也可称为荷载效应。结构上的作用F,除永久作用外,都是不确定的随机变量,有时还与时间参数,甚至还与空间参数有关,所以作用效应S,一般说来也是随机变量或随机过程。 结构抗力R是指结构或结构构件承受内力和变形的能力(如构件的承载能力、刚度等)。各种荷载标准值是建筑结构按承载能力极限状态设计时采用的荷载基本代表值,为其设计基准期内最大荷载统计分布值。结构设计先按承载能力极限状态进行设计,再按正常使用极限状态进行校核验算。荷载标准值=荷载的统计平均值+荷载标准值的保证率系数荷载的统计标准差材料强度标准值=材料强度的统计平均值-材料强度标准值的保证率系数材料强度的统计标准差荷载设计值=荷载标准值荷载分项系数材料强度设计值=材料强度标准值 / 材料强度分项系数承载能力极限状态设计表达式:结构重要性系数设计状况系数荷载效应系数 结构抗力/ 结构系数对安全级别为一二三级的结构构件,结构重要性系数分别取1.1,1.0,0.9对持久状况,短暂状况,偶然状况,设计状况系数分别取1.0,0.95,0.85荷载效应系数为荷载与内力之间的转换系数,承受均步荷载及跨度中央集中可变荷载的简支梁分别取1/8 (跨长)2 及1/4 跨长。10. 钢筋混凝土受弯构件(板梁等)正截面(光弯矩)钢筋混凝土适筋梁正截面从加荷到破坏可分为三个阶段:适筋梁弯矩-挠度关系试验曲线梁在各受力阶段的应力、应变图第一阶段未裂阶段:拉力由受拉混凝土与钢筋共同负担,这一阶段是计算受弯构件抗裂时所采用的应力阶段。第二阶段裂缝阶段:拉力由钢筋单独承担,这一阶段相当于一般不要求抗裂的构件在正常使用时的情况,它是计算构件正常使用的变形和裂缝宽度时所依据的应力阶段。第三阶段破坏阶段:钢筋应力达到屈服强度,是按极限状态方法计算受弯构件正截面承载力时所依据的应力阶段。正截面的破坏特征可分三种:适筋 b) 超筋c) 少筋第一种适筋:开始破坏时,裂缝截面受拉钢筋的应力首先达到屈服强度,破坏前构件有显著的裂缝开展和挠度,属于塑性破坏,构件的延性较好。第二种超筋:受拉钢筋尚未达到屈服强度,受压混凝土先达到极限压应变而破坏,属脆性破坏。钢筋未能发挥其应有的作用,破坏时裂缝根数较多,宽度较细,挠度较小,浪费钢材。第三种少筋:破坏时往往只出现一条裂缝,开展较宽挠度较大,基本属于脆性破坏。适筋梁、超筋梁、少筋梁的M - f曲线受弯承载力计算方法的基本假定:1. 平截面假定:截面上任意点的应变与该点到中和轴的距离成正比,提供了变形协调的几何关系。2. 不考虑受拉区混凝土的工作。3. 受压区混凝土的应力应变关系曲线理想化,先抛物线后水平直线。4有明显屈服点的钢筋应力应变关系曲线理想化,先斜线后水平直线。混凝土应力-应变设计曲线 钢筋应力-应变设计曲线11. 钢筋混凝土梁受弯构件斜截面(有弯矩和剪力)受弯构件梁的钢筋骨架有架立筋,纵筋,斜筋(纵向弯起钢筋)和纵向箍筋构成。腹筋由弯筋和斜筋组成。梁斜截面上的应力状态:外荷载引起的弯矩和剪力,受压区混凝土承担的弯矩和剪力,斜裂缝面上骨料的咬合力,纵筋的销栓力。斜裂缝两侧混凝土发生相对位移和错动时产生的摩擦力,称为骨料咬合作用。斜裂缝两侧的上下错动,从而使纵筋受到一定剪力,如销栓一样,将斜裂缝两侧的混凝土联系起来,称为钢筋销栓作用。无腹筋梁斜截面的受剪破坏形态:斜拉破坏,剪压破坏,斜压破坏。对同样的构件,就受剪承载力而言,斜拉破坏最低,剪压破坏较高,斜压破坏最高;就其破坏性质而言,均属脆性破坏,斜拉破坏的脆性更为突出。影响斜截面承载力的主要因素是剪跨比,剪跨比大于3为时常为斜拉破坏,小于1时可能发生斜压破坏,大于1小于3时一般是剪压破坏。剪跨比减小,斜截面受剪承载力提高。混凝土强度越高,受剪承载力越高,基本呈线性关系;纵筋配筋率越高,受剪承载力越高。有腹筋梁中,箍筋的作用:(1)箍筋可以直接承担部分剪力; (2)腹筋能限制斜裂缝的开展和延伸,增大混凝土剪压区的截面面积,提高混凝土剪压区的抗剪能力; (3)箍筋还将提高斜裂缝交界面骨料的咬合和摩擦作用,延缓沿纵筋的粘结劈裂裂缝的发展,防止混凝土保护层的突然撕裂,提高纵向钢筋的销栓作用。因此,腹筋将使梁的受剪承载力有较大的提高。有腹筋梁斜截面剪切破坏形态与无腹筋梁一样,也可概括为三种主要破坏形态:斜压、剪压和斜拉破坏。当配箍率太小或箍筋间距太大且剪跨比较大(3)时,易发生斜拉破坏。其破坏特征与无腹筋梁相同,破坏时箍筋被拉断。当配置的箍筋太多或剪跨比很小(1)时发生剪压破坏。其特征是箍筋受拉屈服,剪压区混凝土压碎,斜截面受剪承载力随配箍率及箍筋强度的增加而增大。斜压破坏和斜拉破坏都是不理想的。因为斜压破坏在破坏时箍筋强度未得到充分发挥,斜拉破坏发生得十分突然,因此在工程设计中应避免出现这两种破坏。配置抗剪腹筋时,一般先配一定数量的箍筋,需要时再加配一定数量的弯筋。所配箍筋不能满足抗剪要求时可:将纵筋弯起成为斜筋或加焊斜筋;将箍筋加密或加粗;增大构件截面尺寸;提高混凝土强度等级。箍筋可抗剪,固定纵筋。当梁高较高时,为防止温度变形及混凝土收缩等在梁中部发生竖向裂缝,在梁的两侧应设置纵向构造钢筋,成为腰筋,两侧腰筋之间用拉筋联系起来,也成为联系筋。当纵向钢筋不能在所需要的地方弯起,或虽有箍筋及弯起筋但仍不足以抵抗设计剪力时,可增设附加抗剪钢筋,一般称为“鸭筋”,但不准采用“浮筋”。集中荷载处,如主次梁交接处主梁应设吊筋,或梁生柱处的梁应该设吊筋,等等。吊筋就是一个上大下小,开口向上的梯形。吊筋一般与加密箍筋一起使用。浮筋有一端没有在受压区锚固,是飘浮的,最根本缺陷是由于锚固长度(直线锚固或弯折锚固)不够或弯起点或弯终点未受到约束,在集中荷载作用下形成浮筋与混凝土的拉脱效益,造成结构破坏。弯起钢筋也称元宝筋。12. 钢筋混凝土受压构件(柱)受压钢筋不宜采用高强度的钢筋,受到混凝土极限压应变的限制,不能充分发挥其高强度作用,也不宜采用冷拉钢筋,冷拉后其抗压强度并不提高。受压构件的纵向钢筋太少,构件破坏呈脆性,对抗震很不利,在长期荷载作用下,由于混凝土的徐变,容易引起钢筋过早屈服。纵向钢筋数量过多,既不经济,施工也不方便。柱中除了配置纵向钢筋外,还应配置箍筋,阻止纵向钢筋受压时向外弯凸,从而防止混凝土保护层横向胀裂剥落。箍筋除了固定纵筋,还有抗剪及增加柱子延性的作用。钢筋混凝土受压构件通常配有纵向受力钢筋和箍筋。在轴心受压构件中,纵向受力钢筋的主要作用是帮助混凝土受压,箍筋的主要作用是防止纵向受力钢筋压屈,并与纵向受力钢筋形成骨架以便施工;在偏心受压构件中,纵向受力钢筋的主要作用是:一部分纵向受力钢筋帮助混凝土受压,另一部分纵向受力钢筋抵抗由偏心压力产生的弯矩。箍筋的主要作用是抵抗剪力。柱子延性的好坏主要取决于箍筋的数量和形式。当柱子长细比小于8时,为短柱,破坏时混凝土的应力达到轴心抗压强度,钢筋应力达到屈服强度,当长细比大于8时,柱子比较细长,为长柱,在轴向力作用下,不仅发生压缩变形,同时还会发生纵向弯曲,丧失稳定,产生横向挠度。小偏心受压柱,全截面受压,破坏时靠近轴向力一侧的受压混凝土先达到极限压应变而破坏,大偏心受压柱,部分受拉,部分受压,破坏时受拉钢筋先达到屈服强度而破坏。同为大偏心,破坏控制于受拉区,如内力组合中M值相同,N值越小越危险;如N值相同,M值越大越危险。偏心距越大,M越大,N越大,越不利。同为小偏心,如M相同,N越大越危险;如N相同,M越大越危险。偏心受压构件相当于受弯构件增加了一个轴向压力,轴向压力的存在能限制斜裂缝的开展,增强骨料间的咬合力,扩大混凝土剪压区的高度,因而提高了混凝土的受剪承载力。受拉构件相反,减小了混凝土的受剪承载力和骨料间的咬合力。13. 钢筋混凝土受扭构件:纯扭构件破坏形态与正截面受弯构件类似,分为少筋,超筋,适筋破坏三种;在弯剪扭共同作用下的构件有弯型破坏(剪力很小,弯矩与扭矩比值很大),扭型破坏(剪力很小,扭矩与弯矩比值很大),扭剪型破坏(弯矩很小,剪力和扭矩很大)。抗扭纵筋应沿截面周边对称布置,截面四角处必须放置。剪力和扭矩共同作用下的承载力比单独作用下的承载力要低。14. 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算:裂缝控制等级:一级严格要求不出现裂缝的构件,按荷载效应的短期组合进行计算,构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力;二级一般要求不出现裂缝的构件,按荷载效应的短期组合和长期组合分别进行计算,构件受拉边缘混凝土允许产生拉应力,但不应超过控制应力值;三级允许出现裂缝的构件,按荷载效应的短期组合和长期组合分别进行计算,最大裂缝宽度值不应超过允许值。对承受水压的轴心受拉构件(圆形水管等),小偏心受拉构件,应进行抗裂验算。对钢筋混凝土的抗裂能力而言,钢筋所起的作用不大。混凝土即将开裂时,钢筋的应力是很低的,用增加钢筋的办法来提高构件的抗裂能力是不经济的,也是不合理的。构件的抗裂能力主要是靠加大构件的截面尺寸,提高混凝土强度等级,也可采用预应力或在混凝土中掺入钢纤维。从目前的裂缝计算模式上看,计算理论大致可以分为四类:经典的粘结滑移理论;无粘结滑移理论;一般裂缝理论。粘结滑移理论认为,裂缝的开展是由于钢筋与混凝土之间不再保持变形协调,出现相对滑移而产生的。因此裂缝宽度等于裂缝间距范围内钢筋和混凝土的变形差。而裂缝的间距取决于钢筋与混凝土间粘结应力的大小与分布。粘结应力越大,混凝土拉应力沿构件纵向从零增大到其极限抗拉强度所需的粘结传递长度会越短,裂缝的间距也就越短,裂缝宽度越小,此时裂缝“密而多”;反之,裂缝“疏而稀”,裂缝宽度越大。粘结-滑移理论有一个基本假设,即构件开裂、混凝土回缩后,裂缝截面仍保持为平面。但试验量测表明,裂缝出现后混凝土将产生沿横截面不均匀的回缩变形,钢筋处的裂缝宽度比构件表面的裂缝宽度要小得多,距离钢筋表面越大,裂缝宽度也越大。这一变形分布说明,由于钢筋对混凝土变形的约束作用(该约束作用的范围称作钢筋有效约束区),混凝土在横截面上存在着局部应变梯度,该应变梯度的大小,控制着构件表面的裂缝宽度。而且,在使用阶段的工作应力下,由于近钢筋处横向内裂缝的出现,变形钢筋与混凝土在接触面处的相对滑移很小,可以忽略不计。无滑移理论认为,构件表面裂缝宽度主要是由钢筋周围的混凝土回缩形成的,其决定性因素是构件表面到最近钢筋的距离,它包括混凝土保护层厚度c和钢筋间的距离s两个变量。从裂缝机理来看,无滑移理论考虑了应变梯度的影响,采用在裂缝的局部范围内,变形不再保持平面的假定,无疑比粘结滑移理论更为合理了。但假定钢筋完全没有滑移,把保护层厚度作为唯一的变量,显然是过于简单化了。一种合乎逻辑的发展是将粘结-滑移理论与无滑移理论结合起来。粘结-滑移理论认为在即将出现裂缝截面处,受拉区混凝土的拉应力是均匀的。而实际上,无滑移理论表明,受拉区混凝土受到周围钢筋的约束作用以及内裂缝的影响,其拉应力分布并不均匀,也就是说,裂缝间距与混凝土保护层厚度c亦有一定的关系。目前普遍公认的影响裂缝宽度和间距的主要因素大致包括:钢筋的混凝土保持层厚度、纵向受拉钢筋的工作应力、钢筋直径、纵向受拉钢筋的配筋率、钢筋的布置型式、钢筋外形、构件的受力性质,以及长期荷载的影响等。15. 肋形结构肋梁楼盖:一般由板、次梁和主梁组成。其主要传力途径为板次梁主梁柱或墙基础地基。(a)单向板肋梁楼盖(b)双向板肋梁楼盖(c)井式楼盖(d)密肋楼盖(e)无梁楼盖钢砼结构构件受力后,如在某个截面位置,钢筋或混凝土进入塑性变形,该处就如“铰”,称“塑性铰”。 结构铰:用来连接两个固体,并允许两者之间做转动的连接,传递剪力和轴力,不传递弯矩。1)塑性铰的存在条件是因截面上的弯矩达到塑性极限弯矩,并由此产生转动;当该截面上的弯矩小于塑性极限弯矩时,则不允许转动。因此,塑性铰可以传递一定的弯矩,而在结构铰中弯矩为零,不能传递弯矩。2)结构铰为双向铰,即可以在两个方向上产生相对转动,而塑性铰的转动方向必须与塑性弯矩的方向一致,不允许与塑性铰极限弯矩相反的方向转动,否则出现卸载使塑性铰消失。所以塑性铰为单向铰。3)理想铰集中于一点,塑性铰则有一定的长度。塑性铰的分类: 1)钢筋铰:对于配置具有明显屈服点钢筋的适筋梁,塑性铰形成的起因是受拉钢筋屈服,故称为钢筋铰。2)混凝土铰:当截面配筋率大于界限配筋率,此时钢筋不会屈服,转动主要由受压区混凝土的非弹性变形引起,故称为混凝土铰。它的转动量很小,截面破坏突然。钢筋铰出现在受弯构件的适筋截面或大偏心受压构件中,混凝土铰大都出现在受弯构件的超筋截面或小偏心受压构件中。对钢筋混凝土静定结构,塑性铰出现即导致结构破坏。但对于超静定结构,某一截面出现塑性铰并不一定表明该结构的承载能力丧失,只有当结构上出现足够数目的塑性铰,以致使结构成为几何可变体系时,整个结构才丧失承载能力。事实上,混凝土连续梁、板是超静定受弯结构,在其加载的全过程中,由于材料的非弹性性质,截面的内力与荷载成非线性关系,即各截面间内力的分布规律是变化的,这种情况称为内力重分布或塑性内力重分布(即超静定结构的内力相对于线弹性分布发生的变化);另外,由于是超静定结构,即使某一截面达到其内力设计值,只要整个结构还是几何不变的,仍具有一定的承载能力。应力重分布是指由于混凝土的非弹性性质,使截面上的应力沿截面高度分布不再服从线弹性分布规律,并且不论对静定的还是超静定混凝土结构都存在;内力重分布则是指由于超静定结构材料的非弹性性质,使各截面内力之间的关系不再服从线弹性分布规律,并且只有超静定混凝土结构才具有内力重分布现象,对静定结构是不存在的,因为静定结构的内力与截面抗弯刚度无关。由于内力重分布,超静定混凝土结构的实际承载能力往往比按弹性理论方法分析的高,所以按塑性理论方法设计(考虑内力重分布的方法设计),可进一步发挥结构的承载力储备,节约材料,方便施工。考虑内力重分布的计算方法是以形成塑性铰为前提的,因此下列情况不宜采用:1)在使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展控制较严的混凝土结构;2)处于严重侵蚀性环境中的混凝土结构;3)直接承受动力和重复荷载的混凝土结构;4)要求有较高承载力储备的混凝土结构;5)配置延性较差的受力钢筋的混凝土结构。楼盖所受荷载包括恒荷载和活荷载两部分,其中活荷载的位置是变化的。对于单跨梁,当全部恒荷载和活荷载同时作用时将产生最大内力;但对于多跨连续梁的某一指定截面,当所有荷载同时布满梁上各跨时引起的内力未必为最大。欲使设计的连续梁在各种可能的荷载布置下都能可靠使用,就必须求出在各截面上可能产生的最不利内力,即必须考虑活荷载的最不利布置。活荷载的最不利布置:(1)求某跨跨内最大正弯矩时,应在本跨布置活荷载,然后隔跨布置;(2)求某跨跨内最大负弯矩时,本跨不布置活荷载,而在其左右邻跨布置,然后隔跨布置;(3)求某支座最大负弯矩或支座左、右截面最大剪力时,应在该支座左右两跨布置活荷载,然后隔跨布置。由于板在跨中一般承受正弯矩而在支座处承受负弯矩,因此在板的跨中须配底部钢筋,而在支座处往往配板面钢筋,从而有两种配筋方式。分离式配筋:跨中正弯矩钢筋宜全部伸人支座锚固,而在支座处另配负弯矩钢筋,其范围应能覆盖负弯矩区域并满足锚固要求,由于施工方便,分离式配筋已成为工程中主要采用的配筋方式。弯起式配筋:将一部分跨中正弯矩钢筋在适当的位置(反弯点附近)弯起,并伸过支座后作负弯矩钢筋使用,延伸长度应满足覆盖负弯矩图和锚固的要求,由于施工比较麻烦,目前弯起式配筋已很少应用。为了保证锚固可靠,板内伸入支座的下部正钢筋采用半圆弯钩。对于上部负钢筋,为了保证施工时钢筋的设计位置,宜做成直抵模板的直钩。板中构造钢筋的分布钢筋:当按单向板设计时,除沿受力方向布置受力钢筋外,尚应在垂直受力方向布置分布钢筋,分布钢筋应布置在受力钢筋的内侧,它的作用是与受力钢筋组成钢筋网,便于施工中固定受力钢筋的位置,承受由于温度变化和混凝土收缩所产生的内力,承受并分布板上局部荷载产生的内力,对

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