结构设计原理.doc

第一篇钢筋混凝土结构第一章钢筋混泥土的基本概念及材料的物理力学性能钢筋混凝土结构是由配置手里的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制成的结构。钢筋和混凝土能有效地结合在一起共同工作主要的原因：1、 混凝土和钢筋之间有着良好的粘结力，使两者能可靠地结合成一个整体，在荷载的作用下能够狠好地共同变形，完成其结构功能。2、 钢筋和混凝土的温度线膨胀系数也较为接近。3、 包围在钢筋外面的混凝土，起着保护钢筋避免锈蚀的作用，保证了钢筋与混凝土的共同作用。钢筋混凝土的优点：1、 在钢筋混凝土结构只能够，混凝土强度是随时间而不断增长的，同时，钢筋被混凝土所包围而不致锈蚀，所以，钢筋混凝土结构的耐久性是较好的。2、 赶紧混凝土结构既可以整体现浇也可以预知装配，并且可以根据需要浇制成各种构件和形状和截面尺寸。3、 钢筋混凝土结构所用的原材料中，砂、石所占的比例较大，而砂、石易于就地取材，故可以降低建筑成本。 我国国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准规定以每边边长为150MM的立方体为标准试件在20正负5的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气养护28天，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值作为混凝土的立方体抗压强度。要是在承压板和试件上下表面之间涂以油脂润滑剂，则试验加压时摩阻力将大为减小，所测得的抗压强度较低。立方体试件尺寸愈小，摩阻力的影响愈大，测得的强度也愈高。轴心抗压强度：按照与立方体试件相同条件下制作和试验方法所得的棱柱试件的抗压强度值。双向应力混凝土强度变化特点：1、 当双向受压时，一向的混凝土随着另一向压应力的增加而增加2、 当双向受压时，无论应力比值如何，实测破坏强度基本不变，双向受拉的混凝土抗拉强度均接近于单向抗拉强度。3、 当一向受拉、一向受拉时，混凝土的强度均低于单向受力。混凝土的变形可分为两类，一类在荷载的作用下的受力变形如单调短期加载的变形、荷载长期作用下的变形以及多次重复加载的变形；另一类与受力无关，称为体积变形，如混凝土收缩以及温度变化引起的变形。混凝土的应力应变曲线：混凝土的应力应变曲线关系混凝土力学性能的一个重要方面，它是研究钢筋混凝土构件的截面应力分布建立承载能力和变形计算理论所必不可少的依据。（峰值应变、峰值应力、反弯点、收敛点、残余应力）影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素：混凝土强度、应变速率、测试技术和试验条件混凝土弹性模量三种表示方法：原点弹性模量、切线模量、变形模量混凝土的徐变在荷载的长期作用下，混凝土的变形将随时间的增加而增加，亦在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长的现象。徐变对结构的影响1、 使结构变形增加2、 静定结构，在界面中引起应力重分布3、 超静定结构引起赘余力4、 在预应力混凝土结构引起预应力损失收缩在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减少的现象收缩对结构的影响：1、 构件未受荷载之前产生裂缝2、 预应力构件中预应力损失（预应力筋混凝土一同回缩英气预应力损失）3、 超静定结构产生次内力 屈强比屈服强度与抗拉极限强度的比值。要求一般屈强比不大于0.8冷弯性能：钢材在冷弯的加工过程中产生塑性变形时对裂缝产生抵抗能力，通过冷弯试验(弯心直径和冷弯角度)检查试件表面是否有裂纹或者分层断裂来反映塑性。环氧树脂涂层钢筋：在工厂生产条件下，用普通热轧钢筋采用环氧树脂粉以静电喷涂方法生产的钢筋。钢筋的分类：按化学成分可分为碳素钢和普通低合金钢按外形特征可分为热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋粘结应力：在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土这两种材料之所以能共同工作的基本前提是具有足够的粘结强度，能承受由于变形差（相对滑移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力，这种剪应力称为粘结应力。光圆钢筋与混凝土粘结作用：1、 混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶着力2、 钢筋与混凝土接触面的摩擦力3、 钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力粘结作用：1、 抵抗钢筋滑动，保证两种材料共同作用基础2、 对钢筋混凝土进行有限元分析，必须要有粘结-滑移关系3、 粘结作用退化，对结构疲劳和抗震有很大影响破坏的形态:1、 切型粘结破坏（保护层厚度较厚或有环向箍筋约束）2、 劈裂型粘结破坏（保护层厚度较小或未配环向箍筋）3、 防范措施：足够保护层厚度满足锚固长度，并设置弯钩影响粘结强度的因素：1、光圆钢筋及变形钢筋的粘结强度均随混凝土强度等级的提高而提高，但并不与立方体成正比。2、粘结强度与教主混凝土使钢筋所处的位置有明显的关系3、钢筋混凝土构件截面上有很多根钢筋并列在一起时，钢筋之间的净距对粘结强度有重要的影响。4、带肋钢筋与混凝土的粘结强度比光圆钢筋时大。第二章结构按极限状态法设计计算的原则可靠度设计法：把影响结构可靠性的各种因素均视为随即变量，以大量现场实测资料和试验数据位基础，运用数据数学的方法，寻求各变量的统计规律，确定结构的失效概率来度量结构的可靠度性。结构概率设计法按精确程度分类：1、 水准1半概率设计法2、 水准2近似概率设计方法3、 水准3全概率设计法结构设计的目的：就是要使所设计的结构，在规定的时间内能够在具有足够可靠性的前提下完成全部预定功能的要求。结构可靠度定义：结构在规定时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。这里所说的“规定时间”是指对结构进行可靠度分析时，结合结构使用期，考虑各种基本变量与时间关系所取用的基准时间参数；“规定的条件”是指结构正常设计、正常施工和正常使用条件。即不考虑人为过失的影响。承载力极限状态：这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适应继续承载的变形或变位状态。正常使用极限状态：这种极限状态对应于结构或者结构达到正常使用或耐久性能的某项极限的状态。破坏安全状态：这种状态又称为条件极限状态，超过这种极限状态而导致破坏，是指鱼讯结构物发生局部破坏，而对已发生局部破坏结构的其余部分，应该具有适当的可靠度，鞥继续承受降低了的设计荷载。“校准法”：根据各基本变量的统计参数和概率分布类型，运用可靠度的计算方法，揭示以往闺房隐含的可靠度，以此作为确定目标可靠度指标的依据。三种设计状况：1、 持久状况：桥涵建成后承受自重、车辆荷载等作用持续时间很长的状况。该状况是指桥梁的使用阶段。2、 短暂状况：桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。短暂状况所对应的是桥梁的施工阶段。3、 偶然状况：桥涵使用过程偶然出现的状况。偶然状况是指桥梁可能遇到的地震等作用的状况。材料的强度标准值：标准试件按标准试验方法经数据统计以概率分布的0.05分为指确定强度值，即取值原则是在符合规定质量的材料强度实测体的总体中，材料的强度标准值赢具有不小于95%的保证率。结构上的作用按其随时间的变异性和出现的可能性分类：1、 永久作用：在结构使用期间，其量值不会随时间变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用2、 可变作用：在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。3、 偶然作用：在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现其值很大且持续时间很短的作用。作用效应组合：结构上几种作用分别产生的效应的随机叠加，而作用效应最不利的作用组合是指所有可能的作用效应组合中对结构或结构构件产生总效应最不利的一组作用效应组合。第三章受弯构件正截面承载力计算单筋受弯构件：在梁（板）的受拉区配置纵向受拉钢筋双筋受弯构件：同时在界面受压区也配置受力钢筋配筋率:配置的钢筋截面面积与规定的混凝土截面面积的比值（化为百分数表示）设置保护层的目的：为了保护钢筋不直接受到大气的侵蚀和其他环境因素的作用，也是为了保证钢筋和混凝土有良好的粘结。梁内的钢筋有纵向受拉钢筋，弯起钢筋或斜钢筋，箍筋，架立钢筋和水平纵向钢筋梁内的钢筋常常采用骨架形式，一般分为绑扎钢筋骨架和焊接钢筋骨架两种形式。梁内弯起钢筋是由主钢筋按规定的部位和角度弯至梁上部后，并满足锚固要求的钢筋；斜筋是专门设置的斜向钢筋，他们的设置及数量均由抗剪计算确定架立钢筋是为构成钢筋骨架用而附加设置的纵向钢筋，其直径依梁截面尺寸而选择，通常采用直径为（10mm14mm）的钢筋水平纵向钢筋的作用主要是在梁侧面发生混凝土裂缝后，可以减小混凝土裂缝宽度。箍筋：由斜截面承载力确定并满足构造要求，作用：提高梁抗剪能力与纵筋架立筋等形成钢筋骨架，固定主筋位置。受弯构件正截面破坏形态：1、 适筋梁破坏塑性破坏2、 超筋梁破坏脆性破坏3、 少筋梁破坏脆性破坏受弯构件正截面承载力计算基本假定：平截面假定、不考虑混凝土的抗拉强度、材料应力应变物理关系平截面假定为钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算提供了变形协调的几何关系，可加强计算方法的逻辑性和条理性。第四章 受弯构件斜截面承载力计算腹筋：箍筋和弯起钢筋无腹筋简支梁沿斜截面破坏的主要形态：1、 斜拉破坏2、 剪压破坏3、 斜压破坏剪跨比：剪跨比是一个无量纲常数，用m=M/Vh0表示，此处M和V分别为剪弯区段中某个竖直截面的弯矩和剪力，h0表示截面有效高度。无腹筋简支梁沿斜截面破坏主要形态：1、 斜拉破坏2、 剪压破坏3、 斜压破坏影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素：1、 剪跨比m2、 混凝土抗压强度3、 纵向钢筋配筋率4、 配筋率和配箍率上限值截面最小尺寸当梁的界面尺寸较小而剪力过大时，就可能在梁的肋部产生过大的主压应力，使梁发生斜压破坏（或梁肋板压坏）下限值按构造要求配置钢筋钢筋混凝土土梁出现斜裂缝后，斜裂缝处原来由混凝土承受的拉力全部传给箍筋承担，使箍筋的拉应力突然增大。如果配置的箍筋数量过少，则斜裂缝一出现，估计应力很快达到其屈服强度，不能有效地抑制斜裂缝发展，甚至箍筋被拉断而导致发生斜拉破坏。弯矩包络图沿梁长度各截面上弯矩组合设计值的分布图，其纵坐标表示该截面上作用的最大设计弯矩。简支梁的弯矩包络图一般可近似为一条二次抛物线。抵抗弯矩图就是沿梁各个正截面按实际配置的总受拉钢筋面积能产生的抵抗弯矩图，即表示各个正截面所具有的抗弯承载力。斜截面抗剪承载力复核截面的选择：1、 距支座中心h/2(梁高一半)处的截面2、 受拉区弯起钢筋弯起处的钢筋，以及锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处的截面3、 箍筋数量或间距有改变处的截面4、 梁的肋板宽度改变出的截面钢筋的接头：绑扎搭接街头、焊接接头、机械接头箍筋的构造要求：1、 钢筋混凝土梁应该设置直径不小于8mm且不小于1/4主钢筋直径的钢筋。箍筋的配筋率R235钢筋时，（sv）min=0.18%;HR335（sv)min=0.12%2、 箍筋的间距（指沿构件纵轴方向箍筋轴线之间的距离）不应大于梁高的1/2且不大于400mm；当所箍钢筋为按受力需要的纵向受压钢筋时，应不大于受压钢筋直径的15倍，且不大于400mm第六章 轴心受压构件的正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受压构件按照箍筋的功能和配置方式的不同可分为：1、 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件（普通箍筋柱）2、 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件（螺旋箍筋柱）设置纵向钢筋的目的：1、 协助混凝土承受压力，可减小构件截面尺寸2、 承受可能存在的不大的弯矩3、 防止构件的突然脆性破坏普通箍筋的作用是防止纵向钢筋局部压屈，并与纵向钢筋形成钢筋骨架，便于施工螺旋箍筋的作用是使截面中间部分（核心）混凝土称为约束混凝土，从而提高构件的承载力和延性。破坏形态：短柱：钢筋混凝土短柱的破坏是材料破坏，即混凝土压碎破坏对于高强度钢筋，混凝土应变达到2*10-3时，钢筋可能尚未达到屈服强度，在设计时如果采用这样的钢材，则它的抗压强度设计值仅为0，0002ES=400MPa，即必须小于其抗拉强度设计值。长柱：失稳破坏稳定系数（）钢筋混凝土轴心受压构件计算中，考虑构件长细比增大的附加效应使构件承载力降低的计算系数称为轴心受压构件的稳定系数。主要与构件的长细比有关，混凝土强度等级及配筋率对其影响较小第七章 偏心受压构件的正截面承载力计算偏心受压构件的破坏形态：受拉破坏大偏心受压破坏受压破坏小偏心受压破坏大小偏心受压的界限：与受弯构件正截面承载力计算相同，可用受压区界限高度xb