混凝土结构设计原理期末整理

1、混凝土结构：以混凝土为主要材料，并根据需要在其中放置钢材制成的结构。 素混凝土结构：指不配置钢材或不考虑钢筋受力的混凝土结构。 钢筋混凝土结构：指配有普通受力钢筋的混凝土结构。 预应力混凝土结构：指具有预应力纲筋，通过张拉预应力钢筋或其他方法建立 预加应力的混凝土结构。 比较相同跨度、相同截面尺寸和相同材料等级的素混凝土简支梁（图a）和钢 筋混凝土简支梁（图b）的受力和破坏过程，可得二者的受力特点： 1） 素混凝土梁：变形很小，一裂即坏，承载力很低，开裂荷载Fcr与破坏荷载 Fu基本相等，破坏无明显的预兆，属于脆性破坏，混凝土抗压强度高的性能未 被充分利用。 2） 钢筋混凝土梁：变形较大，梁的

2、受拉区出现裂缝，但并未破坏，破坏荷载Fu 显著的高于开裂荷载Fcr，混凝土抗压强度较高和钢筋抗拉强度高的性能均得到 充分的利用，且具有明显的破坏预兆，属于延性破坏。 钢筋和混凝土能够结合在一起共同工作的原因 钢筋和混凝土的接触面上存在着良好的粘结力，可以保证两者协调变形，整体 工作。 钢筋与混凝土的温度线膨胀系数基本相同，两者不会因温度变化导致粘结力破 坏。 钢筋的混凝土保护层可以防止钢筋锈蚀，保证结构的耐久性。 钢筋混凝土结构的优点 1 ）合理用材。可充分发挥钢筋和混凝土材料的力学性能，结构具有较高的承 载力。 2 ）耐久性好。因混凝土的强度随时间的增加有所提高；钢筋因混凝土的保护 而不锈蚀

3、。 3 ）耐火性好。因混凝土是不良的热导体；钢筋不致因升温过快而丧失承载 力，故较木结构和钢结构耐火性好。 4 ）整体性好。现浇钢筋混凝土结构的整体性好，有利于抗震、抗爆、防辐 射。 5 ）可模性好。可根据使用需要，将混凝土浇筑成各种形状和尺寸的结构。 6 ）便于就地取材。混凝土所用原材料一般为地方材料。 钢筋的品种及等级 （1）按化学成分不同分类 1）碳素结构钢 低碳钢（含碳量小于0.25%）; 中碳钢（含碳量0.25%0.6% ； 高碳钢（含碳量0.6%1.4% 。 特点：随着含碳量增加，强度提高，塑性降低。 （2）按生产加工工艺不同分类 1）热轧钢筋 加工工艺：由低碳钢、普通低合金钢在高

4、温下直接轧制而成。 强度等级及符号：HPB235HRB335. HRB400 和 RRB400啦 工程应用：钢筋混凝土结构或预应力混凝土结构中的非预应力钢筋。 2）热处理钢筋 加工工艺：由普通低合金钢 40Si2Mn 48Si2Mn 45Si2Cr经淬火和回火处理后 制成。力学性能；强度高（强度标准值 1470MPa ,塑性较好。 表示符号： HT; 工程应用：预应力混凝土结构。 3）钢丝 钢丝品种：光面钢丝、螺旋肋钢丝和三面刻痕的消除应力钢丝。 力学性能：强度高（强度标准值 1570MP 1770MPN。 表示符号：相应符号分别为 P、 H、 1。 工程应用：预应力混凝土结构。 4）钢绞线

5、加工工艺：由光面钢丝绞织而成。力学性能：强度高（强度标准值1570MPa- 1860MPa。 表示符号： s 工程应用：预应力混凝土结构 2.钢筋的形式 外形分类：光圆钢筋（图a）和变形钢筋（图b.c.d ） 变形钢筋：包括月牙肋钢筋、等高肋钢筋等，其特点是与混凝土黏结性好。 工程中常用月牙肋钢筋。 治 钢筋的强度和变形 按钢筋受拉的应力一应变关系不同分： 有明显屈服点钢筋，例如热轧钢筋。 无明显屈服点钢筋，例如钢丝和热处理钢筋。 钢筋塑性性能 伸长率和冷弯性能是反映钢筋塑性性能的基本指标。 1）伸长率是钢筋试件拉断后标距间的伸长值与拉伸前相应标距间长度的比值。 钢筋的伸长率越大，贝U塑性性能

6、越好，破坏前的预兆越明显，属于延性破坏 2）冷弯是将钢筋围绕规定直径 D的钢辊弯曲达到规定的角度a后，钢筋无裂纹 或断裂现象。钢筋绕过的钢辊直径 D越小，弯曲角度a越大，表明其塑性性能 越好。 冷加工钢筋概念 为提高钢筋的强度，节约钢材，在常温下通过拉伸等方法对热轧钢筋进行机械 加工制成的钢筋。 冷加工钢筋品种及性能 （1）冷拉钢筋 加工工艺：将热轧钢筋拉伸超过其屈服阶段进入强化阶段的某一应力，然后 卸荷至零所得到的钢筋。 力学性能：抗拉强度有一定的提高，抗压强度维持不变，伸长率减少，塑性 降低。 （2）冷拔钢丝 加工工艺：将热轧钢筋用强力拔过比其直径小的硬质合金拔丝模而成的。 力学性能：多次

7、冷拔后，抗拉强度和抗压强度都有大幅度的提高，伸长率显 著的减小。 （3）冷轧钢筋 加工工艺：指以热轧圆盘条为母材，经冷拉或冷拔减径后，在其表面轧制具 有两面或三面月牙纹横肋的冷轧带肋钢筋。 力学性能：与冷拔钢丝的强度基本接近，但塑性较好。 （4）冷轧扭钢筋 加工工艺：将低碳钢热轧圆盘条经专用钢筋冷轧扭机调直、冷轧并冷扭一次 成型，具有规定截面形状和节距的连续螺旋状钢筋。 力学性能：抗拉强度比轧制前母材的强度有很大的提高，但伸长率也减少较 多。 立方体抗压强度 立方体抗压强度标准值是指按照标准方法制作养护（20C 2C、相对湿度为 95鸠上）的边长为150mm勺立方体试件，在28d龄期用标准试验

8、方法测得的具 有95%证率的抗压强度，以fcu,k表示，单位N/mrf（也可记作MPaK 混凝土强度等级用符号C和混凝土立方体抗压强度标准值表示。例如 C20, 即表示 fcu,k=20MPa 轴心抗压强度 采用棱柱体试件（100X 100X 300mm或 150X 150X 450mm，按照测定立方体 抗压强度的条件和方法测得的抗压强度，称为棱柱体抗压强度或轴心抗压强 度。 混凝土的变形 受力变形：由荷载作用产生。 体积变形：温湿度变化引起。 混凝土在一次短期荷载下的变形 棱柱体试件在一次短期压力荷载作用下的应力应变曲线。 （1） 上升段 OC 1）压应力0.3fc的OA段，应力与应变关系基

9、本为直线，混凝土表现为 弹性性质；混凝土中的骨料和水泥结晶体的弹性变形起决定因素。 2）压应力c接近0.8仁，艮卩B点时，应变增加更快；混凝土表现出明显的塑 性性质。主要是混凝土内部微裂缝的扩展延伸和水泥凝胶体的粘性流动所致。 3 ）压应力c达到最大值fc，即C点时，混凝土内部微裂缝不断产生， 并相互贯通，试件表面出现明显的纵向裂缝而开始破坏。相应于最大压应力值 fc的应变 0 一般为0.002。 下降段CE 1）应变过C点后，随着缓慢的卸荷，应力逐渐减小而应变却持续增加，在D 点出现反弯点，相应的应变称为混凝土的极限压应变 cu。 cu值越大，表示混 凝土的塑性变形能力越大，构件的延性越好，

10、抗震能力较强。 cu值一般可取 0.0033。 2）反弯点D之后，因试件压碎后各块体间存在咬合力或摩擦力，故曲线仍能 继续延伸。 15 / 15 混凝土的受压变形模量可按如下方法确疋： si 1）原点切线模量。又称混凝土的弹性模量。在混凝土 棱柱体受压应力-应变曲线的原点作一切线，则该切线的 斜率即为原点切线模量，用Ec表示。即 k Ec=tan a 0 L 0 2）割线模量。又称混凝土的变形模量。即通过混凝土棱 柱体受压应力-应变曲线上任一点 A的割线斜率，用E 表示。 E c= uEc U称为混凝土的受压弹性系数，一般在0.51.0之间变化 3 ）切线模量。指混凝土棱柱体受压应力-应变曲线

11、上任 点A的切线斜率，用e 表示。即 c Ec 徐变的定义 混凝土在荷载长期作用下，应力不变，应变随时间不断增长的现象称为混凝 土的徐变。 受弯构件的定义 受弯构件是指在荷载作用下，同时承受弯矩（ M和剪力（V作用的构件。 建筑工程中的梁和板是典型的受弯构件。 受弯构件的破坏情况 正截面破坏：由弯矩作用引起。 斜截面破坏：由弯矩和剪力共同作用引起，又分为斜截面受剪和斜截面受弯 破坏。 纵向受力钢筋 纵向受力钢筋的数量应通过承载力计算确定，同时还应满足下述构造要求： 钢筋宜采用HRB40C级或HRB335R，常用直径为1232mn，梁底部纵向受力 钢筋一般不少于2根，同一构件中钢筋直径相差不宜小

12、于 2mm但是，同一截 面内受力钢筋直径也不宜相差太大。 为保证钢筋与混凝土之间的粘结和混凝土的密实性，钢筋的净距不应小于如 下表中的规定。 纵向受力钢筋的最小间距 间距类型 水平净距 垂宜净距层距 钢筋类型 上部钢筋 卜部钢筋 25mm 且 d 最小闾距 30miti 且 1.5 混凝土保护层厚度 1）作用 保护钢筋免遭锈蚀，保证钢筋与混凝土间有足够的粘结强度 2）要求 纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度应不小于受力钢筋的直径d,且不小于下如 下表中的要求。 混凝土保护层的最小厚度（mm） 坏境 类别 环境条件 构件名称 混凝上强度等级 y ,X y,XX b X b是界限破坏时截面换算受压区高

13、度。 令E = x /h,E b=x b/h,E称为相对受压区高度，E b称为相对界限受压区 高度。 则有b时，为适筋破坏（包括界限破坏）；EE b时，为超筋破坏。 由界限破坏时截面应变图形的几何关系可得 _毎_ ho 1+弓/% 取、=丫严中得出有屈服点钢筋的Eh值为 ，七 E S CU 常用钢筋所对应的E b值见下表。 相对界限受压区高度和 钢筋种类 P =0-45/； 0.20% 单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 基本公式 按下图所示的计算应力图形，根据力和力矩平衡条件，可得单筋矩形截面受弯 构件正截面承载力计算基本公式为 = 6( J bx(h rtX/2) 或 3/SVufr4s

14、(/ V/2) 式中 tc混凝止轴心抗压强度设订值; b 裁面宽度* 上混凝土受压区高疫： m系数，取侑同前所迷* 人钢斓抗拉弓虽度设计色： .纵向受拘钢筋截面由j积* 札截面有效面度； j/tl截闻械坏时的极限弯毎： M 作用在截曲上的弯处设讣值。 2.适用条件 1）为防止发生超筋破坏，应满足 F0Z 或I孟（即 或0厶亦=对-0.5 2）为防止发生少筋破坏，应满足 翊 lihl 4)选配钢筋的宜径和根数 根据汁算所得儿，并考虑钢筋的净距和保护层厚 度要求，由钢筋截面积表选择。 (2)计算系数法 将代入式2)得 3/=J Jbx(hn-xll)=iL | f Jbh1 - 0 崔) 令的=g(lo.?4) 则 AUugfMJ 同理, 由式(3)可得 f=l- M=fM訂扎 由式(1)得 或由式4得 A 式中s截面抵抗矩系数; Y.截面内力臂系数。 (4) 辿严 fy M 叫、危均为g的函数，可编制成计算表格供查用。 但通常采用如下方法计算： M 计算兀两 计算C或人 点二-J1 - 2色 ys=l-0.5C 求纵向钢筋面积出 若则 或4 = J y f/J1。 若. ilt,则为超筋梁，应重新计算。 验算最小配筋率 畑T 第兀节双筋鉅禪面受弯构件正截面荊册算