混凝土结构设计原理 重点

1、混凝土结构设计原理基本知识点：钢筋与混凝土两种材料能够有效地结合在一起而共同工作，主要基于下述三个条件：钢筋与混凝土之 间存在着粘结力，使两者能结合在一起。在外荷载作用下，结构中的钢筋与混凝土协调变形，共同工作。 因此，粘结力是这两种不同性质的材料能够共同工作的基础。钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数 很接近。所以，钢筋与混凝土之间不致因温度变化产生较大的相对变形而使粘结力遭到破坏钢筋埋置 于混凝土中，混凝土对钢筋起到了保护和固定作用，使钢筋不容易发生锈蚀，且使其受压时不易失稳，在 遭受火灾时不致因钢筋很快软化而导致结构整体破坏。混凝土结构的特点。优点：耐久性好；耐火性好；整体性好；可模性；

2、就地取材；节约钢 材。缺点：自重大；抗裂性差；需用模板。混凝土结构按其构成的形式可分为实体结构和组合结构两大类。碳素钢通常可分为低碳钢（含碳量少于0.25%）、中碳钢（含碳量0.25%0.6%）和高碳钢（含碳量 0.6%1.4%）。预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。钢筋除了有两个强度指标（屈服强度和极限强度）夕卜，还有两个塑性指标：延伸率和冷弯性能。这连个 指标反映了钢筋的塑性性能和变形能力。冷拉只能提高钢筋的抗拉屈服强度，其抗压屈服强度将降低。冷拔可同时提高钢筋的抗拉和抗压强度。混凝土结构对钢筋性能的要求：适当的强度和曲强比；足够的塑性；可焊性；耐久性和耐火性； 与混凝土具有

3、良好的粘结。标准试件取边长150mm的立方体。素混凝土结构的强度等级不应低于C15。钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；采用强度等 级400MPa及以上的钢筋时混凝土强度等级不应低于C25。承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度 等级不应低于C30。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。采用150mm*150mm*300mm的棱柱体作为标准试件。使混凝土处于三向受压状态，从而提高了试件的纵向强度和变形能力。在不变的应力长期持续作用下，混凝土的变形随时间而徐徐增长的现象称为混凝土的徐变。徐变的原因：混凝土中的水泥凝胶体在荷载作用下产生黏性流动，并把它所承受

4、的压力逐渐转给骨 料颗粒，使骨料压应力增大，试件变形也随之增大混凝土内部的微裂缝在荷载长期作用下不断发展和 增加，也使徐变增大。当应力不大时，徐变的发展以第一个原因为主；当应力较大时，则以第二个原因为 主。混凝土在空气中结硬时其体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩;而混凝土在水中结硬时体积会膨胀， 称为混凝土的膨胀。光圆钢筋的粘结力由三部分组成：混凝土中水泥凝胶体与钢筋表面的化学胶着力；钢筋与混凝土接 触面间的摩擦力；钢筋表面粗糙不平的机械咬合力。影响粘结强度的因素：混凝土强度；混凝土保护层厚度及钢筋净间距；钢筋外形；横向配筋； 侧向压应力；受力状态。直径36mm及以上的钢筋不应采用并筋。结构

5、上的作用按随时间的变异，可分为三类：永久作用；可变作用；偶然作用。统一标准明确规定了结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求：在正常施工和正常使用 时，能承受可能出现的各种作用（包括荷载及外加变形或约束变形）；在正常使用时保持良好的使用性 能；在正常维护下具有足够的耐久性能；当发生火灾时，在规定的时间内可保持足够的承载力；当 发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时，结构能保持必需的整体稳固性，不出现与起因不相称的破坏后 果，防止出现结构的连续倒塌。对重要的结构，应采取必要的措施，防止出现结构的连续倒塌；对一般的 结构，宜采取适当的措施，防止出现结构的连续倒塌。承载力极限状态。当结构或结构构件

6、出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：结构构 件或连接因所受应力超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载；整个结构或结构的一部分 作为刚体失去平衡；机构转变为机动体系；结构或结构构件丧失稳定；结构因局部破坏而发生连续 倒塌；地基丧失承载能力而破坏；结构或结构构件的疲劳破坏。正常使用极限状态。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：影响 正常使用或外观的变形；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；影响正常使用的振动； 影响正常使用的其他特定状态。建筑结构设计时，应根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，区分下列四种设计状况：持久设计 状况；短

7、暂设计状况；偶然设计状况；地震设计状况。混凝土保护层厚度是指钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离，用c表示。梁式板中一般布置有两种钢筋：受力筋和分布钢筋。适筋梁正截面工作的三个阶段：第I阶段一一未开裂阶段；第II阶段一一带裂缝工作阶段；第 III阶段一一破坏阶段。根据正截面破坏特征的不同，可将受弯构件正截面受弯破坏形态分为适筋破坏（其主要破坏特征是纵向 受拉钢筋的应力首先达到屈服强度，然后受压区边缘混凝土达到极限压应变致使受压区混凝土被压坏。即 钢筋的屈服总是发生在受压区混凝土压坏之前）、超筋破坏（其主要破坏特征是受压区混凝土先被压碎而 纵向受拉钢筋应力达不到屈服强度。即当受压区边缘混凝土达到极限

8、压应变时，受拉钢筋应力尚小于屈服 强度，但梁已宣告破坏）和少筋破坏（受拉区混凝土一旦开裂，则裂缝截面处原来由混凝土承担的拉力将 全部转嫁给纵向受拉钢筋。由于配筋率P很小，受拉钢筋应力将迅速增长并有可能超过其屈服强度而进入 强化阶段，甚至可能被拉断）三种。混凝土受弯构件正截面受弯承载力计算是以适筋梁破坏阶段的IIIa受力状体为依据。就受弯承载力而言，双筋截面主要应用于以下情况：当截面承受的弯矩值很大，超过了单筋矩形截面 梁所能承担的最大弯矩Mu,max，即出现&匕的情况，而梁的截面尺寸受到限制，混凝土强度等级也不 能够再提高时，则可采用双筋截面梁。在不同的荷载组合情况下，梁的同一截面承受变号弯矩

9、时，需要 在截面的受拉区和受压区均配置纵向受力钢筋，形成双筋梁。当因某种原因，在截面受压区已存在有面 积较大的纵向钢筋时，为经济起见，可按双筋截面梁计算。T形截面受弯构件通常采用单筋，即仅需配置纵向受拉钢筋。但如果所承受的弯矩设计值颇大，而截面 高度又受到限制或为扁梁结构时，则也可设计成双筋T形截面。根据对国内外试验资料的研究分析，稳定系数中值主要与构件的长细比有关。当纵向压力N的相对偏心距eJh0较大，且受拉钢筋As配置的不过多时会出现受拉破坏。受拉破坏也 称为大偏心受压破坏。大、小偏心受压构件的判别条件：当&V时，为大偏心受压；禁时，为小偏心受压。其中 为 承载能力极限状态时偏心受压构件截

10、面的计算相对受压区高度，即& = X/钢筋混凝土受压构件截面尺寸一般不宜小于250mm*250mm，以避免长细比过大。同时截面的长边h 与短边b的比值常选用为h/b=1.53.0o梁沿斜截面破坏的主要形态：斜压破坏；剪压破坏；斜拉破坏。影响斜截面受剪承载力的主要因素：剪跨比入；混凝土强度；箍筋的配筋率*y和箍筋强度fyv受弯构件斜截面受剪承载力计算原则：有腹筋梁沿斜截面剪切破坏可能出现三种主要破坏形态。其中， 斜压破坏是因梁截面尺寸过小而发生的，故可以用控制量截面尺寸不致过小加以防止；斜拉破坏则是由于 梁内配置的腹筋数量过少而引起的，因此用配置一定数量的箍筋和保证必要的箍筋间距来防止这种破坏的

11、 发生；对于常见的剪压破坏，通过受剪承载力计算给予保证。混凝土结构设计规范的受剪承载力计算 公式就是依据剪压破坏特征建立的。设计中一般取下列斜截面作为梁受剪承载力的计算截面：支座边缘处的截面；受拉区弯起钢筋弯起 点处的截面；箍筋截面面积或间距改变处的截面；腹板宽度改变处的截面。当箍筋和纵筋或其中之一配置过少时，其破坏特征与素混凝土构件相似，属于脆性破坏，称为少筋受扭 破坏；当箍筋和纵筋的配置数量一种过多而另一种基本适当时，则构件破坏前只有数量适当的那种钢筋应 力能达到受拉屈服强度，另一种钢筋应力直到受压边混凝土压碎仍未达到屈服强度，这种情况称为部分超 筋受扭破坏；当箍筋和纵筋都配置过多时，在扭矩作用下，破坏前的螺旋裂缝多而密，到构件破坏时，这 些裂缝的宽度仍然不大。构件的受扭破坏是由于裂缝间的混凝土被压碎而引起的，破坏时箍筋和纵筋应力 均未达到屈服强度破坏具有脆性性质。这种破坏称为完全超筋受扭破坏。裂缝控制的目的：使用功能的要求；建筑外观的要求；耐久性的要求。影响混凝土结构耐久性的主要因素：混凝土碳化；钢筋锈蚀；混凝土的冻融破坏；混凝土的碱 集料反应；侵蚀性介质的腐蚀。施加预应力的方法按照施工工艺的不同，可分为先张法和后张法。先张法的基本工序：在台座（或钢 模）上用张拉机具张拉预应力筋至控制应力，并用夹具临时固定；支模并浇灌混凝土；养护混凝土（一 般为蒸汽养