混凝土結構設計原理復習提綱

1、結構概念：以混凝土為主要材料制作的結構稱為混凝士結構。2.混凝土結構分類：它包括素混凝土結構、鋼筋混凝土結構、型鋼混凝土結構、鋼管混凝土結構和預應力混凝土結構等五類。.混凝土結硬后，能與鋼筋牢固地粘結在一起，相互傳遞內力。粘結力是這兩種性質不同的材料能夠共同工作的基礎；鋼筋的線膨脹系數(shù)為1.210-5-1，混凝土的為1.010-5-11.510-5-1，二者數(shù)值相近。因此.當溫度變化時，鋼筋與混凝土之間不會存在較大的相對變形和溫度應力而發(fā)生粘結破壞。鋼筋包裹在混凝土中，混凝土保護層可以保護鋼筋，避免或延緩鋼筋銹蝕。4.4.鋼筋混凝土結構的優(yōu)點：鋼筋混凝土結構的優(yōu)點：就地取材。節(jié)約鋼材。 耐久、

2、耐火。 可模性好?，F(xiàn)澆式或裝配整體式鋼筋混凝土結構的整體性好，剛度大。 5.5.鋼筋混凝土結構的缺點：鋼筋混凝土結構的缺點：自重大。 抗裂性差。 施工的周期較長，受天氣的影響較大，需要較多的腳手架、模板。補強維修較難。1.1.混凝土材料的發(fā)展混凝土材料的發(fā)展-輕質輕質2.2.在結構形式方面的發(fā)展在結構形式方面的發(fā)展（1）鋼筋混凝土在高層建筑中的應用 （2）鋼筋混凝土結構在橋梁、特種結 構、水利工程、海洋工程、港口碼 頭工程等各個領域內的發(fā)展 3.3.計算理論與設計計算理論與設計 目前鋼筋混凝土結構設計是采用以概率理論為基礎的可靠度理論，采用極限狀態(tài)設計方法進行設計。1.1 1.1 混凝土混凝土

3、 1 1、混凝土材料及強度簡介、混凝土材料及強度簡介 混凝土是水泥和粗細骨料加水攪拌經(jīng)養(yǎng)護而形成的人造石。 一種彈塑性材料。 混凝土的強度與水泥強度、水灰比、骨料品種、混凝土配合比、硬化條件和齡期等有很大關系。此外，試件的尺寸及形狀、試驗方法和加載時間的不同，所測得的強度也不同。 第第1 1章章 鋼筋和混凝土材料的力學性能鋼筋和混凝土材料的力學性能 2 2、混凝土的抗壓強度、混凝土的抗壓強度立方體抗壓強度立方體抗壓強度f fcucu混凝土強度等級劃分依據(jù) 立方體抗壓強度為邊長為150mm的立方體在 203的溫度和相對濕度在 90以上的潮濕空氣中養(yǎng)護28d，照依標準試驗方法測得的具有95保證率的

4、抗壓強度(以Nmm2計)。 規(guī)范規(guī)定以混凝土立方體抗壓強度標準值fcu,k來劃分混凝土的強度等級:C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80，C代表混凝土，后面數(shù)字即為混凝土立方體抗壓強度的標準值，（C15C50為普通混凝土，C50以上為高強混凝土）。軸心抗壓強度fc混凝土強度設計依據(jù) 棱柱體試件在與立方體試件相同的條件下試驗所測得的抗壓強度?；炷恋钠茐臋C理 混凝土受壓破壞是由于混凝土內裂縫的擴展所致?；炷亮芽p發(fā)展存在三個階段：第一階段，彈性變形階段，裂縫可恢復。第二階段，裂縫穩(wěn)定發(fā)展。第三階段，裂縫非穩(wěn)定發(fā)展。 約束混凝

5、土 混凝土受壓破壞是由于混凝土內裂縫的擴展所致，如果對混凝土的橫向變形加以約束 限制裂縫的開展，可以提高混凝土的縱向抗壓強度 3 3、混凝土的抗拉強度、混凝土的抗拉強度f ft t 混凝土的抗拉強度ft比抗壓強度低得多。一般只有抗壓強度的510。 4、混凝土在荷載短期作用下的變形、混凝土在荷載短期作用下的變形 混凝土的變形分為：受力變形和非受力變形受壓混凝土一次短期加荷的受壓混凝土一次短期加荷的-曲線曲線5 5、混凝土的時隨變形、混凝土的時隨變形 混凝土的時隨變形包括混凝土收縮和徐變。 混凝土的徐變：荷載保持不變，隨時間而增長 的變形稱為徐變?；炷恋氖湛s與膨脹：混凝土的收縮與膨脹：是混凝土的

6、非受力變形 收縮混凝土在空氣中結硬時，體積減小的現(xiàn) 象，易造成混凝土表面開裂。 膨脹混凝土在水中或處于飽和濕度情況下結硬時體積增大的現(xiàn)象。 引起收縮的主要原因：干燥失水；混凝土的組成和配合比；骨料；構件形狀及尺寸；養(yǎng)護及使用條件下的溫濕度；周邊約束條件等 6 6、混凝土的溫度變形：、混凝土的溫度變形： 當溫度變化時，混凝土的體積同樣也有熱脹冷縮的性質。是混凝土的非受力變形。 當溫度變形受到外界的約束而不能自由發(fā)生時，將在構件內產(chǎn)生溫度應力。7 7、混凝土的選用原則、混凝土的選用原則 建筑工程中建筑工程中 鋼筋混凝土構件的混凝士強度等級，一般情況下不應低于C15；預應力混凝土結構的混凝土強度等級

7、，一般情況下不應低于C30； 公路橋涵工程中公路橋涵工程中 鋼筋混凝土構件的混凝土強度等級，一般情況下不應低于C20；預應力混凝土構件的混凝土強度等級不應低于C40。 1.2 1.2 鋼筋鋼筋1 1、鋼筋分類、鋼筋分類 按加工方法分：熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、中高強鋼絲、鋼絞線、冷加工鋼筋 按使用用途分：普通鋼筋、預應力鋼筋 按化學成分分：低碳鋼鋼筋、普通低合金鋼鋼筋 按力學性能分：有明顯屈服點鋼筋（“軟鋼”）、無明顯屈服點鋼筋（“硬鋼”） 按鋼筋表明形狀分：光面鋼筋、變形鋼筋 2 2、熱軋鋼筋的力學性能、熱軋鋼筋的力學性能 應力應力應變曲線應變曲線1.彈性階段 2.屈服階段 3強化階段 4頸縮階

8、段塑性性能塑性性能A. 延伸率是衡量鋼筋塑性性能的一個指標，延伸率越大，塑性越好 B.冷彎試驗是檢驗鋼筋塑性的另-種方法強度強度 取具有95以上的保證率的屈服強度作為鋼筋的強度標準值fyk。鋼筋強度標準值用于正常使用極限狀態(tài)的驗算，設計值用于承載能力極限狀態(tài)的計算。鋼材的彈性模量鋼材的彈性模量EsEs： 應力應變曲線彈性階段（即直線段）的斜率。取概率分布的0.5分位值（即平均值）確定。 3 3、混凝土結構對鋼筋性能的要求、混凝土結構對鋼筋性能的要求 強度要求：即屈服強度和強屈比要求 塑性要求：即延伸率和冷彎性能要求 焊接性能要求：可焊性好 粘結性能：與混凝土的粘結錨固性能好 鋼筋和混凝土之間的

9、粘結，是保證鋼筋和混凝土這兩種力學性能截然不同的材料在結構中共同工作的基本前提。1 1、粘結力的定義及組成、粘結力的定義及組成粘結力：當鋼筋于混凝土之間產(chǎn)生相對變形（滑移），在鋼筋和混凝土的交界面上產(chǎn)生沿鋼筋軸線方向的相互作用力.組成：化學膠結力、 摩擦力、機械咬合力、鋼筋端部的錨固作用2 2、鋼筋的粘結性能、鋼筋的粘結性能光面鋼筋的粘結性能光面鋼筋的粘結性能 直段光面鋼筋的粘結力主要來自于化學膠結力和摩擦力。變形鋼筋的粘結性能變形鋼筋的粘結性能 變形鋼筋的粘結效果比光面鋼筋的好得多， 化學膠合力和摩擦力仍然存在，機械咬合力是變形鋼筋粘結力的重要組成部分。 1 1、軸心受拉構件的應力分析、軸心

10、受拉構件的應力分析 開裂前應力分析：開裂前應力分析：鋼筋和混凝土變形協(xié)調，應變相等：s=c； 開裂后應力分析：開裂后應力分析： 混凝土開裂，退出工作，在開裂處所有荷載由鋼筋獨立承擔。開裂處：c=0 極限狀態(tài)，混凝土開裂處應力為：極限狀態(tài)，極限軸力： 0cssAN /0cysfsyuAfN 2、軸心受壓短柱的應力分析 鋼筋和混凝土變形協(xié)調，應變相等：s=c； 當鋼筋屈服應變小于或等于混凝土壓應變極限，極限軸力： 當鋼筋屈服應變小于混凝土壓應變極限， 極限軸力：syccuAfAfNssccuAEAfN002. 01、基本概念 正截面用于抗彎計算的混凝土梁橫截面。 斜截面用于抗剪計算的混凝土梁橫截面

11、。 混凝土梁截面的有效高度： 從受壓邊緣至縱向受力鋼 筋截面重心的距離為截面的有 效高度（見圖2-2）。 2-2 梁截面的有效高度第第2 2章章 梁的受彎性能試驗研究、分析梁的受彎性能試驗研究、分析 1 1 梁的受彎性能試驗研究、分析梁的受彎性能試驗研究、分析混凝土梁的配筋率混凝土梁的配筋率 構件的截面配筋率是指縱向受力鋼筋截面構件的截面配筋率是指縱向受力鋼筋截面面積與截面有效面積之比。即面積與截面有效面積之比。即 2 2、梁的受力破壞過程及應力應變分析：、梁的受力破壞過程及應力應變分析： 面的受力狀態(tài)可分為下面三個大的階段：面的受力狀態(tài)可分為下面三個大的階段： 第第階段階段彈性工作階段（未裂

12、階段）彈性工作階段（未裂階段） 第第階段階段帶裂縫工作階段帶裂縫工作階段 第第階段階段屈服階段（破壞階段）屈服階段（破壞階段） 0sAbh1 1、隨著配筋率改變，構件的破壞特征將發(fā)生質的變、隨著配筋率改變，構件的破壞特征將發(fā)生質的變化，故根據(jù)配筋情況把梁分為：化，故根據(jù)配筋情況把梁分為： 適筋梁：適筋梁： （min maxmin max）；）； 少筋梁：少筋梁： （ h;xhf f 第二類形截面。第二類形截面。據(jù)據(jù)AsAs判斷判斷: : 第一類形截面；第一類形截面； 第二類形截面。第二類形截面。據(jù)據(jù)M M斷斷: : 第一類形截面；第一類形截面； 第二類形截面。第二類形截面。1yscfff Af

13、 b h 1yscfff Af b h 10()2cffh fMf b hh 10()2cffh fMf b hh 1cfysf b xf A3、基本計算公式、基本計算公式 第一類形截面承載力的計算公式第一類形截面承載力的計算公式 第二類形截面承載力的計算公式第二類形截面承載力的計算公式10()2fcffhMf b hh 11cffcysfbb hf bxf A101022fcffchxMfbb hhf bx h（）（）第第4 4章章 受彎構件的斜截面承載力受彎構件的斜截面承載力Diagonal section strength under flexture4.1 概述受彎構件在荷載作用下，同

14、時產(chǎn)生受彎構件在荷載作用下，同時產(chǎn)生彎矩彎矩和和剪力剪力。在彎矩區(qū)段，產(chǎn)生正截面受彎破壞，在彎矩區(qū)段，產(chǎn)生正截面受彎破壞，。而在剪力較大的區(qū)段，則會產(chǎn)生斜截而在剪力較大的區(qū)段，則會產(chǎn)生斜截面受剪破壞面受剪破壞“強剪弱彎強剪弱彎”5.2.3 斜截面受剪破壞的三種主要形態(tài)斜壓破壞斜壓破壞（l l1）l l1時，發(fā)生時，發(fā)生斜壓破壞斜壓破壞，多數(shù)發(fā)生在，多數(shù)發(fā)生在剪力大剪力大而彎距小而彎距小的區(qū)段，以及的區(qū)段，以及梁腹很薄梁腹很薄的的T形截面形截面或工形截面梁內?；蚬ば谓孛媪簝取＜魤浩茐募魤浩茐模?l l 3）1 ll3，特點：，特點：垂直裂縫一出現(xiàn)，迅速向受壓區(qū)斜向伸展，斜截面承載力隨之喪失。破垂

15、直裂縫一出現(xiàn)，迅速向受壓區(qū)斜向伸展，斜截面承載力隨之喪失。破壞荷載與出現(xiàn)斜裂縫時的荷載很接近，破壞過程急驟，梁變形很小，明顯的脆性。壞荷載與出現(xiàn)斜裂縫時的荷載很接近，破壞過程急驟，梁變形很小，明顯的脆性。（l l 3）斜拉破壞斜拉破壞P f斜壓破壞剪壓破壞斜拉破壞三種破壞形態(tài)承載力大小順序為：斜三種破壞形態(tài)承載力大小順序為：斜壓壓剪壓剪壓斜拉，但均屬于脆性破壞斜拉，但均屬于脆性破壞。有腹筋梁的斜截面破壞形態(tài)有腹筋梁的斜截面破壞形態(tài)斜壓破壞斜壓破壞剪壓破壞剪壓破壞斜拉破壞斜拉破壞箍筋配置數(shù)量過多，箍筋配置數(shù)量過多，箍筋應力增長緩慢，箍筋應力增長緩慢，未屈服時，未屈服時，梁腹梁腹混凝土被混凝土被壓

16、碎壓碎而發(fā)生而發(fā)生斜壓破壞斜壓破壞l3，且箍筋配置數(shù)量過少，且箍筋配置數(shù)量過少，產(chǎn)生產(chǎn)生斜拉破壞；斜拉破壞；l3，如果箍筋數(shù)量如果箍筋數(shù)量適當?shù)脑挘m當?shù)脑?，可產(chǎn)生可產(chǎn)生剪壓破壞。剪壓破壞。影響因素：影響因素： 剪跨比；剪跨比； 箍筋配置數(shù)量。箍筋配置數(shù)量。設計計算步驟設計計算步驟Step1：驗算截面尺寸是否滿足要求驗算截面尺寸是否滿足要求；薄腹梁 020. 0 bhf Vcc 025. 0bhfVcc 厚腹梁 Step2：是否按構造配箍筋：若滿足，則僅按構造要是否按構造配箍筋：若滿足，則僅按構造要求設置腹筋求設置腹筋；00175.17 .0bhfVbhfVttl或Step3：不滿足以上兩式，

17、需按計算配箍筋或彎起鋼不滿足以上兩式，需按計算配箍筋或彎起鋼筋筋；0025. 17 . 0hsAfbhfVVsvyvtcsu001.751.0svucstyvAVVfbhfhslStep4：驗算驗算 sv= svmin。設有彎起鋼筋時，設有彎起鋼筋時，梁的受剪承載力的計算公式為：梁的受剪承載力的計算公式為：ssbysbsbcsuAfVVVVsin8 . 00.8fyAsb s 為彎起鋼筋與梁縱軸線的夾角，一般為為彎起鋼筋與梁縱軸線的夾角，一般為45 ，當梁截面超過，當梁截面超過800mm時為時為60。sbA與斜裂縫相交的配置在同一彎起平面內與斜裂縫相交的配置在同一彎起平面內的彎起鋼筋截面面積。

18、的彎起鋼筋截面面積。 3 軸心受壓構件正截面受壓承載力1、普通箍筋柱的軸心受壓承載力計算規(guī)范規(guī)定軸心受壓構件承載力計算公式如下： 當縱向鋼筋配筋率大于 3時，式中 改用 。0.9 ()ucysNf Af AsAAA2、螺旋式箍筋柱軸心受壓承截力計算混凝土設計規(guī)范規(guī)定螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋柱的承截力計算公式為： 螺旋筋或焊接環(huán)筋（也可稱為“間接鋼筋”）按體積相等的條件，換算成縱向鋼筋面積0.9(2 )uccoryssoyyNf Af AfA1corssssodAAs4 偏心受壓構件1、偏心受壓構件的破壞類型 1)受拉破杯大偏心受壓情況 2)受壓破壞小偏心受壓情況2.附加偏心距 由于荷載不可避免

19、地偏心、混凝土的非均勻性及 施工偏差等原因、都可能產(chǎn)生附加偏心距。附加偏心距 其值?。?和偏心方向截面尺寸 的1/30 ( ）兩者中的較大值。 ae20aemmh/30aeh截面的初始偏心距 等于 加上附加偏心距 ，即 5、偏心矩增大系數(shù) 設考慮側向撓度后的偏心距 與初始偏心距的比值，稱為偏心距增大系數(shù) 。規(guī)范規(guī)定 小偏心受壓構件截面曲率修正系數(shù)，當 大于1.0時，取 等于1.0； 偏心受壓構件長細比對截面曲率的修正系數(shù)，當 時，取 等于1.0。 ie0eae0iaeee2020111400iilehh 11110.5cf AN021.150.01lh20/15lh 25 5 矩形截面偏心受壓

20、承載力計算矩形截面偏心受壓承載力計算1 1、截面計算簡圖、截面計算簡圖 偏心受壓構件采用與受彎構件相同的基本假定，矩形截面偏心受壓構件正截面承載力計算圖式如圖(8-11) 圖8-11 矩形截面偏心受壓構件正截面承載力計算簡圖 （a） 大偏心受壓 （b）界限偏心受壓 （c）小偏心受壓 1cysysNf bxfAf A100/2cyssNef bx hxf A ha 上式需符合下列條件 且 /2iseeha2sxa0bxh1cysssNf bxfAA100/2cyssNef bx hxfAha11sybf按上式的鋼筋應力符合下列條件 ：當 時，取 。ysyff12bbsyf 4、大小偏心的界限軸向

21、力 當 時，為大小偏心的界限，此時截面軸向力為： 當 時為大偏心； 當 時為小偏心5、大小偏心的判別方式（1）按混凝土受壓區(qū)高度判斷 當 或 時，大偏心。 當 或 時，小偏心。bN0bxh10bcbysysNfbhfAf AbNNbNNb0bxhb0hxb。（2）按軸向力大小判斷 當 時，大偏心。 當 時，小偏心。（3）按偏心距大小判斷 當 時，可按大偏心計算。 當 時，小偏心。bNN min)(ibiee min)(ibiee bNN 在工程設計中，當構件承受變號彎矩作用，或為了構造簡單便于施工時，常采用對稱配筋截面，即 ， ，且 。對稱配筋情況下，當 時，不能僅根據(jù)這個條件就按大偏心受壓構

22、件計算，還需要根據(jù) 與 (或 與 )比較來判斷屬于哪一種偏心受壓情況。對稱配筋時 ，故 ssAAyyffssaaie00.3hbNbNysysf AfA10bcbNfbh7.應用(1)大偏心受壓構件的配筋計算 情況1：受壓鋼筋以及受拉鋼筋均未知 情況2：壓鋼筋 已知，求：(2)小偏心受壓構件的配筋計算 1.全截面受壓的計算 2.反向壓屈(3)、截面承載力復核sAsA圖9-1 偏心受拉構件示例 第6章 受拉構件承載力計算1 軸心受拉構件 軸心受拉構件的正截面受拉承載力按下列公式計算：ySNf A1.小偏心受拉構件 軸向拉力位于 和 之間的受拉構件，混凝土完全不參加工作，兩側鋼筋 和 均受拉屈服。

23、2.大偏心受拉構件 軸向拉力位于 和 之外時，因受壓區(qū)混凝土達到極限壓應變及縱向受壓鋼筋達到屈服，而使構件進人承載能力極限狀態(tài).3、偏心受拉構件正截面承載力計算公式 (1)小偏心受拉 平衡方程,SASASA,SASA,SASySyNA fAf0SySNeA fha00/2;/2ssehae ehae(2)大偏心受拉 平衡方程 為保證構件不發(fā)生超筋和少筋破壞，并在破壞時縱向受壓鋼筋達到屈服強度，上述公式的適用條件是 ：1 SySycNA fAff bx100 2cSySxNef bx hAfha02Sheea0;bxh2 ;SaxminSAbh 1、概述概述 1 1、扭轉的分類、扭轉的分類根據(jù)扭

24、矩形成的原因分為兩種類型：一是平衡扭轉，二是協(xié)調扭轉或稱為附加扭轉。圖7.1 梁的受扭示意圖 1 1、矩形截面開裂扭矩、矩形截面開裂扭矩 規(guī)范開裂公式為： Tcr0. 7ftWt Wt= b2(3h-b)/6 2 2、配筋強度比、配筋強度比 ： 1ystlyvstcorf Af A3.3.規(guī)范規(guī)范的受扭承載力計算公式的受扭承載力計算公式4.4.配筋率的上限以截面限制條件的形式給出：配筋率的上限以截面限制條件的形式給出： 為高強混凝土的強度折減系數(shù)，最小配箍率： 縱筋最小配筋率： 受扭縱向鋼筋應沿截面周邊均勻對稱布置，其間距不應大于200mm和截面短邊長度。cot2 . 035. 0AsAfWf

25、TstlyvtttccWfT2 . 0cyvtsvff28. 0min,yttlff85. 0min,1.受彎構件撓度控制目的 對鋼筋混凝土受彎構件進行撓度控制的目的是基于功能要求、非結構件的損壞、外觀要求三方面考慮的。 我國規(guī)范根據(jù)工程經(jīng)驗，規(guī)定受彎構件的最大撓度計算值不應超過表10-1的撓度限值。2.受彎構件的剛度計算1、短期剛度計算主要影響因素： a、有效縱向鋼筋配筋率 ； b、粘結性能：對光圓鋼筋應乘以粘結特性系數(shù)0.7 2061.150.213.5sssEfE A hB te3、長期剛度計算2 裂縫控制1、裂縫產(chǎn)生的原因 塑性混凝土的收縮以及下沉，水化熱，荷載的作用，溫度收縮，基礎不均勻沉降，鋼筋銹蝕，堿骨料反應以及凍融循環(huán)等。 sqKKBMMMB）（12、裂縫控制要求 規(guī)范將鋼筋混凝土和預應力混凝土結構構件的裂縫控制等級統(tǒng)一劃分為三級。 一級：嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構件 （ 在荷載的短期效應下，混凝土不產(chǎn)生拉應力） 二級：一般要求不出現(xiàn)裂縫的構件（ 在荷載長期效應下不產(chǎn)生拉應力