鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(1)

1、第五講   鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(1)【內(nèi)容提要】1.材料性能：鋼筋、混凝土；2基本設(shè)計(jì)原則：結(jié)構(gòu)功能、極限狀態(tài)及其設(shè)計(jì)表達(dá)式、可靠度；3承載能力極限狀態(tài)計(jì)算：受彎構(gòu)件、受扭構(gòu)件、受壓構(gòu)件、受拉構(gòu)件、沖切、局壓、疲勞；4正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算：抗裂、裂縫、撓度；5預(yù)應(yīng)力混凝土：軸拉構(gòu)件、受彎構(gòu)件；【重點(diǎn)、難點(diǎn)】承載能力極限狀態(tài)計(jì)算和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算2混凝土的變形混凝土的變形可分為在荷載下的受力變形和與受力無(wú)關(guān)的體積變形。它涉及混凝土在單調(diào)、短期加荷作用下的變形性能、混凝土在重復(fù)荷載下的變形性能、混凝土在荷載長(zhǎng)期作用下的變形性能以及混凝土自身的收縮和膨脹。(三)粘結(jié)1粘結(jié)力的組成

2、粘結(jié)力是指鋼筋和混凝土接觸界面上沿鋼筋縱向的抗剪能力，也就是分布在界面上的縱向剪應(yīng)力。而錨固則是通過在鋼筋一定長(zhǎng)度上粘結(jié)應(yīng)力的積累、或某種構(gòu)造措施，將鋼筋“錨固”在混凝土中，保證鋼筋和混凝土的共同工作，使兩種材料正常、充分的發(fā)揮作用。鋼筋與混凝土的粘結(jié)錨固作用所包含的內(nèi)容有：1混凝土凝結(jié)時(shí)，水泥膠的化學(xué)作用，使鋼筋和混凝土在接觸面上產(chǎn)生的膠結(jié)力；2由于混凝土凝結(jié)、收縮，握裹住鋼筋，在發(fā)生相互滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩阻力；3鋼筋表面粗糙不平或變形鋼筋凸起的肋紋與混凝土的咬合力；4當(dāng)采用錨固措施后所造成的機(jī)械錨固力等。2粘結(jié)力的破壞機(jī)理及影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素(1)粘結(jié)力的破壞機(jī)理1) 光面鋼筋的粘結(jié)

3、破壞光面鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力主要由膠結(jié)力形成，根據(jù)試驗(yàn)資料，光面鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度為1.53.5 。新軋制的光面鋼筋，粘結(jié)強(qiáng)度只有0.4 。若光面鋼筋表面有微銹，只要表面凹凸達(dá)到0.1mm，借助于摩阻力和咬合力的作用，粘結(jié)強(qiáng)度可增至1.4 (但浮銹無(wú)粘結(jié)效果，2) 必須清除)。外表光滑的冷加工鋼絲，其粘結(jié)強(qiáng)度較光面鋼筋還要低約30。光面鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度低、滑移量大，其破壞形態(tài)可認(rèn)為是鋼筋與混凝土相對(duì)滑移產(chǎn)生的，或鋼筋從混凝土中被拔出的剪切破壞，其破壞面就是鋼筋與混凝土的接觸表面。為了提高光面鋼筋的抗滑移性能，須在光面鋼筋的端部附加彎鉤或彎轉(zhuǎn)、彎折以加強(qiáng)錨固。3) 變形鋼筋的粘結(jié)

4、破壞  由于表面軋有肋紋，能與混凝土犬牙相錯(cuò)緊結(jié)合，其粘結(jié)力和摩阻力的作用自是有所增加，但主要還是機(jī)械咬合發(fā)揮的作用最大，往往占粘結(jié)力一半以上的份額。根據(jù)試驗(yàn)，變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度能高出光圓鋼筋23倍，我國(guó)螺紋鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度為2560 N/mm2。(2)影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素1)混凝土的質(zhì)量  水泥性能好、骨料強(qiáng)度高、配比得當(dāng)、振搗密實(shí)、養(yǎng)護(hù)良好的混凝土對(duì)粘結(jié)力和錨固非常有利。2)鋼筋的形式  使用變形鋼筋比使用光面鋼筋對(duì)粘結(jié)力要有利得多。3)鋼筋保護(hù)層厚度  鋼筋的混凝土保護(hù)層不能過薄；另外，鋼筋的凈間距不能過小。就粘結(jié)力的要求而言，為了保證粘結(jié)錨固性能可靠

5、，應(yīng)取保護(hù)層厚度C鋼筋的直徑d，以防止發(fā)生劈裂裂縫。4)橫向鋼筋對(duì)粘結(jié)力的影響  橫向鋼筋可以延緩內(nèi)裂縫和劈裂裂縫的發(fā)展，提高粘結(jié)強(qiáng)度。設(shè)置箍筋可將縱向鋼筋的抗滑移能力提高25，使用焊接骨架或焊接網(wǎng)則提高得更多。5)鋼筋錨固區(qū)有橫向壓力時(shí)對(duì)粘結(jié)力的影響  此時(shí)混凝土橫向變形受到約束，摩阻力增大，抵抗抗滑好，有利于粘結(jié)強(qiáng)度。6)反復(fù)荷載對(duì)粘結(jié)力的影響   結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承受反復(fù)荷載對(duì)粘結(jié)力不利。反復(fù)荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力愈多，則粘結(jié)力遭受的損害愈嚴(yán)重。二、基本設(shè)計(jì)原則我國(guó)規(guī)范規(guī)定，對(duì)建筑物和構(gòu)筑物作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。(一)結(jié)構(gòu)功能建

6、筑結(jié)構(gòu)必須滿足下述各項(xiàng)功能要求：1安全性。要求結(jié)構(gòu)能承受在正常施工和正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種作用；而且，在偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，結(jié)構(gòu)仍應(yīng)能保持必需的整體穩(wěn)定性，不致倒塌。2適用性。要求結(jié)構(gòu)在正常使用時(shí)具有良好的工作性能。3耐久性。要求結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)的條件下具有足夠的耐久性。(二)極限狀態(tài)及其設(shè)計(jì)表達(dá)式1結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)若整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，那么，這個(gè)特定狀態(tài)就稱為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)可分為兩類。(1)承載能力極限狀態(tài)。這種極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過了承載

7、能力極限狀態(tài)：1)整個(gè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的一部分作為剛體失去平衡(如傾覆等)；2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度被超過而破壞(包括疲勞破壞)，或因過度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載；3)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；4)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定(如壓屈等)。(2)正常使用極限狀態(tài)。這種極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)定超過了正常極限狀態(tài)：1)影響正常使用或外觀的變形；2)影響正常使用或耐久性能的局部損壞(包括裂縫)；3)影響正常使用的振動(dòng)；4)影響正常使用的其他特定狀態(tài)。2設(shè)計(jì)表達(dá)式對(duì)于結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，我國(guó)采用了以基本變量的標(biāo)準(zhǔn)值并考慮各種分項(xiàng)系數(shù)的

8、使用設(shè)計(jì)表達(dá)式的形式。表達(dá)式中的各項(xiàng)分項(xiàng)系數(shù)都是以其統(tǒng)計(jì)特性，按結(jié)構(gòu)可靠度概率分析為基礎(chǔ)確定的，它們的作用與可靠度指標(biāo)是同等的。(1)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式對(duì)于承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)考慮荷載效應(yīng)的基本組合，必要時(shí)尚應(yīng)考慮荷載效應(yīng)的偶然組合。當(dāng)按基本組合進(jìn)行構(gòu)件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)，其表達(dá)式為(四)受拉構(gòu)件1軸心受拉構(gòu)件(1)受力過程和破壞特征軸心受拉構(gòu)件從加載開始到破壞為止，其受力過程可分為三個(gè)不同階段。1)第階段：從加載到混凝土開裂前，屬于第1階段。此時(shí)，鋼筋和混凝土共同承受拉力。應(yīng)力與應(yīng)變大致成正比。拉力荷載N值和截面平均拉應(yīng)變 值之間基本上呈線性關(guān)系，見圖6-5-7a中的OA段。2)第階段：混

9、凝土開裂后至鋼筋屈服前，屬于第階段。首先在截面最薄弱處產(chǎn)生第一條裂縫，隨著荷載的增加，先后在一些截面上出現(xiàn)裂縫，逐漸形成圖6-5-7b()中所示的裂縫分布形式。此時(shí)，在裂縫處的混凝土不再承受拉力，所有拉力均由鋼筋來承擔(dān)。在相同的拉力增量作用下，平均拉應(yīng)變?cè)隽考哟?，反映在圖6-5-7a中的AB段斜率比第階段的OA段的斜率要小。3)第階段：當(dāng)拉力值接近屈服荷載 時(shí)，受拉鋼筋開始屈服。對(duì)于真正的軸心受拉構(gòu)件，所有鋼筋應(yīng)當(dāng)同時(shí)屈服。實(shí)際上，由于受到鋼筋材料的不均勻性、鋼筋位置的誤差等各種因素的影響，各鋼筋的屈服有一個(gè)先后出現(xiàn)的過程。在此過程中，荷載稍有增加，裂縫迅速擴(kuò)展。當(dāng)鋼筋全部達(dá)到屈服時(shí)，(即荷載

10、達(dá)到屈服荷載Ny時(shí))裂縫開展很大，可認(rèn)為構(gòu)件達(dá)到了破壞狀態(tài)。見圖6-5-7的C點(diǎn)。四、正常使用極限狀悉計(jì)算(一)裂縫寬度驗(yàn)算【例題1】對(duì)于無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取值的依據(jù)是下列哪種?(    )(A)最大應(yīng)變對(duì)應(yīng)的應(yīng)力    (B)極限抗拉強(qiáng)度(C)0.9倍極限強(qiáng)度         (D)條件屈服強(qiáng)度答案：(D)解析：無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取其條件屈服強(qiáng)度?！纠}6】大偏心受壓構(gòu)件隨N和M的變化，會(huì)發(fā)生下列哪種情況?( 

11、60;  )(A)M不變時(shí)，N越大越危險(xiǎn)(B)M不變時(shí)，N越小越危險(xiǎn)(C)N不變時(shí)，M越小越危險(xiǎn)(D)(A)和(C)答案：(A) 解析：大偏心受壓構(gòu)件當(dāng)M不變時(shí)，N越大越危險(xiǎn)。【例題7】控制混凝土構(gòu)件因碳化引起的沿鋼筋走向的裂縫的最有效措施是(    )。(A)提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)    (B)減小鋼筋直徑(C)增加鋼筋截面面積      (D)選用足夠的鋼筋保護(hù)層厚度答案：(D)解析：選用足夠的鋼筋保護(hù)層厚度可防止混凝土構(gòu)件的碳化，因此水和氧氣就不能使鋼筋銹蝕，鋼筋和混凝土間

12、的粘接強(qiáng)度就不會(huì)降低，可防止沿鋼筋走向的裂縫的發(fā)生?！纠}8】下列表達(dá)哪項(xiàng)為錯(cuò)誤?(    )(A)規(guī)范驗(yàn)算的裂縫寬度是指鋼筋水平處構(gòu)件側(cè)表面的裂縫寬度(B)受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)愈大，表明混凝土參加工作程度愈小(C)鋼筋混凝土梁采用高等級(jí)混凝土?xí)r，承載力提高有限，對(duì)裂縫寬度和剛度的影響也很有限(D)鋼筋混凝土等截面受彎構(gòu)件，其截面剛度不隨荷載變化，但沿構(gòu)件長(zhǎng)度變化答案：(D)解析：鋼筋混凝土等截面受彎構(gòu)件，其截面剛度不隨荷載變化，但沿構(gòu)件高度變化。故答案(D)不正確?！纠}9】梁中鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度是指(    )。(A)箍筋外表面至梁表面的距離(B)主筋外表面至梁表面的距離(C)主筋截面形心至梁表面的距離(D)主筋內(nèi)表面至梁表面的距離答案：(B)解析：梁中鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度是指主筋外表面至梁表面的距離?！纠}10】混凝土平面