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)計原則：結(jié)構(gòu)功能、極限狀態(tài)及其設(shè)計表達(dá)式、可靠度；3承載能力極限狀態(tài)計算：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、難點】承載能力極限狀態(tài)計算和正常使用極限狀態(tài)驗算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，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)生相互滑動時產(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械錨固力等。2粘結(jié)力的破壞機理及影響粘結(jié)強度的因素(1)粘結(jié)力的破壞機理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)試驗資料，光面鋼筋的粘結(jié)強度為1.53.5 。新軋制的光面鋼筋，粘結(jié)強度只有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)強度可增至1.4 (但浮銹無粘結(jié)效果，2) 必須清除)。外表光滑的冷加工鋼絲，其粘結(jié)強度較光面鋼筋還要低約30。光面鋼筋粘結(jié)強度低、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，變形鋼筋的粘結(jié)強度能高出光圓鋼筋23倍，我國螺紋鋼筋的粘結(jié)強度為2560 N/mm2。(2)影響粘結(jié)強度的因素1)混凝土的質(zhì)量  水泥性能好、骨料強度高、配比得當(dāng)、振搗密實、養(yǎng)護(hù)良好的混凝土對粘結(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?。涣硗?，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)有橫向壓力時對粘結(jié)力的影響  此時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)強度。6)反復(fù)荷載對粘結(jié)力的影響   結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承受反復(fù)荷載對粘結(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)計原則我國規(guī)范規(guī)定，對建筑物和構(gòu)筑物作結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法。(一)結(jié)構(gòu)功能建

6、筑結(jié)構(gòu)必須滿足下述各項功能要求：1安全性。要求結(jié)構(gòu)能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用；而且，在偶然事件發(fā)生時及發(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)計表達(dá)式1結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)若整個結(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)計規(guī)定的某一功能要求，那么，這個特定狀態(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，即認(rèn)為超過了承載

7、能力極限狀態(tài)：1)整個結(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動體系；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，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；4)影響正常使用的其他特定狀態(tài)。2設(shè)計表達(dá)式對于結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，我國采用了以基本變量的標(biāo)準(zhǔn)值并考慮各種分項系數(shù)的

8、使用設(shè)計表達(dá)式的形式。表達(dá)式中的各項分項系數(shù)都是以其統(tǒng)計特性，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)計表達(dá)式對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)件的強度設(shè)計時，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，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，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)變增量加大，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，受拉鋼筋開始屈服。對于真正的軸心受拉構(gòu)件，所有鋼筋應(yīng)當(dāng)同時屈服。實際上，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先后出現(xiàn)的過程。在此過程中，荷載稍有增加，裂縫迅速擴展。當(dāng)鋼筋全部達(dá)到屈服時，(即荷載

10、達(dá)到屈服荷載Ny時)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。四、正常使用極限狀悉計算(一)裂縫寬度驗算【例題1】對于無明顯屈服點的鋼筋，其強度標(biāo)準(zhǔn)值取值的依據(jù)是下列哪種?(    )(A)最大應(yīng)變對應(yīng)的應(yīng)力    (B)極限抗拉強度(C)0.9倍極限強度         (D)條件屈服強度答案：(D)解析：無明顯屈服點的鋼筋，其強度標(biāo)準(zhǔn)值取其條件屈服強度?！纠}6】大偏心受壓構(gòu)件隨N和M的變化，會發(fā)生下列哪種情況?( 

11、60;  )(A)M不變時，N越大越危險(B)M不變時，N越小越危險(C)N不變時，M越小越危險(D)(A)和(C)答案：(A) 解析：大偏心受壓構(gòu)件當(dāng)M不變時，N越大越危險?！纠}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)提高混凝土強度等級    (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、的粘接強度就不會降低，可防止沿鋼筋走向的裂縫的發(fā)生?！纠}8】下列表達(dá)哪項為錯誤?(    )(A)規(guī)范驗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混凝土?xí)r，承載力提高有限，對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。【例題10】混凝土平面