混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理電子教案

1、自編講義鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由配置受力的普通、網(wǎng)或鋼筋骨架的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；由配置受力的預(yù)應(yīng)力鋼筋通過(guò)張拉或其他方法建立預(yù)加應(yīng)力的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；素混凝土結(jié)構(gòu)由無(wú)筋或不配置受力鋼筋的混凝土制成的結(jié)構(gòu)稱為素混凝土結(jié)構(gòu)。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也存在一些缺點(diǎn):(1) 自身重力較大: 這對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑結(jié)構(gòu)以及抗震不利，也給運(yùn)輸和施工吊裝帶來(lái)困難。(2) 抗裂性較差: 受拉和受彎等構(gòu)件在正常使用時(shí)往往帶裂縫工作，對(duì)一些不允許出現(xiàn)裂縫或?qū)α芽p寬度有嚴(yán)格限制的結(jié)構(gòu)，要滿足這些要求就需要提高工程造價(jià)。(3) 隔熱隔聲性能也較差。 針對(duì)這些缺點(diǎn)，可采用輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土及預(yù)應(yīng)力

2、混凝土以減輕自重，改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能。1.2 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用概況 混凝土結(jié)構(gòu)使用至今已約有150年的歷史。與鋼、木和砌體結(jié)構(gòu)相比，由于它在物理力學(xué)性能及材料來(lái)源等方面有許多優(yōu)點(diǎn)，所以其發(fā)展速度很快，應(yīng)用也最廣泛。 隨著高強(qiáng)度鋼筋、高強(qiáng)度高性能混凝土（強(qiáng)度達(dá)到100N/mm2）以及高性能外加劑和混合材料的研制使用，高強(qiáng)高性能混凝土的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，鋼纖維混凝土和聚合物混凝土的研究和應(yīng)用有了很大發(fā)展。還有，輕質(zhì)混凝土、加氣混凝土、陶?；炷烈约袄霉I(yè)廢渣的“綠色混凝土”，不但改善了混凝土的性能，而且對(duì)節(jié)能和保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。此外，防射線、耐磨、耐腐蝕、防滲透、保溫等特殊

3、需要的混凝土以及智能型混凝土及其結(jié)構(gòu)也正在研究中。 混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大，已從工業(yè)與民用建筑、交通設(shè)施、水利水電建筑和基礎(chǔ)工程擴(kuò)大到了近海工程、海底建筑、地下建筑、核電站安全殼等領(lǐng)域，甚至已開(kāi)始構(gòu)思和實(shí)驗(yàn)用于月面建筑。隨著輕質(zhì)高強(qiáng)材料的使用，在大跨度、高層建筑中的混凝土結(jié)構(gòu)越來(lái)越多。 我國(guó)是使用混凝土結(jié)構(gòu)最多的國(guó)家，在高層建筑和多層框架中大多采用混凝土結(jié)構(gòu)。在民用建筑中也采用了定型化、標(biāo)準(zhǔn)化的裝配式鋼筋混凝土構(gòu)件。已建成的88層的上海金茂大廈，高420.5m,是我國(guó)目前最高的高層建筑。電視塔、水塔、水池、冷卻塔、煙囪、貯罐、筒倉(cāng)等特殊構(gòu)筑物也普遍采用了鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土，上

4、海電視塔高468m，其高度為亞洲第一。此外，在大跨度的公共鋼筋混凝土桁架、門式剛架、拱、薄殼等結(jié)構(gòu)形式也有廣泛應(yīng)用。在鐵路、公路、城市的立交橋、高架橋、地鐵隧道，以及水利港口等交通工程中用鋼筋混凝土建造的水閘、水電站、船塢和碼頭已是星羅棋布。正在興建的長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程，大壩高186m，壩體混凝土用量達(dá)1527萬(wàn)m3，是世界上最大的水利工程。近年來(lái)，我國(guó)在混凝土基本理論與設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)可靠度與荷載分析、工業(yè)化建筑體系、結(jié)構(gòu)抗震與有限元方法、電子計(jì)算機(jī)在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用以及現(xiàn)代化測(cè)試技術(shù)等方面的研究也取得了很多新的成果，某些方面已達(dá)到或接近國(guó)際水平。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和研究向更完善更科學(xué)的

5、方向發(fā)展。此外，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法方面通過(guò)大量研究，取得了很大成績(jī)。新頒布的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB50010-2002)積累了半個(gè)世紀(jì)以來(lái)豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和最新的科研成果，把我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法提高到了當(dāng)前的國(guó)際水平，它將在工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮指導(dǎo)作用?；炷两Y(jié)構(gòu)課程通常按內(nèi)容的性質(zhì)可分為“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”和“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”兩部分。前者主要講述各種混凝土基本構(gòu)件的受力性能、截面設(shè)計(jì)計(jì)算方法和構(gòu)造等混凝土結(jié)構(gòu)的基本理論，屬于專業(yè)基礎(chǔ)課內(nèi)容。后者主要講述梁板結(jié)構(gòu)、單層廠房、多層和高層房屋等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，屬于專業(yè)課內(nèi)容。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，并通過(guò)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，使

6、學(xué)生初步具有運(yùn)用這些理論知識(shí)正確進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和解決實(shí)際技術(shù)問(wèn)題的能力。學(xué)習(xí)本課程時(shí)，建議注意下面一些問(wèn)題：1.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)并注意擴(kuò)大知識(shí)面混凝土結(jié)構(gòu)的基本理論相當(dāng)于鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土的材料力學(xué)，它是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，因此除課堂學(xué)習(xí)以外，還要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)環(huán)節(jié)，以進(jìn)一步理解學(xué)習(xí)內(nèi)容和訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)的基本技能。當(dāng)有條件時(shí)，可進(jìn)行簡(jiǎn)支梁正截面受彎承載力、簡(jiǎn)支梁斜截面受剪承載力、偏心受壓短柱正截面受壓承載力的實(shí)驗(yàn)?；炷两Y(jié)構(gòu)課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，因此要加強(qiáng)課程作業(yè)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步熟悉和正確運(yùn)用我國(guó)頒布的一些設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)程。諸如：建筑結(jié)構(gòu)可靠

7、度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB 50068）、建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB 50009-2001）、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（ GB50011-2001）、鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程(JGJ3-91)等。本 章 提 要鋼筋與混凝土的物理力學(xué)性能以及共同工作的特性直接影響混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的性能，也是混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)。本章講述鋼筋與混凝土的主要物理力學(xué)性能以及混凝土與鋼筋的粘結(jié)。 普通混凝土是由水泥、砂、石材料用水拌合硬化后形成的人工石材，是多相復(fù)合材料。通常把混凝土的結(jié)構(gòu)分為三種基本類型：微觀結(jié)構(gòu)即水泥石結(jié)構(gòu)；亞微觀結(jié)構(gòu)即混凝土中的水泥砂漿結(jié)構(gòu)

8、；宏觀結(jié)構(gòu)即砂漿和粗骨料兩組分體系。 微觀結(jié)構(gòu)（水泥石結(jié)構(gòu)）由水泥凝膠、晶體骨架、未水化完的水泥顆粒和凝膠孔組成，其物理力學(xué)性能取決于水泥的化學(xué)礦物成分、粉磨細(xì)度、水灰比和凝結(jié)硬化條件等?；炷恋暮暧^結(jié)構(gòu)與亞微觀結(jié)構(gòu)有許多共同點(diǎn)，可以把水泥砂漿看作基相，粗骨料分布在砂漿中，砂漿與粗骨料的界面是結(jié)合的薄弱面。骨料的分布以及骨料與基相之間在界面的結(jié)合強(qiáng)度也是重要的影響因素。 澆注混凝土?xí)r的泌水作用會(huì)引起沉縮，硬化過(guò)程中由于水泥漿水化造成的化學(xué)收縮和干縮受到骨料的限制，會(huì)在不同層次的界面引起結(jié)合破壞，形成隨機(jī)分布的界面裂縫?；炷林械纳啊⑹?、水泥膠體組成了彈性骨架，主要承受外力，并使混凝土具有彈性變

9、形的特點(diǎn)。而水泥膠體中的凝膠、孔隙和界面初始微裂縫等，在外力作用下使混凝土產(chǎn)生塑性變形。另一方面，混凝土中的孔隙、界面微裂縫等缺陷又往往是混凝土受力破壞的起源。由于水泥膠體的硬化過(guò)程需要多年才能完成，所以混凝土的強(qiáng)度和變形也隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)?；炷恋膹?qiáng)度與水泥強(qiáng)度等級(jí)、水灰比有很大關(guān)系；骨料的性質(zhì)、混凝土的級(jí)配、混凝土成型方法、硬化時(shí)的環(huán)境條件及混凝土的齡期等也不同程度地影響混凝土的強(qiáng)度；試件的大小和形狀、試驗(yàn)方法和加載速率也影響混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果。因此各國(guó)對(duì)各種單向受力下的混凝土強(qiáng)度都規(guī)定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。 1.混凝土的抗壓強(qiáng)度 (1) 混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí)立方體試件的強(qiáng)度比

10、較穩(wěn)定，所以我國(guó)把立方體強(qiáng)度值作為混凝土強(qiáng)度的基本指標(biāo)，并把立方體抗壓強(qiáng)度作為評(píng)定混凝土強(qiáng)度等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法(GBJ81-85)規(guī)定以邊長(zhǎng)為150mm的立方體為標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)立方體試件在(20±3)的溫度和相對(duì)濕度90以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的抗壓強(qiáng)度作為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，單位為N/mm2。立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定用上述標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具有95保證率的立方體抗壓強(qiáng)度作為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號(hào)fcu,k表示。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k

11、確定?；炷翉?qiáng)度等級(jí)有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14個(gè)等級(jí)。例如，C30表示立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為30N /mm2。其中，C50C80屬高強(qiáng)度混凝土范疇。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C15；當(dāng)采用HRB335級(jí)鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20；當(dāng)采用HRB400和RRB400級(jí)鋼筋以及承受重復(fù)荷載的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C20。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30；當(dāng)采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40o試驗(yàn)方法對(duì)立方

12、體抗壓強(qiáng)度的影響 圖2-1試件在試驗(yàn)機(jī)上單向受壓時(shí)，豎向縮短，橫向擴(kuò)張，由于混凝土與壓力機(jī)墊板彈性模量與橫向變形系數(shù)不同，壓力機(jī)墊板的橫向變形明顯小于混凝土的橫向變形，所以墊板通過(guò)接觸面上的摩擦力約束混凝土試塊的橫向變形，就象在試件上下端各加了一個(gè)套箍，致使混凝土破壞時(shí)形成兩個(gè)對(duì)頂?shù)慕清F形破壞面，抗壓強(qiáng)度比沒(méi)有約束的情況要高。如果在試件上下表面涂一些潤(rùn)滑劑，這時(shí)試件與壓力機(jī)墊板間的摩擦力大大減小，其橫向變形幾乎不受約束，受壓時(shí)沒(méi)有“套箍”作用的影響，試件將沿著平行于力的作用方向產(chǎn)生幾條裂縫而破壞，測(cè)得的抗壓強(qiáng)度就低。我國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法是不涂潤(rùn)滑劑的。5) 加載速度對(duì)立方體強(qiáng)度的影響加載速度

13、越快，測(cè)得的強(qiáng)度越高。通常規(guī)定加載速度為：混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于C30時(shí)，取每秒鐘0.30.5N/mm2；混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于或等于C30時(shí)，取每秒鐘0.50.8N/mm2。6) 齡期對(duì)立方體強(qiáng)度的影響 圖2-2混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度隨著成型后混凝土的齡期逐漸增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速度開(kāi)始較快，后來(lái)逐漸緩慢，強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程往往要延續(xù)幾年，在潮濕環(huán)境中往往延續(xù)更長(zhǎng)。軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定以棱柱體試件試驗(yàn)測(cè)得的具有95保證率的抗壓強(qiáng)度為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號(hào)fck表示。 3)標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值圖2-4是根據(jù)我國(guó)所做的混凝土棱柱體與立方體抗壓強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范基于安全取

14、偏低值，軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系按下式確定： fck0.88c1c2fcu,k (2-1)式中：c1為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比，對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50及以下的取c1 = 0.76，對(duì)C80取c1 = 0.82，在此之間按直線規(guī)律變化取值。c2為高強(qiáng)度混凝土的脆性折減系數(shù)，對(duì)C40及以下取c2 =1.00,對(duì)C80取c2 =0.87,中間按直線規(guī)律變化取值。0.88為考慮實(shí)際構(gòu)件與試件混凝土強(qiáng)度之間的差異而取用的折減系數(shù)。國(guó)外常采用混凝土圓柱體試件來(lái)確定混凝土軸心抗壓強(qiáng)度。例如美國(guó)、日本和歐洲混凝土協(xié)會(huì)(CEB)系采用直徑6英寸(152mm)、高12英寸(305mm)的

15、圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度作為軸心抗壓強(qiáng)度的指標(biāo)，記作。實(shí)際混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件大多是處于復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，例如框架梁、柱既受到柱軸向力作用，又受到彎矩和剪力的作用。節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土受力狀態(tài)一般更為復(fù)雜。同時(shí)，研究復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度，對(duì)于認(rèn)識(shí)混凝土的強(qiáng)度理論也有重要的意義。在兩個(gè)平面作用著法向應(yīng)力l和2，第三個(gè)平面上應(yīng)力為零的雙向應(yīng)力狀態(tài)下，不同混凝土強(qiáng)度的二向破壞包絡(luò)圖如圖2-7所示，圖中0是單軸向受力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度。一旦超出包絡(luò)線就意味著材料發(fā)生破壞。圖中第一象限為雙向受拉區(qū)，l、2相互影響不大，雙向受拉強(qiáng)度均接近于單向受拉強(qiáng)度。第三象限為雙向受壓區(qū)，大體上一向的強(qiáng)度隨另一向壓力的增加而增加，

16、混凝土雙向受壓強(qiáng)度比單向受壓強(qiáng)度最多可提高27。拉壓狀態(tài)：第二、四象限為拉壓應(yīng)力狀態(tài)，此時(shí)混凝土的強(qiáng)度均低于單向拉伸或壓縮時(shí)的強(qiáng)度。 2法向應(yīng)力與剪應(yīng)力組合混凝土的強(qiáng)度壓應(yīng)力低時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而增大；當(dāng)壓應(yīng)力約超過(guò)0.6時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而減小。也就是說(shuō)由于存在剪應(yīng)力，混凝土的抗壓強(qiáng)度要低于單向抗壓強(qiáng)度。另外，還可以看出，抗剪強(qiáng)度隨著拉應(yīng)力的增大而減小，也就是說(shuō)剪應(yīng)力的存在也會(huì)使抗拉強(qiáng)度降低。圖2-9混凝土棱柱體受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線下降段（CE）在峰值應(yīng)力以后，裂縫迅速發(fā)展，試件的平均應(yīng)力強(qiáng)度下降，應(yīng)力應(yīng)變曲線向下彎曲，直到凹向發(fā)生改變，曲線出現(xiàn)“拐點(diǎn)（D）”。超過(guò)“拐點(diǎn)”，曲線

17、開(kāi)始凸向應(yīng)變軸，此段曲線中曲率最大的一點(diǎn)E稱為“收斂點(diǎn)”。從收斂點(diǎn)E開(kāi)始以后的曲線稱為收斂段，這時(shí)貫通的主裂縫已很寬，對(duì)無(wú)側(cè)向約束的混凝土，收斂段EF已失去結(jié)構(gòu)意義。上升段： （2-6）下降段： （2-7）式中 fc峰值應(yīng)力（棱柱體極限抗壓強(qiáng)度）； 。相應(yīng)于峰值應(yīng)力時(shí)的應(yīng)變，取。=0.002； u極限壓應(yīng)變，取u =0.0038。上升段： （2-8）下降段： （2-9）式中 。=0.002；u =0.0035。2) 混凝土的變形模量連接圖2-15中O點(diǎn)至曲線任一點(diǎn)應(yīng)力為處割線的斜率，稱為任意點(diǎn)割線模量或稱變形模量。由于總變形c中包含彈性變形ela和塑性變形pla兩部分，由此所確定的模量也可稱為

18、彈塑性模量。它的表達(dá)式為：（2-11）混凝土的變形模量是個(gè)變值，它隨應(yīng)力大小而不同。3)混凝土的切線模量在混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線上某一應(yīng)力處作一切線，其應(yīng)力增量與應(yīng)變?cè)隽恐戎捣Q為相應(yīng)于應(yīng)力時(shí)混凝土的切線模量。 （2-12）混凝土的切線模量也是一個(gè)變值，它隨著混凝土的應(yīng)力增大而減小?；炷恋男熳兣c混凝土的應(yīng)力大小有著密切的關(guān)系。應(yīng)力越大徐變也越大，隨著混凝土應(yīng)力的增加，混凝土徐變將發(fā)生不同的情況:圖2-18 壓應(yīng)力與徐變的關(guān)系1)當(dāng)混凝土應(yīng)力時(shí)，徐變與應(yīng)力成正比，曲線接近等間距分布，這種情況稱為線性徐變。2) 當(dāng)混凝土應(yīng)力時(shí)，徐變變形與應(yīng)力不成正比，徐變變形比應(yīng)力增長(zhǎng)要快，稱為非線性徐變。在非線性

19、徐變范圍內(nèi)，當(dāng)加載應(yīng)力過(guò)高時(shí)，徐變變形急劇增加不再收斂，呈非穩(wěn)定徐變的現(xiàn)象，可能造成混凝土的破壞。混凝土構(gòu)件在使用期間，應(yīng)當(dāng)避免經(jīng)常處于不變的高應(yīng)力狀態(tài)。養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度高、濕度大，水泥水化作用充分，徐變?cè)叫?；而受到荷載作用后所處的環(huán)境溫度越高、濕度越低，則徐變?cè)酱?。混凝土的?yīng)力大小混凝土的應(yīng)力越大徐變也越大。(5) 徐變對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的工作性能的影響由于混凝土的徐變，會(huì)使構(gòu)件的變形增加，在鋼筋混凝土截面中引起應(yīng)力重分布。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中會(huì)造成預(yù)應(yīng)力損失。3. 混凝土在荷載重復(fù)作用下的變形（疲勞變形）混凝土的疲勞是在荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的。混凝土在荷載重復(fù)作用下引起的破壞稱為疲勞破壞。疲勞現(xiàn)象

20、大量存在于工程結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土吊車梁受到重復(fù)荷載的作用，鋼筋混凝土道橋受到車輛振動(dòng)的影響以及港口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)受到波浪沖擊而損傷等都屬于疲勞破壞現(xiàn)象。疲勞破壞的特征是裂縫小而變形大。對(duì)混凝土棱柱體試件，一次加載應(yīng)力小于混凝土疲勞強(qiáng)度時(shí)，其加載卸載應(yīng)力應(yīng)變曲線OAB形成了一個(gè)環(huán)狀。而在多次加載、卸載作用下，應(yīng)力應(yīng)變環(huán)會(huì)越來(lái)越密合，經(jīng)過(guò)多次重復(fù)，這個(gè)曲線就密合成一條直線。1) 消除應(yīng)力鋼絲 3) 鋼筋的強(qiáng)度和變形性能可以用拉伸試驗(yàn)得到的來(lái)說(shuō)明。鋼筋的，有的有明顯的流幅（例如熱軋低碳鋼筋和熱軋低合金鋼筋）；有的則沒(méi)有明顯的流幅（例如預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋）。1) OA段 彈性階段：應(yīng)力與

21、應(yīng)變成比例變化，與A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為比例極限或彈性極限。2) AC段 屈服階段：過(guò)A點(diǎn)后，應(yīng)力基本不增加而應(yīng)變急劇增長(zhǎng)，曲線接近水平線。B點(diǎn)到C點(diǎn)的水平距離的大小稱為流幅或屈服臺(tái)階。B點(diǎn)稱為屈服上限，B點(diǎn)稱為屈服下限，有明顯流幅的熱軋鋼筋屈服強(qiáng)度是按屈服下限確定的。3) CD段 強(qiáng)化階段：過(guò)C點(diǎn)以后，應(yīng)力又繼續(xù)上升，說(shuō)明鋼筋的抗拉能力又有所提高。隨著曲線上升到最高點(diǎn)D,相應(yīng)的應(yīng)力稱為鋼筋的極限強(qiáng)度。4) DE段 頸縮階段：過(guò)了D點(diǎn)，試件薄弱處的截面將會(huì)突然顯著縮小，發(fā)生局部頸縮，變形迅速增加，應(yīng)力隨之下降，達(dá)到E點(diǎn)時(shí)試件被拉斷。對(duì)沒(méi)有明顯流幅或屈服點(diǎn)的預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋，為了與鋼筋

22、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相一致，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中也規(guī)定在構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)時(shí)，取極限抗拉強(qiáng)度的85作為條件屈服點(diǎn)，如圖2-25所示。當(dāng)s,hss,u時(shí)， fs = fy + (s - s,h)tg (2-17)(a) 2. 鋼筋疲勞斷裂的原因一般認(rèn)為是由于鋼筋內(nèi)部和外部的缺陷，在這些薄弱處容易引起應(yīng)力集中。應(yīng)力過(guò)高，鋼材晶?；疲a(chǎn)生疲勞裂紋，應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)增加，裂紋擴(kuò)展，從而造成斷裂。3. 鋼筋的疲勞強(qiáng)度鋼筋的疲勞強(qiáng)度是指在某一規(guī)定應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)循環(huán)荷載后發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。由于承受重復(fù)性荷載的作用，鋼筋的疲勞強(qiáng)度低于其在靜荷載作用下的極限強(qiáng)度。(1) 方法鋼筋有兩種方法：一種是直接進(jìn)行單

23、根原狀鋼筋軸拉試驗(yàn)；另一種是將鋼筋埋人混凝土中使其重復(fù)受拉或受彎的試驗(yàn)。我國(guó)采用直接做單根鋼筋軸拉試驗(yàn)的方法。(2) 疲勞應(yīng)力比值鋼筋對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋，當(dāng)0.9時(shí)可不進(jìn)行疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算。(3) 循環(huán)荷載的次數(shù)我國(guó)要求滿足循環(huán)次數(shù)為200萬(wàn)次，即對(duì)不同的疲勞應(yīng)力比值滿足循環(huán)次數(shù)為200萬(wàn)次條件下的鋼筋最大應(yīng)力值為鋼筋的疲勞強(qiáng)度。 1. 強(qiáng)度 指鋼筋的屈服強(qiáng)度及極限強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度是設(shè)計(jì)的主要依據(jù)（對(duì)無(wú)明顯流幅的鋼筋，取它的條件屈服點(diǎn)）。采用高強(qiáng)度鋼筋可以節(jié)約鋼材，取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。 2. 塑性指鋼筋的彎性能。保證鋼筋在斷裂前有足夠的變形，能給出構(gòu)件將要破壞的預(yù)告信號(hào)，同時(shí)要保證鋼筋冷彎的要求。鋼筋的彎

24、性能是施工單位驗(yàn)收鋼筋是否合格的主要指標(biāo)。鋼筋和混凝土能共同工作，除了二者具有相近的線膨脹系數(shù)外，更主要的是由于混凝土硬化后，鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生了良好的粘結(jié)力。為了保證鋼筋不被從混凝土中拔出或壓出，還要求鋼筋有良好的錨固。粘結(jié)和錨固是鋼筋和混凝土形成整體、共同工作的基礎(chǔ)。 2. 粘結(jié)應(yīng)力鋼筋混凝土受力后會(huì)沿鋼筋和混凝土接觸面上產(chǎn)生剪應(yīng)力，通常把這種剪應(yīng)力稱為粘結(jié)應(yīng)力。根據(jù)受力性質(zhì)的不同，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力可分為裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力和鋼筋端部的錨固粘結(jié)應(yīng)力兩種:鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力(a) 錨固粘結(jié)應(yīng)力 (b) 裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力(1) 裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力在相鄰兩個(gè)開(kāi)裂截面之間

25、產(chǎn)生的，鋼筋應(yīng)力的變化受到粘結(jié)應(yīng)力的影響，粘結(jié)應(yīng)力使相鄰兩個(gè)裂縫之間混凝土參與受拉。局部粘結(jié)應(yīng)力的喪失會(huì)影響構(gòu)件的剛度的降低和裂縫的開(kāi)展。(2) 鋼筋端部的錨固粘結(jié)應(yīng)力鋼筋伸進(jìn)支座或在連續(xù)梁中承擔(dān)負(fù)彎矩的上部鋼筋在跨中截?cái)鄷r(shí)，需要延伸一段長(zhǎng)度，即錨固長(zhǎng)度。要使鋼筋承受所需的拉力，就要求受拉鋼筋有足夠的錨固長(zhǎng)度以積累足夠的粘結(jié)力，否則，將發(fā)生錨固破壞。 粘 結(jié) 力 的 組 成 1. 粘結(jié)力的組成鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用主要由三部分所組成：(1)鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用力（膠結(jié)力）。(2)混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生摩阻力。(3)鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用力（咬合力）。2.

26、 光圓鋼筋和變形鋼筋的粘結(jié)機(jī)理的主要差別光面鋼筋粘結(jié)力主要來(lái)自膠結(jié)力和摩阻力，而變形鋼筋的粘結(jié)力主要來(lái)自機(jī)械咬合作用（圖2-28）。二者的差別，可以用釘入木料中的普通釘和螺絲釘?shù)牟顒e來(lái)理解。圖2-28 變形鋼筋和混凝土的機(jī)械咬合作用 粘 結(jié) 強(qiáng) 度鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度通常采用直接拔出試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，為了反映彎矩的作用，也用梁式試件進(jìn)行彎曲拔出試驗(yàn)。由直接拔出試驗(yàn)，鋼筋和混凝土之間的平均粘結(jié)應(yīng)力可表示為(a) 直接拔出試驗(yàn) (b) 彎曲拔出試驗(yàn)圖3-3 可靠指標(biāo)與失效概率關(guān)系示意圖 (3) 從圖3-3可以看到，陰影部分的面積與的大小有關(guān)：增大，曲線右移，陰影面積將減少；減小，曲線變得高而窄，陰影面積也將減

27、少。如果將曲線對(duì)稱軸至縱軸的距離表示成的倍數(shù)，取則 可以看出大，則失效概率小。所以，和失效概率一樣可作為衡量結(jié)構(gòu)可靠度的一個(gè)指標(biāo)，稱為可靠指標(biāo)。(4) 與失效概率的對(duì)應(yīng)關(guān)系附表2-1附表2-2附表2-6附表2-7附表2-8附表2-93.2 “作用”和“荷載”有什么區(qū)別？影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素有哪些？結(jié)構(gòu)構(gòu)件 的杭力與哪些因素有關(guān)？為什么說(shuō)構(gòu)件的抗力是一個(gè)隨機(jī)變量？3.3 什么是結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)？結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為幾類，其含義各是什么？3.4 建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足哪些功能要求？結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作壽命如何確定？結(jié)構(gòu)超過(guò) 其設(shè)計(jì)工作壽命是否意味著不能再使用？為什么？3.5 正態(tài)分布概率密度曲線有哪些數(shù)字特征？這

28、些數(shù)字特征各表示什么意義？正 態(tài)分布概率密度曲線有何特點(diǎn)？3.6 材料強(qiáng)度是服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量x，其概率密度為f(x)，怎樣計(jì)算材 料強(qiáng)度大于某一取值x。的概率P(x>x。)？3.7 什么是保證率？什么叫結(jié)構(gòu)的可靠度和可靠指標(biāo)？我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度是如何定義的？3.8 什么是結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)？什么是結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)？功能函數(shù)Z0、ZO和 Z=0時(shí)各表示結(jié)構(gòu)處于什么樣的狀態(tài)？3.9 什么是結(jié)構(gòu)可靠概率Ps和失效概率pf?什么是目標(biāo)可靠指標(biāo)？可靠指標(biāo)與結(jié) 構(gòu)失效概率有何定性關(guān)系？怎樣確定可靠指標(biāo)？為什么說(shuō)我國(guó)“規(guī)范”采用的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法是近似概率設(shè)計(jì)方法？其主要特點(diǎn)是什么？

29、3.10 我國(guó)“規(guī)范”承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式采用何種形式？說(shuō)明式中各符號(hào) 的物理意義及荷載效應(yīng)基本組合的取值原則。式中可靠指標(biāo)體現(xiàn)在何處？3.11 什么是荷載標(biāo)準(zhǔn)值？什么是活荷載的頻遇值和準(zhǔn)永久值？什么是荷載的組 合值？對(duì)正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算，為什么要區(qū)分荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合和荷載的 準(zhǔn)永久組合？如何考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合和荷載的準(zhǔn)永久組合？3.12 混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是按什么原則確定的？混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)和強(qiáng)度設(shè)計(jì) 值是如何確定的？3.13 鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和標(biāo)準(zhǔn)值是如何確定的？分別說(shuō)明鋼筋和混凝土的強(qiáng)度 標(biāo)準(zhǔn)值、平均值及設(shè)計(jì)值之間的關(guān)系。(4) 現(xiàn)澆板的厚度尚應(yīng)滿足表4-1的現(xiàn)澆鋼筋混凝土板的最小厚

30、度要求。表4-11. 混凝土強(qiáng)度等級(jí)梁、板常用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)是C20、C30、C40。提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)增大受彎構(gòu)件正截面受彎承載力的作用不顯著。 2. 鋼筋強(qiáng)度等級(jí)及常用直徑(1) 梁的鋼筋強(qiáng)度等級(jí)和常用直徑 1) 縱向受力鋼筋梁中縱向受力鋼筋宜采用HRB400級(jí)或RRB400級(jí)（級(jí)）和HRB335級(jí)（級(jí)），常用直徑為12mm, 14mm, 16mm, 18mm, 20mm, 22mm和25mm。根數(shù)最好不少于3（或4）根。設(shè)計(jì)中若采用兩種不同直徑的鋼筋，鋼筋直徑相差至少2mm,以便于在施工中能用肉眼識(shí)別。為了便于澆注混凝土，以保證鋼筋周圍混凝土的密實(shí)性，縱筋的凈間距應(yīng)滿足圖4-2所示的

31、要求。圖4-2 凈距、保護(hù)層及有效高度2) 架立鋼筋對(duì)于單筋矩形截面梁，當(dāng)梁的跨度小于4m時(shí)，架立鋼筋的直徑不宜小于8mm；當(dāng)梁的跨度等于46m時(shí)，不宜小于l0mm；當(dāng)梁的跨度大于6m時(shí)，不宜小于12mm。3) 梁的箍筋宜采用HPB235級(jí)（級(jí)）、HRB335（級(jí)）和HRB400級(jí)（級(jí)）的鋼筋，常用直徑是6mm、8mm和l0mm。(2) 板的鋼筋強(qiáng)度等級(jí)及常用直徑 板內(nèi)鋼筋一般有縱向受拉鋼筋與分布鋼筋兩種。1) 板的受力鋼筋板的縱向受拉鋼筋常用HPB235級(jí)（級(jí)）、HRB335級(jí)（級(jí)）和HRB400級(jí)（級(jí)）鋼筋，常用直徑是6mm、8mm、l0mm和12mm，其中現(xiàn)澆板的板面鋼筋直徑不宜小于8m

32、m。如圖4-3所示。圖4-3 板的配筋為了便于澆注混凝土，以保證鋼筋周圍混凝土的密實(shí)性，板內(nèi)鋼筋間距不宜太密，為了正常地分擔(dān)內(nèi)力，也不宜過(guò)稀。鋼筋的間距一般為70200 mm；當(dāng)板厚h150mm，不宜大于200 mm；當(dāng)板厚h150mm，不宜大于1. 5h，且不應(yīng)大于250mm。 附表5-2附表5-41. 適筋梁正截面受彎承載力的實(shí)驗(yàn)(1) 試驗(yàn)梁受彎構(gòu)件正截面受彎破壞形態(tài)與縱向受拉鋼筋配筋率有關(guān)。當(dāng)受彎構(gòu)件正截面內(nèi)配置的縱向受拉鋼筋能使其正截面受彎破壞形態(tài)屬于延性破壞類型時(shí)，稱為適筋梁。 圖4-4為一混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁。為消除剪力對(duì)正截面受彎的影響，采用兩點(diǎn)對(duì)稱加載

33、方式，使兩個(gè)對(duì)稱集中力之間的截面，在忽略自重的情況下，只受純彎矩而無(wú)剪力，稱為純彎區(qū)段。在長(zhǎng)度為L(zhǎng)0/3的純彎區(qū)段布置儀表，以觀察加載后梁的受力全過(guò)程。荷載是逐級(jí)施加的，由零開(kāi)始直至梁正截面受彎破壞。圖4-4 試 驗(yàn) 梁(2) 適筋梁正截面受彎的三個(gè)階段圖4-5 M0 0圖 圖4-5中縱坐標(biāo)為梁跨中截面的彎矩實(shí)驗(yàn)值M0 ,橫坐標(biāo)為梁跨中截面曲率實(shí)驗(yàn)值0?？梢?jiàn)，M0 0關(guān)系曲線上有兩個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)C和y，故適筋梁正截面受彎的全過(guò)程可劃分為三個(gè)階段 未裂階段、裂縫階段和破壞階段。 1）第階段：混凝土開(kāi)裂前的未裂階段 剛開(kāi)始加載時(shí)，由于彎矩很小，混凝土基本上處于彈性工作階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，受壓區(qū)

34、和受拉區(qū)混凝土應(yīng)力分布圖形為三角形。見(jiàn)圖4-6 (a)。在彎矩增加到M0cr 時(shí)，受壓區(qū)混凝土基本上處于彈性工作階段，受壓區(qū)應(yīng)力圖形接近三角形；而受拉區(qū)應(yīng)力圖形則呈曲線分布,受拉區(qū)邊緣纖維的應(yīng)變值即將到達(dá)混凝土的極限拉應(yīng)變值，截面遂處于即將開(kāi)裂狀態(tài)，稱為第階段末，用a表示。見(jiàn)圖4-6(b)。由于受拉區(qū)混凝土塑性的發(fā)展，a 階段時(shí)中和軸的位置比第階段初期略有上升。第階段的特點(diǎn)是: 混凝土沒(méi)有開(kāi)裂；受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力圖形是直線，受拉區(qū)混凝土的應(yīng)力圖形在第階段前期是直線，后期是曲線；彎矩與截面曲率基本上是直線關(guān)系。 a 階段可作為受彎構(gòu)件抗裂度的計(jì)算依據(jù)。 圖4-6 鋼筋混凝土梁工作的三個(gè)階段2)

35、第階段：混凝土開(kāi)裂后至鋼筋屈服前的裂縫階段 M0M0cr,時(shí)，在純彎段抗拉能力最薄弱的某一截面處，將首先出現(xiàn)第一條裂縫、梁即由第階段轉(zhuǎn)入為第階段工作。 裂縫出現(xiàn)時(shí)梁的撓度和截面曲率都突然增大，裂縫截面處的中和軸位置也將隨之上移。在中和軸以下裂縫尚未延伸到的部位，混凝土雖然仍可承受一小部分拉力，但受拉區(qū)的拉力主要由鋼筋承擔(dān)。見(jiàn)圖4-6(c)。 彎矩再增大，主裂縫開(kāi)展越來(lái)越寬，受壓區(qū)應(yīng)力圖形呈曲線變化。當(dāng)彎矩繼續(xù)增大到受拉鋼筋應(yīng)力即將到達(dá)屈服強(qiáng)度f(wàn)0y時(shí)，稱為第階段末，用a表示。見(jiàn)圖4-6(d)。 第階段是截面混凝土裂縫發(fā)生、開(kāi)展的階段，在此階段中梁是帶裂縫工作的。其受力特點(diǎn)是：在裂縫截面處，受拉

36、區(qū)大部分混凝土退出工作，拉力主要由縱向受拉鋼筋承擔(dān)，但鋼筋沒(méi)有屈服；受壓區(qū)混凝土已有塑性變形，但不充分，壓應(yīng)力圖形為只有上升段的曲線；彎矩與截面曲率是曲線關(guān)系，截面曲率與撓度的增長(zhǎng)加快了。 階段相當(dāng)于梁使用時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，可作為使用階段驗(yàn)算變形和裂縫開(kāi)展寬度的依據(jù)。 3)第階段：鋼筋開(kāi)始屈服至截面破壞的破壞階段 縱向受拉鋼筋屈服后，正截面就進(jìn)入第階段工作。 鋼筋屈服，中和軸繼續(xù)上移，受壓區(qū)高度進(jìn)一步減小，受壓區(qū)壓應(yīng)力圖形更趨豐滿。彎矩再增大直至極限彎矩實(shí)驗(yàn)值M0u時(shí)，稱為第階段末，用a表示。此時(shí)，邊緣纖維壓應(yīng)變到達(dá)（或接近）混凝土的極限壓應(yīng)變實(shí)驗(yàn)值0cu，標(biāo)志著截面已開(kāi)始破壞。見(jiàn)圖4-6(e)。

37、 在第階段整個(gè)過(guò)程中，鋼筋所承受的總拉力大致保持不變，但由于中和軸逐步上移，內(nèi)力臂z略有增加，故截面極限彎矩M0u略大于屈服彎矩M0y?？梢?jiàn)第階段是截面的破壞階段，破壞始于縱向受拉鋼筋屈服，終結(jié)于受壓區(qū)混凝土壓碎。其受力特點(diǎn)是：縱向受拉鋼筋屈服，拉力保持為常值；裂縫截面處，受拉區(qū)大部分混凝土已退出工作，受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)力曲線圖形比較豐滿，有上升段曲線，也有下降段曲線；由于受壓區(qū)混凝土合壓力作用點(diǎn)外移使內(nèi)力臂增大，故彎矩還略有增加；受壓區(qū)邊緣混凝土壓應(yīng)變達(dá)到其極限壓應(yīng)變實(shí)驗(yàn)值0cu時(shí)，混凝土被壓碎，截面破壞；彎矩一曲率關(guān)系為接近水平的曲線。 第階段末(a )可作為正截面受彎承載力計(jì)算的依據(jù)。圖4

38、-7 矩形梁混凝土及鋼筋應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果 (3) 適筋梁正截面受彎的三個(gè)受力階段的主要特點(diǎn)表4-2fcu,k-50)10-5 2. 基本假定條文說(shuō)明(1) 基本假定1. 是指在荷載作用下，梁的變形規(guī)律符合“平均應(yīng)變平截面假定”，簡(jiǎn)稱平截面假定。國(guó)內(nèi)外大量實(shí)驗(yàn)，包括矩形、T形、I字形及環(huán)形截面的鋼筋混凝土構(gòu)件受力以后，截面各點(diǎn)的混凝土和鋼筋縱向應(yīng)變沿截面的高度方向呈直線變化。同時(shí)平截面假定也是簡(jiǎn)化計(jì)算的一種手段。(2) 基本假定2忽略中和軸以下混凝土的抗拉作用，主要是因?yàn)榛炷恋目估瓘?qiáng)度很小，且其合力作用點(diǎn)離中和軸較近，內(nèi)力矩的力臂很小的緣故。(3) 基本假定3 采用拋物線上升段和水平段的混凝土受壓

39、應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線，見(jiàn)圖4一11。 曲線方程隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的不同而有所變化，峰值應(yīng)變和極限壓應(yīng)變的取值隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)的不同而不同。對(duì)于正截面處于非均勻受壓時(shí)的混凝土，極限壓應(yīng)變的取值最大不超過(guò)0.0033。圖4-11 混凝土應(yīng)力一應(yīng)變曲線(4) 基本假定4 實(shí)際上是給定了鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的破壞準(zhǔn)則，即0.01。對(duì)于混凝土各強(qiáng)度等級(jí)，各參數(shù)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4一3。規(guī)范建議的公式僅適用于正截面計(jì)算。表4-3圖4-12為一單筋矩形截面適筋梁的應(yīng)力圖形。由于采用了平截面假定以及基本假定3，其受壓區(qū)混凝土的壓應(yīng)力圖形符合圖4一11所示的曲線，此圖形可稱為理論應(yīng)力圖形。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50及以

40、下時(shí)，截面受壓區(qū)邊緣達(dá)到了混凝土的極限壓應(yīng)變值 =0.0033。受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)力的合力C （4-9）合力C到中和軸的距離yc（4-10）（4-17）圖4-12 2表 4-7 思 考 題4.1 混凝土彎曲受壓時(shí)的極限壓應(yīng)變 取為多少？4.2 什么叫“界限破壞”？“界限破壞”時(shí)的等于多少？4.3 為什么要掌握鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面受彎全過(guò)程中各階段的應(yīng)力狀態(tài)，它與建立正截面受彎承載力計(jì)算公式有何關(guān)系？4.4 什么叫少筋梁、適筋梁和超筋梁？在實(shí)際工程中為什么應(yīng)避免采用少筋梁和超筋梁?4.5 什么叫配筋率，它對(duì)梁的正截面受彎承載力有何影響？4.6 單筋矩形截面梁的正截面受彎承載力的最大值Mu，ma

41、x與哪些因素有關(guān)？4.7 雙筋矩形截面受彎構(gòu)件中，受壓鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是如何確定的？4.8 在什么情況下可采用雙筋截面梁，雙筋梁的基本計(jì)算公式為什么要有適用條件？ 的雙筋梁出現(xiàn)在什么情況下，這時(shí)應(yīng)當(dāng)如何計(jì)算？4.9 T形截面梁的受彎承載力計(jì)算公式與單筋矩形截面及雙筋矩形截面梁的受 彎承載力計(jì)算公式有何異同點(diǎn)？4.10 在正截面受彎承載力計(jì)算中，對(duì)于混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C50的構(gòu)件和混凝 土強(qiáng)度等級(jí)等于及大于C50的構(gòu)件，其計(jì)算有什么區(qū)別？第 5 章 受彎構(gòu)件的斜截面承載力 概 述1. 梁內(nèi)配置的鋼筋(1) 縱向受拉、受壓鋼筋(2) 架立鋼筋(3) 箍筋(4) 彎起鋼筋(5) 側(cè)向構(gòu)造鋼筋（腰

42、筋、拉結(jié)筋）(6) 附加構(gòu)造鋼筋（箍筋、吊筋）圖 5-1 箍筋和彎起鋼筋2梁的破壞類型(1) 正截面受彎破壞 通過(guò)計(jì)算配置縱向受拉、受壓鋼筋來(lái)滿足；(2) 斜截面受剪破壞 通過(guò)計(jì)算或構(gòu)造配置箍筋或彎起鋼筋來(lái)滿足；(3) 斜截面受彎破壞 通過(guò)對(duì)縱向鋼筋和箍筋的構(gòu)造要求來(lái)滿足。3鋼筋彎起處劈裂裂縫在工程設(shè)計(jì)中，首先選用豎直箍筋，然后再考慮采用彎起鋼筋。選用的彎筋位置不宜在梁側(cè)邊緣，且直徑不宜過(guò)粗。圖 5-2 鋼筋彎起處劈裂裂縫 斜裂縫、剪跨比及斜截面受剪破壞形態(tài)斜 裂 縫1. 斜裂縫的位置鋼筋混凝土梁在其剪力V和彎矩M共同作用的剪彎區(qū)段內(nèi)（支座附近區(qū)段），將產(chǎn)生斜裂縫。2斜裂縫類型 斜裂縫主要有兩

43、類：腹剪斜裂縫和彎剪斜裂縫。 (1)腹剪斜裂縫圖5-3為一無(wú)腹筋簡(jiǎn)支梁在對(duì)稱集中荷載作用下的主應(yīng)力軌跡線圖形，實(shí)線是主拉應(yīng)力跡線，虛線是主壓應(yīng)力跡線。圖 5-3 主應(yīng)力軌跡線在中和軸附近，主拉應(yīng)力方向大致為450 。當(dāng)荷載增大，拉應(yīng)變達(dá)到混凝土的極限拉應(yīng)變值時(shí)，混凝土開(kāi)裂，沿主壓應(yīng)力跡線產(chǎn)生腹部的斜裂縫，稱為腹剪斜裂縫。腹剪斜裂縫中間寬兩頭細(xì)，呈棗核形，常見(jiàn)于薄腹梁中，如圖5-4 (a)所示。(2)彎剪斜裂縫從主應(yīng)力跡線圖上可以看出，在剪彎區(qū)段截面的下邊緣，主拉應(yīng)力還是水平向的，所以，在這些區(qū)段仍可能首先出現(xiàn)一些較短的垂直裂縫，然后延伸成斜裂縫，向集中荷載作用點(diǎn)發(fā)展，這種由垂直裂縫引伸而成的斜

44、裂縫的總體，稱為彎剪斜裂縫，這種裂縫上細(xì)下寬，是最常見(jiàn)的，如圖5一4（b）所示。圖 5-4 斜裂縫（a）腹剪斜裂縫；（b）彎剪斜裂縫 5.2.2 剪 跨 比 1簡(jiǎn)支梁承載及裂縫示意圖圖 5-5 簡(jiǎn)支梁受力圖（a）裂縫示意圖；（b）內(nèi)力圖2廣義剪跨比 3. 計(jì)算剪跨比 (1) 集中荷載時(shí)式中 剪跨， (2) 均布荷載時(shí)式中 跨高比。剪跨比反映了截面上彎矩與剪力的相對(duì)比值。它對(duì)梁的斜截面受剪破壞形態(tài)和斜截面受剪承載力，有著極為重要的影響。斜截面受剪破壞的三種主要形態(tài) 圖 5-6 主應(yīng)力跡線分布圖由圖可見(jiàn)，當(dāng)剪跨比很小時(shí)，就可能在集中荷載與支座反力之間形成短柱而壓壞；而當(dāng)剪跨比很大時(shí)，在支座與集中荷

45、載之間沒(méi)有直接的主壓應(yīng)力跡線，故可能產(chǎn)生斜向受拉破壞。無(wú)腹筋梁的斜截面受剪破壞形態(tài)主要有斜壓破壞、剪壓破壞和斜拉破壞三種形態(tài)。 圖 5-7 斜截面破壞形態(tài)1) 斜壓破壞 式中 Vsb 彎起鋼筋的拉力在垂直于梁軸方向的分力值；MR MRMRMRM MRMRMMRMRMR MRi = MR·Asi / As MRMRiMR 的外側(cè)。MR M MR MR MMRMR max）6) 除構(gòu)造需要的錨固長(zhǎng)度外，當(dāng)受力鋼筋的實(shí)際配筋面積大于其設(shè)計(jì)計(jì)算值時(shí)，鋼筋應(yīng)力小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，此時(shí)錨固長(zhǎng)度可縮短。其修正量為設(shè)計(jì)計(jì)算面積與實(shí)際配筋面積的比值。但直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)和抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，不得考慮此項(xiàng)修

46、正。圖5-35 支座鋼筋的錨固1) 如在焊接骨架中采用光面鋼筋作為縱向受力鋼筋時(shí)，鋼筋末端可不做彎鉤，但在鋼筋的錨固長(zhǎng)度內(nèi)應(yīng)加焊橫向鋼筋：當(dāng)時(shí)，至少一根；當(dāng)時(shí)，至少二根；橫向鋼筋的直徑不應(yīng)小于縱向受力鋼筋直徑的一半；同時(shí)，加焊在最外邊的橫向鋼筋，應(yīng)靠近縱向鋼筋的末端。2) 混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25的簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁的簡(jiǎn)支端，如在距支座1.5h范圍內(nèi)，作用有集中荷載（包括作用有多種荷載，而其中集中荷載對(duì)支座截面所產(chǎn)生的剪力占總剪力值75以上的情況），且時(shí)，對(duì)熱軋帶肋鋼筋宜采用附加錨固措施，或取。 3) 支承在砌體結(jié)構(gòu)上的鋼筋混凝土獨(dú)立梁，在縱向受力鋼筋的錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)應(yīng)配置不少于兩個(gè)箍筋，其直徑不宜小

47、于縱向受力鋼筋最大直徑的0.25倍，間距不宜大于縱向受力鋼筋最小直徑的10倍，當(dāng)采取機(jī)械錨固措施時(shí)，箍筋間距尚不宜大于縱向受力鋼筋最小直徑的5倍。 4) 梁簡(jiǎn)支端支座截面上部應(yīng)配負(fù)彎矩鋼筋，其數(shù)量不小于下部縱向受力鋼筋的1/4，且不少于2根。2.搭接 梁中鋼筋長(zhǎng)度不夠時(shí)，可采用互相搭接或焊接的辦法，當(dāng)接頭用搭接而不加焊時(shí)，其搭接長(zhǎng)度 規(guī)定如下： (1)受拉鋼筋當(dāng)受拉鋼筋直徑大于28mm時(shí)，不宜采用搭接接頭。同一構(gòu)件中相鄰縱向受力鋼筋的綁扎搭接接頭宜相互錯(cuò)開(kāi)。應(yīng)根據(jù)位于同一連接區(qū)段內(nèi)的搭接鋼筋面積百分率，按下式計(jì)算： 1) 搭接接頭面積百分率: 是指在同一連接區(qū)段內(nèi)，有搭接接頭的受力鋼筋與全部受

48、力鋼筋面積之比。 2) 同一連接區(qū)段: 鋼筋綁扎搭接接頭連接區(qū)段的長(zhǎng)度為1.3倍搭接長(zhǎng)度，凡搭接接頭中點(diǎn)位于該連接區(qū)段長(zhǎng)度內(nèi)的搭接接頭均屬于同一連接區(qū)段。（圖5-38）。5.7 在設(shè)計(jì)中采用什么措施來(lái)防止梁的壓和拉破壞？5.8 寫出矩形、T形、形梁在不同荷載情況下截面受剪承載力計(jì)算公式。5.9 連續(xù)梁的受剪性能與簡(jiǎn)支梁相比有何不同？為什么它們可以采用同一受剪承載力計(jì)算公式？5.10 計(jì)算梁截面受剪承載力時(shí)應(yīng)取那些計(jì)算截面？5.11 什么是材料抵杭彎矩圖？如何繪制？為什么要繪制？5.12 為了保證梁截面受彎承載力，對(duì)縱筋的彎起、錨固、截?cái)嘁约肮拷畹拈g 距，有什么構(gòu)造要求？本章提要 受壓構(gòu)件是鋼筋

49、混凝土結(jié)構(gòu)中的重要章節(jié)，它分為軸心受壓和偏心受壓（單向偏心受壓構(gòu)件和雙向偏心受壓構(gòu)件）兩部分。軸心受壓構(gòu)件截面應(yīng)力分布均勻，兩種材料承受壓力之和，在考慮構(gòu)件穩(wěn)定影響系數(shù)后，即為構(gòu)件承載力計(jì)算公式。對(duì)于配有縱筋及螺旋箍筋的柱，由于螺旋箍筋約束混凝土的橫向變形，因而其承載力將會(huì)有限度的提高。偏心受壓構(gòu)件因偏心距大小和受拉鋼筋多少的不同，截面將有兩種破壞情況，即大偏心受壓（截面破壞時(shí)受拉鋼筋能屈服）和小偏心受壓（截面破壞時(shí)受拉鋼筋不能屈服）構(gòu)件。在考慮了偏心距增大系數(shù)后，根據(jù)截面力的平衡條件，即可得偏心受壓構(gòu)件的計(jì)算公式。截面有對(duì)稱配筋和不對(duì)稱配筋兩類，實(shí)用上對(duì)稱配筋截面居多。無(wú)論是對(duì)稱配筋或不對(duì)稱

50、配筋，計(jì)算時(shí)均應(yīng)判別大、小偏心的界限，分別用其計(jì)算公式對(duì)截面進(jìn)行計(jì)算。受壓構(gòu)件一般構(gòu)造要求一般采用方形或矩形，有時(shí)也采用圓形或多邊形。偏心受壓構(gòu)件一般采用矩形截面，但為了節(jié)約混凝土和減輕柱的自重，較大尺寸的柱常常采用I形截面。拱結(jié)構(gòu)的肋常做成T形截面。采用離心法制造的柱、樁、電桿以及煙囪、水塔支筒等常用環(huán)形截面。2 材 料 強(qiáng) 度 要 求1 混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜采用較高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。一般采用C25、C30、C35、C40，對(duì)于高層建筑的底層柱，必要時(shí)可采用高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。2縱向鋼筋一般采用HRB400級(jí)、HRB335級(jí)和RRB400級(jí)，不宜采用高強(qiáng)度鋼筋，這是由于它與混凝土共同受壓時(shí)，不能

51、充分發(fā)揮其高強(qiáng)度的作用柱內(nèi)縱筋的混凝土保護(hù)層厚度對(duì)一級(jí)環(huán)境取30mm。 6鋼筋間距(1) 凈距50mm；(1) 當(dāng)截面短邊大于400mm，截面各邊縱筋多于3 根時(shí)，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋，；(2) 當(dāng)截面短邊不大于400mm，且縱筋不多于四根時(shí)，可不設(shè)置復(fù)合箍筋，。 軸心受壓普通箍筋柱正截面受壓承載力計(jì)算最常見(jiàn)的軸心受壓柱是普通箍筋柱，見(jiàn)圖6-3?？v筋的作用是提高柱的承載力，減小構(gòu)件的截面尺寸，防止因偶然偏心產(chǎn)生的破壞，改善破壞時(shí)構(gòu)件的延性和減小混凝土的徐變變形。箍筋能與縱筋形成骨架，并防止縱筋受力后外凸。 圖 6-3 配有縱筋和普通箍筋的柱1. 受力分析和破壞形態(tài)(1) 短柱的受力分析和破壞形態(tài)（l

52、o/b8、lo/d7）1) 當(dāng)荷載較小時(shí), 混凝土和鋼筋都處于彈性階段，縱筋和混凝土的壓應(yīng)力與荷載成正比，但鋼筋的壓應(yīng)力比混凝土的壓應(yīng)力增加得快，見(jiàn)圖6-4。圖 6-4 應(yīng)力一荷載曲線示意圖2) 隨著荷載的繼續(xù)增加, 柱中開(kāi)始出現(xiàn)微細(xì)裂縫，在臨近破壞荷載時(shí)，柱四周出現(xiàn)明顯的縱向裂縫，箍筋間的縱筋發(fā)生壓屈，向外凸出，混凝土被壓碎，柱子即告破壞，見(jiàn)圖6-5。圖 6-5 短柱的破壞3) 縱向鋼筋改善了混凝土受壓破壞的脆性性質(zhì)試驗(yàn)表明，素混凝土棱柱體構(gòu)件達(dá)到最大壓應(yīng)力值時(shí)的壓應(yīng)變值約為0.00150.002，而鋼筋混凝土短柱達(dá)到應(yīng)力峰值時(shí)的壓應(yīng)變一般在0.00250.0035之間。其主要原因是縱向鋼筋起到了調(diào)整混凝土應(yīng)力的作用，使混凝土的塑性性質(zhì)得到了較好的發(fā)揮，改善了受壓破壞的脆性性質(zhì)。4) 短柱的破壞特征破壞時(shí)，一般是縱筋先達(dá)到屈服強(qiáng)度(0.002)，此時(shí)可繼續(xù)增加一些荷載。最后混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變值(一般在0.00250.0035)，構(gòu)件破壞。 表現(xiàn)為“材料破壞”。5) 柱內(nèi)不宜采用高強(qiáng)鋼筋，fy最大取 410N/mm2。當(dāng)縱向鋼筋的屈服強(qiáng)度較高時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)鋼筋沒(méi)有達(dá)到屈服強(qiáng)度而混凝土達(dá)到了極限壓應(yīng)變值的情況。= fy N/mm2。附表 2-10(2) 長(zhǎng)柱的受力分析和破壞形態(tài)（lo/b8、lo/d7）1） 初始偏心距 偏心距增加 長(zhǎng)細(xì)比lo/b很大時(shí)，表現(xiàn)為