混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 重點(diǎn)

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理基本知識(shí)點(diǎn)：鋼筋與混凝土兩種材料能夠有效地結(jié)合在一起而共同工作，主要基于下述三個(gè)條件：鋼筋與混凝土之 間存在著粘結(jié)力，使兩者能結(jié)合在一起。在外荷載作用下，結(jié)構(gòu)中的鋼筋與混凝土協(xié)調(diào)變形，共同工作。 因此，粘結(jié)力是這兩種不同性質(zhì)的材料能夠共同工作的基礎(chǔ)。鋼筋與混凝土兩種材料的溫度線膨脹系數(shù) 很接近。所以，鋼筋與混凝土之間不致因溫度變化產(chǎn)生較大的相對變形而使粘結(jié)力遭到破壞鋼筋埋置 于混凝土中，混凝土對鋼筋起到了保護(hù)和固定作用，使鋼筋不容易發(fā)生銹蝕，且使其受壓時(shí)不易失穩(wěn)，在 遭受火災(zāi)時(shí)不致因鋼筋很快軟化而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體破壞?；炷两Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：耐久性好；耐火性好；整體性好；可模性；

2、就地取材；節(jié)約鋼 材。缺點(diǎn)：自重大；抗裂性差；需用模板?；炷两Y(jié)構(gòu)按其構(gòu)成的形式可分為實(shí)體結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)兩大類。碳素鋼通?？煞譃榈吞间摚ê剂可儆?.25%）、中碳鋼（含碳量0.25%0.6%）和高碳鋼（含碳量 0.6%1.4%）。預(yù)應(yīng)力筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋。鋼筋除了有兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)（屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度）夕卜，還有兩個(gè)塑性指標(biāo)：延伸率和冷彎性能。這連個(gè) 指標(biāo)反映了鋼筋的塑性性能和變形能力。冷拉只能提高鋼筋的抗拉屈服強(qiáng)度，其抗壓屈服強(qiáng)度將降低。冷拔可同時(shí)提高鋼筋的抗拉和抗壓強(qiáng)度?；炷两Y(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求：適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和曲強(qiáng)比；足夠的塑性；可焊性；耐久性和耐火性； 與混凝土具有

3、良好的粘結(jié)。標(biāo)準(zhǔn)試件取邊長150mm的立方體。素混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C15。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20；采用強(qiáng)度等 級(jí)400MPa及以上的鋼筋時(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25。承受重復(fù)荷載的鋼筋混凝土構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度 等級(jí)不應(yīng)低于C30。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40，且不應(yīng)低于C30。采用150mm*150mm*300mm的棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件。使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而提高了試件的縱向強(qiáng)度和變形能力。在不變的應(yīng)力長期持續(xù)作用下，混凝土的變形隨時(shí)間而徐徐增長的現(xiàn)象稱為混凝土的徐變。徐變的原因：混凝土中的水泥凝膠體在荷載作用下產(chǎn)生黏性流動(dòng)，并把它所承受

4、的壓力逐漸轉(zhuǎn)給骨 料顆粒，使骨料壓應(yīng)力增大，試件變形也隨之增大混凝土內(nèi)部的微裂縫在荷載長期作用下不斷發(fā)展和 增加，也使徐變增大。當(dāng)應(yīng)力不大時(shí)，徐變的發(fā)展以第一個(gè)原因?yàn)橹?；?dāng)應(yīng)力較大時(shí)，則以第二個(gè)原因?yàn)?主?；炷猎诳諝庵薪Y(jié)硬時(shí)其體積會(huì)縮小，這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮;而混凝土在水中結(jié)硬時(shí)體積會(huì)膨脹， 稱為混凝土的膨脹。光圓鋼筋的粘結(jié)力由三部分組成：混凝土中水泥凝膠體與鋼筋表面的化學(xué)膠著力；鋼筋與混凝土接 觸面間的摩擦力；鋼筋表面粗糙不平的機(jī)械咬合力。影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素：混凝土強(qiáng)度；混凝土保護(hù)層厚度及鋼筋凈間距；鋼筋外形；橫向配筋； 側(cè)向壓應(yīng)力；受力狀態(tài)。直徑36mm及以上的鋼筋不應(yīng)采用并筋。結(jié)構(gòu)

5、上的作用按隨時(shí)間的變異，可分為三類：永久作用；可變作用；偶然作用。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足下列功能要求：在正常施工和正常使用 時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用（包括荷載及外加變形或約束變形）；在正常使用時(shí)保持良好的使用性 能；在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可保持足夠的承載力；當(dāng) 發(fā)生爆炸、撞擊、人為錯(cuò)誤等偶然事件時(shí)，結(jié)構(gòu)能保持必需的整體穩(wěn)固性，不出現(xiàn)與起因不相稱的破壞后 果，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌。對重要的結(jié)構(gòu)，應(yīng)采取必要的措施，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌；對一般的 結(jié)構(gòu)，宜采取適當(dāng)?shù)拇胧?，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌。承載力極限狀態(tài)。當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件

6、出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，應(yīng)認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)構(gòu) 件或連接因所受應(yīng)力超過材料強(qiáng)度而破壞，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載；整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分 作為剛體失去平衡；機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定；結(jié)構(gòu)因局部破壞而發(fā)生連續(xù) 倒塌；地基喪失承載能力而破壞；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞破壞。正常使用極限狀態(tài)。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)，應(yīng)認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)：影響 正常使用或外觀的變形；影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；影響正常使用的振動(dòng)； 影響正常使用的其他特定狀態(tài)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，區(qū)分下列四種設(shè)計(jì)狀況：持久設(shè)計(jì) 狀況；短

7、暫設(shè)計(jì)狀況；偶然設(shè)計(jì)狀況；地震設(shè)計(jì)狀況。混凝土保護(hù)層厚度是指鋼筋的外表面到截面邊緣的垂直距離，用c表示。梁式板中一般布置有兩種鋼筋：受力筋和分布鋼筋。適筋梁正截面工作的三個(gè)階段：第I階段一一未開裂階段；第II階段一一帶裂縫工作階段；第 III階段一一破壞階段。根據(jù)正截面破壞特征的不同，可將受彎構(gòu)件正截面受彎破壞形態(tài)分為適筋破壞（其主要破壞特征是縱向 受拉鋼筋的應(yīng)力首先達(dá)到屈服強(qiáng)度，然后受壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變致使受壓區(qū)混凝土被壓壞。即 鋼筋的屈服總是發(fā)生在受壓區(qū)混凝土壓壞之前）、超筋破壞（其主要破壞特征是受壓區(qū)混凝土先被壓碎而 縱向受拉鋼筋應(yīng)力達(dá)不到屈服強(qiáng)度。即當(dāng)受壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到極限

8、壓應(yīng)變時(shí)，受拉鋼筋應(yīng)力尚小于屈服 強(qiáng)度，但梁已宣告破壞）和少筋破壞（受拉區(qū)混凝土一旦開裂，則裂縫截面處原來由混凝土承擔(dān)的拉力將 全部轉(zhuǎn)嫁給縱向受拉鋼筋。由于配筋率P很小，受拉鋼筋應(yīng)力將迅速增長并有可能超過其屈服強(qiáng)度而進(jìn)入 強(qiáng)化階段，甚至可能被拉斷）三種。混凝土受彎構(gòu)件正截面受彎承載力計(jì)算是以適筋梁破壞階段的IIIa受力狀體為依據(jù)。就受彎承載力而言，雙筋截面主要應(yīng)用于以下情況：當(dāng)截面承受的彎矩值很大，超過了單筋矩形截面 梁所能承擔(dān)的最大彎矩Mu,max，即出現(xiàn)&匕的情況，而梁的截面尺寸受到限制，混凝土強(qiáng)度等級(jí)也不 能夠再提高時(shí)，則可采用雙筋截面梁。在不同的荷載組合情況下，梁的同一截面承受變號(hào)彎矩

9、時(shí)，需要 在截面的受拉區(qū)和受壓區(qū)均配置縱向受力鋼筋，形成雙筋梁。當(dāng)因某種原因，在截面受壓區(qū)已存在有面 積較大的縱向鋼筋時(shí)，為經(jīng)濟(jì)起見，可按雙筋截面梁計(jì)算。T形截面受彎構(gòu)件通常采用單筋，即僅需配置縱向受拉鋼筋。但如果所承受的彎矩設(shè)計(jì)值頗大，而截面 高度又受到限制或?yàn)楸饬航Y(jié)構(gòu)時(shí)，則也可設(shè)計(jì)成雙筋T形截面。根據(jù)對國內(nèi)外試驗(yàn)資料的研究分析，穩(wěn)定系數(shù)中值主要與構(gòu)件的長細(xì)比有關(guān)。當(dāng)縱向壓力N的相對偏心距eJh0較大，且受拉鋼筋A(yù)s配置的不過多時(shí)會(huì)出現(xiàn)受拉破壞。受拉破壞也 稱為大偏心受壓破壞。大、小偏心受壓構(gòu)件的判別條件：當(dāng)&V時(shí)，為大偏心受壓；禁時(shí)，為小偏心受壓。其中 為 承載能力極限狀態(tài)時(shí)偏心受壓構(gòu)件截

10、面的計(jì)算相對受壓區(qū)高度，即& = X/鋼筋混凝土受壓構(gòu)件截面尺寸一般不宜小于250mm*250mm，以避免長細(xì)比過大。同時(shí)截面的長邊h 與短邊b的比值常選用為h/b=1.53.0o梁沿斜截面破壞的主要形態(tài)：斜壓破壞；剪壓破壞；斜拉破壞。影響斜截面受剪承載力的主要因素：剪跨比入；混凝土強(qiáng)度；箍筋的配筋率*y和箍筋強(qiáng)度fyv受彎構(gòu)件斜截面受剪承載力計(jì)算原則：有腹筋梁沿斜截面剪切破壞可能出現(xiàn)三種主要破壞形態(tài)。其中， 斜壓破壞是因梁截面尺寸過小而發(fā)生的，故可以用控制量截面尺寸不致過小加以防止；斜拉破壞則是由于 梁內(nèi)配置的腹筋數(shù)量過少而引起的，因此用配置一定數(shù)量的箍筋和保證必要的箍筋間距來防止這種破壞的

11、 發(fā)生；對于常見的剪壓破壞，通過受剪承載力計(jì)算給予保證?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的受剪承載力計(jì)算 公式就是依據(jù)剪壓破壞特征建立的。設(shè)計(jì)中一般取下列斜截面作為梁受剪承載力的計(jì)算截面：支座邊緣處的截面；受拉區(qū)彎起鋼筋彎起 點(diǎn)處的截面；箍筋截面面積或間距改變處的截面；腹板寬度改變處的截面。當(dāng)箍筋和縱筋或其中之一配置過少時(shí)，其破壞特征與素混凝土構(gòu)件相似，屬于脆性破壞，稱為少筋受扭 破壞；當(dāng)箍筋和縱筋的配置數(shù)量一種過多而另一種基本適當(dāng)時(shí)，則構(gòu)件破壞前只有數(shù)量適當(dāng)?shù)哪欠N鋼筋應(yīng) 力能達(dá)到受拉屈服強(qiáng)度，另一種鋼筋應(yīng)力直到受壓邊混凝土壓碎仍未達(dá)到屈服強(qiáng)度，這種情況稱為部分超 筋受扭破壞；當(dāng)箍筋和縱筋都配置過多時(shí)，在扭矩作用下，破壞前的螺旋裂縫多而密，到構(gòu)件破壞時(shí)，這 些裂縫的寬度仍然不大。構(gòu)件的受扭破壞是由于裂縫間的混凝土被壓碎而引起的，破壞時(shí)箍筋和縱筋應(yīng)力 均未達(dá)到屈服強(qiáng)度破壞具有脆性性質(zhì)。這種破壞稱為完全超筋受扭破壞。裂縫控制的目的：使用功能的要求；建筑外觀的要求；耐久性的要求。影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素：混凝土碳化；鋼筋銹蝕；混凝土的凍融破壞；混凝土的堿 集料反應(yīng)；侵蝕性介質(zhì)的腐蝕。施加預(yù)應(yīng)力的方法按照施工工藝的不同，可分為先張法和后張法。先張法的基本工序：在臺(tái)座（或鋼 模）上用張拉機(jī)具張拉預(yù)應(yīng)力筋至控制應(yīng)力，并用夾具臨時(shí)固定；支模并澆灌混凝土；養(yǎng)護(hù)混凝土（一 般為蒸汽養(yǎng)