鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)各章重點04章

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)各章重點緒 論1、混凝土結(jié)構(gòu)概念：以混凝土為主要材料制作的結(jié)構(gòu)稱為混凝士結(jié)構(gòu)。2、混凝土結(jié)構(gòu)分類：包括素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預應力混凝土結(jié)構(gòu)等三類。3、鋼筋和混凝土共同工作的主要原因鋼筋和混凝土是兩種物理、力學性能很不相同的材料，它們可以相互結(jié)合共同工作的主要原因是：混凝土結(jié)硬后，能與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起，相互傳遞內(nèi)力。粘結(jié)力是這兩種性質(zhì)不同的材料能夠共同工作的基礎；鋼筋的線膨脹系數(shù)為1.2×10-5-1，混凝土的為1.0×10-5-11.5×10-5-1，二者數(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)

2、生粘結(jié)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、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點： 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)除了比素混凝土結(jié)構(gòu)具有較高的承載力和較好的受力性能以外。與其他結(jié)構(gòu)相比還具有下列優(yōu)點：就地取材。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，砂和石料所占比例很大，水泥和鋼筋所占比例較小。砂和石料一般可以由建筑工地附近供應。節(jié)約鋼材。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力較高。大多數(shù)情況下可用來代替鋼結(jié)構(gòu)，因而節(jié)約鋼材。耐久、耐火。鋼筋埋放在混凝土中，受混凝土保護不易發(fā)生銹蝕，因而提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。當火災發(fā)生時。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不會象木結(jié)構(gòu)那樣被燃燒，也不會象鋼結(jié)構(gòu)那樣很快軟化而破壞。可模性好。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以根據(jù)

3、需要澆搗成任何形狀?，F(xiàn)澆式或裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度大。 5、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點：自重大。鋼筋混凝土的重度約為25kN/m3，比砌體和木材的重度都大。盡管比鋼材的重度小，但結(jié)構(gòu)的截面尺寸比鋼結(jié)構(gòu)的大，因而其自重遠遠超過相同跨度或高度的鋼結(jié)構(gòu)。 抗裂性差。如前所述，混凝土的抗拉強度非常低，因此，普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常帶裂縫工作。盡管裂縫的存在并不一定意味著結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，但是它影響結(jié)構(gòu)的耐久性和美觀。當裂縫數(shù)量較多和開展較寬時，還將給人造成不安全感。 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。6、混凝土結(jié)構(gòu)用材料的發(fā)展高強輕質(zhì)7、在結(jié)構(gòu)形式方面的發(fā)

4、展（1）鋼筋混凝土在高層建筑中的應用：鋼骨混凝土、鋼管混凝土（2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁，特種結(jié)構(gòu)、水利工程、海洋工程、港口碼頭工程等各個領域內(nèi)的發(fā)展 8、在計算理論與設計方法方面的發(fā)展允許應力設計法按材料力學的允許應力進行設計計算。按破損階段設計極限狀態(tài)設計法 目前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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。第1章 鋼筋和混凝土材料的力學性能 1、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

5、屈服點鋼筋（“硬鋼”）按鋼筋表明形狀分：光面鋼筋、變形鋼筋2、熱軋鋼筋 熱軋鋼筋是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中最常用的鋼材，是鋼廠用普通低碳鋼(含碳量不大于0.25)和普通低合金鋼(合金元素不大于5)制成。3、熱軋鋼筋的力學性能應力應變曲線熱軋鋼筋具有明顯的屈服點和屈服臺階，其受拉應力應變曲線見圖1-2，分為4個階段。在建立鋼筋混凝土構(gòu)件截面承載力計算理論時作了簡化，簡化后的曲線見圖1-3，分為2個階段，圖中fy為鋼筋抗拉強度設計值。塑性性能A.延伸率-試件斷裂前的永久變形與原標定長度的百分比。 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。延伸率用表示，我國以往用鋼筋試樣拉斷后斷口兩側(cè)的殘留

6、應變(用百分率表示)作延伸率。延伸率一般不能反映鋼材脆化的傾向。B.冷彎試驗。為了使鋼筋在彎折加工時不致斷裂和在使用過程中不致脆斷，應進行冷彎試驗，并保證滿足規(guī)定的指標。冷彎試驗是檢驗鋼筋塑性的另-種方法。強度熱軋鋼筋的強度以屈服點應力為依據(jù)。 為什么不采用極限抗拉強度為依據(jù)？這是因為鋼筋應力超過屈眼點后將產(chǎn)生過大的應變，導致混凝土的裂縫將過寬。但是作為一種安全儲備，鋼筋的極限抗拉強度仍有重要意義。即通常希望構(gòu)件的某個(或某些)截面已經(jīng)破壞時，鋼筋仍不致被拉斷而造成整個結(jié)構(gòu)倒塌。要求鋼筋的屈服應力不低于規(guī)定值。而且“極限抗拉強度屈服應力”值(通常稱為“強屈比”)不宜過小，抗震結(jié)構(gòu)不宜小于1.2

7、5。鋼筋強度用標準值和設計值表示。 規(guī)范取具有95以上的保證率的屈服強度作為鋼筋的強度標準值fyk。 鋼筋強度的設計值fy等于鋼筋強度標準值除以材料分項系數(shù)s，建筑工程規(guī)范對各種熱軋鋼筋統(tǒng)一取s=1.10。公路橋涵工程的可靠度要求比建筑工程高一些，取s=1.20。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Es：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。4、混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋性能的要求 強度要求：即屈服強度和強屈比要求；強度高采用屈服強度較高的鋼筋可以節(jié)省鋼材，獲得較好的經(jīng)濟效益。而規(guī)范規(guī)定抗震結(jié)構(gòu)極限強度與屈

8、服強度的比值（強屈比）應不小于1.25。塑性要求：即延伸率和冷彎性能要求；塑性好要求鋼筋在斷裂前有足夠的變形，能給人以破壞的預兆。因此，應保證鋼筋的延伸率和冷彎性能合格。 焊接性能要求：可焊性好在很多情況下，鋼筋的接長和鋼筋之間的連接需通過焊接。鋼筋焊接后不產(chǎn)生裂紋及過大的變形，保證焊接后的接頭性能良好。粘結(jié)性能：與混凝土的粘結(jié)錨固性能好為了使鋼筋的強度能夠充分被利用和保證鋼筋與混凝土共同工作，二者之間應有足夠的粘結(jié)力。在寒冷地區(qū)，對鋼筋的低溫性能也有一定的要求。 §1.2 混凝土1、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。 混凝土構(gòu)造復雜、具有各向異

9、性、抗拉強度低（易開裂），是一種彈塑性材料?；炷翉姸劝瑔蜗驊顟B(tài)下的強度和復合應力狀態(tài)下的強度兩大類?；炷恋膹姸扰c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。2、混凝土的抗壓強度：單向應力狀態(tài)下的強度立方體抗壓強度fcu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 20±3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。混凝土

10、強度等級一般可劃分為：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)是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。fcu和fc的關系規(guī)范規(guī)定軸心抗壓強度(棱柱體強度)標準值fcu,k與立方體抗壓強度標準值fcu,k之間存在以下折算關系： 混凝土的破壞機理混凝土受壓破壞是由于混凝土內(nèi)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

11、穩(wěn)定發(fā)展。第三階段，裂縫非穩(wěn)定發(fā)展。約束混凝土混凝土受壓破壞是由于混凝土內(nèi)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、混凝土的抗拉強度ft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、混凝土強度標準值和設計值混凝土抗壓強度設計值fc和抗拉強度設計值ft與其對應的標準值的關系為 (1-8) 式中c混凝土的材料分項系數(shù)，建筑工程取c=1.40，公路橋涵工程取c=1.45。 6、混凝土的受力變形 混凝土的彈性模量、變形模量A、初始彈模：通過原點受壓混凝土-曲線切線的斜率為混凝土的初始彈性模量E0。 B、割線彈模：在-曲線的彈

12、性階段取某點，做其與原點0的割線，其斜率為割線彈模。C、實用彈模Ec ：目前我國規(guī)范彈性模量Ec 值確定方法，采用棱柱體試件，取應力上限為0.5fc重復加載510次，此時混凝土變形基本穩(wěn)定，-曲線接近直線，該直線斜率為混凝土彈性模量。受拉混凝土的變形受拉-曲線的原點切線的斜率外與受壓時基本一致， 因此混凝土受拉和受壓均可采用相同的彈性模EC。 7、混凝土的時隨變形 時隨變形隨著時間的增長而增加的變形，是混凝土的非受力變形?；炷恋臅r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： 收縮混凝土在空氣中結(jié)硬時，體積減小的現(xiàn)象，易造成混凝土表

13、面開裂。 膨脹混凝土在水中或處于飽和濕度情況下結(jié)硬時體積增大的現(xiàn)象。 一般情況下混凝土的收縮值比膨脹值大很多，所以分析研究收縮和膨脹的現(xiàn)象以收縮為主。§1.3 鋼筋與混凝土的粘結(jié)鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)，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(jié)構(gòu)中共同工作的基本前提。1、粘結(jié)力的定義及組成定義：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，此作用力稱為粘結(jié)力。組成：化學膠結(jié)力、摩擦力、機械咬合力、鋼筋端部的錨固作用§1.4 軸心受力構(gòu)件的應力分析1、軸心受拉構(gòu)件的應力分析開裂前應力分析：鋼筋和混凝土變形協(xié)調(diào)，應變相等

14、：s=c；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。極限軸力：2、軸心受壓短柱的應力分析鋼筋和混凝土變形協(xié)調(diào)，應變相等：s=c；當鋼筋屈服應變，極限軸力：當鋼筋屈服應變，極限軸力：第2章 梁的受彎性能實驗研究、分析§1 梁的受彎性能試驗研究、分析1、基本概念混凝土梁的裂縫類型：彎曲裂縫、剪切裂縫和彎剪裂縫受彎構(gòu)件的破壞形式：兩種主要的破壞A、 正截面破壞（一種沿彎矩最大的截面破壞，圖2-1a)；B、 斜截面破壞（一種沿剪力最大或彎矩和剪力都較大的截面破壞，圖2-1b)圖2-1 受彎構(gòu)件破壞形式進行受彎構(gòu)件設計時，既要保證構(gòu)件不得沿正截面發(fā)生破壞只要保證構(gòu)件

15、不得沿斜截面發(fā)生破壞 ，因此要進行正截面承載能力和斜截面承載能力計算。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?；炷亮航孛娴挠行Ц叨萮0：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）。圖2-2 梁截面的有效高度h0混凝土梁的配筋率 構(gòu)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 (2-1)單筋截面和雙筋截面的概念單筋截面只在混凝土梁受拉區(qū)布置縱向受力鋼筋的抗彎截面。雙筋截面在混凝土梁受拉區(qū)和受壓區(qū)均布置有縱向受力鋼筋的抗彎截面。注意與單排筋、雙排筋布置的區(qū)別。2、梁的受力破壞過程及應力應變分析： 試驗證明，對于配筋量適中的

16、受彎構(gòu)件，從開始加載到正截面完全破壞，截面的受力狀態(tài)可以分為下面三個大的階段第階段彈性工作階段（未裂階段）第階段帶裂縫工作階段第階段屈服階段（破壞階段）§2配筋率對梁的破壞特征的影響1、 梁的幾種類型 適筋梁（min max）界限破壞：適筋破壞的特例， 當max時，當受拉鋼筋達到屈服強度的同時，受壓區(qū)混凝土壓碎。 少筋梁（min） 超筋梁（max）少筋破壞和超筋破壞都具有脆性性質(zhì)破壞前無明顯預兆。2、 最大配筋率和最小配筋率：相對適筋梁 最大配筋率：適筋梁和超筋梁的界限配筋率。 鋼筋屈服的瞬間，混凝土受壓破壞，以此狀態(tài)確定出最大配筋率。 最小配筋率：適筋梁和少筋梁的界限配筋率。梁的極

17、限彎矩等于開裂彎矩，以此狀態(tài)確定出最小配筋率。§3規(guī)范采用的極限彎距計算法分析截面應力1、等效矩形應力圖用矩形應力分布等效替代鋼筋混凝土梁受壓區(qū)混凝土的應力分布替代原則：合力方向相同；合力大小相等；合力作用點相同替代后混凝土梁受壓區(qū)高度發(fā)生變化，等效矩形高度為混凝土梁的等效受壓區(qū)高度x，而非混凝土實際受壓區(qū)高度xn。替代后，等效矩形應力為當混凝土強度一定時，和的值也一定。3、相對界限受壓區(qū)高度相對受壓區(qū)高度：相對界限受壓區(qū)高度：最大配筋率時，梁的極限受壓區(qū)高度。 是適筋梁和超筋梁的界限。時，為適筋梁；時，為超筋梁。；第3章 結(jié)構(gòu)設計原理、設計方法§1 結(jié)構(gòu)設計要求1、結(jié)構(gòu)的

18、功能要求：安全性、適用性和耐久性的要求。2、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分類：分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類。承載能力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載力或達到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)。正常使用極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性的某項規(guī)定限值的極限狀態(tài)。3、作用、效應及抗力的概念作用：施加在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的力，以及引起構(gòu)件強迫變形或約束變形的原因。作用效應S：作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力和變形。結(jié)構(gòu)抗力R：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應的能力。4、結(jié)構(gòu)功能函數(shù)和極限狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)功能函數(shù)Z： Z=R-S極限狀態(tài)方程： Z=R-S=0Z>0，結(jié)構(gòu)可靠；Z=0，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；Z

19、<0，結(jié)構(gòu)失效。結(jié)構(gòu)設計要求，Z0。§4 概率極限狀態(tài)設計法的實用表達式1、基本變量的標準值荷載標準值：指在結(jié)構(gòu)的使用期間，在正常情況下出現(xiàn)的最大荷載值。材料強度標準值：按標準方法測試的材料強度不小于95%的保證率取值。2、分項系數(shù)和設計值： 荷載分項系數(shù)：永久荷載分項系數(shù)；可變荷載分項系數(shù)一般情況下，取，當樓面均布可變荷載大于4kN/m2時，取當永久荷載起有利作用時，取。材料分項系數(shù)：鋼筋的材料分項系數(shù)；混凝土的材料分項系數(shù)取，基本變量的設計值：設計取值荷載設計值=荷載分項系數(shù)×荷載標準值材料強度設計值=材料強度標準值/材料分項系數(shù)3、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：按結(jié)構(gòu)的安全等

20、級取值安全等級為一級，?。话踩燃墳槎?，??；安全等級為三級，取。4、結(jié)構(gòu)設計表達式：第4章 受彎構(gòu)件正截面承載力計算§1 概述1、受彎構(gòu)件：指截面上通常有彎矩和剪力共同作用而軸力可以忽略不計的構(gòu)件。 梁和板是典型的受彎構(gòu)件。2、建筑工程中受彎構(gòu)件正截面承載力計算的基本假定建筑工程中在進行受彎構(gòu)件正截面承載力計算時，引人了如下幾個基本假定；截面應變保持平面；不考慮混凝土的抗拉強度；§2 單筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計算1、梁截面的等效應力圖（a）單筋矩形截面應力 （d）截面等效應力圖4-3 單筋矩形截面的計算簡圖極限狀態(tài)時，受拉鋼筋屈服，混凝土受壓區(qū)邊緣達到壓應變極限。

21、其截面應變和應力及其等效應力圖見圖4-3。2、基本公式 （4-1） （4-2）3、基本公式（4-2）的變換式，則，則4、基本公式適用條件保證不超筋：；或；或；或保證不少筋：取值按和兩者中較大值取。6、公式應用承載能力計算已知：梁截面尺寸（b×h），混凝土強度等級（，或），鋼筋強度等級（），鋼筋截面積（），鋼筋布置情況（）。求：該梁截面的抗彎承載力。解：據(jù)混凝土強度等級和鋼筋強度等級查出，或， 等值。據(jù)，求出x，要求。，求出。取值按和兩者中較大值取，要求。據(jù)，求出Mu，該值為梁截面抗彎承載力。承載能力復核已知：梁截面尺寸（b×h），混凝土強度等級（，或），鋼筋強度等級（），鋼

22、筋截面積（），鋼筋布置情況（），該梁承擔的彎矩M。較核：該梁截面的抗彎承載力是否滿足使用要求。解：據(jù)混凝土強度等級和鋼筋強度等級查出，或， 等值。據(jù)，求出x，要求。，求出。取值按和兩者中較大值取，要求。據(jù)，求出Mu，該值為梁截面抗彎承載力。如，梁截面抗彎承載力滿足使用要求；否者不滿足使用要求。截面配筋設計已知：梁截面尺寸（b×h），混凝土強度等級（，或），鋼筋強度等級（），該梁承擔的彎矩M。進行該梁截面的配筋設計（求出鋼筋截面積，同時進行鋼筋布置）。解：假定鋼筋布置情況（布置排數(shù)），確定（單排35mm，雙排5560mm），則。據(jù)混凝土強度等級和鋼筋強度等級查出，或， 等值。令，據(jù)求出

23、。要求，如不滿足，應加大截面尺寸。據(jù)求出。據(jù)求出。取值按和兩者中較大值取。求出，要求，如不滿足，應取進行配筋。如滿足和，則按計算出的查鋼筋表配筋。§3 雙筋矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計算2、計算公式及適用條件受壓鋼筋的應力：圖4-5 雙筋矩形截面計算簡圖極限狀態(tài)，適筋梁的拉壓鋼筋均處于屈服階段，混凝土受壓區(qū)達到壓應變極限。雙筋截面的應變及等效應力圖見圖4-5。基本公式： （4-3） （4-4）式中As 受壓區(qū)縱向受力鋼筋的截面面積；fy受壓鋼筋的抗壓強度設計值 as 從受壓區(qū)邊緣到受壓區(qū)縱向受力鋼筋合力作用點之間的距離。對于梁，當受壓鋼筋按一排布置時，可取as =35mm；當受壓鋼

24、筋按兩排布置時，可取 as =60mm。對于板可取as 20mm.?；竟降淖儞Q式， ，適用條件保證受拉鋼筋充分應用xb h0 。保證受壓鋼筋充分應用x 2as 。3、公式應用（截面較核和配筋設計）截面校核（承載力較核）已知：截面的彎矩設計值M，截面尺寸b×h，鋼筋種類、混凝土的強度等級、受拉鋼筋截面面積A和受壓鋼筋截面面積As。要求：確定截面能否抵抗給定的彎矩設計值。解：據(jù)混凝土強度等級查出，或等值。據(jù)鋼筋強度等級查出和等值。按計算受壓區(qū)高度x ，要求2a s x bh。如果x能滿足，則 。如果 2a s ，取 = 2a s (3-41)如果xbh。，只能取x=bh0。計算，則 (3-42)如果MM，則截面承載力足夠，截面工作可靠；反之，如果MMu，則截面承載力不夠，可采用加大截面尺寸或選用強度等級更高的混凝土和鋼筋等措施來解決。配筋設計（情況1） 已知：截面的彎矩設計值M，截面尺寸對b×h，鋼筋種類和混凝土的強度等級。求：受拉截面面積A 和受壓截面面積。解：為了節(jié)約鋼材，充分發(fā)揮混凝土的承載力，可以假定受壓區(qū)高度等