混凝土結構設計原理 知識點

緒論●鋼筋混凝土結構的優(yōu)缺點：優(yōu)點：防止射線穿透、就地取材、節(jié)約鋼材、耐久性好、耐火性好、可模性好、整體性好缺點：自重大、易開裂、耗模板、施工易受季節(jié)性影響、隔熱隔聲性能好●建筑結構的功能：安全性、適用性、耐久性●結構的極限狀態(tài)可分為承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。承載力極限狀態(tài)：結構或構件達到最大承載能力或變形達到不適合繼續(xù)承載的狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)：結構或構件達到正常使用或耐久性能中某項規(guī)定的限度的狀態(tài)第二章●《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定，用符號fcu，k表示●立方體標準試件：150mm×150mm×150mm●加載速度對立方體抗壓強度的影響：加載速度越快，測得的強度越高●采用棱柱體比立柱體能更好地反映混凝土結構的實際抗壓能力●軸心抗壓強度試驗的標準試件：150mm×150mm×300mm●雙向應力狀態(tài)下混凝土包絡破壞圖：σ1、σ2為法向應力σ0是單軸向受力狀態(tài)下的混凝土抗壓強度，一旦超過包絡線就意味著材料發(fā)生破壞第一象限：雙向受拉區(qū)，σ1、σ2相互影響不大，不同比值σ1/σ2下的雙向受拉強度均接近于單向受拉強度第三象限：雙向受壓區(qū)，大體上一向的強度隨另一項壓力的增加而增加，混凝土雙向受壓強度比單向受壓強度最多可提高27%第二、第四象限：拉-壓應力狀態(tài)?；炷翉姸染陀趩蜗蚩估旎騿蜗蚩箟簳r的強度●混凝土的彈性模量（原點模量）：E●徐變的定義：結構或材料承受的應力不變，而應變隨時間增長的現(xiàn)象●徐變的影響：①與應力大小密切聯(lián)系，應力越大徐變越大②齡期越早，徐變越大③混凝土的組成成分的影響，水泥用量越大，徐變越大；水灰比越大，徐變越大④骨料彈性性質的影響，骨料越堅硬，徐變越?、蒺B(yǎng)護時溫度越高、濕度大水泥水化作用充分，徐變越小⑥構件的形狀、尺寸的影響，大尺寸試件內部失水受到限制，徐變減小⑦鋼筋存在的影響●國產(chǎn)普通鋼筋按其屈服強度標準值的高低，分為4個強度等級：300MPa、335MPa、400MPa和500MPa●牌號HPB300是熱軋光圓鋼筋，HPB是英文名縮寫，300是屈服強度標準值的標志●鋼筋的應力-應變曲線有明顯的流幅：例如由熱軋低碳鋼和普通熱軋低合金鋼所制成的鋼筋;對有明顯流幅的鋼筋：在計算承載力時以屈服點作為鋼筋強度限值；沒有明顯的流幅：例如由高碳鋼制成的鋼筋對無明顯流幅或屈服點的預應力鋼筋：一般取殘余應變0.2%所對應應力σP0.2作為其條件屈服強度標準值f第三章●縱向受拉鋼筋的配筋率：ρ=●混凝土保護層厚度：從最外層鋼筋的外表面到截面邊緣的垂直距離，稱為混凝土保護層厚度，用c表示，最外層鋼筋包括箍筋、構造筋、分布筋等?！袢齻€階段分別為：未裂階段、裂縫階段和破壞階段●第Ⅰ階段：混凝土開裂前的未裂階段特點：①混凝土沒有開裂②受壓區(qū)混凝土的應力圖形是直線，受壓區(qū)混凝土的應力圖形第Ⅰ階段前期是直線，后期是曲線③彎矩與截面曲率基本上是直線關系?！瘼馻階段可作為受彎構件抗裂度的計算依據(jù)?！竦冖螂A段：混凝土開裂后至鋼筋屈服前的裂縫階段●裂縫出現(xiàn)時梁的撓度和截面曲率都突然增大?！竦冖螂A段是裂縫發(fā)生、開展的階段，在此階段中梁是帶裂縫工作的特點：①在裂縫截面處，受拉區(qū)大部分混凝土退出工作，拉力主要有縱向拉鋼筋承擔，但鋼筋沒有屈服②受壓區(qū)混凝土已有塑性變形，但不充分，壓應力圖形為只有上升段的曲線③彎矩與截面曲率是曲線關系，截面曲率與撓度的增長加快。●階段Ⅱ相當于梁正常使用時的受力狀態(tài)，可作為正常使用階段驗算變形和裂縫開展寬度的依據(jù)●第Ⅲ階段：鋼筋開始屈服至截面破壞的破壞階段●縱向受拉鋼筋屈服后，正截面就進入第Ⅲ階段工作●可見截面破壞的過程是破壞始于縱向受拉鋼筋屈服，終結于受壓區(qū)邊緣混凝土壓碎。特點：①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，受拉區(qū)混凝土壓應力圖形比較豐滿，有上升段曲線,也有下降段曲線②由于受壓區(qū)混凝土合壓力作用點外移使內力臂增大,故彎矩還略有增加③受壓區(qū)邊緣混凝土壓應變達到其極限壓應變實驗值εcu④彎矩一曲率關系為接近水平的曲線●Ⅲa階段可作為正截面受彎承載力計算的依據(jù)●受彎構件正截面受彎破壞形態(tài)：適筋破壞、超筋破壞和少筋破壞適筋破壞：縱向受拉鋼筋先屈服，受壓區(qū)邊緣混凝土隨后壓碎時，截面才破壞，屬于延性破壞類型超筋破壞：混凝土受壓區(qū)邊緣先壓碎，縱向受拉鋼筋不屈服，在基本沒有明顯預兆的情況由于受壓區(qū)混凝土被壓碎而突然破壞，屬于脆性破壞類型少筋破壞：受拉區(qū)混凝土一裂就壞，屬于脆性破壞類型●縱向受壓鋼筋的抗壓強度采用f'y的先決條件：x≥2a'●若fyAs≤α1fcb'fh'●若fyAs>α1fcb'fh'f（適用于復核題的鑒別●從正截面受彎承載力的觀點來看，第一類T形截面就相當于寬度為b'f的矩形截面，不過它的配筋百分率ρ仍應按肋部寬度第四章●在保證受彎構件正截面受彎承載力的同時，還要保證斜截面承載力，它包括斜截面受剪承載力和斜截面受彎承載力兩方面。工程設計中，斜截面受剪承載力是由計算和構造來滿足的，斜截面受彎承載力則是通過對縱向鋼筋和箍筋的構造要求來保證的。●腹剪斜裂縫：當荷載增大，拉應變達到混凝土的極限拉應變值時，混凝土開裂，沿主壓應力跡線產(chǎn)生腹部的斜裂縫，稱為腹剪斜裂縫特點：腹剪斜裂縫中間寬兩頭細，呈棗核形，常見于Ⅰ形截面薄腹梁中●彎剪斜裂縫：由豎向裂縫發(fā)展而成的斜裂縫，稱為彎剪斜裂縫特點：上寬下細，是最常見的●斜截面受剪破壞的三種主要形態(tài)：斜壓破壞、剪壓破壞、斜拉破壞●三種破壞形態(tài)的斜截面受剪承載力是不同的，斜壓破壞時最大，其次為剪壓，斜拉最小。它們在達到峰值荷載時，跨中撓度都不大，破壞時荷載都會迅速下降，表明它們都屬脆性破壞類型，是工程中應盡量避免的，尤其是應避免斜拉破壞?！褚?guī)范規(guī)定用構造措施，強制性地來防止斜拉、斜壓破壞，而對剪壓破壞，因其承載力變化幅度相對較大所以是通過計算來防止的?！窳簝裙拷畹呐浣盥师裺v=Asv/bs=n·Asv1/bs●對于斜壓破壞，通常用控制截面的最小尺寸來防止；對于斜拉破壞，則用滿足箍筋的最小配筋率條件及構造要求來防止；對于剪壓破壞，因其承載力變化幅度較大，必須通過計算，使構件滿足一定的斜截面受剪承載力，從而防止剪壓破壞?！裼嬎憬孛妫孩僦ё吘壧幍慕孛姊谑芾瓍^(qū)彎起鋼筋彎起點處的斜截面③箍筋截面面積或間距改變處的斜截面④腹板寬度改變處的斜截面●梁中箍筋的最大間距：箍筋的間距在綁扎骨架中不應大于15d，同時不應大于400mm，d為縱向受壓鋼筋中的最小直徑。這是為了使箍筋的設置與受壓鋼筋協(xié)調，以防止受壓筋的壓曲。●位于同一連接區(qū)段內的受拉鋼筋搭接接頭面積百分率：對梁類、板類及墻類構件，不宜大于25%；對柱類構件，不宜大于50%。第五章●規(guī)范給出的軸心受壓構件承載力計算公式：N式中φ——鋼筋混凝土軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)●凡屬下列情況之一者，不考慮間接鋼筋的影響而按上式計算構件的承載力：①當l0②當按式Nu=0.9f③當間接鋼筋換算截面面積Ass0小于縱筋全部截面面積的25%時，可以認為間接鋼筋配④如在正截面受壓承載力計算中考慮間接鋼筋的作用時，箍筋間距不應大于80mm及dcor/5，也不小于40mm。間接鋼筋的直徑按箍筋有關規(guī)定采用?！駥嶒灡砻鳎摻罨炷疗氖軌憾讨钠茐男螒B(tài)有受拉破壞和受壓破壞兩種破壞形態(tài)?！袷芾茐男螒B(tài)：又稱大偏心受壓破壞，它發(fā)生于軸向壓力N的相對偏心距較大，且受拉鋼筋配置的不太多時。特點：受拉鋼筋先達到屈服強度，最終導致受壓區(qū)邊緣混凝土壓碎截面破壞。這種破壞形態(tài)與適筋梁的破壞形態(tài)相似。●受壓破壞形態(tài)：又稱小偏心受壓破壞，截面破壞是從受壓區(qū)邊緣開始的特點：混凝土先被壓碎，遠側鋼筋可能受拉也可能受壓，受拉時不屈服，受壓時可能屈服也可能不屈服，屬于脆性破壞類型?！瘛笆芾茐男螒B(tài)”與“受壓破壞形態(tài)”都屬于材料發(fā)生了破壞●相同之處：是截面的最終破壞都是受壓區(qū)邊緣混凝土達到其極限壓應變值而被壓碎●不同之處：截面破壞的起因，受拉破壞的起因是受拉鋼筋屈服，受壓破壞的起因是受壓區(qū)邊緣混凝土被壓碎?！窠缦奁茐模涸凇笆芾茐男螒B(tài)”與“受壓破壞形態(tài)”之間存在著一種界限破壞形態(tài),稱為“界限破壞”。它不僅有橫向主裂縫,而且比較明顯。特征:在受拉鋼筋達到受拉屈服強度的同時,受壓區(qū)邊緣混凝土被壓碎。界限破壞形態(tài)也屬于受拉破壞形態(tài)?！癞敠巍堞蝏時屬大偏心受壓破壞形態(tài)，當●P157選擇題●試驗表明，軸壓力的存在，能推遲垂直裂縫的出現(xiàn)，并使裂縫寬度減??；產(chǎn)生壓區(qū)高度增大，斜裂縫傾角變小而水平投影長度基車不變，縱筋拉力降低的現(xiàn)象，使得構件斜截面受剪承載力要高一些。第七章●變角度空間析架模型的基本思路：在裂縫充分發(fā)展且鋼筋應力接近屈服強度時，截面核心混凝土退出工作，從而實心截面的鋼筋混凝土受扭構件可以用一個空心的箱型截面構件來代替，它由螺旋形裂縫的混凝土外殼、縱筋和箍筋三者共同組成變角度空間桁架以抵抗扭矩?！駠鴥仍囼灡砻?，若ξ在0.5～2.0范圍內變化，構件破壞時，其受扭縱筋和箍筋應力均可達到屈服強度。為了穩(wěn)妥，《混凝土結構設計規(guī)范》取的限制條件為ξ≥0.6。當ξ>1.7時，按ξ=1.7計算（ξ為受扭構件縱筋與箍筋的配筋強度比）●T形和I形截面剪扭矩構件的承載力：（1）剪扭構件的受剪承載力，即假設剪力全部由腹板承擔（2）剪扭構件的受扭承載力，可按純扭構件的計算方法；腹板為剪扭構件；受壓翼緣及受拉翼緣為純扭構件可按矩形截面純扭構件的規(guī)定進行計算，但計算時應將T及Wt分別以T'f及W'ft和Tf及Wtf代替●矩形、T形、I形和箱形截面鋼筋混凝土彎剪扭構件配筋計算的一般原則是：縱向鋼筋應按受彎構件的正截面受彎承載力和剪扭構件的受扭承載力分別計算所需的鋼筋截面面積和相應的位置進行配筋。箍筋應按剪扭構件的受剪承載力和受扭承載力分別計算所需的筋截面面積，并配置在相應位置?！袷芘たv向鋼筋的構造要求：（1）受扭縱向受力鋼筋的間距不應大于200mm和梁的截面寬度（2）在截面四角必須設置受扭縱向受力鋼筋，并沿截面周邊均勻對稱布置第八章●短期截面彎曲度Bs：當其他條件相同時，截面有效高度h0對截面夸曲剛度的影響最顯著?！褡钚偠仍瓌t：在簡支梁全跨長范圍內，可都按彎矩最大處的截面彎曲剛度，亦即按最小的截面彎曲剛度，用材料力學方法中不考慮剪切變形影響的公式來計算撓度。當構件上存在正、負彎矩時，可分別取同號彎矩區(qū)段內｜Mmax｜處截面的最小剛度計算撓度。●當計算最大裂縫寬度超過允許值不大時，常可用減小鋼筋直徑的方法解決；必要時可適當增加配筋率?！窨蚣苤妮S壓比μN：指考慮地震作用組合的框架柱名義壓應力N/A與混凝土軸心抗壓強度設計值的比值，即μN=N/（fcA）●大偏心受壓破壞屬于延性破壞類型，小偏心受壓破壞屬于脆性破壞類型。為了使得框架柱有較好的抗震性能，就要求它的破壞形態(tài)是屬延性破壞類型的。于是就把界限破壞時的軸壓比作為分界線，稱為軸壓比限值[μN]，當滿足時μN≤[μN]，框架柱的破壞形態(tài)就是大偏心受壓的，即屬于延性破壞類型。●混凝土的碳化及鋼筋銹蝕是影響混凝土結構耐久性的最主要因素?！窕炷恋奶蓟捍髿猸h(huán)境中的CO2引起混凝土中性化的過程稱為混凝土的碳化?！裉蓟瘜炷帘旧硎菬o害的，但碳化會破壞鋼筋表面的氧化膜，為鋼筋銹蝕創(chuàng)造了前提條件；同時碳化會加劇混凝土的收縮，可導致混凝土開裂，使鋼筋容易銹蝕?！窕炷林袖摻畹匿P蝕機理是電化學腐蝕。●減小、延緩其碳化的主要措施：（1）合理設計混凝土配合比，規(guī)定水泥用量的低限值和水灰比的高限值，合理采用摻合料。（2）提高混凝土的密實性、抗?jié)B性（3）規(guī)定鋼筋保護層的最小厚度（4）采用覆蓋面層（水泥砂漿或涂料等）●防止鋼筋銹蝕的主要措施有：（1）降低水灰比，增加水泥用量，提高混凝土的密實度；（2）要有足夠的混凝土保護層厚度；（3）嚴格控制氯離子的含量；（4）采用覆蓋層，防止CO2、O2、CI-的滲入第九章●什么是預應力混凝土構件？優(yōu)缺點？預應力混凝土構件是常用的張拉預應力筋和預應力混凝土構件。優(yōu)點：①預應力混凝土構件可以延緩混凝土構件的開裂，提高構件的抗裂強度和剛度。②高強度鋼筋和高強度混凝土的應用，可取得節(jié)約鋼筋、減輕構件自重的效果，克服了鋼筋混凝土的主要缺點。缺點：構造、施工和計算均較鋼筋混凝土構件復雜，且延性也差些?！耦A應力混凝土構件分為全預應力的和部分預應力的兩類全預應力混凝土：在使用荷載作用下，不允許截面上混凝土出現(xiàn)拉應力的構件，一般稱為全預應力混凝土，大致相當于《混凝土結構設計規(guī)范》中裂縫的控制等級為一級，即嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構件。部分預應力混凝土：在使用荷載作用下，允許出現(xiàn)裂縫，但最大裂縫寬度不超過允許值的構件，一般稱為部分預應力混凝土，大致相當于《混凝土結構設計規(guī)范》中裂縫的控制等級為三級，即允許出現(xiàn)裂縫的構件。限制預應力混凝土：在使用荷載作用下根據(jù)