混凝土知识点总结.pps

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1、钢筋混凝土结构设计原理 知识点总结,1 绪 论 Introduction,1.1 混凝土结构的一般概念和特点,以混凝土材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、钢管等，作为主要承重材料的结构，均可称为混凝土结构(Concrete Structure)。,二、钢筋与混凝土共同工作的条件 钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力(Bond)，在荷载作用下，保证两种材料变形协调(Same Deformation under load)，共同受力；, 钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数(Temperature linear expanding index)（钢材为1.210-5，混凝土为(1.01.

2、5)10-5），因此当温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。 包围在钢筋外面的混凝土，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，保证了钢筋和混凝土的共同作用。,混凝土结构的优点： 材料利用合理：钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥，结构承载力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题，单位应力价格低，对于一般工程结构，经济指标优于钢结构。 可模性好：混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱形结构等。 耐久性和耐火性较好，维护费用低：钢筋有混凝土的保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度随时间而增长；混凝土是不良热导体，30mm厚混凝土保护层可耐火2小时

3、，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。, 现浇混凝土结构的整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。 刚度大、阻尼大，有利于结构的变形控制。 易于就地取材：混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，近年来，已有利用工业废料来制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改善混凝土的性能。,混凝土结构的缺点： 自重大：不适用于大跨、高层结构。, 抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制了普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。, 承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺

4、寸太大，减小使用空间。, 施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。, 混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。,钢模、飞模、滑模等，泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等,混凝土结构加固技术不断得到发展，如最近研究开发的采用碳纤维布加固混凝土结构技术，快速简便。,1.3 结构的功能和极限状态简述,1.3.1、建筑结构的功能,1.3.2 结构的极限状态,整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指定的要求，该状态称为该功能的极限状态。 结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构是“可靠”的或“有效”的。反之，则结构为“不可靠”或“

5、失效”。 区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”。,1.承载能力极限状态：超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性功能要求。例如：,结构或构件达到最大承载力（包括因疲劳而破坏） 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移） 结构塑性变形过大而不适于继续使用 结构形成几何可变体系（超静定结构中出现足够多塑性铰） 结构或构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）,第一章 绪论,1.3 结构的功能和极限状态简述,2.正常使用极限状态超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性和耐久性的功能要求。例如：,过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、不能正常使用（吊车）等）； 过

6、大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）； 过大的振动（不舒适）； 其他不满足正常使用要求。,第一章 绪论,1.3 结构的功能和极限状态简述,进行结构设计时，结构或构件按承载能力极限状态进行计算后，还应该按正常使用极限状态进行验算。 即：设计的结构或构件在满足承载能力极限状态的同时也要满足正常使用极限状态。,第一章 绪论,1.3 结构的功能和极限状态简述,12,1.3.3 荷载和材料强度 结构上的作用 直接作用：荷载 间接作用：混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、地震等 作用在结构上并使结构产生内力（如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等作用称为作用效应或荷载效应。 荷载和荷载效应之间

7、通常按某种关系相联系。,第一章 绪论,1.3 结构的功能和极限状态简述,荷载的分类,结构上的荷载，按其作用时间的长短和性质，可分为三类： (1)永久荷载G 在结构设计使用年限内，其值不随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。 (2)可变荷载Q 在结构设计基准期内其值随时间而变化，其变化与平均值不可忽略的荷载。 (3)偶然荷载Q 在结构设计基准期内不一定出现，但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷载。,第一章 绪论,1.3 结构的功能和极限状态简述,荷载的标准值和设计值,荷载的基本代表值荷载的标准值 验算变形和裂缝宽度荷载的标准值 计算截面承载力荷载的设

8、计值 荷载设计值=荷载标准值荷载分项系数,第一章 绪论,1.3 结构的功能和极限状态简述,永久荷载（恒荷载）分项系数，一般取1.2；对永久荷载效应控制的组合一般取1.35；当永久荷载效应对结构有利时取1.0。,可变荷载（活荷载）分项系数，一般取1.4。,内力的标准值和设计值,按荷载标准值计算得到的内力内力的标准值 按荷载设计值计算得到的内力内力的设计值,第一章 绪论,1.3 结构的功能和极限状态简述,验算变形和裂缝宽度材料强度的标准值 计算截面承载力材料强度的设计值,材料强度的标准值和设计值,第二章 钢筋和混凝土材料的力学性能,2.1 混凝土(Concrete) 一、混凝土的强度(Streng

9、th of concrete) 1、混凝土强度等级（ Strength Grade ） 混凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的 混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下203，90%湿度(Degree of humidity)养护(curing)28天，用标准试验方法（加载速度0.150.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂(lubricant)）测得的具有95%保证率的立方体抗压强度(Cube Strength)，用符号C表示。 C30：fcu,k=30N/mm2,2. 影响立方体抗压强度的因素 试验方法：涂润滑剂，受压时没有“套箍”作用，测得的抗压强度低； 尺寸影响：

10、尺寸越大，强度越低；（尺寸效应） 加荷速度：速度越快，强度越高； 龄期：龄期越长，强度越高。,3、轴心抗压强度Axial Compressive Strength,轴心抗压强度采用棱柱体试件(Prism sample)测定，用符号fc表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为h/b=23（？），我国通常取150mm150mm 300mm 的棱柱体试件，也常用100100300试件。 对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。,4、轴心抗拉强度Axial Tensile Strength,由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的抗拉强

11、度(Splitting Strength ),第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2、混凝土的弹性模量 Modulus of Elasticity,原点切线模量 Initial Modulus,割线模量 Secant Modulus,切线模量 Tangent Modulus,弹性系数n (coefficient of elasticity) 随应力增大而减小 n =10.5,2.1 混凝土,（二）、荷载长期作用下混凝土的变形性能 1、混凝土的徐变 Creep 结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象称为徐变。,影响因素,影响因素：,（1）混凝土的应力大小 （2）加载时混凝土的龄

12、期 （3）混凝土的制作方法和养护条件 （4）构件形状和尺寸 （5）混凝土的组成 （6）钢筋,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.2 钢 筋,热轧钢筋 分类 HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级,HPB,HRB,RRB,屈服强度 fyk（标准值=钢材废品限值，保证率97.73%） HPB235级： fyk = 235 N/mm2 HRB335级： fyk = 335 N/mm2 HRB400级、RRB400级： fyk = 400 N/mm2,第二章 钢筋和混凝土的材料性能,2.3 混凝土与钢筋的粘结,2.3.1粘结的意义 粘结和锚固是钢筋和混凝土形成整体、共同工作的基

13、础,粘结应力：钢筋混凝土受力后会沿钢筋和混凝土接触面上产生剪应力，称为粘结应力,2.3.2粘结力的形成,（）钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力（胶结力）。一般很小，仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用，当接触面发生相对滑移时，该力即消失。 （）混凝土收缩握裹钢筋而产生的摩阻力。 （）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力（咬合力）。对于光圆钢筋，这种咬合力来自于表面的粗糙不平。,第三章 受弯构件正截面承载力计算,适筋梁正截面受弯三个受力阶段的主要特点,二、正截面受弯的三种破坏形态,超筋,适筋,少筋,受拉钢筋先屈服，然后受压区混凝土压坏，中间有一个较长的破坏过程，有明显预兆，属于“塑性

14、破坏”，破坏前可吸收较大的应变能。,在钢筋没有达到屈服前，压区混凝土就会压坏，表现为没有明显预兆的混凝土受压脆性破坏的特征。,钢筋有可能在梁一开裂时就进入强化，甚至拉断， 梁的破坏与素混凝土梁类似，属于受拉脆性破坏特征。,3.5 双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算,双筋截面是指同时配置受拉和受压钢筋的情况。,一般来说采用双筋是不经济的，工程中通常仅在以下情况下采用： 当截面尺寸和材料强度受建筑使用和施工条件（或整个工程）限制而不能增加，而计算又不满足适筋截面条件时，可采用双筋截面，即在受压区配置钢筋以补充混凝土受压能力的不足。 另一方面，由于荷载有多种组合情况，在某一组合情况下截面承受正弯矩

15、，另一种组合情况下承受负弯矩，这时也会出现双筋截面。 此外，由于受压钢筋可以提高截面的延性，因此，在抗震结构中要求框架梁必须配置一定比例的受压钢筋。,3.6 T型截面受弯构件正截面承载力计算,第二类T形截面,界限情况,第一类T形截面,第四章 受弯构件斜截面承载力计算,无腹筋梁,弯剪斜裂缝,腹剪斜裂缝,三、无腹筋梁的剪切破坏形态,剪跨比,（l1） 斜压破坏,（l 3）斜拉破坏,（1l 3）剪压破坏,四、影响无腹筋梁受剪承载力的因素（共5个因素）, 剪跨比l, 混凝土强度,纵筋配筋率,截面形状,尺寸效应,我国规范目前采用的是半理论半经验的实用计算公式。 对于梁的三种斜截面受剪破坏形态，在工程设计时

16、都应该设法避免，但采用的方式有所不同。 对于斜压破坏，通常是采用控制截面的最小尺寸来防止的。 对于斜拉破坏，采用满足最小配箍率及构造要求来防止的。 对于剪压破坏，因为其承载力变化幅度较大，所以必须通过计算，使构件满足一定的斜截面受剪承载力来防止。 我国规范中规定的计算公式就是根据剪压破坏形态而建立的。,4.4 受剪承载力的计算,抵抗弯矩图(材料图，以下简称Mu图)，表示构件抵抗弯矩能力大小的图形，就是沿梁长各正截面实际配置的纵筋抵抗弯矩的图形。,4.5 受弯构件的钢筋布置及构造,一、抵抗弯矩图（材料图）,4.5 受弯构件的钢筋布置及构造,第四章 受弯构件斜截面受剪承载力,钢筋“充分利用点”，

17、“不需要点”,25,122,25,a,c,b,d,钢筋充分利用点, 号钢筋在2点以外(向支座方向)就不再需要,号钢筋在3点以外也不再需要,号钢筋在a点以外也不再需要,钢筋不需要点,Mu,4.5 受弯构件的钢筋布置及构造,第四章 受弯构件斜截面受剪承载力,弯起钢筋,4.5 受弯构件的钢筋布置及构造,第四章 受弯构件斜截面受剪承载力,不需要点,充分利用点,二、纵向钢筋的弯起,在受弯构件中，按正截面受弯所配置的纵向钢筋，其所依据的弯矩都取自最大弯矩的截面，实际上，沿梁的通长弯矩是变化的。从正截面抗弯角度来看，梁上各截面的纵筋数量是可以随弯矩的减小而减少，在实际工程中，可将纵筋截断或弯起，弯起的纵筋正

18、好利用其受剪，达到经济的效果。,纵向钢筋的弯起必须满足三个条件： 1.满足斜截面抗剪承载力的要求。 如需要弯起钢筋抗剪，则弯起钢筋的数量及位置由抗剪决定。 2.满足正截面抗弯强度的要求。 钢筋弯起后的材料图应在弯矩图的外面。 3.满足斜截面抗弯强度的要求。 弯起钢筋的弯起点与按计算充分利用该钢筋截面之间的距离不小于h0/2，同时弯起钢筋与梁中心线的交点应位于按计算不需要该钢筋的截面以外。,4.5 受弯构件的钢筋布置及构造,第四章 受弯构件斜截面受剪承载力,5.3矩形截面偏心受压构件正截面受压破坏形态,5.3.1 偏心受压短柱的破坏形态,第五章 受压构件承载力计算,5.3 矩形截面偏心受压构件计

19、算,1 受拉破坏又称大偏心受压破坏,总之，受拉破坏形态的特点是：受拉钢筋先达到屈服强度，导致压区混凝土压碎，是与适筋梁破坏形态相似的延性破坏类型。承载力主要取决于受拉侧钢筋。,第五章 受压构件承载力计算,5.3 矩形截面偏心受压构件计算,总之，受压破坏形态或称小偏心受压破坏形态的特点是：混凝土先被压碎，远侧钢筋可能受拉也可能受压，但都不屈服，属于脆性破坏类型。,2、受压破坏又称小偏心受压破坏,5.3矩形截面偏心受压构件正截面受压破坏形态,第五章 受压构件承载力计算,5.3 矩形截面偏心受压构件计算,相同之处：截面的最终破坏都是受压区边缘砼达到极限压应变值而被压碎。 不同之处：截面破坏的起因，受

20、拉破坏的起因是受拉钢筋屈服，受压破坏的起因是受压区边缘砼被压碎。,受拉破坏和受压破坏的异同点：,5.5.2 区分大、小偏心受压破坏形态的界限,第五章 受压构件承载力计算,5.5 矩形截面偏心受压构件承载力计算,与受弯构件相似，利用平截面假设和规定了受压区边缘极限压应变值后，就可以求得偏心受压构件正截面在各种破坏情况下，沿截面高度的平均应变分布。,界限破坏特征：破坏时纵向受拉钢筋达到屈服强度，同时压区混凝土达到极限压应变，混凝土被压碎。同受弯构件的适筋梁和超筋梁间的界限破坏一样。此时相对受压区高度称为界限相对受压区高度b。因此，受压构件的界限相对受压区高度同受弯构件一样。,第六章 受拉构件承载力

21、计算,偏心受拉构件的计算，按纵向力N的位置不同，可分为两种情况： 1.当纵向力N作用在钢筋As合力点及As的合力点范围以外时，属于大偏心受拉； 2.当纵向力作用在钢筋As合力点及As的合力点范围以内时，属于小偏心受拉；,大偏心受拉破坏：轴向拉力N在As外侧，As一侧受拉，As一侧受压，混凝土开裂后不会形成贯通整个截面的裂缝。最后，与大偏心受压情况类似，As达到受拉屈服，受压侧混凝土受压破坏。,小偏心受拉破坏：轴向拉力N在As与As之间，全截面均受拉应力，但As一侧拉应力较大，As一侧拉应力较小。随着拉力的增加，As一侧首先开裂，但裂缝很快贯通整个截面，As和As纵筋均受拉，最后As和As均屈服

22、而达到极限承载力。,大偏心受拉构件的受力特点类似于受弯构件，随着受拉钢筋配筋率的变化，将出现少筋、适筋和超筋破坏。截面尺寸的加大有利于抗剪和抗弯。 偏心受拉构件的斜截面抗剪承载力计算与受弯构件类似。只是压力的存在一般可使抗剪承载力有所提高。拉力的存在一般可使抗剪能力明显降低。,纯扭在建筑工程结构中很少，大多数情况的结构是受弯矩，剪力和扭矩的复合作用。根据结构扭矩内力形成的原因，结构扭矩可分为两种类型：一是平衡扭转；二是协调扭转或称为附加扭转。 受扭构件按配筋数量可分为适筋，超筋（或部分超筋）及少筋构件。前者为延性破坏，后二者是脆性破坏；前者应用于结构，后二者在结构设计中应避免。,第七章 受扭构

23、件,第八章混凝土结构变形、裂缝宽度及混凝土结构耐久性计算,概 述,第八章 变形和裂缝宽度的计算,结构的功能,安全性,适用性,耐久性,承载能力极限状态,影响正常使用:如吊车、精密仪器,对其他结构构件的影响,振动过大、变形过大,对非结构构件的影响：门窗的开关、隔墙开裂,裂缝过宽造成不安全感,振动噪声影响正常使用,结构严重风化、腐蚀、脱落、碳化,钢筋锈蚀导致承载力下降，影响使用寿命,短期刚度Bs是指钢筋混凝土受弯构件在荷载短期效应组合下的刚度值。,8.1.2 短期刚度Bs,1、在长期荷载作用下，受压混凝土将发生徐变，会使梁的挠度随时间增长。 2、配筋率不高的梁中，由于裂缝间受拉砼的应力松弛以及砼和钢

24、筋的徐变滑移。使受拉砼不断退出工作。 3、由于裂缝不断向上发展，使其上部原来受拉的砼脱离工作。 4、由于受压砼的塑性发展，使内力臂减小。 5、受拉区和受压区砼的收缩不一致，使梁发生翘曲。,1.荷载长期作用下刚度降低的原因,8.1.4 受弯构件刚度B,结构在设计使用期间，荷载的值不随时间而变化或其变化与平均值相比可以忽略不计的，就称为永久 荷载或恒荷载，例如结构的自身重力。 在结构设计使用期间，荷载的值随时间而变化，或其变化与平均值相比不可忽略的，称为可变荷载或活荷载，如楼面活荷载。 但是，活荷载中也会有一部分荷载值是随时间变化不大的，这部分荷载称为准永久荷载，如住宅中的家具。 作用在结构上的荷

25、载一般有多种，如作用在楼面梁上的荷载有结构自重（永久荷载）和楼面活荷载。由永久荷载产生的弯矩与由活荷载中的准永久荷载产生的弯矩组合起来，就称为弯矩的准永久组合。,弯矩的准永久组合值Mq,8.1.4 受弯构件刚度B,第八章 变形和裂缝宽度的计算,8.1钢筋混凝土受弯构件的挠度验算,wmax主要与钢筋应力、有效配筋率及钢筋直径有关。,第八章 变形和裂缝宽度的计算,8.2 钢筋混凝土构件裂缝宽度验算,减小wmax的措施： 加大AS，ss减小， wmax减小； 加大ftk，y 减小， wmax减小； 加大n（钢筋的相对粘结特性系数）， deq 减小，wmax减小； 减小d， wmax减小。 加大h0，

26、减小ret， wmax有可能增加； 减小ss ， wmax有可能减小。,8.3 混凝土构件的延性,8.3.1 延性概念,结构、构件或截面延性是指从屈服开始到达到最大承载力或达到以后而承载力还没有显著下降期间的变形能力。即延性是反映构件的后期变形能力。,“后期”是指从钢筋开始屈服进入破坏阶段直到最大承载能力（或下降到最大承载能力的 85）时的整个过程。,延性要求的目的： （1）有利于吸收和耗散地震能量，满足抗震方面的要求； （2）防止发生像超筋梁那样的脆性破坏，以确保生命和财产的安全； （3）在超静定结构中，能更好的适应地基不均匀沉降以及温度变化等情况； （4）使超静定结构能够充分的进行内力重分

27、布，并避免配筋疏密悬殊，便于施工，节约钢材。,第八章 变形和裂缝宽度的计算,8.3 混凝土构件的延性,2影响因素,(1)纵向受拉钢筋配筋率增大，延性系数减小 (2)受压钢筋配筋率大，延性系数可增大。 (3)混凝土极限压应变增大，则延性系数提高。试验表明，采用密排箍筋能增加对受压混凝土的约束，使极限压应变值增大从而提高延性系数。 (4)混凝土强度等级提高，而钢筋屈服强度适当降低，也可使延性系数有所提高。,第八章 变形和裂缝宽度的计算,8.3 混凝土构件的延性,提高截面曲率延性系数的措施主要有,(1)限制纵向受拉钢筋的配筋率，一般不应大于2.5；受压区高度x(0.250.35)h0 ； (2)规定

28、受压钢筋和受拉钢筋的最小比例，一般使As As 保持0.30.5； (3)在弯矩较大的区段适当加密箍筋。,第八章 变形和裂缝宽度的计算,8.3 混凝土构件的延性,框架柱的轴压比是指考虑地震作用组合的框架柱名义压应力N/A与混凝土轴心抗压强度设计值 的比值。,8.3 混凝土构件的延性,第八章 变形和裂缝宽度的计算,8.3.3 框架柱的轴压比限值,界限破坏时的轴压比轴压比限值,8.4.4 耐久性设计,1. 耐久性设计的目的及基本原则,耐久性概念设计的目的是指在规定的设计使用年限内，在正常维护下，必须保持适合于使用，满足既定功能的要求。,耐久性概念设计的基本原则是根据结构的环境类别和设计使用年限进行设计。,第八章 变形和裂缝宽度的计算,8.4 混凝土结构的耐久性,结构的环境类别：我国规范将混凝土结构使用环境分为五类，详见附录4表4-2。,混凝土结构设计使用年限：主要根据建筑物的重要程度确定。一般可分为50年和100年，也可根据工程业主的要求确定。,