北京交通大学混凝土结构设计原理期末考试重点

1、第一章 绪论混凝土中受力钢筋的作用： 提高结构或构件的承载能力 提高结构或构件的变形能力 但不能有效改善梁抵抗开裂的能力受力钢筋发挥作用的两个条件： 钢筋和混凝土共同工作（变形一致） 钢筋的位置、锚固长度和数量正确（对配筋的要求）钢筋与混凝土共同工作的条件： 钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下，可以保证两种材料协调变形，共同受力 钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为1.210-5，混凝土为(1.01.5)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破坏混凝土结构的优点： 经济性 可模性好 耐久性，维护费用低 耐火性 刚度大 易于就地取材

2、混凝土结构的缺点： 自重大 抗裂性差 承载力有限 施工复杂，工序多，工期长 修复、加固、补强比较困难第二章 材料的物理力学性能钢筋的品种：热轧钢筋预应力钢筋热轧钢筋的特点： 应力应变曲线具有明显的屈服点和流幅 断裂时有劲缩现象 延伸率较大热轧钢筋的用途： 纵向受力的主导钢筋为400MPa、500MPa级热轧带肋钢筋 梁、柱和斜撑构件的纵向受力配筋应采用400MPa、500MPa级高强钢筋 500MPa级高强钢筋将主要应用于高层建筑的柱、大跨度与重荷载梁的纵向受力配筋 335MPa级热轧带肋钢筋的规格限于直径6mm14mm，可将小直径的HRB335钢筋用于中小跨度楼板与多层、小高层剪力墙的受力钢

3、筋，包括箍筋与构造配筋 300MPa级光圆钢筋的规格限于直径6mm14mm，用于小规格梁柱的箍筋与构造配筋钢筋四项检验指标： 屈服强度 极限抗拉强度 伸长率 冷弯性能条件屈服强度：残余应变为0.2%所对应的应力总伸长率：对应最大应力时应变，包括了残余应变和弹性应变，反映了钢筋真实的变形能力屈服强度：是钢筋强度的设计依据，屈服上限与加载速度有关，不太稳定，一般取屈服下限作为屈服强度冷弯性能：直径为d的钢筋绕直径为D的弯芯弯曲到规定的角度无裂纹、断裂或起层现象。弯芯的直径D越小，弯转角越大，钢筋的冷弯塑性越好立方体抗压强度标准值（即强度等级）：按标准方法（203，湿度90%）制作、养护的边长150

4、mm立方体试件，在28d或设计规定龄期以标准试验方法（一定的加载速度，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的抗压强度值，用符号表示，例如，C30表示立方体抗压强度只有标准值，没有设计值！尺寸效应：试样的尺寸越大，测得的抗压强度越小加载速度的影响：加载速度越快，测得的强度越高，表现的脆性也越强，即峰值应力越大，与峰值应力对应的应变（简称峰值应变）越小，下降段也陡一些。规定：1、钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20 采用400MPa及以上钢筋时混凝土强度等级不应低于C25;2、预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30；3、承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等

5、级不应低于C30；4、素混凝土结构的强度等级不应低于C15。混凝土的轴心抗压强度棱柱体抗压强度：轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号表示，它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度（因为摩擦力对中部横向变形的约束要小）不同强度混凝土的应力应变关系曲线：强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。混凝土强度越高，曲线下降段越陡，脆性越强，残余强度越低。混凝土的变形模量：原点模量：割线模量：切线模量：混凝土的徐变（受力）：在荷载长期作用下, 混凝土在荷载和应力不变的情况下，应变随时间缓慢增长的现象略小于（因为弹性模量变大）主要影响因素：1、初应力：线性徐变： 当时

6、，徐变大致与应力成正比。产生原因：混凝土中水泥凝胶体具有塑性流动的性质。非线性徐变： 当时，徐变比应力增长要快。当加载应力过高（），徐变变形不再收敛，造成砼的破坏。产生原因：骨料界面与砂浆内部的微裂缝在荷载长期作用下持续延伸和扩展。 应避免混凝土构件长期处于高应力状态下！2、加荷时的龄期：加荷时砼越“年轻”，徐变越大3、养护条件和使用环境：受荷前养护的温度愈高、湿度愈大，徐变愈小；受荷期间环境的温度愈高、湿度愈小，徐变愈大4、砼的组成成分：水泥用量多，或水灰比大，徐变大；骨料越坚硬，弹性模量越高，徐变越小；水泥品种：早强高强普通硅酸盐 光面钢筋 混凝土强度: 混凝土强度增加, 粘结强度增加 保

7、护层厚度和钢筋净距 浇筑混凝土时钢筋的位置 保护层厚度及钢筋间距 横向钢筋的设置 侧向受力情况保证粘结的构造措施： 满足最小锚固长度和搭接长度 在钢筋的端部设置弯钩 满足保护层最小厚度和钢筋最小间距的要求 在钢筋的搭接接头范围内加密箍筋 对高度较大的混凝土构件应分层浇注或二次浇捣 对轻度锈蚀的钢筋不必除锈第三章 混凝土结构设计方法两种设计方法的比较：工程结构设计宜采用以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法；当缺乏统计资料时，工程结构设计可根据可靠的工程经验或必要的试验研究进行，也可采用容许应力或单一安全系数等经验方法进行。结构上的作用：1、定义：使结构产生内力和变形的原因2、分类：

8、 按产生的原因：直接作用：荷载（恒载和活载）间接作用：温度变化、混凝土的收缩和徐变、强迫位移（基础沉降）、环境引起材料性能劣化等 按时间的变异性：永久作用：结构自重、土压力、水位不变的水压力、预应力、地基变形、混凝土收缩、钢材焊接变形及引起结构外加变形或约束变形的各种施工因素等可变作用：楼（屋）面活荷载、积灰荷载、风荷载、雪荷载、冰荷载、温度变化、吊车荷载、车辆荷载、安装荷载、施工时结构的某些自重、水位变化的水压力、波浪力、地震作用*、撞击*等偶然作用：龙卷风、洪水作用、地震作用* 、撞击*、爆炸、火灾、极其严重的侵蚀等结构的功能要求可靠性：安全性、适用性、耐久性设计应明确结构的用途，在设计使

9、用年限内未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境！结构的可靠性：结构在设计使用年限内，在正常设计、正常施工、正常使用和维护的条件下，完成预定功能的能力结构的可靠度：结构可靠性的概率度量，是指结构在设计工作寿命内，在正常条件下，完成预定功能的概率结构功能的极限状态：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规定的某一功能要求，此特定状态为该功能的极限状态。极限状态是结构开始失效的标志。极限状态可分以下两类： 承载能力极限状态安全性 正常使用极限状态适用性和耐久性承载能力极限状态： 基本组合 地震组合 偶然组合正常使用极限状态： 标准组合 准永久组合 频遇组合第四章 受弯构件

10、正截面受弯承载力梁的构造要求： 矩形截面梁高宽比h/b=2.03.5；T形截面梁高宽比h/b=2.54.0 尺寸（模数制）：梁宽度b=100、120、150、180、200、220、250、300、350、 (mm)；梁高度h=250、300、750、800、900、(mm) 混凝土保护层厚度*：系指最外层钢筋（包括箍筋、构造筋和分布筋等）的外边缘至构件表面范围用于保护钢筋的混凝土。见表 钢筋的净距：梁底部钢筋的净距25mm及钢筋直径d，梁上部钢筋的净距 30mm及1.5 d；板的构造要求： 混凝土保护层厚度 钢筋直径通常为610mm，级钢筋；板厚度较大时，钢筋直径可用1218mm，级钢筋 受

11、力钢筋间距一般在70200mm之间 垂直于受力钢筋的方向应布置分布钢筋，其作用是将荷载均匀地传递给受力钢筋，并便于在施工中固定受力钢筋的位置，同时也可抵抗温度和收缩等产生的应力 分布钢筋: 单位长度上的面积受力钢筋的面积的15%，配筋率0.15%，直径常取6mm和8mm，间距250mm。当温度变化较大或集中荷载较大时，面积应适当增加，间距200mm。分布钢筋位置在受力筋的内部*适筋梁正截面受弯的受力全过程（分三个阶段）：三个阶段：未裂阶段（I阶段）、带裂缝工作阶段（II阶段）、破坏阶段（III阶段）状态：计算开裂弯矩（Mcr ）的依据阶段：计算使用阶段挠度和裂缝宽度，及容许应力法的依据a状态：

12、计算My的依据a状态：计算承载力（Mu）的依据三种破坏形态： 适筋破坏（延性破坏）：如适筋梁，受拉纵筋先屈服, 压区混凝土随后压碎。既具有一定的承载力，破坏时又具有一定的延性，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度都得到发挥 超筋破坏（受压脆性破坏）：如超筋梁，受拉纵筋尚未屈服，压区混凝土先压碎。具有较大的承载力，取决于混凝土受压强度，但延性能力较差，钢筋的抗拉强度没有发挥。 少筋破坏（受拉脆性破坏）：如少筋梁，拉区混凝土开裂后裂缝迅速向压区发展，“一裂即坏”。承载力很小，取决于混凝土的抗拉强度，破坏特征与素混凝土构件类似。虽然由于配筋使构件在破坏阶段表现出很长的破坏过程，但这种破坏是在混凝土一开裂

13、就产生，没有预兆，混凝土的抗压强度未得到发挥。正截面受弯承载力计算基本假定：1、截面应变保持平面(即平均应变平截面假定)2、不考虑混凝土的抗拉强度3、混凝土的受压应力-应变关系4、钢筋的应力-应变关系等效矩形应力图的等效原则： 混凝土受压区合力的大小不变 混凝土受压区合力的作用点不变*计算见课件！单筋截面、双筋截面和T形截面！第五章 受压构件的截面承载力一般构造： 结构中常用的柱、剪力墙是典型的受压构件 柱的截面形式常见的有方形、矩形、I形、圆形、正多边形等方形、矩形柱：截面尺寸（模数制）、长细比I形截面：翼缘厚度、腹板厚度 材料强度等级: 混凝土宜高强，钢筋不宜高强 纵筋: 配筋率、直径、布

14、置(净距、保护层)、连接 箍筋: 形状、间距、直径当偏心受压柱的截面高度h600mm时，在侧面应设置直径不小于10mm的纵向构造钢筋，并相应地设置附加箍筋或拉筋，以防止构件因温度变化和混凝土收缩应力而产生裂缝，并维持对核心混凝土的约束。*纵筋的作用： 协助混凝土受压，减小构件的截面尺寸受压钢筋最小配筋率要求 承担弯矩作用（偶然偏心、失稳） 改善柱的延性 减小持续压应力下混凝土收缩和徐变变形*普通箍筋的作用： 防止纵筋压曲，并与纵筋构成骨架*螺旋箍筋的作用： 约束核心混凝土，使核心混凝土处于三向受压状态，提高核心混凝土的强度和变形能力，这种作用也称作“套箍作用”*徐变对轴心受压构件的影响：当轴心

15、受压构件在恒定荷载的长期作用下，混凝土徐变将使构件中钢筋的压应力逐渐增大，而混凝土的压应力逐渐变小。应力的变化与配筋率有关。间接钢筋的换算面积：螺旋箍筋柱轴心受压承载力：工程适用条件： 长细比条件：对长细比的柱不考虑间接钢筋的约束作用。 面积条件：间接钢筋的换算面积不得小于全部纵筋面积的25% 间距条件： 承载力条件：按间接钢筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的1.5倍。短柱大偏心受压破坏（延性破坏）： 产生条件: 偏心距e0较大，且远侧纵筋配筋率合适 特征: 截面进入破坏阶段时，先是远侧钢筋受拉屈服，截面产生较大的转动，当截面受压区边缘的混凝土压应变达到极限值，混凝土被压碎，截面破

16、坏。 破坏起因: 远侧钢筋受拉屈服短柱小偏心受压破坏（脆性破坏）： 产生条件: 相对偏心距e0/h0太小 远侧纵筋配置较多 特征：截面进入破坏阶段时，远侧钢筋可能受拉、也可能受压，但不会受拉屈服，截面转动较小，当截面受压区边缘的混凝土压应变达到极限值时，混凝土被压碎，截面破坏。注：上图b这种情况在设计应予避免，因此受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为小偏心受压。 破坏起因: 截面受压区边缘的混凝土压应变达到极限值。大偏压矩形截面构件的正截面承载力计算：计算公式（同双筋截面梁）：其中，适用条件： 保证受拉钢筋先屈服： 保证受压钢筋强度充分利用：小偏压矩形截面构件的正截面承载力计算：计算公式：

17、其中，且非对称配筋的大、小偏压的初步判别条件：属于小偏心受压可先按大偏心受压计算大、小偏压的最终判别条件：当时，为大偏心受压当时，为小偏心受压对称配筋矩形截面偏压构件的计算：基本公式：相关曲线：对于给定的截面、材料强度和配筋，达到正截面承载力极限状态时，其压力和弯矩是相互关联的，即相关曲线已知截面及配筋的相关曲线反映了在压力和弯矩共同作用下正截面承载力的规律，具有以下一些特点：1、相关曲线上的任一点代表截面处于正截面承载力极限状态时的一种内力组合 如一组内力（N，M）在曲线内侧，说明截面未达到极限状态，是安全的 如（N，M）在曲线外侧，则表明截面承载力不足2、上段为小偏心受压区；下段为大偏心受压区3、大偏心受压段是以M 为主导的，N 对M 有利；小偏心受压段是以N 为主导的，M 对N 不利4、Mu= 0时， Nu最大（A点, 轴心受压）; Nu =0时，Mu不是最大（C点, 纯弯）；界限破坏时, Mu最大5、大偏压时，Nu 随着Mu的增大而增大；小偏压时，Nu 随着Mu的增大而减小6、若截面尺寸和材料强度保持不变，Nu-Mu 相关曲线随配筋率的增加而向外侧移动。7、对称配筋时，若截面尺寸和材料强度保持不变，则在界限破坏时，Nu是个定值，与配筋量无关。