混凝土结构设计原理复习提纲汇编

1、 混凝土结硬后，能与钢筋牢固地粘结在一 起，相互传递内力。粘结力是这两种性质 不同的材料能够共同工作的基础； 钢筋的线膨胀系数为1.210-5-1，混 凝土的为1.010-5-11.510-5- 1，二者数值相近。因此.当温度变化时， 钢筋与混凝土之间不会存在较大的相对变 形和温度应力而发生粘结破坏。 钢筋包裹在混凝土中，混凝土保护层可以 保护钢筋，避免或延缓钢筋锈蚀。 4.4.钢筋混凝土结构的优点：钢筋混凝土结构的优点： 就地取材。节约钢材。 耐久、耐火。 可模性好。 现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的整 体性好，刚度大。 5.5.钢筋混凝土结构的缺点：钢筋混凝土结构的缺点： 自重大。 抗裂

2、性差。 施工的周期较长，受天气的影响较大，需 要较多的脚手架、模板。 补强维修较难。 1.1.混凝土材料的发展混凝土材料的发展-轻质轻质 2.2.在结构形式方面的发展在结构形式方面的发展 （1）钢筋混凝土在高层建筑中的应用 （2）钢筋混凝土结构在桥梁、特种结 构、水利工程、海洋工程、港口码 头工程等各个领域内的发展 3.3.计算理论与设计计算理论与设计 目前钢筋混凝土结构设计是采用以概率 理论为基础的可靠度理论，采用极限状态 设计方法进行设计。 1.1 1.1 混凝土混凝土 1 1、混凝土材料及强度简介、混凝土材料及强度简介 混凝土是水泥和粗细骨料加水搅拌经养护 而形成的人造石。 一种弹塑性材

3、料。 混凝土的强度与水泥强度、水灰比、骨料 品种、混凝土配合比、硬化条件和龄期等 有很大关系。此外，试件的尺寸及形状、 试验方法和加载时间的不同，所测得的强 度也不同。 第第1 1章章 钢筋和混凝土材料的力学性能钢筋和混凝土材料的力学性能 2 2、混凝土的抗压强度、混凝土的抗压强度 立方体抗压强度立方体抗压强度f fcucu混凝土强度等级划分依据 立方体抗压强度为边长为150mm的立方体在 203的温度和相对湿度在 90以上的潮湿空 气中养护28d，照依标准试验方法测得的具有95 保证率的抗压强度(以Nmm2计)。 规范规定以混凝土立方体抗压强度标准值 fcu,k来划分混凝土的强度等级:C15

4、，C20，C25， C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70， C75，C80，C代表混凝土，后面数字即为混凝土立 方体抗压强度的标准值，（C15C50为普通混凝土， C50以上为高强混凝土）。 轴心抗压强度fc混凝土强度设计依据 棱柱体试件在与立方体试件相同的条件 下试验所测得的抗压强度。 混凝土的破坏机理 混凝土受压破坏是由于混凝土内裂缝的 扩展所致。混凝土裂缝发展存在三个阶段： 第一阶段，弹性变形阶段，裂缝可恢复。 第二阶段，裂缝稳定发展。第三阶段，裂 缝非稳定发展。 约束混凝土 混凝土受压破坏是由于混凝土内裂缝的扩展所 致，如果对混凝土的横向变形加以约束

5、限制裂缝 的开展，可以提高混凝土的纵向抗压强度 3 3、混凝土的抗拉强度、混凝土的抗拉强度f ft t 混凝土的抗拉强度ft比抗压强度低得多。一般只 有抗压强度的510。 4、混凝土在荷载短期作用下的变形、混凝土在荷载短期作用下的变形 混凝土的变形分为：受力变形和非受力变形 受压混凝土一次短期加荷的受压混凝土一次短期加荷的-曲线曲线 5 5、混凝土的时随变形、混凝土的时随变形 混凝土的时随变形包括混凝土收缩和徐变。 混凝土的徐变：荷载保持不变，随时间而增长 的变形称为徐变。 混凝土的收缩与膨胀：混凝土的收缩与膨胀：是混凝土的非受力变形 收缩混凝土在空气中结硬时，体积减小的现 象，易造成混凝土表

6、面开裂。 膨胀混凝土在水中或处于饱和湿度情况下结 硬时体积增大的现象。 引起收缩的主要原因：干燥失水；混凝土的组成 和配合比；骨料；构件形状及尺寸；养护及使用 条件下的温湿度；周边约束条件等 6 6、混凝土的温度变形：、混凝土的温度变形： 当温度变化时，混凝土的体积同样也有热胀冷缩的性质。 是混凝土的非受力变形。 当温度变形受到外界的约束而不能自由发生时，将在构件 内产生温度应力。 7 7、混凝土的选用原则、混凝土的选用原则 建筑工程中建筑工程中 钢筋混凝土构件的混凝士强度等级，一般情况下不应低于 C15；预应力混凝土结构的混凝土强度等级，一般情况下不 应低于C30； 公路桥涵工程中公路桥涵工

7、程中 钢筋混凝土构件的混凝土强度等级，一般情况下不应低于 C20；预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C40。 1.2 1.2 钢筋钢筋 1 1、钢筋分类、钢筋分类 按加工方法分：热轧钢筋、热处理钢筋、中高强 钢丝、钢绞线、冷加工钢筋 按使用用途分：普通钢筋、预应力钢筋 按化学成分分：低碳钢钢筋、普通低合金钢钢筋 按力学性能分：有明显屈服点钢筋（“软钢”）、 无明显屈服点钢筋（“硬钢”） 按钢筋表明形状分：光面钢筋、变形钢筋 2 2、热轧钢筋的力学性能、热轧钢筋的力学性能 应力应力应变曲线应变曲线 1.弹性阶段 2.屈服阶段 3强化阶段 4颈缩阶段 塑性性能塑性性能 A. 延伸率是衡量钢筋

8、塑性性能的一个指标，延伸 率越大，塑性越好 B.冷弯试验是检验钢筋塑性的另-种方法 强度强度 取具有95以上的保证率的屈服强度作为钢筋的 强度标准值fyk。钢筋强度标准值用于正常使用极限状 态的验算，设计值用于承载能力极限状态的计算。 钢材的弹性模量钢材的弹性模量EsEs： 应力应变曲线弹性阶段（即直线段）的斜率。 取概率分布的0.5分位值（即平均值）确定。 3 3、混凝土结构对钢筋性能的要求、混凝土结构对钢筋性能的要求 强度要求：即屈服强度和强屈比要求 塑性要求：即延伸率和冷弯性能要求 焊接性能要求：可焊性好 粘结性能：与混凝土的粘结锚固性能好 钢筋和混凝土之间的粘结，是保证钢筋和混凝 土这

9、两种力学性能截然不同的材料在结构中共同 工作的基本前提。 1 1、粘结力的定义及组成、粘结力的定义及组成 粘结力：当钢筋于混凝土之间产生相对变形（滑 移），在钢筋和混凝土的交界面上产生沿钢筋轴 线方向的相互作用力. 组成：化学胶结力、 摩擦力、机械咬合力、钢筋 端部的锚固作用 2 2、钢筋的粘结性能、钢筋的粘结性能 光面钢筋的粘结性能光面钢筋的粘结性能 直段光面钢筋的粘结力主要来自于化学 胶结力和摩擦力。 变形钢筋的粘结性能变形钢筋的粘结性能 变形钢筋的粘结效果比光面钢筋的好得 多， 化学胶合力和摩擦力仍然存在，机械 咬合力是变形钢筋粘结力的重要组成部分。 1 1、轴心受拉构件的应力分析、轴心

10、受拉构件的应力分析 开裂前应力分析：开裂前应力分析： 钢筋和混凝土变形协调，应变相等：s=c； 开裂后应力分析：开裂后应力分析： 混凝土开裂，退出工作，在开裂处所有荷载由钢筋 独立承担。 开裂处：c=0 极限状态，混凝土开裂处应力为： 极限状态，极限轴力： 0 c ss AN / 0 c ys f syu AfN 2、轴心受压短柱的应力分析 钢筋和混凝土变形协调，应变相等：s=c； 当钢筋屈服应变小于或等于混凝土压应变极限， 极限轴力： 当钢筋屈服应变小于混凝土压应变极限， 极限轴力： syccu AfAfN ssccu AEAfN002. 0 1、基本概念 正截面用于抗弯计算的混凝土梁横截面

11、。 斜截面用于抗剪计算的混凝土梁横截面。 混凝土梁截面的有效高度： 从受压边缘至纵向受力钢 筋截面重心的距离为截面的有 效高度（见图2-2）。 2-2 梁截面的有效高度 第第2 2章章 梁的受弯性能试验研究、分析梁的受弯性能试验研究、分析 1 1 梁的受弯性能试验研究、分析梁的受弯性能试验研究、分析 混凝土梁的配筋率混凝土梁的配筋率 构件的截面配筋率是指纵向受力钢筋截面构件的截面配筋率是指纵向受力钢筋截面 面积与截面有效面积之比。即面积与截面有效面积之比。即 2 2、梁的受力破坏过程及应力应变分析：、梁的受力破坏过程及应力应变分析： 面的受力状态可分为下面三个大的阶段：面的受力状态可分为下面三

12、个大的阶段： 第第阶段阶段弹性工作阶段（未裂阶段）弹性工作阶段（未裂阶段） 第第阶段阶段带裂缝工作阶段带裂缝工作阶段 第第阶段阶段屈服阶段（破坏阶段）屈服阶段（破坏阶段） 0 s A bh 1 1、随着配筋率改变，构件的破坏特征将发生质的变、随着配筋率改变，构件的破坏特征将发生质的变 化，故根据配筋情况把梁分为：化，故根据配筋情况把梁分为： 适筋梁：适筋梁： （min maxmin max）；）； 少筋梁：少筋梁： （ h;xhf f 第二类形截面。第二类形截面。 据据AsAs判断判断: : 第一类形截面；第一类形截面； 第二类形截面。第二类形截面。 据据M M断断: : 第一类形截面；第一类

13、形截面； 第二类形截面。第二类形截面。 1yscff f Af b h 1yscff f Af b h 10 () 2 cff h f Mf b hh 10 () 2 cff h f Mf b hh 1cfys f b xf A 3、基本计算公式、基本计算公式 第一类形截面承载力的计算公式第一类形截面承载力的计算公式 第二类形截面承载力的计算公式第二类形截面承载力的计算公式 10 () 2 f cff h Mf b hh 11cffcys fbb hf bxf A 1010 22 f cffc h x Mfbb hhf bx h （）（） 第第4 4章章 受弯构件的斜截面承载力受弯构件的斜截面

14、承载力 Diagonal section strength under flexture 4.1 概述 受弯构件在荷载作用下，同时产生受弯构件在荷载作用下，同时产生弯矩弯矩 和和剪力剪力。 在弯矩区段，产生正截面受弯破坏，在弯矩区段，产生正截面受弯破坏， 。而在剪力较大的区段，则会产生斜截而在剪力较大的区段，则会产生斜截 面受剪破坏面受剪破坏 “强剪弱弯强剪弱弯” 5.2.3 斜截面受剪破坏的三种主要形态 斜压破坏斜压破坏（l l1） l l1时，发生时，发生斜压破坏斜压破坏，多数发生在，多数发生在剪力大剪力大 而弯距小而弯距小的区段，以及的区段，以及梁腹很薄梁腹很薄的的T形截面形截面 或工形

15、截面梁内。或工形截面梁内。 剪压破坏剪压破坏 （1l l 3） 1 ll3，特点：，特点：垂直裂缝一出现，迅速向受压区斜向伸展，斜截面承载力随之丧失。破垂直裂缝一出现，迅速向受压区斜向伸展，斜截面承载力随之丧失。破 坏荷载与出现斜裂缝时的荷载很接近，破坏过程急骤，梁变形很小，明显的脆性。坏荷载与出现斜裂缝时的荷载很接近，破坏过程急骤，梁变形很小，明显的脆性。 （l l 3） 斜拉破坏斜拉破坏 P f 斜压破坏 剪压破坏 斜拉破坏 三种破坏形态承载力大小顺序为：斜三种破坏形态承载力大小顺序为：斜 压压剪压剪压斜拉，但均属于脆性破坏斜拉，但均属于脆性破坏 。 有腹筋梁的斜截面破坏形态有腹筋梁的斜截

16、面破坏形态 斜压破坏斜压破坏 剪压破坏剪压破坏 斜拉破坏斜拉破坏 箍筋配置数量过多，箍筋配置数量过多，箍筋应力增长缓慢，箍筋应力增长缓慢，未屈服时，未屈服时，梁腹梁腹混凝土被混凝土被 压碎压碎而发生而发生斜压破坏斜压破坏 l3，且箍筋配置数量过少，且箍筋配置数量过少，产生产生斜拉破坏；斜拉破坏； l3，如果箍筋数量如果箍筋数量适当的话，适当的话，可产生可产生剪压破坏。剪压破坏。 影响因素：影响因素： 剪跨比；剪跨比； 箍筋配置数量。箍筋配置数量。 设计计算步骤设计计算步骤 Step1：验算截面尺寸是否满足要求验算截面尺寸是否满足要求； 薄腹梁 0 20. 0 bhf V cc 0 25. 0b

17、hfV cc 厚腹梁 Step2：是否按构造配箍筋：若满足，则仅按构造要是否按构造配箍筋：若满足，则仅按构造要 求设置腹筋求设置腹筋； 0 0 1 75.1 7 .0 bhfV bhfV t t l 或 Step3：不满足以上两式，需按计算配箍筋或弯起钢不满足以上两式，需按计算配箍筋或弯起钢 筋筋； 00 25. 17 . 0h s A fbhfVV sv yvtcsu 00 1.75 1.0 sv ucstyv A VVfbhfh sl Step4：验算验算 sv= svmin。 设有弯起钢筋时，设有弯起钢筋时，梁的受剪承载力的计算公式为：梁的受剪承载力的计算公式为： ssbysb sbcs

18、u AfV VVV sin8 . 0 0.8fyAsb s 为弯起钢筋与梁纵轴线的夹角，一般为为弯起钢筋与梁纵轴线的夹角，一般为45 ，当梁截面超过，当梁截面超过800mm时为时为60。 sb A 与斜裂缝相交的配置在同一弯起平面内与斜裂缝相交的配置在同一弯起平面内 的弯起钢筋截面面积。的弯起钢筋截面面积。 3 轴心受压构件正截面受压承载力 1、普通箍筋柱的轴心受压承载力计算 规范规定轴心受压构件承载力计算公式如下： 当纵向钢筋配筋率大于 3时，式中 改 用 。 0.9 () ucys Nf Af A s AA A 2、螺旋式箍筋柱轴心受压承截力计算 混凝土设计规范规定螺旋式或焊接环式间接 钢

19、筋柱的承截力计算公式为： 螺旋筋或焊接环筋（也可称为“间接钢筋”） 按体积相等的条件，换算成纵向钢筋面积 0.9(2 ) uccoryssoyy Nf Af AfA 1corss sso dA A s 4 偏心受压构件 1、偏心受压构件的破坏类型 1)受拉破杯大偏心受压情况 2)受压破坏小偏心受压情况 2.附加偏心距 由于荷载不可避免地偏心、混凝土的非均匀性及 施工偏差等原因、都可能产生附加偏心距。附加偏 心距 其值取： 和偏心方向截面尺寸 的1/30 ( ）两者中的较大值。 a e 20 a emm h /30 a eh 截面的初始偏心距 等于 加上附加偏心距 ，即 5、偏心矩增大系数 设考

20、虑侧向挠度后的偏心距 与初始偏心距的比值，称为偏心 距增大系数 。 规范规定 小偏心受压构件截面曲率修正系数，当 大于1.0时， 取 等于1.0； 偏心受压构件长细比对截面曲率的修正系数，当 时，取 等于1.0。 i e 0 e a e 0ia eee 2 0 2 0 1 1 1400 i i l e h h 1 1 1 1 0.5 c f A N 0 2 1.150.01 l h 2 0 /15lh 2 5 5 矩形截面偏心受压承载力计算矩形截面偏心受压承载力计算 1 1、截面计算简图、截面计算简图 偏心受压构件采用与受弯构件相同的基本假定，矩形截面偏心受压 构件正截面承载力计算图式如图(8

21、-11) 图8-11 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算简图 （a） 大偏心受压 （b）界限偏心受压 （c）小偏心受压 1 cysys Nf bxfAf A 100 /2 cyss Nef bx hxf A ha 上式需符合下列条件 且 /2 is eeha 2 s xa 0b xh 1 cysss Nf bxfAA 100 /2 cyss Nef bx hxfAha 1 1 sy b f 按上式的钢筋应力符合下列条件 ： 当 时，取 。 ysy ff 1 2 bb sy f 4、大小偏心的界限轴向力 当 时，为大小偏心的界限，此时截面轴向 力为： 当 时为大偏心； 当 时为小偏心 5、大小

22、偏心的判别方式 （1）按混凝土受压区高度判断 当 或 时，大偏心。 当 或 时，小偏心。 b N 0b xh 10 bcbysys NfbhfAf A b NN b NN b 0b xh b 0 hx b 。（2）按轴向力大小判断 当 时，大偏心。 当 时，小偏心。 （3）按偏心距大小判断 当 时，可按大偏心计算。 当 时，小偏心。 b NN min )( ibi ee min )( ibi ee b NN 在工程设计中，当构件承受变号弯矩作用， 或为了构造简单便于施工时，常采用对称配 筋截面，即 ， ，且 。对 称配筋情况下，当 时，不能仅根 据这个条件就按大偏心受压构件计算，还需 要根据

23、与 (或 与 )比较来判断属 于哪一种偏心受压情况。对称配筋 时 ，故 ss AA yy ff ss aa i e 0 0.3h b N b N ysys f AfA 10bcb Nfbh 7.应用 (1)大偏心受压构件的配筋计算 情况1：受压钢筋以及受拉钢筋均未知 情况2：压钢筋 已知，求： (2)小偏心受压构件的配筋计算 1.全截面受压的计算 2.反向压屈 (3)、截面承载力复核 s A s A 图9-1 偏心受拉构件示例 第6章 受拉构件承载力计算 1 轴心受拉构件 轴心受拉构件的正截面受拉承载力按下列公式计算： yS Nf A 1.小偏心受拉构件 轴向拉力位于 和 之间的受拉构件，混凝

24、 土完全不参加工作，两侧钢筋 和 均受拉 屈服。 2.大偏心受拉构件 轴向拉力位于 和 之外时，因受压区混凝土 达到极限压应变及纵向受压钢筋达到屈服，而使构 件进人承载能力极限状态. 3、偏心受拉构件正截面承载力计算公式 (1)小偏心受拉 平衡方程 , S A S A S A , S A S A , S A SySy NA fAf 0 SyS NeA fha 00 /2;/2 ss ehae ehae (2)大偏心受拉 平衡方程 为保证构件不发生超筋和少筋破坏，并在 破坏时纵向受压钢筋达到屈服强度，上述公 式的适用条件是 ： 1 SySyc NA fAff bx 100 2 cSyS x Ne

25、f bx hAfha 0 2 S h eea 0;b xh 2 ; S ax minS Abh 1、概述概述 1 1、扭转的分类、扭转的分类 根据扭矩形成的原因分为两种类型：一是平衡扭转，二是协调扭转或称 为附加扭转。 图7.1 梁的受扭示意图 1 1、矩形截面开裂扭矩、矩形截面开裂扭矩 规范开裂公式为： Tcr0. 7ftWt Wt= b2(3h-b)/6 2 2、配筋强度比、配筋强度比 ： 1 ystl yvstcor f A f A 3.3.规范规范的受扭承载力计算公式的受扭承载力计算公式 4.4.配筋率的上限以截面限制条件的形式给出：配筋率的上限以截面限制条件的形式给出： 为高强混凝土

26、的强度折减系数， 最小配箍率： 纵筋最小配筋率： 受扭纵向钢筋应沿截面周边均匀对称布置，其间距不 应大于200mm和截面短边长度。 cot 2 . 035. 0A s Af WfT stlyv tt tcc WfT2 . 0 c yv t sv f f 28. 0 min, y t tl f f 85. 0 min, 1.受弯构件挠度控制目的 对钢筋混凝土受弯构件进行挠度控制的 目的是基于功能要求、非结构件的损坏、 外观要求三方面考虑的。 我国规范根据工程经验，规定受弯 构件的最大挠度计算值不应超过表10-1的 挠度限值。 2.受弯构件的刚度计算 1、短期刚度计算 主要影响因素： a、有效纵向

27、钢筋配筋率 ； b、粘结性能：对光圆钢筋应乘以粘结特性 系数0.7 2 0 6 1.150.2 13.5 ss s E f E A h B te 3、长期刚度计算 2 裂缝控制 1、裂缝产生的原因 塑性混凝土的收缩以及下沉，水化热， 荷载的作用，温度收缩，基础不均匀沉降， 钢筋锈蚀，碱骨料反应以及冻融循环等。 s qK K B MM M B ）（1 2、裂缝控制要求 规范将钢筋混凝土和预应力混凝土结构构件 的裂缝控制等级统一划分为三级。 一级：严格要求不出现裂缝的构件 （ 在荷载的短 期效应下，混凝土不产生拉应力） 二级：一般要求不出现裂缝的构件（ 在荷载长期 效应下不产生拉应力， 在荷载短期效应组合下允许 产生拉应力