《混凝土结构设计原理》学习指南

《混凝土结构设计原理》学习指南《混凝土结构设计原理》是土木工程专业本科生的核心专业课，强调理论与实践的统一，通过课前预习、课堂讲授、试验视频观摩、课后复习、作业练习、程序设计、小班讨论、典型试验演示、单元测验、期中考试和期未考试等多个环节进行立体培养。第1章绪论、混凝土结构用材料的性能混凝土结构的入门知识。学习时需熟悉混凝土结构的基本概念、分类、与其它结构（如钢结构、砌体结构、木结构）相比，混凝土结构的优缺点、混凝土结构的应用与发展概况、课程特点与学习方法。钢筋和混凝土的力学性能，是钢筋混凝土和预应力混凝土结构构件计算的基础。学习本章时应掌握：（1）不同类型钢筋的应力—应变曲线及其区别，钢筋的强度、变形、弹性模量，钢筋的品种和级别；（2）钢筋的冷加工方法及冷拉、冷拔钢筋的性能：（3）混凝土结构对钢筋性能的要求，钢筋的选用原则；（4）混凝土的强度等级，影响混凝土强度和变形的因素，混凝土的各类强度指标，混凝土的变形模量；（5）混凝土的徐变和收缩现象及其对结构的影响；（6）保证钢筋和混凝土粘结力的构造措施。第2章混凝土结构设计方法混凝土结构构件和结构的型式虽然不同，但其设计计算都采用共同的方法一概率极限状态设计法。学习本章时，应抓住下面几个主要问题：（1）了解结构上的作用、作用效应、结构抗力、正态分布曲线、结构的可靠度、结构的可靠概率和失效概率、结构的可靠指标和材料的设计参数的基本概念；（2）了解荷载的分类、荷载的代表值、荷载分项系数和荷载设计值的概念及其确定方法；（3）了解极限状态的定义及分类；（4）掌握按承载能力极限状态和按正常使用极限状态进行混凝土结构设计计算的方法。第3章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算轴心受力构件是最简单的混凝土结构构件。学习本章时，应抓住下面几个主要问题：（1）实际结构中，可以近似按轴力受力构件处理的情形；（2）轴心受拉构件的受力阶段、承载力计算极限状态、基本公式、适用条件和构造要求；（3）轴心受压构件的受力阶段、承载力计算极限状态、基本公式、适用条件和构造要求。第4章钢筋混凝土受弯构件的正截面承载力计算混凝土结构截面设计的核心和基础，以及基本思想在本章中会有充分体现。本章的重点是：（1）了解配筋率对受弯构件破坏特征的影响，以及适筋受弯构件在各个工作阶段的受力特点；（2）钢筋混凝土梁由于配筋率不同，有超筋梁、少筋梁和适筋梁三种破坏形态，其中超筋梁和少筋梁在设计中不能采用；（3）适筋梁的破坏经历三个阶段。第1阶段末Ia为受弯构件抗裂度的计算依据；第Ⅱ阶段是一般钢筋混凝土受弯构件的使用阶段，是裂缝宽度和变形的计算依据；第Ⅱ阶段末Ⅲa是受弯构件正截面承载力的计算依据；（4）掌握单筋矩形截面、双筋矩形截面和T形截面正截面承载力的计算方法；（5）熟悉受弯构件正截面的构造要求；在绘制施工图时，钢筋直径、净距、保护层、锚固长度等应符合《规范》有关构造规定。第5章钢筋混凝土受弯构件的斜截面承载力计算本章介绍受弯构件斜截面承载力的计算和构造问题。学习时重点把握：（1）斜截面破坏的主要形态，影响斜截面抗剪承载力的主要因素；影响斜截面受剪承载力的主要因素有剪跨比、混凝土强度等级、配箍率及箍筋强度、纵筋配筋率等；计算公式是以主要影响参数为变量，以试验统计为基础，以满足目标可靠指标的试验偏下线为根据建立起来的；（2）无腹筋梁和有腹筋梁斜截面受剪承载力的计算公式及适用条件，防止斜压破坏和斜拉破坏的措施；采取相应构造措施防止斜压破坏和斜拉破坏的发生，即截面尺寸应有保证，箍筋的最大间距、最小直径及配箍率应满足构造要求；（3）受弯承载力图（材料图）的作法，弯起钢筋的弯起位置和纵向受力钢筋的截断位置；斜截面承截力包括斜截面受剪承载力和斜截面受弯承载力两方面；（4）纵向受力钢筋伸入支座的锚固要求和箍筋构造要求；不仅要满足计算要求，而且应采取必要的构造措施来保证。弯起钢筋的弯起位置、纵筋的截断位置以及有关纵筋的锚固要求、箍筋的构造要求等，在设计中均应予以考虑和重视；（5）伸臂梁配筋图的绘制方法。第6章钢筋混凝土受扭构件承载力计算本章学习时，应注意重点内容如下：（1）矩形截面纯扭构件的受力性能和承载力计算方法；构件的实际抗扭承载力介于弹性分析与塑性分析结果之间；（2）配置抗扭钢筋的纯扭构件，在开裂前其受力性能与素混凝土构件没有明显的差别，但开裂后不立即破坏，而是逐渐形成多条呈45°左右的螺旋裂缝；裂缝处由抗扭钢筋继续承担拉力，并与裂缝间混凝土斜压杆共同构成空间桁架抗扭机构；配置抗扭钢筋对提高构件的抗扭承载力有很大作用，但对构件开裂扭矩的影响则很小；（3）剪扭相关性及矩形截面剪扭构件承载力计算方法；钢筋混凝土纯扭构件的破坏可归纳为4种类型：少筋破坏、适筋破坏、部分超配筋破坏和完全超配筋破坏；其中少筋破坏和完全超配筋破坏均为明显的脆性破坏，设计中应当避免；为了使抗扭纵筋和箍筋相互匹配，有效地发挥抗扭作用，应使两者的强度比＝0.6～1.7，最佳配合比为1.2左右；（4）矩形截面弯扭和弯剪扭构件承载力计算方法；矩形截面纯扭构件的抗扭承载力计算公式，是根据大量适筋和部分超配筋构件的试验实测数据分析建立起来的经验公式；它综合考虑了混凝土和抗扭钢筋两部分的抗扭作用，反映了各主要因素的影响；（5）T形和I形截面弯剪扭构件承载力计算原则；《规范》对剪扭构件的承载力计算采用“考虑部分相关的计算方案”，并以受弯构件斜截面抗剪承载力公式和纯扭构件抗扭承载力公式为基础，只对公式中的混凝土作用项考虑剪扭相互影响进行修正；（6）T形和I形截面弯剪扭构件的计算原则与矩形截面弯剪扭构件相同，但剪力只由腹板承受，扭矩按腹板、受压翼缘、受拉翼缘的相对抗扭塑性抵抗矩分配；（7）受扭构件承载力的计算公式有其相应的适用条件。为防止出现“完全超配筋”脆性破坏，构件应符合截面限制条件；为了防止“少筋破坏”则应满足有关的最小配筋率要求。当符合一定条件时，可简化计算步骤。此外，受扭构件还必须满足有关的构造要求。第7章钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算本章的学习时，应注意的重点是：（1）矩形截面偏心受压构件的破坏特征、截面设计计算和构造、截面承载力复核是本章重点；（2）偏心受压构件的分类和破坏特征，纵向弯曲对偏心受压构件的影响；本章的难点是小偏心受压构件的计算。把握住该情形下混凝土受压区的变化特点、钢筋应力、附加偏心距ea的计算方法以及运用内力平衡条件，是解决这一难点的关键；（3）矩形截面（非对称配筋和对称配筋）及I形截面（对称配筋）偏心受压构件正截面承载力的计算和构造；根据偏心距的大小和配筋情况，偏心受压构件可分为大偏心受压和小偏心受压两种状态。其界限破坏状态与适筋和超筋梁的界限完全相同。当时，构件处于大偏心受压状态（含界限状态）；当时，构件为小偏心受压状态；（4）在大偏心受压承载力极限状态时，受拉钢筋和受压钢筋都达到屈服（当时不屈服），混凝土压应力图形与适筋梁相同，据此建立的两个平衡方程是进行截面选择和承载力校核的依据；（5）在小偏心受压承载力极限状态下，离纵向力较近一侧钢筋受压屈服，混凝土被压碎，但离纵向力较远一侧的钢筋无论受拉和受压都不会屈服，混凝土压应力图形也比较复杂。在小偏心受压计算中，引入与的线性关系式以及“附加偏心距ea”是解决上述问题的关键，并使小偏心受压的计算与大偏心受压的计算公式相协调；（6）非对称配筋的截面选择，需要根据偏心距的大小判断大小偏心受压情形：当时，按大偏心受压计算；当时，按小偏心受压计算。而对称配筋的截面选择，则可按的大小直接判斯；（7）偏心受压斜截面抗剪计算，与受弯构件矩形截面独立梁受集中荷载的抗剪公式有密切联系。轴向压力的存在对抗剪有利。第8章钢筋混凝土构件的裂缝、变形及耐久性裂缝和变形验算的目的是保证构件进入正常使用极限状态的概率足够小，以满足适用性和耐久性的要求。与承载力极限状态的要求相比，这一验算的重要性位居第二。故可按荷载短期效应组合计算的内力进行验算，但要考虑荷载长期效应组合的影响。课程学习注意掌握以下内容：（1）了解钢筋混凝土结构构件荷载裂缝与变形裂缝形成的原因及相应的预防措施；钢筋混凝土结构构件除荷载裂缝外，还存在不少变形裂缝，如温度收缩裂缝、碳化锈蚀膨胀裂缝等，对此应引起重视。应从结构构造（如设置伸缩缝、足够的混凝土保护层厚度）和施工质量等方面采取措施，避免出现各种有害的非荷载裂缝；（2）了解钢筋混凝土构件荷载裂缝宽度（以下简称裂缝宽度）和变形验算的目的和条件；由于混凝土的非均质性及其抗拉强度的离散性，荷载裂缝的出现和开展均带有随机性，裂缝的间距和宽度则具有不均匀性。但在裂缝出现的过程中存在裂缝基本稳定的阶段，随着荷载的增加，裂缝不会无限加密，因而有平均裂缝间距、宽度以及最大裂缝宽度，在裂缝宽度计算中引入荷载短期效应裂缝扩大系数；（3）深入理解钢筋混凝土构件荷载裂缝出现和开展的过程，发裂后钢筋和混凝土应变分布规律，裂缝宽度和截面抗弯刚度随荷载大小及其持续作用时间变化的特性，（4）掌握钢筋混凝土构件荷载裂缝宽度和受弯构件挠度的计算方法。（4）构件截面抗弯刚度不仅随弯矩增大而减小，同时也随荷载持续作用而减小。前者是混凝土裂缝的出现和开展以及存在塑性变形的结果；后者则是受压区混凝土收缩、徐变以及受拉区混凝土的松弛和钢筋与混凝土之间粘结滑移徐变使钢筋应变增加的缘故；因此，在裂缝宽度计算中引入荷载长期效应裂缝扩大系数；在挠度计算中引入短期刚度和长期刚度的概念；（5）系数是在裂缝宽度和挠度计算中描述裂缝之间钢筋应变（应力）分布不均匀性的参数，其物理意义是反映裂缝之间的混凝土协助钢筋抗拉工作的程度。当截面尺寸、配筋及材料级别一定时，它主要与内力大小有关，其值在0.4～1.0之间变化。它愈小（钢筋应变愈不均匀），裂缝之间的混凝土协助钢筋抗拉的作用愈大；反之则愈小；（6）提高构件截面刚度的有效措施是增加截面高度；减小裂缝宽度的有效措施是增加用钢量和采用直径较细的钢筋。因此，在设计中常用控制跨高比来满足变形要求；用控制钢筋的应力和直径来满足裂缝宽度的要求。第9章预应力混凝土构件设计预应力混凝土构件是不同于钢筋混凝土构件的另一种类型的构件。本章要求掌握的基本内容是：（1）了解预应力混凝土的基本概念；对混凝土构件施加预应力，是克服这种构件