钢筋混凝土结构设计三

钢筋混凝土结构设计本学期我们将要学习钢筋混凝土结构这门课程，这是一门理论和实践性较强的工程技术专业课程，通过本学期的学习主要要求掌握混凝土结构设计规范的使用，能进行一般的混凝土构件设计，并具有识图和绘制一般施工图的能力。建筑工程是一项严谨的工作，任何失误都会造成一定的质量问题，并且可能引发严重的工程事故；而且建筑工程由于自身的工程造价、施工周期、复杂性等因素，使得维修难度非常大，所以无论在学习还是今后工作中，都要认真踏实。第一章绪论

第一节结构的概念与分类一、基本概念1、混凝土（concrete）：简称“砼”，广义上的砼由胶结料、外掺料经混合、硬化而成的人工石材；目前工程上常用的是以水泥为胶结料，砂石为骨料，加水拌制而成的水泥砼。2、结构：建筑中承受和传递作用的各个部件的总和，由若干构件按照一定的连接方式组成的承重骨架体系（1）作用：结构上的作用指能使结构产生效应（内力、变形）的各种因素的总称，分为直接作用（作用在结构上的各种荷载，如土压力、活荷载）和间接作用（如地基变形、砼收缩、温度变化等）。（2）构件：组成结构的各个部件（如梁、板、柱、墙、桥面板、墩台等）。柱下基础楼板柱梁梁墙楼梯墙下基础地下室底板3、结构类型：按选用材料不同分为砼结构、砖石及砼结构（砌体结构）、钢结构、木结构（1）砼结构：以混凝土材料为主，并根据需要配置钢筋、预应力钢筋、钢骨、钢管等共同受力的结构。1）素混凝土结构：由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构。2）钢筋混凝土结构（最常用）：由配置受力钢筋的混凝土制成的结构。3）预应力混凝土结构：配置受力的预应力钢筋（张拉）的混凝土结构。4）钢管混凝土结构：在钢管内浇捣混凝土做成的一种新型组合结构。5）钢骨混凝土结构：（又称型钢混凝土结构）用混凝土包裹型钢或钢骨架的混凝土结构。它充分发挥了钢与混凝土两种材料的特点，具有承载力高，抗震性能良好，施工安装方便的优点。钢骨混凝土结构在我国高层建筑以及大跨度建筑中有着广阔的应用前景。（2）砌体结构：由砖砌体、石砌体或砌块砌体建造的结构。（如长城、罗马斗兽场、金字塔及常见的多层住宅）（3）钢结构：由型钢或钢板通过一定的连接方式构成的结构。（4）木结构：单纯或主要由木材承受荷载的结构二、各结构类型优缺点1、钢筋混凝土结构PPPP素混凝土梁承载力小，破坏突然钢筋混凝土梁承载力大，变形性能好，破坏有预告（1）优点：1）用材合理：充分、合理地发挥了钢筋和混凝土两种材料的性能特点，具有较大的强度和刚度；与钢结构相比，可以降低造价。2）取材容易：混凝土所用的砂、石一般易于就地取材。3）可模性好：可根据设计需要浇制成各种形状和尺寸的结构，特别适宜于建造外形复杂的大体积结构、曲线形的梁、拱。4）耐火性好：钢筋被包裹在混凝土内，混凝土又是热的不良导体，所以在遭受火灾时，钢筋不会很快因升温而软化。5）耐久性好：钢筋受到混凝土保护不易锈蚀，且混凝土的强度随时间不断增加。混凝土结构还可用于防辐射的工作环境，如用于建造原子反应堆安全壳等。6）抗震性能好：现浇整体式钢筋混凝土结构，整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好的延性，有利于抗震及防爆，因而在地震区建造的高耸建筑物，宜采用钢筋混凝土结构。（2）缺点1）自重较大：比砌体和木材的重度都大，尽管比钢材的重度小，但结构的截面尺寸比钢结构的大，因而其自重远远超过相同跨度或高度的钢结构，不利于建造大跨度结构及高层建筑。2）施工复杂：施工工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护等），工期长；施工受季节、天气的影响较大。3）抗裂性差：普通钢筋混凝土结构在正常使用时往往出现裂缝，虽不影响承载力，但它影响结构的耐久性和美观。当裂缝数量较多和开展较宽时，还将给人造成不安全感。对一些不允许出现裂缝或对裂缝宽度有严格限制的结构很不利。4）修复、加固比较困难：混凝土结构加固技术不断得到发展，如采用碳纤维布加固混凝土结构技术。2、砌体结构（1）优点1）易于就地取材（砌块、砂石）2）耐火性能好3）耐久性能好（2）缺点1）承载力低（由于砌块承载力低）2）自重大3）抗震性能差4）机械化程度低5）保温性能差3、钢结构（1）优点1）承载力高2）自重小（轻质高高强）3）抗震性能好4）施工效率高（2）缺点1）用钢量大（造价价高）2）耐久性能、耐火火性能差3）维护难度、费用用高4、木结构（1）优点1）自重轻2）易加工、可制作作形状复杂的构件件3）轻质高强（比强强度=强度/表观密度）（2）缺点1）各向异性2）易腐、易蛀、易易燃、易翘曲3）资源不足三、钢筋、砼共同同工作的基础1、二者间粘结力的的存在（粘结强度度包括：钢筋、砼砼间摩擦力；胶结结力；机械啮合力力）2、二者线膨胀系数数相近（钢筋1.2×10-5；砼1.0~1.5××10-5）3、砼对钢筋的防锈锈作用（保护层））四、其他类型砼1、FRP筋混凝土：用FRP（纤维增强复合材材料，FiberReinforcedPolymer/Plastic）替代钢筋作为筋筋材的混凝土结构构。FRP是近年来在土木工工程中应用日益广广泛的一种新型的的结构材料，具有有高强、轻质、耐耐腐蚀等显著优点点。FRP在土木工程中的应应用分为两大类，，一类是用FRP筋代替钢筋用于新新建结构，另一类类是将FRP筋用于旧结构物的的加固补强、围护护防腐。2、活性微粉砼（Reactivepowerconcrete，简称RPC）是一种超高强砼砼3、低强砼（C8~C8以下），美国砼协协会研究出的，水水化热低，适合大大体积砼浇筑4、纤维混凝土（FiberReinforcedConcrete，简称FRC），是纤维增强混混凝土的简称，通通常是以水泥净浆浆、砂浆或者混凝凝土为基体，将短短而细的分散性纤纤维（钢纤维、碳碳纤维）掺入其中中而形成的一种新新型建筑材料，具具有提高砼抗拉、、抗磨损、抗冲击击能力的特点。5、再生砼：砼中骨骨料为振捣破碎的的砼块6、轻骨料砼：选择择轻型骨料（天然然石如页岩；矿渣渣；珍珠岩）拌制制的砼。7、预应力砼（建立立预应力不单是钢钢筋，还可是钢纤纤维）第二节混凝土结结构的发展概况砼是当代最主要的的建筑材料之一，，适用范围非常广广泛，用量也日益益增多，目前世界界砼每年用量为90~100亿吨。“混凝土””一词源于拉丁文文术语“Concretus”，原意是共同生长长的意思。砼的起起源可追溯到古埃埃及金字塔的建造造和古罗马时代宫宫殿的落成。在我我国可追溯到5000年前的新石器时代代，据甘肃省考古古研究所的考察，，在甘肃省秦安县县大地湾新石器时时期文化遗址中，，出土了一处5000多年前的砼地面，，面积达100平方米，经考证这这种古代的砼与现现代砼成分基本相相同，抗压强度达达11MPa，是中国建筑史上上一大奇迹。一、世界砼结构发发展砼得到真正的发展展和应用还是在波波特兰水泥诞生之之后，1824年英国泥瓦匠约瑟瑟夫阿斯普丁获得得了波特兰水泥的的专利权，而后1830年砼问世。此后水水泥和砼的生产和和应用迅速发展。。砼在发展过程中中发生了几次重大大变革，第一次是是十九世纪中叶法法国出现了钢筋混混凝土，尽管砼配配筋后，还是很容容易出现裂缝，因因此开始研究有效效防止砼裂缝的方方法，这就是砼应应用史上第二次飞飞跃——预应力钢筋砼的出出现。第三次重大大突破是在20实际60年代以来树脂、聚聚合物浸渍砼以及及砼外加剂的出现现，这一突破使有有机材料与无机材材料相结合，克服服了普通砼存在的的很多缺点。由于于砼技术的不断进进步，世界各国砼砼平均强度不断提提高，20世纪30年代砼平均强度为为10MPa，50年代为20MPa，现在C80的砼用量也在不断断增加，并且C100以上的砼也已用于于工程中。二、我国砼结构发发展1、混凝土结构材料料方面20世纪80年代末美国和日本本相继提出高性能能混凝土的概念。。高性能混凝土的的概念相对于高强强度混凝土意义更更加深远，我国《高强混凝土结构设设计与施工指南》将等级在C50以上（含C50）的混凝土划为高高强度混凝土，目目前我国普遍使用用的混凝土等级是是C20～C40，在一些高层建筑筑中也采用等级为为C50～C80的混凝土。绿色高高性能混凝土的发发展方向是混凝土土的未来，因为它它充分利用各种工工业废弃物，节约约更多的资源与能能源

，对环境的的破坏减少到最小小，这不仅使混凝凝土工程走可持续续发展之路，也是是人类生存发展的的需要。2、混凝土结构形式式方面在钢－混凝土组合合结构领域内，无无论是理论研究或或是工程应用，我我国都已取得丰硕硕成果。特别是在在高层建筑和大跨跨桥梁方面的应用用，发展十分迅速速。我国钢管混凝凝土结构技术的开开发和应用已有40多年的历史，将钢钢管混凝土结构应应用到高层、超高高层建筑中可节约约建筑材料，增加加使用空间。1990年在四川省苍旺县县建成跨度为115米的我国第一座钢钢管混凝土拱桥以以来，在十年来的的时间里，我国已已经建成了100多座钢管混凝土拱拱桥，经过多年的的实践，我国在钢钢管混凝土拱桥建建设上已经积累了了丰富的经验，形形成了一套较为完完整的拱桥建造技技术。近年来，在在斜拉桥和梁式桥桥中也开始采用钢钢管混凝土结构，，同样取得了良好好的经济效益。例例如，广东南海市市紫洞大桥、湖北北秭归县向家坝大大桥和四川万县万万州大桥都采用了了钢管混凝土空间间桁架组合梁式结结构，减轻了结构构横载。3、混凝土结构施工工技术方面中小型预制桥梁的的整个吊装，大型型桥梁及大跨度房房屋盖结构的整体体吊装、高层建筑筑中的升板结构和和泵送混凝土等技技术得到广泛应用用。一般的工业与民用用建筑广泛采用定定型化、标准化的的装配式结构。目目前趋向于只用少少数几种类型的构构件就能够建造各各类房屋，即从一一般的标准设计发发展到工业化建筑筑体系。模板工程向非木材材化、高品质、多多功能方向发展。。开始提出模板的的结构化，即施工工中的模板作为结结构的一部分参与与受力，不再拆除除，也可以减少装装修中的部分工序序。在现场养护条件下下，提出用电热钢钢模板的方法来加加速混凝土养护过过程。在工厂生产产的条件下，已开开始尝试采用远红红外辐射养护技术术；第三节本课程的的主要内容和学习习方法一、内容体系通过本课程主要要要求掌握分析构件件受力性能、计算算方法及构造要求求二、本课与其他课课程关系建筑材料、材料力力学、房屋建筑学学、工程地质第二章结构材料料第一节钢筋的物物理力学性能一、钢筋的品种（一）按外形分类类1、光面钢筋钢筋的表面是光圆圆的与混凝土的粘粘结强度较低2、变形钢筋（外形形有螺旋纹、人字字纹、月牙纹））我国以往长期采用用螺旋纹和人字纹纹两种，表面花纹纹由两条纵肋和螺螺旋形横肋或人字字形横肋组成。这这种形式的横肋较较密，消耗于肋纹纹的钢材较多，纵纵肋和横肋相交，，容易造成应力集集中，对钢筋的动动力性能不利。我我国已将变形钢筋筋的肋纹改为月牙牙纹a）b）c）d）a）光面钢筋；b）螺旋纹钢筋；c）人字纹钢筋；d）月牙纹钢筋图2-1钢筋的外形（二）按化学成分分分类1、碳素钢（化学成成分以铁为主，还还含少量的碳、硅硅、锰、硫、磷等等元素，强度随随含碳量的增加而而提高，但是塑性性、韧性降低，脆脆性增加、可焊接接性下降）1）低碳钢（含碳量量小于0.25％）2）中碳钢（含碳量量0.25％～0.6％）3）高碳钢（含碳量量0.6％～1.4％）※低碳钢俗称软钢，，中碳钢、高碳钢钢俗称硬钢（三）按生产加工工工艺分类1、热轧钢筋（1）定义：由低碳钢钢、普通低合金钢钢在高温状况下轧轧制而成的，主要要用于钢筋混凝土土结构中和预应力力混凝土结构中的的非预应力钢筋（2）牌号：HPB235（Q235）、HRB335、HRB400和RRB400。（牌号由英文单词首首位字母和钢筋的的屈服强度标准值值构成，如HPB、HRB、RRB为Hotrolled–Plain–Bar、Hotrolled–Rolled–Bar、Remainedheattreatment–Ribbed–Bar之意）2、冷加工钢筋（1）定义：在常温下下采用某种工艺对对热轧钢筋进行加加工得到的钢筋（2）常用工艺：冷拉拉、冷拔、冷轧、、冷轧扭四种（3）冷加工作用及效效果：提高钢筋的的强度，以节约钢钢材。但延伸率、、塑性、韧性降低低。（4）冷加工（冷拉））使钢材强度提高高原理：钢材在弹弹性变形阶段，晶晶体原子排列顺序序没有改变，仅在在受力方向发生原原子间距增大或缩缩小（拉伸或压缩缩），直到塑性变变形阶段，晶体才才沿结合力最差的的界面产生滑移，，滑移后晶体破碎碎成小晶粒，产生生弯曲，不易再产产生滑移变形，所所以要更大的外力力才可以使其继续续变形，这种现象象称为冷作硬化或或加工硬化3、热处理钢筋（1）定义：将钢材按按照一定规则加热热、保温、冷却以以获得需要性能的的钢筋（2）处理方法：正火火、退火、淬火、、回火1）正火：加热至材材料性质改变的温温度以上，置于空空气中冷却。此方方法可以使钢材晶晶粒细化，从而提提高强度、降低塑塑性2）退火：a低温退火火：加热热温度在在基本组组织转变变温度以以下，目目的是利利用加温温使原子子活跃，，从而减减少生产产中缺陷陷；b完全退火火：加热热至800~850℃，高于组组织转变变温度，，经保温温后缓慢慢降温冷冷却，从从而改善善性能3）淬火、、回火：：淬火是是先将材材料加热热至组织织转变温温度以上上，保温温使组织织完全转转变，然然后投入入冷却介介质（水水或油））中急速速冷却，，使其转转为不稳稳定组织织；回火火在淬火火后将钢钢材加热热至150~650℃，保温后后按一定定速度冷冷却至室室温，目目的是促促进不稳稳定组织织改变为为需要的的组织类类型，并并消除淬淬火产生生的内应应力。※常用热处处理钢筋筋是利用用热轧钢钢筋的余余热进行行淬火，，然后利利用芯部部余热自自身完成成回火处处理所得得的成品品钢筋4、钢丝、、钢绞线线钢丝包括括光面钢钢丝、刻刻痕钢丝丝、钢绞绞线和冷冷拔低碳碳钢丝等等。它们们属于硬硬钢类，，钢丝的的直径越越细，其其强度越越高，作作为预应应力钢筋筋使用。。钢丝的的外形有有光圆、、螺旋肋肋、刻痕痕三种钢钢绞线则则为绳状状，由2股、3股或7股钢丝捻捻制而成成，均可可盘成卷卷状a）b）c）a）螺旋肋肋钢丝；；b）刻痕钢钢丝；c）钢绞线线（四）按按脱氧程程度分类类（熔炼炼过程中中不可避避免的会会有一部部分氧化化铁，因因此要做做脱氧处处理）沸腾钢、、半镇静静钢、镇镇静钢、、特殊镇镇静钢二、钢筋筋的主要要力学性性能（一）钢钢筋的应应力一应应变曲线线1、有明显显流幅的的钢筋1）弹性阶阶段（图图2-3oa‘段）试样应力力不超过过a点所对应应的应力力时，钢钢筋的变变形是完完全弹性性变形，，即卸除除荷载时时，钢筋筋的变形形将全部部消失。。弹性阶阶段最高高点a’相对应的的应力值值σe称为钢筋筋的弹性性极限。。在弹性性阶段内内，材料料服从胡胡克定律律。过点点a点后，应应力应变变图开始始微弯，，应力与与应变不不再成正正比。a点对应的的应力值值σp称为材料料的比例例极限。。2）屈服阶阶段（图图2-3a‘c段）当应力超超过a’点，逐渐渐到达c点时，图图线上将将出现一一段锯齿齿形线段段a‘c，其最高高b’点称上屈屈服点，，最低点点b点称下屈屈服点。。此时应应力基本本保持不不变，应应变显著著增加，，材料暂暂时失去去抵抗变变形的能能力，产产生明显显塑性变变形的现现象，称称为屈服服（或流流动）。。b点到c点水平距离离的大小称称为屈服台台阶（流幅幅），屈服服阶段中的的最低应力力（最低点点b）称为屈服服极限，用用σs表示。3）强化阶段段（图2-3cd段）屈服阶段以以后，钢筋筋重新产生生了抵抗变变形的能力力。若要试试件继续变变形，必须须增加应力力，这一阶阶段称强化化阶段。曲曲线最高点点d所对应的应应力称为强强度极限，，以σb表示。4）破坏（颈缩缩）阶段（图2-3de段）应力达到强强度极限后后，在试件件薄弱处横横截面显著著缩小，出出现“颈缩缩”现象。。注：曲线中中屈服下限限b对应的应力力σ为屈服强度度σs，最高点d对应应力为为抗拉强度度极限，记记做σb，设计中应应选用σs，抗拉强度σb不可用，但但屈强比σs/σb可表示材料料利用率及及安全储备备，屈强比比越小，可可靠性越大大，但过小小表示没有有充分利用用钢材，合合理屈强比比为0.6~0.755）伸长率=（L1-L0）/L0，伸长率越越大塑性越越好6）冷弯性能能（把钢筋筋围绕直径径为D的钢辊弯转转α角而要求不不发生裂纹纹。）测定目的：：判断钢材材内部有无无组织不均匀、、内应力、、夹杂物等等缺陷，也可判判断焊接质质量。2、无明显流流幅的钢筋筋因曲线本身身无明显的的屈服台阶阶，没有明明确的屈服服极限，伸伸长率小，，塑性较差差，在实用用上取对应应于加载后后卸载时材材料的残余余变形为0.2%时的应力作作为条件屈屈服点，即即名义屈服服强度，用用σ0.2表示。为与与钢筋国家家标准相一一致，取σ0.2=0.85σb。用硬钢配配筋的钢筋筋混凝土构构件受拉破破坏时往往往突然断裂裂，在破坏坏前没有明明显的预兆兆。（二）钢筋筋弹性模量量（钢筋在在弹性拉伸伸阶段应力力与应变比比值称为弹弹性模量））弹性模量E=σ/ε（三）钢筋筋的标准强强度和设计计强度（1）钢筋强度度标准值fyk：强度的基基本代表值值，指其在在结构使用用期间可能能出现的最最大强度（2）钢筋强度度设计值fy：考虑材料料非线性性性能，乘以以了安全系系数种类d(mm)fykHPB235(Q235)

8-20235HRB3356-50335普通钢筋强强度标准值值(N/mm2)普通钢筋强强度设计值值(N/mm2)种类fyfy’HPB235(Q235)

210210HRB335300300三、钢筋的的冷作硬化化1、定义：经经过机械冷冷加工使钢钢筋产生塑塑性变形以以后，钢筋筋的屈服极极限和抗拉拉极限强度度会提高，，但塑性和和弹性模量量会降低，，这种现象象称为钢筋筋的冷作硬硬化（变形形硬化或冷冷加工硬化化）。2、相关概念念（1）时效：：冷加工后后的钢材随随时间的延延长而逐渐渐硬化的倾倾向（2）冷拔：：使热轧钢钢筋强行通过小于原原钢材直径径的硬质合合金拔丝模具，，钢筋在长度度和直径两个方向都都会产生塑性性变形，被拔成长度增增加直径变细细的钢丝钢筋冷拔示意意四、钢筋的蠕蠕变和松弛1、定义（1）蠕变：钢筋筋在高应力作作用下，随时时间增长其应应变继续增加加的现象称为为蠕变（2）松弛：钢筋筋受力后，若若保持长度不不变，则其应应力随时间增增长而降低的的现象称为松松弛2、解决松弛方方法：为减少少钢材由松弛弛引起的应力力损来，可对对预应力钢筋筋进行超载张张拉3、特点：蠕变变和松弛随时时间增长而增增大4、影响因素：：a初始应力：初初始应力大，，蠕变和松弛弛也大；b钢材品种：冷冷拉热轧钢筋筋的松弛损失失较冷拔低碳碳钢丝、碳素素钢丝和钢绞绞线低；c温度：温度增增加时蠕变和和松弛则增大大五、钢筋的弯弯钩、弯起与与接头（一）弯钩、、弯起1、所有受拉热热轧光圆钢筋筋的末端应作作成180°的半圆形弯钩钩，弯钩的弯弯曲直径dm不得小于2.5d，钩端应留有有不小于3d的直线段。2、受拉热轧带带肋（月牙肋肋、等高肋））钢筋的末端端，应采用直直角形弯钩，，钩端的直线线段长度不应应小于3d，直钩的弯曲曲直径dm不得小于5d。3、弯起钢筋应应弯成平滑的的曲线，其曲曲率半径不宜宜小于钢筋直直径的10倍（光圆钢筋筋）或12倍（带肋钢筋筋）。（二）接头1、绑扎搭接接接头受力钢筋的接接头宜设置在在受力较小处处。在同一根根钢筋上宜少少设接头。同同一构件中相相邻纵向受力力钢筋的绑扎扎搭接接头宜宜相互错开。。2、焊接对对焊焊缝六、混凝土结结构对钢筋性性能的要求（一）强度钢筋应具有可可靠的屈服强强度和极限强强度。钢筋的的屈强比代表表了钢筋的利利用率，也在在一定程度上上代表了结构构的强度储备备。屈强比小小，则结构的的强度储备大大，但比值太太小则钢筋强强度的有效利利用率低，所所以钢筋应具具有适当的屈屈强比。采用用较高强度的的钢筋可以节节省钢材，获获得较好的经经济效益。（二）塑性钢筋塑性好，，在断裂前有有足够的变形形，能给人以以破坏的预兆兆。钢筋塑性性愈好，破坏坏前的预兆也也就愈明显。。此外，钢筋筋的塑性性能能愈好，钢筋筋加工成型也也愈容易。因因此应保证钢钢筋的伸长率率和冷弯性能能合格。（三）可焊性性钢材的可焊性性，是指在一一定的工艺和和结构条件下下，钢材经过过焊接后能够够获得良好的的焊接接头的的性能。在很很多情况下，，钢筋的接长长和钢筋之间间的连接需通通过焊接，可可焊性分为施施工上的可焊焊性和使用性性能上的可焊焊性。施工上上的可焊性是是要求在一定定的焊接工艺艺条件下，焊焊缝金属和近近缝区的钢材材不产生裂纹纹；使用性能能上的可焊性性要求焊接构构件在施焊后后的力学性能能不低于母材材的力学性能能。（四）与混凝凝土的粘结力力钢筋和混凝土土这两种物理理性能不同的的材料之所以以能结合在一一起共同工作作，主要是由由于混凝土在在结硬时，牢牢固地与钢筋筋粘结在一起起，相互传递递内力的缘故故。钢筋表面面的形状对粘粘结力有重要要影响，其中中钢筋凹凸不不平的表面与与混凝土的机机械咬合力是是最主要因素素，试验表明明，变形钢筋筋与混凝土之之间的粘结力力可比光圆钢钢筋提高1.5～2倍以上。混凝土的物理理力学性能一、砼的强度度砼构件和结构构一般处于复复合应力状态态，但是单向向受力状态下下砼强度是复复合应力状态态下强度的基基础和重要参参数注：影响因素素：水泥强度度等级、水灰灰比、骨料性性质、砼成型型方法、硬化化时环境条件件、砼龄期（一）砼立方方体抗压强度度1、又称砼强度度等级、基本本强度指标2、抗压强度fcu测定方法：边边长为150mm的标准立方体体试件在标准准养护条件（（温度20±2℃，相对湿度90％以上）下养养护28天后，以标准准试验方法（（中心加载，，加载速度为为0.3～1.0N/mm2/s），试件上、、下表面不涂涂润滑剂，连连续加载直至至试件破坏。。将试件的破破坏荷载除以以承压面积，，即为混凝土土标准立方体体抗压强度fcu3、立方体抗压强度度标准值fcuk测定方法：方法同同上，测得的具有有95%保证率的抗压强度度4、抗压强度fcu与抗压强度标准值值fcuk区别：fcuk测定时要求保证率率为95%5、砼立方体抗压强强度影响因素：（1）养护温湿度、龄龄期（2）试验方法（在接接触面上涂油脂与与否决定是否存在在套箍作用）一般情况下，试验验机承压板与试件件之间将产生阻止止试件向外自由变变形的摩阻力，就就如同在试件上下下端各加了一个套套箍，它阻碍了试试件的横向变形，，阻滞了裂缝的开开展，从而提高了了试块的抗压强度度。试件破坏时，，首先是试块中部部外围混凝土发生生剥落。这也说明明，试块和试验机机垫板之间的摩擦擦对试块有“套箍箍”作用，且这种种“套箍”作用越越靠近试块中部就就越小。如果在承承压板与试件之间间涂油脂润滑剂，，则实验加压时摩摩阻力将大为减小小。《混凝土规范》规定采用的是不加加润滑剂的试验方方法。如下图所示示。混凝土立方体试件件的破坏a）不加润滑剂b）加润滑剂（3）试件尺寸：立方方体试件尺寸越小小，摩阻力的影响响越大，测得的强强度也越高；同时时，试件越小产生生缺陷几率越小（4）加载速度：速度度越大，测得强度度越高（裂缝未得得到充分扩展）6、砼强度等级表示示方法及分类（1）混凝土的强度等等级按立方体抗压压强度标准值确定定，以符号C表示，单位N/mm2。如C35级混凝土，就表示示混凝土立方体抗抗压强度标准值为为35N/mm2（即35MPa）。（2）分类：混凝土强强度等级有分14级，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等。一般将混凝土土等级不小于C50的混凝土称为高强强混凝土。7、其他要求：钢筋筋混凝土结构混凝凝土强度等级不应应低于C15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土土强度等级不宜低低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重重复荷载的构件，，混凝土强度等级级不得低于C20。预应力混凝土结结构的混凝土强度度等级不应低于C30。（二）混凝土轴心心抗压强度（棱柱柱体抗压强度）1、测定目的：实际际工作中混凝土构构件往往不是立方方体而是棱柱体，，其长度比它的截截面边长要大得多多，因此棱柱体试试件的受力状态更更接近于实际构件件中混凝土的受力力情况2、测定方法：以150mm×150mm×300mm的试件为标准试件件，按照与立方方体试件相同条件件试验方法测得的的具有95％保证率的棱柱体体试件的极限抗压压强度值作为混凝凝土轴心抗压强度度，用fck表示。3、砼轴心抗压强度度fck与砼立方体抗压强度fcuk关系砼轴心抗压强度＜＜砼立方体抗压强强度4、原因：试件高度度增大后，上下两两端接触面摩擦力力对试件中部的影影响逐渐减弱。。（三）混凝土轴心抗拉强强度ftk（混凝土的基本强度度指标）1、与立方体抗压强强度关系ftk=1/18～1/9fcuk，且立方体抗压强强度提高，抗拉强强度也会有所提高高2、轴心抗拉强度的的工程意义混凝土的轴心抗拉拉极限强度是衡量量混凝土抗裂强度度及抗冲切强度的的重要指标3、影响因素：水泥泥石强度、水泥石石与骨料粘结强度度4、提高砼轴心抗拉拉强度方法：选择择粗糙骨料；提高高养护条件5、测定方法（1）直接法1）对位于试件两端端轴线上的预埋钢钢筋施加拉力，破破坏时裂缝产生在在试件中部。试件件破坏时的平均拉拉应力即为混凝土土的轴心抗拉强度度。2）特点：a优点：方法简单；；b缺点：预埋件难对对中，会形成偏心心，所得强度往往往小于实际抗拉强强度（2）间接法（（劈裂试验验）1）对圆柱体体或立方体体试件通过过弧形垫条条及垫层施施加线荷载载。在试件件中间垂直直截面上除除垫条附近近极小部分分外，都将将产生均匀匀分布的拉拉应力。当当拉应力达达到混凝土土抗拉强度度时，试件件沿中间垂垂直截面劈劈裂，根据据公式计算算抗拉强度度2）特点：测测定数值准准确（四）混凝凝土轴心抗抗压（拉））强度标准准值与设计计值材料强度标标准值：不考虑同一批批材料实际际强度时大大时小的离离散性，为为了统一材材料质量要要求而规定定的材料极极限强度的的值。混凝土强度度设计值：：用于承载载力极限状状态设计计计算，考虑虑到材料非非线性性能能，乘以安安全系数后后得到二、混凝土土的变形混凝土的变变形可分为为两大类，，一类是由由外荷载作作用而产生生的受力变变形，包括括一次短期期加载变形形、荷载长长期作用下下的变形和和重复荷载载作用下的的变形；另另一类是非非外荷载因因素（温度度、湿度等等的变化））引起的体体积变形，，包括混凝凝土收缩变变形、温度度变形等。。（一）混凝凝土的受力力变形1、混凝土在在一次短期期荷载作用用下的变形形下图所示为为其典型的的受压应力力-应变曲线，，以棱柱体体试件进行行测定，曲曲线由两个个阶段组成成1）上升段（（OC曲段）：OA段：应力较较小曲线呈呈直线变化化，混凝土土处于弹性性工作阶段段，内部的的初始微裂裂缝没有发发展；AB段，应力-应变关系偏偏离直线，，混凝土开开始表现明明显的弹塑塑性。混凝凝土内部微微裂缝已有有所发展，，但处于稳稳定状态；；BC段：应变增增长速度进进一步加快快，接近fc时，塑性变变形急剧增增大，混凝凝土内部微微裂缝进入入非稳定发发展阶段；；当到达应应力峰值C点时，应力力达到轴心心抗压强度度fc。此时内部部微裂缝扩扩展成若干干通缝。2）下降段（（C点以后的曲曲线）：过过C点后，试件件承载力随随应变增长长逐渐减小小，应力开开始下降时时，试件表表面出现不不连续裂缝缝，以后应应力下降加加快，应力力-应变曲线的的坡度变陡陡，曲线在在D点出现反弯弯，试件在在宏观上已已破坏，此此时混凝土土已达到极极限压应变变。当到达达E时，应力下下降减缓，，最后趋向向于稳定的的残余应力力注：混凝土土的应力一一应变关系系图形是一一条曲线，，只有当压压应力很小小时，才可可将其视为为弹性材料料。曲线分分为上升段段和下降段段，说明混混凝土在破破坏过程中中，承载力力是一个从从增加到减减小的过程程，当混凝凝土的压应应力达到最最大时，并并不意味着着立即破坏坏。2、混凝土在在多次重复复荷载作用用下的变形形1）混凝土棱棱柱体在一一次加荷卸卸荷时的应应力-应变曲线下图表示混混凝土棱柱柱体在一次次加荷卸荷荷时的应力力一应变曲曲线，加荷荷曲线面凹凹向ε轴，而卸荷荷曲线而凸凸向ε轴，当荷载载全部卸完完一瞬间，，卸荷曲线线的末端为为B点，如果停停留一段时时间再量测测试件的变变形，则发发现变形又又恢复一部部分，也即即由B点到B′点，则BB′的恢复变形形称为混凝凝土的弹性性后效，OB′称为试件残残余应变。。2）混凝土棱棱柱体多次次重复荷载载作用下的的应力-应变曲线当每次加载载的最大压压应力值不不超过某个个限值且多多次重复，，混凝土的的塑性变形形逐步残留留下来，环环状曲线包包围的面积积越来越小小，最后闭闭合为一条条直线，大大致平行于于一次加荷荷曲线的原原点所作的的切线；当当加载时的的最大压应应力值超过过某一限值值时，随着着荷载重复复次数的增增加，当荷荷载重复到到一定次数数时，混凝凝土试件将将因严重开开裂或变形形过大而破破坏。※疲劳破坏坏：因荷荷载多次次重复作作用而引引起的破破坏称为为疲劳破破坏疲劳强度度：将将混凝土土试件承承受200万次重复复荷载时时发生破破坏的压压应力值值称为混混凝土的的疲劳强强度3、混凝土土在长期期荷载作作用下的的变形（（徐变））下图为混混凝土试试件在持持续荷载载作用下下，应变变与时间间的关系系曲线。。（1）徐变：：混凝土土在不变变的应力力长期持持续作用用下，应应变随时时间继续续增长的的现象称称为混凝凝土的徐徐变。（2）徐变与与塑性变变形区区别：塑塑性变形形只有当当应力超超过了材材料的弹弹性极限限后才发发生，而而且是不不可恢复复的。徐徐变不仅仅部分可可恢复，，而且在在较小的的应力时时就能发发生。（3）产生徐徐变的原原因：：a混凝土中中的水泥泥凝胶体体在荷载载作用下下产生黏黏性流动动，并把把它所承承受的压压力逐渐渐转给骨骨料颗粒粒，使骨骨料压应应力增大大，试件件变形也也随之增增大b混凝土内内部的微微裂缝在在荷载长长期作用用下不断断发展和和增加，，也使徐徐变增大大※当应力不不大时，，徐变的的发展以以第一个个原因为为主；当当应力较较大时，，则以第第二个原原因为主主。（4）徐变规规律：1）混凝土土的徐变变与混凝凝土的应应力大小小有关，，应力愈愈大，徐徐变也愈愈大2）应力不不变，砼砼徐变随随时间增增长而继继续增长长3）混凝土土加荷龄龄期愈短短，即混混凝土愈愈“年轻轻”，徐徐变愈大大4）水泥用用量愈多多，水灰灰比愈大大，徐变变愈大5）混凝土土集料愈愈坚硬、、养护时时相对湿湿度愈高高，徐变变愈小（5）讨论徐徐变的意意义1）徐变对对结构和和构件的的影响，，在多数数情况下下是不利利的2）徐变引引起的内内力或应应力重分分布及应应力松弛弛有时候候对结构构构件有有利（如如对钢筋筋混凝土土轴心受受压柱，，徐变引引起的混混凝土和和受压钢钢筋之间间的应力力重分布布，使钢钢筋和混混凝土的的应力有有可能同同时达到到各自的的强度，，有利于于充分发发挥材料料强度））（二）混混凝土的的体积变变形1、混凝土土的收缩缩与膨胀胀（1）混凝土土的收缩缩：混凝凝土在空空气中结结硬时其其体积会会缩小的的现象称称为混凝凝土的收收缩。（2）混凝土土的膨胀胀：混凝凝土在水水中或处处于饱和和湿度情情况下结结硬时体体积增大大的现象象称为混混凝土的的膨胀。。（一般情情况下混混凝土的的收缩值值比膨胀胀值大很很多，混混凝土的的膨胀往往往对构构件有利利，在计计算中不不予考虑虑。）（3）砼收缩缩原因：：由凝胶胶体本身身的体积积收缩（（即凝结结）和混混凝土因因失水产产生的体体积收缩缩（即干干缩）两两部分组组成。。2、混凝土土的温度度变形（1）温度变变形可能能引起的的问题：：温度应应力会使使混凝土土形成贯贯穿性裂裂缝，进进而导致致渗漏、、钢筋锈锈蚀、整整体性下下降，使使结构承承载力和和混凝土土的耐久久性显著著降低。。（2）产生原原因：水水泥水化化作用时时释放出出的热量量导致构构件内部部的温度度上升，，构件表表面由于于便于散散热而温温度相对对较低，，构件内内外温差差引起应应力，从从而导致致混凝土土开裂。。三、混凝凝土的弹弹性模量量采用棱柱柱体试件件，反复复加荷卸卸荷5～10次后，混凝凝土受压应应力-应变关系曲曲线基本上上接近直线线，并大致致平行于原原点切线，，取该直线线的斜率作作为混凝土土受压弹性性模量Ec的数值。《混凝土规范范》中混凝土的的弹性模量量按下式计计算第三节钢钢筋与混凝凝土之间的的粘结一、钢筋与与混凝土的的粘结力（一）钢筋筋与混凝土土的共同工工作1、共同工作作基础（1）混凝土和和钢筋之间间有着良好好的粘结力力，使两者者能可靠的的结合成一一个整体，，在荷载作作用下能够够协调地共共同变形，，完成其结结构功能。。（2）温度线膨膨胀系数接接近，因此此当温度变变化时，不不致产生较较大的温度度应力而破破坏二者之之间的粘结结。（3）混凝土包包在钢筋外外围，保护护钢筋免遭遭锈蚀，保保证了钢筋筋和混凝土土的共同工工作。2、粘结力（1）概念：沿沿钢筋和混混凝土粘结结界面的滑滑动趋势在在二者接触触面上产生生的沿钢筋筋纵向的剪剪应力（2）粘结力意意义：钢筋筋和混凝土土之间有足足够的粘结结强度，才才能承受相相对滑动，，它们之间间依靠粘结结来传递应应力并协调调变形。（3）粘结力在在钢筋混凝凝土中的作作用性质分分类1）锚固粘结结应力：钢钢筋在支座座处必须有有足够的锚锚固长度（（延伸长度度），以防防钢筋在未未充分发挥挥作用前就就被拔出；；同时为保保证钢筋与与钢筋间正正常传递内内力，不同同根钢筋搭搭接接头应应有一定搭搭接长度。。2）局部粘结结应力：即即砼与钢筋筋握裹力，，反应了砼砼参与受力力的程度。。（二）粘结结力的分布布及组成1、测定粘结结应力方法法：拔出试试验2、粘结力的的组成1）胶结力：：水泥浆凝凝结时产生生化学作用用，该力较较小，当接接触面发生生相对滑移移时，该力力即行消失失2）摩阻力（（摩擦力））：混凝土土、钢筋二二者出现滑滑移时，在在接触面上上产生摩擦擦阻力，且且二者间挤挤压力越大大、接触面面越粗糙，，摩擦力越越大3）机械咬合合力：钢筋筋表面凸凹凹不平与混混凝土之间间产生的机机械咬合作作用。约占占总粘结力力的一半以以上；咬合合力是变形形钢筋粘结结力的主要要来源4）钢筋端部部锚固力：：用钢筋端端部弯钩、、弯折；在在锚固区焊焊短钢筋、、短角钢等等方法来提提供锚固力力二、保证粘粘结强度的的措施1、采用适宜宜的混凝土土强度等级级：混凝土土强度等级级愈高，钢钢筋与混凝凝土的粘结结力也愈高高（胶结力力大）2、采用带肋肋钢筋（（机械啮合合力大）3、光圆受拉拉钢筋的端端部应做成成弯钩钢筋的表面面粗糙程度度也影响到到粘结强度度。轻度锈锈蚀的钢筋筋的粘结强强度比无锈锈及除锈处处理的钢筋筋要高。所所以，除锈锈蚀严重的的钢筋外，，钢筋一般般可不必进进行除锈处处理4、保证钢筋筋在混凝土土中的锚固固长度试验证明，，当钢筋的的锚固长度度不足时，，有可能发发生拔出破破坏。所以以钢筋必须须有一定的的锚固长度度。《混凝土规范范》规定锚固长长度可按下下式计算式中：α-外形系数；；fy-钢筋抗拉强强度设计值值；ft-砼轴心抗拉拉强度设计计值；d-钢筋直径5、保证钢筋筋在混凝土土中的搭接接长度实际工程中中需要对受受拉钢筋进进行搭接时时，搭接长长度应大于于锚固长度度6、钢筋周围围的混凝土土应有足够够的厚度混凝土保护护层较薄或或钢筋间净净距过小，，随钢筋应应力的增大大，会使混混凝土沿钢钢筋纵向产产生劈裂裂裂缝，造成成混凝土保保护层剥落落，使粘结结强度显著著降低，因因此混凝土土保护层和和钢筋间距距对确保其其粘结强度度的作用很很大7、设置一定定数量的横横向钢筋横向钢筋可可以延缓纵纵向裂缝的的发展，在在较大直径径钢筋的锚锚固或搭接接长度范围围内，加强强横向箍筋筋（如箍筋筋加密等）），以防止止混凝土保保护层的劈劈裂崩落8、粘结强度度与浇筑混混凝土时钢钢筋的位置置有关浇筑深度超超过300mm以上的混凝凝土时，钢钢筋底面的的混凝土中中气泡逸出出，使混凝凝土与水平平放置的钢钢筋之间形形成一层强强度较低的的空隙层，，它将削弱弱钢筋与混混凝土的粘粘结作用。。因此，对对高度较大大的混凝土土构件应分分层浇筑和和采用二次次振捣本章小结1、钢筋的品品种，可以以按外形、、化学成分分、生产加加工工艺分分类；按生生产工艺分分类有：热热轧钢筋、、冷拉钢筋筋、热处理理钢筋、钢钢丝。2、钢筋的强强度和变形形性能可以以通过拉伸伸试验的应应力一应变变曲线来讨讨论，一类类具有明显显流幅（或或有明显屈屈服点），，如热轧钢钢筋和冷拉拉钢筋，其其力学性质质相对较软软，常称之之为软钢；；另一类无无明显流幅幅（或无明明显屈服点点），如热热处理钢筋筋、预应力力钢丝和钢钢绞线，其其力学性质质相对较硬硬，常称为为硬钢。3、钢筋混凝凝土结构及及预应力混混凝土结构构的钢筋，，应按下列列规定选用用：普通钢钢筋宜采用用HRB400级和HRB335级钢筋，也也可采用HPB235级和RRB400级钢筋；普普通钢筋系系指用于钢钢筋混凝土土结构中的的钢筋和预预应力混凝凝土结构中中的非预应应力钢筋；；预应力钢钢筋宜采用用预应力钢钢绞线、钢钢丝，也可可采用热处处理钢筋。。4、可利用这这些钢筋冷冷作硬化和和时效的规规律来提高高钢材的强强度，以达达到节约钢钢材的目的的。工程上上常用的冷冷加工钢筋筋的方法主主要有冷拉拉和冷拔两两种。5、在钢筋混混凝土结构构中，对钢钢筋性能的的要求是：：强度高、、塑性好、、可焊性好好、与混凝凝土的粘结结锚固性能能好。6、混凝土的的立方体抗抗压强度是是混凝土最最基本的强强度指标。。混凝土的的强度等级级是按标准准试验方法法测得的立立方体抗压压强度标准准值来划分分的。混凝凝土的轴心心抗压强度度和轴心抗抗拉强度均均可由混凝凝土的立方方体抗压强强度换算得得到。7、混凝土是是一种弹塑塑性材料。。混凝土在在长期不变变荷载作用用下，应变变随时间不不断增长的的现象称为为徐变。混混凝土的徐徐变对结构构产生不利利影响。8、混凝土在在空气中结结硬时其体体积会缩小小的现象称称为混凝土土的收缩。。当混凝土土受到各种种制约不能能自由收缩缩时，将在在混凝土中中产生拉应应力，甚至至导致混凝凝土产生收收缩裂缝。。9、粘结力就就是由于钢钢筋和混凝凝土粘结的的滑动趋势势在二者接接触面上产产生的沿钢钢筋纵向的的剪应力。。钢筋和混混凝土之间间的粘结作作用是保证证二者能共共同工作的的主要原因因。10、为使钢筋筋与混凝土土之间有足足够的粘结结作用，我我国设计规规范是采用用规定的钢钢筋锚固长长度和搭接接长度等构构造措施来来保证的，，在设计和和施工时必必须严格遵遵守相应的的规定。第三章结结构设计方方法

第一一节结构构设计的要要求一、结构的的功能要求求1、结构设计