混凝土结构设计原理 知识点

绪论●钢筋混凝土结构的优缺点：优点：防止射线穿透、就地取材、节约钢材、耐久性好、耐火性好、可模性好、整体性好缺点：自重大、易开裂、耗模板、施工易受季节性影响、隔热隔声性能好●建筑结构的功能：安全性、适用性、耐久性●结构的极限状态可分为承载力极限状态和正常使用极限状态。承载力极限状态：结构或构件达到最大承载能力或变形达到不适合继续承载的状态正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定的限度的状态第二章●《混凝土结构设计规范》规定混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定，用符号fcu，k表示●立方体标准试件：150mm×150mm×150mm●加载速度对立方体抗压强度的影响：加载速度越快，测得的强度越高●采用棱柱体比立柱体能更好地反映混凝土结构的实际抗压能力●轴心抗压强度试验的标准试件：150mm×150mm×300mm●双向应力状态下混凝土包络破坏图：σ1、σ2为法向应力σ0是单轴向受力状态下的混凝土抗压强度，一旦超过包络线就意味着材料发生破坏第一象限：双向受拉区，σ1、σ2相互影响不大，不同比值σ1/σ2下的双向受拉强度均接近于单向受拉强度第三象限：双向受压区，大体上一向的强度随另一项压力的增加而增加，混凝土双向受压强度比单向受压强度最多可提高27%第二、第四象限：拉-压应力状态。混凝土强度均低于单向抗拉伸或单向抗压时的强度●混凝土的弹性模量（原点模量）：E●徐变的定义：结构或材料承受的应力不变，而应变随时间增长的现象●徐变的影响：①与应力大小密切联系，应力越大徐变越大②龄期越早，徐变越大③混凝土的组成成分的影响，水泥用量越大，徐变越大；水灰比越大，徐变越大④骨料弹性性质的影响，骨料越坚硬，徐变越小⑤养护时温度越高、湿度大水泥水化作用充分，徐变越小⑥构件的形状、尺寸的影响，大尺寸试件内部失水受到限制，徐变减小⑦钢筋存在的影响●国产普通钢筋按其屈服强度标准值的高低，分为4个强度等级：300MPa、335MPa、400MPa和500MPa●牌号HPB300是热轧光圆钢筋，HPB是英文名缩写，300是屈服强度标准值的标志●钢筋的应力-应变曲线有明显的流幅：例如由热轧低碳钢和普通热轧低合金钢所制成的钢筋;对有明显流幅的钢筋：在计算承载力时以屈服点作为钢筋强度限值；没有明显的流幅：例如由高碳钢制成的钢筋对无明显流幅或屈服点的预应力钢筋：一般取残余应变0.2%所对应应力σP0.2作为其条件屈服强度标准值f第三章●纵向受拉钢筋的配筋率：ρ=●混凝土保护层厚度：从最外层钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离，称为混凝土保护层厚度，用c表示，最外层钢筋包括箍筋、构造筋、分布筋等。●三个阶段分别为：未裂阶段、裂缝阶段和破坏阶段●第Ⅰ阶段：混凝土开裂前的未裂阶段特点：①混凝土没有开裂②受压区混凝土的应力图形是直线，受压区混凝土的应力图形第Ⅰ阶段前期是直线，后期是曲线③弯矩与截面曲率基本上是直线关系。●Ⅰa阶段可作为受弯构件抗裂度的计算依据。●第Ⅱ阶段：混凝土开裂后至钢筋屈服前的裂缝阶段●裂缝出现时梁的挠度和截面曲率都突然增大。●第Ⅱ阶段是裂缝发生、开展的阶段，在此阶段中梁是带裂缝工作的特点：①在裂缝截面处，受拉区大部分混凝土退出工作，拉力主要有纵向拉钢筋承担，但钢筋没有屈服②受压区混凝土已有塑性变形，但不充分，压应力图形为只有上升段的曲线③弯矩与截面曲率是曲线关系，截面曲率与挠度的增长加快。●阶段Ⅱ相当于梁正常使用时的受力状态，可作为正常使用阶段验算变形和裂缝开展宽度的依据●第Ⅲ阶段：钢筋开始屈服至截面破坏的破坏阶段●纵向受拉钢筋屈服后，正截面就进入第Ⅲ阶段工作●可见截面破坏的过程是破坏始于纵向受拉钢筋屈服，终结于受压区边缘混凝土压碎。特点：①纵向受拉钢筋屈服，拉力保持为常值；裂缝截面处，受拉区大部分混凝土已退出工作，受拉区混凝土压应力图形比较丰满，有上升段曲线,也有下降段曲线②由于受压区混凝土合压力作用点外移使内力臂增大,故弯矩还略有增加③受压区边缘混凝土压应变达到其极限压应变实验值εcu④弯矩一曲率关系为接近水平的曲线●Ⅲa阶段可作为正截面受弯承载力计算的依据●受弯构件正截面受弯破坏形态：适筋破坏、超筋破坏和少筋破坏适筋破坏：纵向受拉钢筋先屈服，受压区边缘混凝土随后压碎时，截面才破坏，属于延性破坏类型超筋破坏：混凝土受压区边缘先压碎，纵向受拉钢筋不屈服，在基本没有明显预兆的情况由于受压区混凝土被压碎而突然破坏，属于脆性破坏类型少筋破坏：受拉区混凝土一裂就坏，属于脆性破坏类型●纵向受压钢筋的抗压强度采用f'y的先决条件：x≥2a'●若fyAs≤α1fcb'fh'●若fyAs>α1fcb'fh'f（适用于复核题的鉴别●从正截面受弯承载力的观点来看，第一类T形截面就相当于宽度为b'f的矩形截面，不过它的配筋百分率ρ仍应按肋部宽度第四章●在保证受弯构件正截面受弯承载力的同时，还要保证斜截面承载力，它包括斜截面受剪承载力和斜截面受弯承载力两方面。工程设计中，斜截面受剪承载力是由计算和构造来满足的，斜截面受弯承载力则是通过对纵向钢筋和箍筋的构造要求来保证的。●腹剪斜裂缝：当荷载增大，拉应变达到混凝土的极限拉应变值时，混凝土开裂，沿主压应力迹线产生腹部的斜裂缝，称为腹剪斜裂缝特点：腹剪斜裂缝中间宽两头细，呈枣核形，常见于Ⅰ形截面薄腹梁中●弯剪斜裂缝：由竖向裂缝发展而成的斜裂缝，称为弯剪斜裂缝特点：上宽下细，是最常见的●斜截面受剪破坏的三种主要形态：斜压破坏、剪压破坏、斜拉破坏●三种破坏形态的斜截面受剪承载力是不同的，斜压破坏时最大，其次为剪压，斜拉最小。它们在达到峰值荷载时，跨中挠度都不大，破坏时荷载都会迅速下降，表明它们都属脆性破坏类型，是工程中应尽量避免的，尤其是应避免斜拉破坏。●规范规定用构造措施，强制性地来防止斜拉、斜压破坏，而对剪压破坏，因其承载力变化幅度相对较大所以是通过计算来防止的。●梁内箍筋的配筋率ρsv=Asv/bs=n·Asv1/bs●对于斜压破坏，通常用控制截面的最小尺寸来防止；对于斜拉破坏，则用满足箍筋的最小配筋率条件及构造要求来防止；对于剪压破坏，因其承载力变化幅度较大，必须通过计算，使构件满足一定的斜截面受剪承载力，从而防止剪压破坏。●计算截面：①支座边缘处的截面②受拉区弯起钢筋弯起点处的斜截面③箍筋截面面积或间距改变处的斜截面④腹板宽度改变处的斜截面●梁中箍筋的最大间距：箍筋的间距在绑扎骨架中不应大于15d，同时不应大于400mm，d为纵向受压钢筋中的最小直径。这是为了使箍筋的设置与受压钢筋协调，以防止受压筋的压曲。●位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率：对梁类、板类及墙类构件，不宜大于25%；对柱类构件，不宜大于50%。第五章●规范给出的轴心受压构件承载力计算公式：N式中φ——钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数●凡属下列情况之一者，不考虑间接钢筋的影响而按上式计算构件的承载力：①当l0②当按式Nu=0.9f③当间接钢筋换算截面面积Ass0小于纵筋全部截面面积的25%时，可以认为间接钢筋配④如在正截面受压承载力计算中考虑间接钢筋的作用时，箍筋间距不应大于80mm及dcor/5，也不小于40mm。间接钢筋的直径按箍筋有关规定采用。●实验表明，钢筋混凝土偏心受压短柱的破坏形态有受拉破坏和受压破坏两种破坏形态。●受拉破坏形态：又称大偏心受压破坏，它发生于轴向压力N的相对偏心距较大，且受拉钢筋配置的不太多时。特点：受拉钢筋先达到屈服强度，最终导致受压区边缘混凝土压碎截面破坏。这种破坏形态与适筋梁的破坏形态相似。●受压破坏形态：又称小偏心受压破坏，截面破坏是从受压区边缘开始的特点：混凝土先被压碎，远侧钢筋可能受拉也可能受压，受拉时不屈服，受压时可能屈服也可能不屈服，属于脆性破坏类型。●“受拉破坏形态”与“受压破坏形态”都属于材料发生了破坏●相同之处：是截面的最终破坏都是受压区边缘混凝土达到其极限压应变值而被压碎●不同之处：截面破坏的起因，受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混凝土被压碎。●界限破坏：在“受拉破坏形态”与“受压破坏形态”之间存在着一种界限破坏形态,称为“界限破坏”。它不仅有横向主裂缝,而且比较明显。特征:在受拉钢筋达到受拉屈服强度的同时,受压区边缘混凝土被压碎。界限破坏形态也属于受拉破坏形态。●当ξ≤ξb时属大偏心受压破坏形态，当●P157选择题●试验表明，轴压力的存在，能推迟垂直裂缝的出现，并使裂缝宽度减小；产生压区高度增大，斜裂缝倾角变小而水平投影长度基车不变，纵筋拉力降低的现象，使得构件斜截面受剪承载力要高一些。第七章●变角度空间析架模型的基本思路：在裂缝充分发展且钢筋应力接近屈服强度时，截面核心混凝土退出工作，从而实心截面的钢筋混凝土受扭构件可以用一个空心的箱型截面构件来代替，它由螺旋形裂缝的混凝土外壳、纵筋和箍筋三者共同组成变角度空间桁架以抵抗扭矩。●国内试验表明，若ξ在0.5～2.0范围内变化，构件破坏时，其受扭纵筋和箍筋应力均可达到屈服强度。为了稳妥，《混凝土结构设计规范》取的限制条件为ξ≥0.6。当ξ>1.7时，按ξ=1.7计算（ξ为受扭构件纵筋与箍筋的配筋强度比）●T形和I形截面剪扭矩构件的承载力：（1）剪扭构件的受剪承载力，即假设剪力全部由腹板承担（2）剪扭构件的受扭承载力，可按纯扭构件的计算方法；腹板为剪扭构件；受压翼缘及受拉翼缘为纯扭构件可按矩形截面纯扭构件的规定进行计算，但计算时应将T及Wt分别以T'f及W'ft和Tf及Wtf代替●矩形、T形、I形和箱形截面钢筋混凝土弯剪扭构件配筋计算的一般原则是：纵向钢筋应按受弯构件的正截面受弯承载力和剪扭构件的受扭承载力分别计算所需的钢筋截面面积和相应的位置进行配筋。箍筋应按剪扭构件的受剪承载力和受扭承载力分别计算所需的筋截面面积，并配置在相应位置。●受扭纵向钢筋的构造要求：（1）受扭纵向受力钢筋的间距不应大于200mm和梁的截面宽度（2）在截面四角必须设置受扭纵向受力钢筋，并沿截面周边均匀对称布置第八章●短期截面弯曲度Bs：当其他条件相同时，截面有效高度h0对截面夸曲刚度的影响最显著。●最小刚度原则：在简支梁全跨长范围内，可都按弯矩最大处的截面弯曲刚度，亦即按最小的截面弯曲刚度，用材料力学方法中不考虑剪切变形影响的公式来计算挠度。当构件上存在正、负弯矩时，可分别取同号弯矩区段内｜Mmax｜处截面的最小刚度计算挠度。●当计算最大裂缝宽度超过允许值不大时，常可用减小钢筋直径的方法解决；必要时可适当增加配筋率。●框架柱的轴压比μN：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，即μN=N/（fcA）●大偏心受压破坏属于延性破坏类型，小偏心受压破坏属于脆性破坏类型。为了使得框架柱有较好的抗震性能，就要求它的破坏形态是属延性破坏类型的。于是就把界限破坏时的轴压比作为分界线，称为轴压比限值[μN]，当满足时μN≤[μN]，框架柱的破坏形态就是大偏心受压的，即属于延性破坏类型。●混凝土的碳化及钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的最主要因素。●混凝土的碳化：大气环境中的CO2引起混凝土中性化的过程称为混凝土的碳化。●碳化对混凝土本身是无害的，但碳化会破坏钢筋表面的氧化膜，为钢筋锈蚀创造了前提条件；同时碳化会加剧混凝土的收缩，可导致混凝土开裂，使钢筋容易锈蚀。●混凝土中钢筋的锈蚀机理是电化学腐蚀。●减小、延缓其碳化的主要措施：（1）合理设计混凝土配合比，规定水泥用量的低限值和水灰比的高限值，合理采用掺合料。（2）提高混凝土的密实性、抗渗性（3）规定钢筋保护层的最小厚度（4）采用覆盖面层（水泥砂浆或涂料等）●防止钢筋锈蚀的主要措施有：（1）降低水灰比，增加水泥用量，提高混凝土的密实度；（2）要有足够的混凝土保护层厚度；（3）严格控制氯离子的含量；（4）采用覆盖层，防止CO2、O2、CI-的渗入第九章●什么是预应力混凝土构件？优缺点？预应力混凝土构件是常用的张拉预应力筋和预应力混凝土构件。优点：①预应力混凝土构件可以延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂强度和刚度。②高强度钢筋和高强度混凝土的应用，可取得节约钢筋、减轻构件自重的效果，克服了钢筋混凝土的主要缺点。缺点：构造、施工和计算均较钢筋混凝土构件复杂，且延性也差些。●预应力混凝土构件分为全预应力的和部分预应力的两类全预应力混凝土：在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件，一般称为全预应力混凝土，大致相当于《混凝土结构设计规范》中裂缝的控制等级为一级，即严格要求不出现裂缝的构件。部分预应力混凝土：在使用荷载作用下，允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，一般称为部分预应力混凝土，大致相当于《混凝土结构设计规范》中裂缝的控制等级为三级，即允许出现裂缝的构件。限制预应力混凝土：在使用荷载作用下根据