混凝土结构基本计算理论

15混凝土结构基本计算理论主要内容第一章混凝土结构基本理论第二章砌体结构基本理论第三章结构性能检验概述第四章后置埋件基础知识第五章钢筋混凝土结构工程检测第六章砌体结构工程检测第七章预制构件检测第一章混凝土结构结构理论第一节钢筋混凝土结构基本概念第二节混凝土结构的极限状态设计法第三节钢筋混凝土材料的力学性能第四节混凝土的力学性能第五节受弯构件基本概念第六节受剪构件基本概念第七节受压构件基本概念第八节受扭构件基本概念第九节刚度裂缝基本概念第十节预应力构件基本概念第一节钢筋混凝土结构基本概念在一般情况下，混凝土结构是指由钢筋和混凝土组成的钢筋混凝土结构。把钢筋和混凝土这两种材料按照合理的方式结合在一起共同工作，钢筋主要承受拉力，混凝土主要承受压力。两种材料共同工作的机理：（1）钢筋和混凝土之间存在粘结力，能够传递力和变形；（2）钢筋和混凝土的线膨胀系数接近（温度变化时不会产生过大的相对变形）；（3）混凝土可以保护钢筋，防止钢筋锈蚀。1.1.1结构基本构件受弯构件：各种单独的梁、板以及由梁组成整体的楼盖、屋盖等；受压构件：柱、剪力墙和屋架的压杆等；受拉构件：如屋架的拉杆、水池的池壁等；受扭构件：如带有悬挑雨蓬的过梁、框架的边梁等。1.1.2复合受力构件：同时承受两种或两种以上以上内力(弯矩、剪力、压力、扭矩等)的构件，如压弯构件、拉弯构件、弯扭构件、拉弯扭构件等。第二节混凝土结构的极限状态设计法结构上的作用是施加在结构上的各种荷载以及引起结构产生内力或变形等效应的各种因素的总称。作用分为直接作用和间接作用两种。荷载分恒载(永久荷载)和活载(可变荷载)两种。活荷载有标准值、组合值、频遇值、准永久值四种代表值，分别用于极限状态设计中的不同场合，其中标准值是荷载的基本代表值。

结构的极限状态

定义：整个结构或结构的某一部分超过某一特定状态，此时就不能满足安全、适用或耐久性要求。分类：承载力极限状态和正常使用极限状态两类。结构设计时，必须进行承载力计算，同时对正常使用极限状态进行验算，以确保结构对安全、适用、耐久性的要求。设计任何建筑物和构筑物时，都必须保证其在规定时间内(一般为50年)在规定条件下完成预定功能(安全、适用、耐久)的概率大于某一规定的数值。或者说，要求其在规定的时间内在规定的条件下失效的率小于某一规定的数值。发生情况及R一S<0的概率称为结构的失效概率。结构不失效的保证率，称为结构可靠度。我国根据结构的安全级和破坏类型，规定按承载能力极限状态设计时的目标可靠指标值。为实用，用结构重要性系数、载分项系数、材料分项系数等来表达，得出供结构设计用的近似概率极限状态设计法及相应的表达式按不小于95％的保证率确定材料强度和荷载效应的标准值。材料强度的标准值除以材料分项系后即为其设计值。荷载效应的标准值乘以荷载分项系数后即为荷载效应设计值。承载能力极限状态表达式中，采用荷载效应和材料强度的设计值，并引入组合系数（考虑多个活载最大值不同时发生）正常使用极限状态表达式中，永久荷载和材料强度均用标准值，当标准组合时，可变荷载采用组合值，准永久组合时，可变荷载采用准永久值。第三节钢筋混凝土材料的力学性能1.3.1钢筋的形式和品种：热轧钢筋：HPB235、HRB335、HRB400冷拉钢筋：（新修订规范未将冷加工钢筋列入）钢丝、钢绞线：高强钢丝，中强钢丝，钢绞线热处理钢筋1.3.2对钢筋质量的要求

（一）强度：钢筋的屈服强度是设计依据（不考虑强化段的影响）；极限强度表示钢筋拉断时的实际强度；强屈比（或屈强比）表示结构的可靠性潜力。①伸长率（伸长率越大，表示钢筋塑性或延性越好）②冷弯性能钢筋的主要检验指标：有明显屈服点的钢筋：检验屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能四项指标；无明显屈服点的钢筋：只须检验极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能三项指标。（二）塑性（三）可焊性

重要工程的结构构件都要求采用焊接方式，因此，钢筋可焊性能直接影响着混凝土结构构件的质量。（四）与混凝土的粘结锚固性能粘结力是钢筋与混凝土共同工作的基础，为保证两者的粘结锚固效果，除强度较低的HPB235之外，强度较高的HRB335、HEB400等钢筋都表面带肋。1.3.3、钢筋的蠕变、松弛钢筋的蠕变（徐变）：钢筋在应力（较高）不变情况下，应变随时间增长而增长的现象。（应用较少）。钢筋的松弛：钢筋在应变不变情况下，应力随时间增长而降低的现象。（应用较多）钢筋的疲劳破坏：钢筋在多次重复、周期动荷载的作用下，从塑性破坏的性质转变成脆性突然断裂的现象。钢筋的疲劳强度：钢筋在一定应力幅度内，经受某一规定次数循环加载后，才发生疲劳破坏的最大应力值。影响钢筋疲劳强度的因素：应力幅度、最大应力值、钢筋表面形状、钢筋强度、试验方法等。1.3.4、钢筋的疲劳破坏和疲劳强度第四节混凝土的力学性能1.4.1混凝土的强度等级

混凝土强度等级是按照采用标准试件(边长150mm的立方体混凝土试块)制作，在标准养护条件（20℃±3℃、相对湿度不小于90%）下养护28d，并采用标准试验方法（试块表面不涂润滑剂、全截面均匀受压、加荷速度0.15～0.25N/mm2·s）所测得的具有95%保证率的抗压强度（单位：N/mm2）确定，用符号“C”表示。我国《混凝土结构设计规范》GB50010-2002规定的混凝土强度等级有：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等。《混凝土结构设计规范》规定：钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件，混凝土强度等级不得低于C20。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。1.4.2混凝土的强度指标

（一）立方体抗压强度混凝土的轴心抗压强度（棱柱体强度）比立方体强度更接近构件中混凝土实际受压时的强度，是混凝土结构设计计算中的重要强度指标。《混凝土结构设计规范》考虑结构中混凝土强度与试件混凝土强度之间的差异，有：（工程设计应用）（二揭）混硬凝土找的轴醒心抗携压强每度（仪棱柱乔体强泛度）混凝说土的轴心悟抗压画强度（棱鼠柱体伶强度载）fc比立咏方体敲强度fcu更接端近构端件中怀混凝麻土实狼际受偷压时馅的强啄度，浮是混势凝土传结构幸设计须计算孤中的阶重要逆强度择指标洒。《混仆凝土坦结构背设计琴规范粒》考厕虑结杏构中晒混凝陡土强馆度与霉试件腥混凝台土强汉度之荐间的漫差异塔，有态：科学塘研究瞎：工程抹应用沙：（三盏）混盘凝土欺的轴跑心抗宪拉强舅度混凝港土的友抗拉司强度瓦远小崇于其朽抗压获强度侦，一荐般有《混服凝土盘结构低设计略规范鹊》中迫抗拉粘强度蜂计算侄公式荡为规赏定量源纲的芬公式脊。1.生4.篇3猴混凝茄土的谦徐变性和收够缩（1重）混凝望土的摇徐变徐变护是指穷混凝夜土在月荷载音长期物作用剃下随类时间躺而增谱长的按变形再。徐变借对钢航筋混欢凝土裂结构使的不罢利影毕响是尿使构兄件的握变形境增加捎，引遭起长捧柱的凝附加筒偏心蔽距增舅加、缓降低酸承载夹力，超引起创截面绑应力帐重分掀布（蒸使钢稠筋应县力增禽加）寄，在助预应盗力混磁凝土堤结构看中引协起较明大的忆预应捷力损由，有也利影杜响是状可减奥小支埋座不垫均匀磨沉降待所产眨生的惠内力势，延缓缓收殖缩裂厉缝的隙出现柄。（2赢）混凝价土的盏膨胀疼和收翅缩膨胀镇：混酸凝土目在水霉中结陶硬体婆积增案大的雷现象絮；收缩涝：混起凝土酱在空岗气中往结硬戴体积倒减小落的现袄象。通常役情况介下，希混凝瓦土的膨胀值很陈小、蜘且不播会对毙结构御造成伍不利纺影响检，因福而研令究不章多；责混凝窝土的收缩容易晃引起谅结构扭的开记裂、售造成寇不利牵影响盯，近饮年来缴随着加商品源混凝许土的轨应用笔，混薪凝土羽收缩池值增辛大，兴开裂城现象戴比较名普遍掩，对悬混凝库土收咸缩的思研究哗日趋陆引起罗重视预。（1姐）混浓凝土孙收缩诉的特鹿点：浮早期迁较快珍、以罗后逐袖渐减愉缓，术最后柴趋于悲稳定鸽（2未年左坟右）守，最融终收搭缩值震可达给。（2彻）影响末混凝伙土收抓缩的顽因素：①混伍凝土害的配铜合比邪：水票泥用端量多此、水破灰比麦大、桌骨料盖粒径愧小、舒弹性叹模量裂小，凯收缩染大。②养延护及件使用辱环境近：温驻湿度乓大，妥收缩锐小。（3叮）混凝珠土的梁碳化混凝趴土周见围的盛介质拦中的舒酸性涌物质兽（C芦O2、H全Cl歇、S疯O2等）齐渗透霞到混精凝土愤表面裕内与恐水泥箭石中短的碱扶性物喇质发强生中纱和反间应的券现象答。碳化翅降低摧了混累凝土决的碱份度、绪破坏继钢筋推表面普的钝克化膜反使钢图筋锈码蚀，乓碳化适收缩蹈可导妄致混羊凝土滋的开效裂，膜影响岗混凝润土结详构的高耐久演性。第五著节行受坡弯构兼件基善本概扯念受弯欺构件是指届截面轧上通善常有打弯矩企和剪组力共奖同作瓣用而座轴力熄可以宏忽略殖不计肾的构狠件。梁和浆板是配典型吸的受垒弯构驻件。它马们是重上本休工程拿中被对量足张多，唐使用胶面最玩广的厚一类嫌构件数。梁男和板荒的区怨别在位于梁享的截饺面高债度一蹦般大鞭于其洒宽度涌，而掀板的巾截面套高度涌则远显小于主其宽务度。钢筋猜混凝取土受滨弯构约件由爱于配嚷筋率日的不梳同，绝可分伤成少筋垄构件然、适姐筋构倍件和超筋纽奉构件三类畅。少筋贿构件卡和超甜筋构娘件破坏隆前无觉明显弱的预屿兆，钓有可章能造慢成巨萍大的艇生命锡和财香产损崭失。肠设计隆时应钟避免稳将受衡弯构基件设虚计成菜少筋到构件虏和超笼筋构骄件。适筋召受弯狱构件惭从开恭始加赢载至辞构件译破坏粮，正嫌截面杜经历胜三个梅受力领阶段傅：第I闪阶段肾末为逐受弯钟构件词抗裂武计算毫的依加据；第I器I阶饲段是肯受弯逗构件片变形雄和裂奥缝宽勿度汁它算的酸依据魔；第I叔II动阶段租末是拥受弯磁构件贪正截养面承剂载力甚的计颈算依量据。建筑绢工程谱与公使路桥烧涵工任程尽点管各粱自承宁受荷盈载的忠性质访、所尿处环节境以葵及要赛求的画设计斧使用针年限心等不绒同。哑但是哄关于忧受弯桥构件印正截映面承抹载力花计算颤中所扇用的锣基本旬假定灾和计伪算方刑法却攀大同谜小异晕。第六科节大受梦剪构升件基截本概事念受弯灭构件蛾在弯嘴矩和宗剪力逼共同肯作用贼的区雪段常绝常产懒生斜卫裂缝驴，并碰可能惧沿斜钻截面秘发生毫破坏督。斜途截面腾破坏灾带有堵脆性章破坏刊的性军质，劳应当横避免概，在法设计援时必禽须进晕行斜罚截面断承载惰力的研计算颤。为防卫止受聪弯构五件发腔生斜全截面族破坏挤，应拖使构央件有泪一个侵合理兔的截吸面尺恰寸，鸟并配粮置必抽要的短腹筋。斜裂勺缝出淋现前惕后，宰梁的税受力吵状态芦发生手了明签显的魂变化设。斜裙裂缝蓝出现泉以后康，剪佳力主窝要由弱斜裂伯缝上但端剪维压区象的混帆凝土沉截面偏来承拿受，杨剪压太区成球为受选剪的柱薄弱拿区域殿；与娱斜裂捆缝相箩交处舍纵筋辞的拉宾应力互也明敌显增匆大；匙无腹锈筋梁异沿斜臭截面摩破坏贝的形墨态主熔要有斜压烤破坏危、剪织压破硬坏和斜拉高破坏三种僚类型笛。箍筋立和弯撤起钢戏筋可饮以直执接承践担部诉分剪牙力，孝并限别制斜是裂缝预的延歇伸和皱开展席，提坊高剪孩压区姑的抗恨剪能苦力；福还可姑以增烛强骨鸽料咬抗合作释用和犹摩阻弓作用末，提椒高纵杨筋的晓销栓废作用叛。因誓此，索配置久腹筋箱可使链梁的榴受剪脂承载绍力有阶较大途提高俱。影响深受弯嘱构件盏斜截辞面受询剪承汉载力宫的因吼素主盟要有剪跨背比、骂混凝颈土强难度、捷配箍加率和杏箍筋肾强度口、纵殃向钢宝筋的固配筋无率等。钢筋部混凝梯土受伪弯构雕件斜蓬截面么破坏勾的各为种形且态中峰，斜压砖破坏和斜拉答破坏可以通通过表一定泻的构封造措诊施来轰避免敏。对于起常见瞎的剪权压破买坏，雹因为柴梁的咏受剪甘承载瘦力变岗化幅象度较田大，杀设计方时则寨必须盲进行腿计算家。我骄国《阿混凝助土结道构设畜计规翠范》团的基拖本公寇式就疫是根孟据这困种破惧坏形愚态的拆受力漠特征慌而建咱立的企。受剪残承载拌力计崭算公层式有肠适用领范围主，其截面有限制村条件象是为负防止花斜压其破坏陆，最睡小配皮箍率明和箍是筋的豆构造绕规定挂是为广防止齐斜拉帜破坏。以计辅算剪扣跨比乒代替闸广义奥剪跨石比，帝简支刃梁受寨剪承咬载力狮计算略公式孩仍可邻适用督于连巾续梁辱。翼缘我对提剖高T联形截询面梁戚的受懒剪承辩载力声并不爬很显暗著，写在计雾算T沙形截继面梁撕的受册剪承两载力屋时，湿仍应遥取腹耍板宽情度来戚计算第七须节谱受絮压构乘件基绸本概镰念（1舅）轴心室受压盐短柱的破钉坏是顾因材登料(雅混凝碧土和差钢筋崖)达拿到各盛自极找限强撇度而括导致倦的，磨但轴出心受衣压长较柱强绢度比跨同样巡寿截面睬的短氏柱要限低。（2纪）螺旋鄙式(锅或焊梯接环邮式)云箍筋通过陆对核菜芯混五凝土盾的约帖束，辰可间驱接地智提高疾构件响的承截栽力危，试寄验及狸分析籍结果滚表明染，螺赏旋式各(或费焊接拾环式妹)箍颤筋对米构件焦承载起力的佣提高决比等聪体积壳的纵剥筋对迫构件源承载泡力的赖贡献把高得活多，鞠所以远这种袖以横蚕向约籍束提孔高构绿件承出载力鼻的办含法非球常有谷效，杠也常吉用于做受压影构件煌的工尚程加照固。（3）偏心悉受压况构件是以惩受拉劈燕钢筋生首先吸屈服哗还是允受压蝇混凝胖土首管先压社碎(却或受躁拉钢择筋是乐否屈栏服)股来判留别大成、小呀偏心州受压拥破坏箱类型留的，和所以鸭与受棋弯构字件一肠致，绕也可讯以脖或赏来闷判别植构件手的破虫坏类关型。（4铲）偏岩心受收压长倘柱承氧载力捐计算交要考销虑外殃载作较用下虑因构拢件弹冬塑性雅变形届引起醋的附加稍偏心的影园响，粒偏心杯距增裂大系即数与优轴心优受压萄构件洁的稳键定系逃数，可都主它要与胜构件侵的长秆细比缩慧有关片，但荷两者晶意义枪不同判。第八漏节结受靠扭构怀件基害本概求念扭转是结饱构承乘受的袋五种超基本敢受力搞状态浅之一完。处于岛弯矩榨、剪疼力和宗扭矩涂或压厦力、要弯矩筝、剪滚力和寒扭矩衔共同塘作用纷下的拴复合暂受力束状态魔：雨妈篷梁嫩、曲壶梁、什吊车贡梁、待螺旋梦楼梯乡丰、框摆架边法梁及图框架厌结构机角柱变、有寸吊车榴厂房校柱等哪均属漆于弯替、剪暖、扭纷或压亡、弯木、剪龟、扭奋共同维作用棒下的浆结构考。大多秒数情症况下食结构嫁承受痒弯矩恳、剪侨力和兴扭矩陶的复切合作及用。击根据滥结构灭扭矩宽内力状形成摄的原爸因，男结构判扭转染分两抬种类兼型：羞一是平衡奴扭转，二勿是协调采扭转（附加疑扭转）。平衡跨扭转齿须满哨足静钱力平吗衡条偏件。顷协调纸扭转涝可采乞《规诉范》滚设计块法或新“零西刚度掠设计在法”推计算紧，并蒸应满闲足一鲜定的跟构造汪要求广。结构术在扭把矩荷订载作西用下握，截搏面上沟将产初生切薄应力怒流，羊截面毯扭心嗓处剪浮力等胁于零座。截猾面长垃边外跟边缘倚的中混点处孔剪力全最大范、截泉面在乘剪力啄作用巷下将层产生绕等值夜的主畏拉、垒主压烫应力嘱。因霜此混凝兔土的姻开裂留是由花拉应慕力达疗到抗颂拉强梦度（或笑拉应术变达笋到极伪限拉匆应变超）所级致。购因此受扭股构件猾采用变承受怪主拉婆应力冒的螺开旋式赔配筋循或采馆用纵械筋及喇箍筋货的配搅筋形罚式。受扭越构件床按配舱筋数腾量可掀分为适筋蛙、超找筋（添或部它分超们筋）及少筋标构件。前辣者为请延性浇破坏罚，后挂二者花是脆去性破说坏；只前者挎宜用标于结抛构，会后二引者在付结构兆设计轰中应拾避免池。第九捏节垂刚迁度裂无缝基回本概测念《混闲凝土绞结构县设计汪规范离》规倒定的青混凝卫土保辆护层溪最小张厚度良、最尽大裂量缝宽蓝度和抱构件惩变形干等有摸关限端值，守主要陷是基珠于结凡构的霜耐久判性要累求和浅正常搏使用腾要求贸。验算央构件选变形漫和裂醉缝宽逼度时饮，应逃按荷载铺标准理组合持并考先虑荷万载长龙期效歼应的翅影响。截面专受有电拉力呆的混腔凝土吹构件馆中，瓶由于丧混凝遮土的置抗拉既强度教较低渡，构愤件通档常是朗带裂瓜缝工俩作的援。裂划缝的姑出现谎与混藏凝土级抗拉软强度青有关谢；裂矿缝的寄分布添又与根混凝关土和告钢筋待间的洲粘结恨强度丹、混猎凝土难保护哭层厚著度等柿有关卖；裂攻缝宽见度则烤与裂流缝间躁距、急混凝廊土和爷钢筋燥间的闲相对收滑移望量、妥钢筋乐应力仁大小贵以及竭荷载毁的长阿期作格用等许因素证有关钓。混凝雁土受纳弯构翻件的学最大动裂缝迈宽度虹计算最大穷裂缝漏宽度毁的计边算公冤式是在葛平均回裂缝逼间距脱和平躬均裂牢缝宽竞度理桂论计牲算值矩的基命础上去，根枝据试有验资息料统抹计求舒得的站“扩琴大系污数”阁后确硬定的跌。平均糠裂缝齿宽度回是指父构件冤平均婚裂缝碑区段炉内钢某筋的闪平均茂伸长霸与相搞应水告平处禾构件姑侧表墨面混厨凝土域平均洲伸长似的差饰值。平均缝裂缝算宽度紧乘以争“扩跑大系当数”涝为最揪大裂派缝宽罚度。混凝膨土受生弯构泳件的促挠度直计算对混铃凝土蝇受弯故构件同的挠检度计甚算，家随荷伟载的符增加迁、梁帝纵向沿受拉五钢筋梨配筋石率的架降低净以及雅荷载为作用益时间宰的增义长而东减小遥，而淘且沿牵构件术跨度销，各剑截面粘抗弯梳刚度排都不性相同崭，因取此，握挠度姜计算慢问题银实际风上即展为截垒面抗粒弯刚达度的看计算洞问题递。根据闭平截宴面假透定可路求得截截面明的平病均曲抵率和碧刚度份，并污可得定出按芝荷载类短期游效应鸡组合第值计龙算的摔短期态刚度涝表达版式。考虑覆挠度朝增大锋的影逐响系爽数后间，可荷得到如长期赵刚度筛表达烧式。受弯改构件旨的挠斗度验贴算，毛还必杰须采绒用“最小肢刚度驰原则”所毕确定谎的长辈期刚林度，规方可款利用轮材料歼力学药中公荣式计肚算挠币度。在变杨形和赤裂缝鲁宽度骂验算论中，捆引入尊了一飞些重年要的饱参数能：根颜据梁输第I伸I阶劲段裂港缝截泳面应塔力状缘瑞态确源定的内力株臂长号度系哗数，受压静区边槐缘混够凝土结平均馅应变寻综合移系数(截尾面弹印塑性肤抵抗紫矩系女数)热轧源钢筋民拉应爆变(绩应力臂)不狐均匀知系数，以独有效溜受拉叛混凝左土截崭面面获积计拴算的纵向旁受拉坐钢筋豪配筋凝率等。受弯依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