混凝土结构设计重点

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1、钢筋和混凝土能结合在一起的原因:1.混凝土硬化后,钢筋与混凝土之间存在黏结力,使钢筋和混凝土在荷载作用下能够协调变形,共同受力。2.钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数相近。3.钢筋至构件边缘的混凝土保护层对钢筋起到保护作用。混凝土结构的特点:1.优点:取材容易,合理用材,整体性好,耐久性好,耐火性好,可塑性好。2.缺点:自重大,抗裂性差立方体抗压强度标准值是混凝土各种力学指标的基本代表值,采用fcu,k表示,单位N/mm2,按标准方法制作、养护的边长为150mm的立方体试件,在相对湿度伟95%以上,28d或设计规定的龄期以标准试验方法测得具有95%保证率的抗压强度值。混凝土强度等级由符号C和

2、混凝土立方体抗压强度标准值表示。混凝土强度等级有14个C15到C80,C50以下为普通混凝土,以上为高强度等级混凝土,C80以上为高强度混凝土。混凝土在符合应力作用下的强度:1.混凝土的双向受力程度 2.混凝土在法向应力和切应力作用下的复合程度 3.混凝土的三轴受压强度徐变:混凝土结构或材料承受的荷载或应力不变,而变形或应变随时间增长的现象。(影响因素:内在,坏境,应力因素)徐变对混凝土结构和构建的受力性能有重要影响:使结构变形增大;使受弯构件挠度加大;使长细比较大柱的附加偏心距增大;使预应力混凝土构件产生预应力损失混凝土的收缩:混凝土在空气中硬化时体积缩小的现象。钢筋的分类:混凝土结构所采用

3、的钢筋按化学成分的不同分为碳素结构钢和普通低合金钢,钢筋按外形的不同,分为光圆钢筋和带肋钢筋根据含碳量的不同,碳素结构钢又可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。随着含碳量的增加,钢材的强度随之提高,但钢材的塑性和可焊性降低。硬钢软钢的判别:有物理屈服点的钢筋称为软钢(热轧钢筋),无物理屈服点的钢筋成为硬钢(钢绞线,钢丝)。设计时有物理屈服点的钢筋去钢筋的屈服强度作为钢筋强度的设计依据。衡量钢筋塑性性能的基本指标是伸张率和冷弯性能。混凝土结构对钢筋性能的要求:强度高,塑性好,可焊性强,与混凝土的黏结锚固性能良好。混凝土保护层厚度的作用:1.保护纵向钢筋不被锈蚀。2.发生火灾时延缓钢筋温度上升。3.保证纵

4、向钢筋与混凝土的黏结性能。冷弯性能:冷弯性能通过冷弯试验来反映。冷弯是在常温下将直径为d的钢筋绕弯心直径为D的车昆轴弯曲到规定的冷弯角度a后,检查试件表面,如果不出现裂纹、断裂或起层现象,则认为钢筋冷弯试验合格。伸张率一般不能反映钢材的脆化倾向,冷弯性能可反映钢筋的塑形性能和内在质量。钢筋变形阶段:弹塑性阶段,屈服阶段,强化阶段,颈缩阶段。钢筋与混凝土的黏结力由胶结力(钢筋与混凝土接触处的化学吸附作用力),摩阻力(混凝土收缩将钢筋紧紧包裹而产生的作用力),咬合力三组成(钢筋表面与混凝土之间产生的机械咬合力)。光面钢筋的粘结力主要来自于胶结力和摩阻力,钢筋表面的轻微锈蚀可以增加钢筋与混凝土的黏结

5、力。位于同一连接区段内的收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%;对于柱类构件,不宜大于50%。适筋梁从加荷到破坏(适筋梁正截面受弯)的三个阶段:未裂阶段(全截面参与受力,梁的受力特征与匀质弹性体梁相似,M/Mu-f曲线接近直线变化),带裂缝工作阶段(1.在裂缝截面处,受拉区大部分混凝土退出工作,拉力主要由纵筋承担,但钢筋没有屈服;2.M/Mu-f不再保持直线,梁扰度的增加要比弯矩增长快。),破坏阶段(1.纵向受拉钢筋屈服后,钢筋应力保持fy,裂缝截面处,受拉区大部分混凝土已退出工作。2.由于受压区混凝土合力作用点外移使内力臂增大,故玩具略有增加。3.受压边缘混凝土压

6、应变达到cu时,混凝土被压碎,截面破坏。4.M/Mu-f曲线接近水平线。)。受弯构件正截面受弯破坏形态:(1)少筋破坏:一裂就坏。(脆性破坏),当配筋率(2)适筋破坏:钢筋先屈服,混凝土后压碎。(延性破坏)在适筋范围内,梁的承载力随配筋率的增大而增大。(3)超筋截面破坏形态:混凝土先压碎,钢筋不屈服。(脆性破坏)r,超筋梁的承载能力最大。受弯构件的纵向受拉钢筋配筋率p对其正截面的受力性能特别是破坏形态影响很大。等效矩形应力图形等效原则:1.受压区混凝土的合力C大小相等2.受压区混凝土的合力C的作用点不变界限破坏:当纵向受拉钢筋应力达到其屈服强度的同时,受压区边缘混凝土应变恰好达到其极限压应变E

7、cu,受弯构建发生正截面破坏,这种破坏通常成为“界限破坏”相对界限受压区高度是指适筋梁发生界限破坏时,等效矩形应力图的受压区高度与截面有效高度的比值。双筋截面:截面的受压区配置的纵向钢筋数量较多,不仅起架立钢筋的作用,而且对正截面抗弯承载力的提高较多,则计算中应考虑受压区纵向钢筋,这样的截面就称为双筋截面。双筋截面主要应用:1.截面弯矩很大,按单筋矩形界面计算所得b,而梁截面尺寸受到限制,混凝土强度等级又不能提高时。2.在不同的荷载组合情况下,梁的同一截面承受变号弯矩时。3.由于构造,延性等原因,在截面受压区已配有截面面积较多的纵向钢筋时。T形截面:矩形截面受弯构件破坏时,大部分受拉区混凝土早

8、已退出工作,正截面承载力计算时不考虑混凝土的抗拉强度将矩形截面的受拉区混凝土去掉一部分,并将纵向受拉钢筋集中放置在梁肋中,形成T截面。现浇肋梁楼盖中,楼板与梁浇筑在一起形成T形截面梁。纵向构造钢筋:1.架立钢筋(为了固定箍筋和梁纵向受拉钢筋并形成钢筋骨架,并能承受混凝土收缩和温度变化所产生的内应力。)2.梁侧纵向构造钢筋(又称腰筋)(当梁的腹板高度hw大于等于450mm时,在梁的两个侧面应沿截面高度配置纵向构造钢筋,以防止梁中部因混凝土收缩和温度变化而产生侧面裂缝,抑制侧面裂缝的开展,并增强梁的钢筋骨架和抗扭承载力。)剪跨比:1.狭义剪跨比:对于承受集中荷载的梁,第一个集中荷载作用点到支座边缘

9、之距a与界面有效高度h0的比值。=a/h0 2.广义剪跨比:=M / Vh0梁的裂缝类型:当主拉应力超过混凝土的抗拉强度时,就会在垂直主拉应力方向产生斜裂缝。1.弯剪斜裂缝(由梁底的垂直弯曲裂缝向集中荷载作用点斜向延伸发展而成,特点是下宽上细,多见于一般的钢筋混凝土。)2.腹剪斜裂缝(出现在梁腹较薄的构件中。随着荷载的增加,沿主压应力轨迹产生腹部的斜裂缝,裂缝向上下延伸。特点是中部宽,立两头细,呈梭形。)箍筋和弯起钢筋统称腹筋,他们与纵筋和架立钢筋构成梁的钢筋骨架。受剪破坏的主要形式:斜拉破坏(主要是由于主拉应力差生的拉应变达到混凝土的极限拉应变而形成的,承载力较低,属于脆性破坏),剪压破坏(

10、脆性破坏),斜压破坏(脆性破坏,承载力是三种类型最大的)。箍筋的作用:1.可以直接承担部分剪力,提高梁的受剪承载力。2.限制裂缝的延伸和开展,增大剪压区的面积,提高剪压区的抗剪能力3.提高斜裂缝交界面上的集料咬合作用和摩阻作用,从而有效地减少斜裂缝的开展宽度4.可以延缓纵筋劈裂缝的展开,防止混凝土保护层的突然撕裂,提高纵筋的销栓作用5.固定纵筋的位置,形成钢筋骨架6参与斜截面受弯,使斜裂缝出现后纵向钢筋应力的增量减小。 影响斜截面受剪承载力的主要因素:剪跨比,混凝土强度,配箍率与箍筋强度和纵筋配筋率。斜截面的基本假定:1剪压破坏时,斜裂缝相交的箍筋和弯起钢筋的拉应力都达到其屈服强度。2.剪压破

11、坏时,不考虑斜裂缝处的集料咬合力和纵筋的销栓力。3.为计算公式应用简便,仅在计算梁受集中荷载作用为主的情况下,才考虑剪跨比。4.假定剪压破坏时,梁的斜截面受剪承载力由剪压区混凝土、箍筋和弯起钢筋三部分承载力组成,忽略纵筋的销栓作用和斜截面交界面上集料的咬合作用。斜截面受剪承载力的截面的选取:1.支座边缘处的截面,该截面所受剪力最大2.受拉区弯起钢筋弯起点处截面。3.箍筋截面面积或间距改变处截面。4.腹板宽度改变处的截面。计算截面处的剪力设计值选用方法:1.计算支座边缘处的截面时,取支座边缘截面的剪力设计值。2. .计算箍筋截面面积或间距改变处截面时,取箍筋数量或间距改变处截面的剪力设计值。3计

12、算从支座算起第一排弯起钢筋时,取支座边缘处的剪力设计值;计算以后各排弯起钢筋时,取前排弯起钢筋弯起点处的剪力设计值。4. 计算腹板宽度改变处的截面时,取腹板宽度改变处截面的剪力设计值。纵筋的截断:1.在简支梁设计中,一般不宜在跨中截面将纵筋截断,而是在支座附件将纵筋弯起抵抗剪力。2.纵向受拉钢筋不宜在受拉区截断。因为在截断处钢筋由于面积突然减小,造成混凝土中拉应力骤增,容易出现弯剪斜裂缝,降低构件的承载能力。纵筋的弯起:确定弯起钢筋的弯起点时,必须选在离开它的充分利用点至少0.5h0距离以外,这样就保证不需要计算斜截面受弯承载力。 材料抵抗弯矩图:按梁实际配置的纵向受力钢筋所确定的各正截面所能

13、抵抗的弯矩而绘制的图形,反映了沿梁正截面上材料的抗力。抵抗弯矩图作用:1.反映材料利用的程度 2.确定纵向钢筋弯起数量和位置 3.确定纵向钢筋的截断位置短柱的判断:短柱是指长细比L0/b8或者L0/d7或者L0/i28对于截面形状复杂的构件,不应采用内折角箍筋,以免造成折角处混凝土被箍筋外拉而崩裂,应采用分离式箍筋。稳定系数值主要与柱的长细比Lo/b 有关。螺旋箍筋柱由于用钢量大,施工复杂,造价较高,一般不宜采用。但柱承受的轴向荷载很大,而柱的截面尺寸又受到限制,即使提高混凝土强度等级和增加纵筋用量也不足以承受该轴向荷载时,可考虑采用螺旋箍筋柱,以提高构件的承载力。大偏心受压破坏特征:首先在受

14、拉一侧出现横向裂缝,受拉钢筋形变较大,应力增长较快。在临近破坏时,受拉钢筋屈服。横向裂缝迅速开展延伸至混凝土受压区域,受压区迅速缩小,压应力增大。在受压区出现纵向裂缝,混凝土达到极限压应变压碎破坏。小偏心受压破坏:受拉区裂缝展开较小,临界破坏时,在压应力较大的混凝土受压边缘出现纵向裂缝,达到其应变极限值,压碎、破坏。矩形截面偏心受压构件破坏形态:1.大偏心受压破坏(受拉、延性破坏)2.小偏心受压破坏(受压、脆性破坏)3.界限破坏4.附加偏心距ea与初始偏心距ei 大、小偏心受压构件的判别条件:当b时,截面为大偏心受压构件;当b时,截面为小偏心受压构件失稳破坏:构件因纵向弯曲失去平衡而破坏,此时

15、钢筋尚未屈服,混凝土尚未压碎,成为“失稳破坏”偏心受压长柱的二阶效应:在产生了层间位移和挠曲变形的结构构件中由轴向压力引起的附加应力。P-效应:在有侧移框架中,二阶效应主要是指竖向荷载产生了侧移的框架中引起的附加内力。P-效应:在侧移框架中,二阶效应指的是轴向压力在产生了挠曲变形的柱段中引起的曲率和弯矩增量。 对称配筋:实际工程中,绝大多数受压构件均采用对称配筋。对称配筋既可以指某个构件的截面中,配筋关于中轴线对称,也可以指在整个结构体系中,结构构件的配筋关于结构体系的中轴线配筋。扭转:可以分为平衡扭转和协调扭转两类。平衡扭转又称静定扭转,是由荷载作用直接引起的,其截面扭矩可由平衡条件求得,即

16、构件所受到的扭矩的大小与构件扭转刚度的大小无关。 协调扭转又称超静定扭转,是由超晶鼎结构中相邻构件的变形受到该构件的约束而引起该构件的扭转,其截面扭矩需由静力平衡条件结合变形协调条件才能求的,即构件所收到扭矩的大小与构件扭转刚度的大小有关。根据箍筋和纵筋配置数量的多少,钢筋混凝土纯扭构件有少筋破坏、适筋破坏、部分超筋破坏和超筋破坏四种破坏形态。其中,只有适筋构件破坏时,钢筋和混凝土的强度都得到充分利用,而且是延性破坏,故工程设计中,应采用适筋构件。钢筋混凝土纯扭构件的破坏面是一个空间扭曲面,其受力性能已相当复杂。在弯矩,剪力和扭矩共同作用下的弯剪扭构件的受力性能则更为复杂,其破坏形态主要有弯型破坏,扭型破坏和剪扭型破坏三种。钢筋混凝土偏心受拉构件分为大偏心受拉和小偏心受拉两种情形,大偏

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