《混凝土结构设计规范》GB50010课件.docx

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《混凝土结构设计规范》GB50010课件

目

录

♦前言

♦第一章概论

♦第二章术语与符号

♦第三章基本设计规定

♦第四章混凝土结构的材料

♦第五章结构分析

♦第六章受弯构件正截面承载力计算

♦第七章受弯构件斜截面承载力计算

♦第八章受压构件承载力计算

♦第九章受拉构件承载力计算

♦第十章受扭构件承载力计算

♦第十一章正常使用极限状态验算

♦第十二章预应力混凝土构件

♦第十三章基本构造规定

♦第十四章结构构件的构造规定

前言

♦新的《混凝土结构设计规范》GB50010-2002经过四年多的修订已经于2002年4月1日起施行；

♦新规范仍采用以分项系数表达的概率极限状态设计方法；

♦为适应加入世贸以后与国际接轨，与国内其他规范协调一致，适当提高了结构的安全度，增加和改动了不少内容。

第一章概论

♦修订经过

♦修订原则

♦修订内容

♦试设计分析

第一节修订经过

♦规范的修订由中国建筑科学研究所主持，参加修订工作的单位17个，成员27名，主编李明顺，副主编徐有邻；

♦修订工作历时四年半，召开全体会议七次，大小专题研讨会五十五次，与相关规范协调会八次，参与结构设计可靠度研讨会四次；

♦1997年6月开始修订，1998年提出规范修订初稿，1999年提出规范征求意见稿，向全国116个单位征求意见和建议共1089条，并有五个单位对八种类型的混凝土结构进行了试设计，2000年9月完成第一次送审稿，2001年4月完成第二次送审稿，12月规范报批稿正式上报，2002年4月开始实施。

第二节修订原则

♦修订原则：

统一、接轨、补充、完善、安全；

♦与国内各专业规范协调统一，如水工、公路、桥梁桥涵、港口工程等规范组成员的共同参与；

♦与国际标准规范接轨，尽量与MC-90等国际规范基本一致；

♦设计方法的补充，如补充了混凝土耐久性的规定、结构分析的原则和方法等内容；

♦设计理论和方法的完善，如提高了混凝土强度等级和主导钢筋的要求、改进了正截面和斜截面承载力的计算模式、完善了预应力设计方法和深受弯构件设计方法等；

♦适当提高了安全度约10-15%，造价约提高5%。

第三节修订内容

♦在结构设计基本规定方面增加了耐久性的规定、提高了混凝土的强度等级和钢筋的要求、调整了设计参数、增加了结构分析的内容；

♦在设计计算方面提高了预应力的张拉控制应力、改进了预应力损失的计算、考虑了超静定后张法预应力构件由于约束变形产生的次内力影响、规定了高效预应力混凝土构件的端部构造措施、改进了正截面、斜截面、受压构件和其他一些承载力的设计方法；

♦在构造方面增加了保护层厚度的要求、重新规定了受力钢筋的锚固和连接要求、提高了钢筋的最小配筋率、加大了钢筋的延伸长度，增加了裂缝控制条款，完善了框架节点和深受弯构件的设计方法；

♦在抗震设计方面提高了安全度、调整了轴压比的限值以及抗震构造措施。

第四节试设计分析

♦试设计由建设部建筑设计院等五个设计单位进行，共分析了五种结构型式的八个工程，得到不少重要的结果；

♦规范的修订对民用建筑配筋量影响明显，总用钢量增加约6%，对工业建筑影响不大；

♦梁、板的用钢量增加较多，总用钢量增加约10%，墙、柱用钢量增加不多；

♦如果考虑为控制温度和收缩而增加的构造配筋，总用钢量可能增加10-15%；

♦采用强度价格比高的HRB400级钢筋可控制材料价格上升不超过5%。

第二章术语与符号

♦术语

♦符号

第一节术语

♦新规范定义了在规范中常用的24个专用术语，其中要重点理解深受弯构件、深梁、基本组合、标准组合和准永久组合的概念；

♦跨高比小于5的受弯构件为深受弯构件；

♦跨高比不大于2的单跨梁和不大于2.5的多跨连续梁为深梁；

♦承载力极限状态计算时，永久荷载和可变荷载的组合为基本组合；

♦正常使用极限状态验算时，对可变荷载采用标准值、组合值为荷载代表值的组合为标准组合；

♦正常使用极限状态验算时，对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合为准永久组合。

第二节符号

♦新规范定义了在规范中常用的121个专用符号，其中要重点理解符号规则；

♦工程结构设计通用符号应由主体符号或主体符号带上、下标构成，主体符号一般代表物理量，上、下标用以进一步阐明主体符号的涵义；

♦主体符号应以单个斜体字母表示，可分别采用大、小写拉丁字母或大、小写希腊字母；

♦大写斜体拉丁字母代表力学物理量，小斜斜体拉丁字母代表几何类物理量；

♦大写希腊字母代表除力学和几何类以外的物理量及数学符号，小写希腊字母代表无量纲量；

♦上、下标可采用正体字母、缩写词、数字或其他标记表示，上标一般采用一个，下标可采用一个或多个，各下标之间可用逗号分开。

第三章基本设计规定

♦一般规定

♦承载力极限状态计算规定（上）

♦承载力极限状态计算规定（下）

♦正常使用极限状态验算规定

♦耐久性的规定

第一节一般规定

♦新规范仍采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计；

♦新规范体现了“以人为本”的思想，通过提高某些荷载标准值，改风、雪载30年一遇为50年一遇，调整材料分项系数，修改结构抗力计算公式，加强配筋构造措施等办法，提高了安全度，与安全有关的条款被列为强制性条文，如增加了未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境的强制性条款；

♦新规范除了继续要求按承载力极限状态和正常使用极限状态进行计算和验算外，增加了耐久性的设计。

第二节承载力极限状态计算规定（上）

♦新规范仍把建筑结构的安全等级分为三个级别，但由于增加了由永久荷载效应控制的荷载组合，提高了其中的永久荷载系数，因此取消了旧规范中屋架、托架、恒载为主的轴心受压柱、小偏心受压柱安全等级应提高一级，预制构件施工阶段安全等级可降低一级的规定；

♦承载力极限状态设计表达式仍为：

γ0S≤R；

♦确定结构重要性系数γ0时，规定了设计使用年限为100年及以上的结构构件与安全等级一级相当，设计使用年限为50年的结构构件与安全等级二级相当，设计使用年限为5年及以下的结构构件与安全等级三级相当。

第二节承载力极限状态计算规定（下）

♦荷载效应组合设计值S按基本组合或偶然组合进行；

♦按照新的《建筑结构荷载规范》GB50009的规定，对于基本组合，应取下列最不利值：

1）由可变荷载效应控制的组合：

S=γGSGk+γQ1SQ1+∑ni=2γQiψciSQik

对于一般排架、框架结构可简化为：

S=γGSGk+γQ1SQ1

S=γGSGk+0.9∑ni=1γQiSQik

2）由永久荷载效应控制的组合：

S=γGSGk+∑ni=1γQiψciSQik

γG应取1.35，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载；

♦偶然组合与旧规范相同。

第三节正常使用极限状态验算规定

♦新规范规定对于正常使用极限状态，结构构件应分别按荷载效应的标准组合、准永久组合或标准组合并考虑长期作用影响采用下列极限状态设计表达式为：

Ｓ≤Ｃ；

♦标准组合即旧规范中的短期效应组合，准永久组合即旧规范中的长期效应组合；

♦受弯构件的最大挠度计算应按荷载效应的标准组合并考虑荷载长期作用影响，与旧规范相同；

♦结构构件正截面裂缝控制等级仍分为三级，其中二级裂缝控制的构件，旧规范在荷载效应标准组合下拉应力不超过αctγftk的规定改为不超过ftk，而一级和三级裂缝控制的构件与旧规范相同；

♦新规范中裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值改由环境类别和结构类型确定，与旧规范按构件类型、钢筋品种和室内外环境分类的规定不同。

第四节耐久性的规定

♦新规范关于耐久性设计的内容有两种形式：

1）特别增加了耐久性规定这一节，直接规定环境的分级方法以及各类环境对结构混凝土耐久性的基本要求等；

2）对于分散在各章节中的影响混凝土耐久性的有关条款作必要的修改，如加大混凝土保护层的厚度，在“构件”和“构造”章节中表达与耐久性有关的构造措施等；

♦影响耐久性的最重要因素是环境，新规范把环境分为五类，与模式规范MC-90基本相同，环境是耐久性设计的主要依据；

♦影响耐久性的另一个重要因素是混凝土本身的质量，而混凝土的质量与混凝土强度等级、水灰比、水泥用量密切有关，此外混凝土中的氯离子含量和碱的含量也对耐久性有重大影响，新规范为保证结构混凝土的耐久性，对使用年限50年和100年的混凝土结构的混凝土质量提出了规定；

♦应该指出，新规范只是采用宏观控制的办法，还不能定量地确定结构的耐久性。

混凝土结构的环境类别

结构混凝土耐久性的基本要求

第四章混凝土结构的材料

♦混凝土强度

♦混凝土的设计参数

♦钢筋的选择

♦钢筋的设计参数

第一节混凝土强度

♦新规范取消了旧规范中的C7.5级和C10级低强度混凝土，增加了C65、C70、C75和C80级高强度混凝土，标志了我国混凝土技术的进步和施工、设计水平的提高；

♦新规范对结构混凝土的强度等级提出了最低要求，是下限值，不是最佳值；

♦随着混凝土强度等级的提高，强度价格比迅速提高，采用较高强度的混凝土，对柱、墙、基础等受压为主的构件以及预应力构件有显著的经济效益；

♦受弯构件选用C20-C30，受压构件选用C30-C40，预应力构件选用C30-C50，高层建筑底层柱选用C50或以上，不仅承载力得到了提高，抗剪及裂缝控制性能也随之提高。

第二节混凝土的设计参数

♦混凝土的强度等级只是混凝土力学性能的一个基本标志，作为其代表值的立方体抗压强度标准值fcu,k也不具备直接作为设计参数的条件，只能作为确定设计参数的依据；

♦混凝土的设计参数主要有：

轴心抗压强度fc、轴心抗拉强度ft、弹性模量Ec、剪变模量Gc、泊松比ν、线膨胀系数αc以及疲劳强度修正系数γρ；

♦新规范删除了旧规范中的弯曲抗压强度fcm，改用轴心抗压强度fc乘以反映高强混凝土特性的降低系数α1来表示，理由如下：

1）与国际接轨；

2）协调正截面承载力的计算；

3）简化计算；

♦新规范调整了轴心抗压强度标准值、轴心抗拉强度标准值与立方体抗压强度标准值之间的关系式；

♦为提高安全度，混凝土材料分项系数由1.35提高为1.40；

弹性模量、剪变模量、泊松比、线膨胀系数以及疲劳强度修正系数等与旧规范一致，仅补充了C65-C80高强混凝土相应的参数。

与国际接轨

♦目前，世界各国及国际组织的混凝土结构设计规范中都没有“混凝土弯曲抗压强度”的概念，一般均用混凝土轴心抗压强度作为设计参数进行正截面承载力设计。

混凝土弯曲抗压时的一些特征，完全可以用系数进行调整，新规范取消了我国特有的“混凝土弯曲抗压强度”这个设计参数，对于我国设计规范与国际接轨，遵从国际惯例是必要的。

协调正截面承载力计算

♦混凝土弯曲抗压强度不是通过直接量测得到的强度，只是一个概念上的强度。

混凝土正截面承载力设计时，在弯矩Ｍ和轴力Ｎ的共同作用下，由纯弯曲、大偏心受压、小偏心受压到轴心受压是一个连续渐变的过程，旧规范对受弯状态为主计算取弯曲抗压强度，而对受压状态为主的计算取轴心抗压强度，从概念上和计算上不能协调，而取一个参数就容易多了。

简化计算

♦取消弯曲抗压强度以后，有关混凝土抗压方面的设计参数只有一个轴心抗压强度，从概念上到计算上都得到了简化。

反映不同受压状态特征的抗压强度（如弯曲抗压强度、局部抗压强度等）可以通过计算公式的调整加以反映，完全可以用简单的形式确切地反映应有的规律。

新旧规范对比

♦轴心抗压强度

fck=0.88×0.76fcu,k（旧规范）

fck=0.88α1α2fcu,k（新规范）

系数0.88是考虑实际结构中的混凝土与试块混凝土强度之间的差异等因素而确定的修正系数；

α１为轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值

α2为混凝土脆性系数

新旧规范对比

♦轴心抗拉强度

ft=0.88×0.26（fcu,k）2/3（旧规范）

ft=0.88×0.395α２（fcu,k）0.55（1-1.645δ）0.45（新规范）

系数0.88是考虑实际结构中的混凝土与试块混凝土强度之间的差异等因素而确定的修正系数；

α2为混凝土脆性系数

第三节钢筋的选择

♦选择的原则：

1）钢筋混凝土结构以HRB400级热轧带肋钢筋为主导钢筋；

2）预应力混凝土结构以高强、低松弛钢丝、钢绞线为主导钢筋；

3）各种形式的冷加工钢筋不再列入新规范，交由相应的技术规程管理。

♦新规范的建议：

1）普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋，也可为采用HPB235级和RRB400级钢筋；

2）预应力钢筋宜采用预应力钢绞丝、钢丝，也可采用热处理钢筋。

第四节钢筋的设计参数

♦普通钢筋强度设计值由其标准值除以材料分项系数而得，新规范与旧规范不同之处：

1）取消了旧规范中的Ⅳ级钢；

2）HRB335级钢筋（Ⅱ级钢）的设计值由原来的310N/mm2改为300N/mm2，统一取材料分项系数γs=1.1。

♦预应力钢筋设计值由其条件屈服点除以材料分项系数而得，新规范与旧规范不同之处：

1）新规范取抗拉强度的85%为条件屈服点，比旧规范的80%提高了，反映了我国高强度钢材质量性能的提高；

2）调整了预应力钢筋的规格和品种。

♦调整了预应力钢筋的弹性模量，钢丝取2.05×105，钢绞线取1.95×105，旧规范统一取1.80×105；

♦旧规范直接给出了疲劳应力比值ρf（σmin/σmax）与疲劳强度设计值的对应关系，但是，根据国内外疲劳验算方法的改进，疲劳应力比值ρf对钢筋疲劳性能的影响不直接表达为疲劳强度设计值fyf，而表达为应力变化幅度（应力幅限值Δfyf）。

第五章结构分析

♦基本原则

♦线弹性分析方法

♦塑性分析方法

♦其它分析方法

第一节基本原则

♦新规范吸收了欧美各国规范统一规定结构分析的方法，增加了“结构分析”一章，使混凝土结构设计的全过程都得到规范的控制，保证了结构的安全度，也标志了我国混凝土结构设计规范水平的提高；

♦新规范不采取具体介绍各种结构分析方法的方式，而是只集中阐述结构分析的原则，列出指导性内容，引导设计者合理选择结构分析方法，进行正确的设计；

♦新规范对于结构分析的一些主要内容，例如：

荷载、作用效应及其组合；结构计算中的简化假设；结构分析的基本要求；结构分析的方法；结构分析中的计算机应用等都做了原则性的规定。

荷载、作用效应及其组合

♦混凝土结构按承载力极限状态计算和正常使用极限状态验算时应按国家现行有关标准（《建筑结构荷载规范》GB50009和《建筑抗震设计规范》GB50011）规定的作用（荷载）对结构的整体进行作用效应的分析；必要时，应对特殊部位进行更详细的分析。

♦结构可能遭遇火灾、爆炸、撞击等偶然作用时，应按国家现行有关标准规定的要求进行相应的结构分析。

♦结构在施工和使用的不同阶段有多种受力工况时，应分别进行结构分析，并确定其最不利的作用效应组合。

结构计算中的简化假定

♦结构计算中的简化假定主要体现在计算简图的确定。

♦确定结构的计算简图时应注意以下事项：

１、应能代表实际结构的体型和几何尺度；

２、边界条件和连接方式应能反映结构的实际受力状况，并有相应的构造措施保证；

３、截面尺寸和材料性能符合结构的实际情况；

４、荷载的大小、位置及组合与实际受力情况吻合；

５、对计算简图的简化和近似假设应有理论的或实验的依据，或有可靠的工程经验；

６、计算结果应能符合工程设计的精确度要求。

结构分析的基本要求

♦结构分析应符合下列要求：

１、无论结构的整体或其中的一部分，在任何情况下都必须满足力学平衡条件；

２、在宏观上应满足变形协调条件，包括结点和边界的约束条件，在微观上，可适当放宽；

３、应采用合理的材料或构件单元的本构关系，最好通过试验确定或采用成熟的通用模式。

结构分析的方法

♦混凝土结构宜根据结构类型、构件布置、材料性能和受力特点选择合理的分析方法；

♦常用的结构分析方法有：

１、线弹性分析方法；

２、塑性内力重分布分析方法；

３、塑性极限分析方法；

４、非线性分析方法；

５、试验分析方法。

结构分析中的计算机应用

♦结构分析所采用的计算机程序应经过考核和验证其技术条件应符合规范和有关标准的要求；

♦对于电算结果，应经判断和校核，在确认其合理有效后，方可用于工程设计。

第二节线弹性分析方法

♦线弹性分析方法假定结构材料均为理想弹性体，变形模量和刚度均为常值。

♦线弹性分析方法可用于混凝土结构的承载能力极限状态和正常使用极限状态的作用效应分析。

♦根据结构的体型，可分为以下三种不同的体系进行分析：

１、杆系结构；

２、板结构；

３、三维实体结构。

杆系结构

♦混凝土杆系结构宜按空间结构体系进行整体分析，宜考虑杆件的弯曲、轴向、剪切和扭转变形的影响；

♦杆系结构的简化；

♦杆系结构的计算简图；

♦杆件的截面刚度；

♦杆系结构的分析方法。

杆系结构的简化

♦体型规则的空间杆系结构，可沿柱列和墙轴线方向分解为不同方向的平面结构分别进行分析，但宜考虑空间协同工作。

各杆件的内力由各个方向的作用效应叠加而得。

♦杆件的轴向、剪切和扭转变形对结构内力影响不大时，可不计及。

♦结构和杆件的变形对内力二阶效应影响不大时，可不计及。

杆系结构的计算简图

♦混凝土杆系结构的计算简图可按下列原则确定：

１、杆件的轴线可取其截面中心线；

２、现浇结构及装配整体式结构的梁柱节点及柱和基础的节点可视为刚性连接；

３、非整体现浇的梁、板与支承结构的连接可视为铰接；

４、杆件的计算跨度和计算高度ｌｏ宜按两端支承长度的中心距ｌｃ或净距ｌｎ确定，并根据支承节点的连接刚度和支承反力的位置加以修正；

５、当杆件间的连接刚度远大于该杆件本身的刚度时，该部分可以作为刚域插入计算图形。

杆件的截面刚度

♦杆件的截面惯性矩Ｉ按匀质的混凝土全截面计算，不计算钢筋的折算面积，也不扣除钢筋、预应力孔道和其他较小孔道的面积；

♦混凝土的弹性模量按规范查取；

♦T形截面梁的惯性矩宜按有效翼缘计算，也可按截面矩形部分面积的惯性矩Ｉｒ进行修正：

现浇整体式框架边框架1.5Ｉｒ中间框架2.0Ｉｒ

装配整体式框架边框架1.2Ｉｒ中间框架1.5Ｉｒ

♦端部加腋的杆件，应考虑其刚度变化的影响；

♦考虑混凝土开裂和塑性变形的影响时，宜对杆件刚度进行折减。

杆系结构的分析方法

♦混凝土杆系结构可采用解析法、有限元法和差分法等分析方法；

♦对于体型规则的结构，可采用简化分析计算方法；

♦连续梁可采用弯矩分配法；

♦竖向荷载作用下的框架可采用分层法、迭代法、力矩分配法；

♦水平荷载作用下的框架可采用反弯点法法、修正的反弯点法；

♦对与支承结构整体浇筑的梁端，可取支座或节点边缘截面内力进行设计。

板结构

♦混凝土矩形板的长向、短向跨度比值大于３时，按单向板设计，简支或连续的单向板可用解析法或弯矩分配法计算；

♦混凝土矩形板的长向、短向跨度比值小于３大于２时，也可按单向板设计，但沿长向跨度应配一定的构造钢筋；

♦混凝土矩形板的长向、短向跨度比值不大于２时，按双向板设计，形状规则、支撑条件和荷载形式简单的双向板可以利用计算图表查到，一般的板则需用有限元法程序进行分析。

三维实体结构

♦对于三维实体结构可假定材料为匀质弹性体采用弹性理论分析、有限元法分析或试验分析的方法确定弹性应力的分布场，在受拉区根据主拉应力的图形确定配筋量，在受压区按多轴应力状态验算混凝土的强度；

♦混凝土的多轴应力强度和破坏准则按规范附录Ｃ的规定计算。

第三节塑性分析方法

♦在混凝土结构分析中经常采用的塑性分析方法有考虑塑性内力重分布的弯矩调幅法、塑性极限分析方法中的塑性铰线法和条带法等；

♦钢筋混凝土连续梁和连续单向板宜采用考虑塑性内力重分布的弯矩调幅法，框架、框架剪力墙结构以及双向板等也可对支座或节点的弯矩进行调幅，并确定跨中弯矩，对于直接承受动力荷载的结构、要求不出现裂缝或对裂缝控制较严的结构、处于严重侵蚀性环境中的结构以及配置延性较差的钢筋的结构不得采用塑性内力重分布的方法；

♦承受均布荷载的周边支承的双向矩形板可采用塑性铰线法或条带法进行承载能力极限状态设计；

♦采用塑性分析方法设计时，同时应满足正常使用极限状态的要求。

第四节其它分析方法

♦混凝土结构的其它分析方法包括非线性分析、试验方法和间接作用下的结构分析等；

♦特别重要的或受力情况特殊的大型杆系结构和二维、三维结构，必要时应对其整体或部分进行非线性全过程分析或试验方法；

♦非线性分析时应注意遵循以下原则：

１、结构形状、尺寸、边界条件、所用材料的强度等级和主要配筋量应预先确定；

２、材料的强度和弹性模量等性能指标宜取平均值，以免比例失真，影响结果；

３、材料、杆件的本构关系宜由实验确定。

第六章受弯构件正截面承载力计算

♦一般规定

♦单筋矩形截面

♦双筋矩形截面

♦Ｔ形截面

第一节一般规定

♦基本假定

♦等效矩形应力图形

♦界限受压区高度

基本假定

♦新规范与旧规范一样，在进行正截面承载力计算时仍然采用了四个基本假定：

1）截面应变保持平面；

2）不考虑混凝土的抗拉强度；

3）混凝土受压的应力应变关系采用了近似计算公式：

σc＝fc[1－（1－εc/ε0）n]（εc≤ε0）

σc＝fc（ε0＜εc≤εcu）

其中：

n＝2－（fcu,k－50）/60,ｎ≤2

ε0＝0.002＋0.5（fcu,k－50）×10–5ε0≥0.002

εcu＝0.0033－（fcu,k－50）×10–5εcu≤0.0033

旧规范则采用下列公式：

σc＝σ0[1－（1－εc/ε0）２]（εc≤ε0）

σc＝σ0（ε0＜εc≤εcu）

4）钢筋的应力应变关系采用理想弹塑性模型：

σs＝εsEs（0＜εs＜εy）

σs＝fy（0≤εs＜0.01）

新旧规范混凝土受压应力应变关系的对比

♦旧规范对于均匀受压（轴心受压），最大应力σ0取为fc，而对于非均匀受压（受弯和偏心受压），最大应力σ0则取为fcm。

新规范统一取为fc，原因如下：

1）旧规范中fcm不是一个有材料试验确定的强度指标，它是一个换算指标，随相对受压区高度ξ的变化而变化，并非定值；

2）采用fcm以后，给偏心受压构件的计算带来麻烦，使小偏心和轴心受压的正截面承载力计算公式难以衔接；

3）国际上和国内有关的结构设计规范均不再采用fcm。

♦旧规范对均匀或非均匀受压，不论混凝土强度高低，应力应变曲线上升段都是一条抛物线，下降段则是一条水平直线，极限压应变对非均匀受压一律取0.0033；新规范考虑到随着混凝土强度的提高，应力应变曲线的上升段由抛物线趋近于直线，极限压应变相应减小的特性，调整了应力应变曲线的近似公式，使C50以下的混凝土应力应变曲线与旧规范相同，C50~C80高强混凝土的应力应变曲线与旧规范有