混凝土结构设计原理教学辅导最新整理By阿拉蕾Word文档下载推荐.docx

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其原因主要是由于混凝土和钢筋之间有着良好的粘结力，使两者能可靠地结合成一个整体，在荷载作用下能共同变形；

其次，钢筋和混凝土具有相近的温度线膨胀系数（钢筋的温度线膨胀系数为1.2×

10-5/0C,混凝土的温度线膨胀系数为1.0×

10-5～1.5×

10-5/0C,），当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结。

　　3．钢筋混凝土结构除了能合理地利用钢筋和混凝土两种材料的特性外还有哪些优点？

钢筋混凝土结构的优点很多，除了能合理地利用钢筋和混凝土两种材料的特性外还有如下优点：

（1）可模性好：

新拌和的混凝土是可塑的，可根据需要设计制成各种形状和尺寸的结构或构件。

（2）整体性好：

现浇钢筋混凝土结构的整体性较好，设计合理时具有良好的抗震、抗爆和抗振动的性能。

　　（3）耐久性好：

钢筋混凝土结构具有很好的耐久性。

正常使用条件下不需要经常性的保养和维修。

　　（4）耐火性好：

钢筋混凝土结构与钢结构相比具有较好的耐火性。

　　（5）易于就地取材：

钢筋混凝土结构所用比重较大的砂、石材料易于就地取材，且可有效利用矿渣、粉煤灰等工业废渣有利于保护环境。

　　4．钢筋混凝土结构存在哪些缺点，如何克服？

钢筋混凝土结构也存在一些缺点，主要是：

（1）自重大：

钢筋混凝土结构的截面尺寸较相应的钢结构大，所以自重大，不利于大跨度结构、高层建筑结构及抗震；

（2）由于自重大，使材料运输量增大，给施工吊装带来困难。

　　（3）抗裂性能较差：

钢筋混凝土结构在正常使用时往往是带裂缝工作的；

对一些不允许出现裂缝或者对裂缝宽度有严格限制的结构，要满足这些要求就需要提高工程造价。

　　（4）隔热、隔声性能较差；

　　（5）施工比较复杂：

施工受环境、气候条件的限制，雨季、冬季施工以及高温干燥情况下施工，均需要采取特别措施以保证工程质量，建造耗工较多，进行补强修复也比较困难；

　　上述钢筋混凝土结构的缺点限制了其应用范围。

但是，随着钢筋混凝土结构的材料和施工技术的不断发展，这些缺点已经或正在逐步得到克服。

例如，采用轻质高强混凝土以减轻结构自重；

采用预应力混凝土以提高结构的抗裂性；

采用预制装配结构或工业化的现浇施工方法等加快施工速度，采用高性能混凝土提高混凝土的力学性能和耐久性等。

　　5．如何学习好本门课程？

本课程是一门综合性很强的应用科学，需要结合数学、力学、材料及施工实践等知识，系统的学习领会其基本知识、设计理论构成，同时需要有配套实验，并注意以下一些问题：

（1）学习本课程，要注意与理论力学、材料力学和结构力学的联系区别：

　　首先，它所应用的力学理论与弹性力学、材料力学有很多不同的地方，要通过认识二者的不同之处来掌握混凝土的特点。

后者研究的是单一、匀质、连续、弹性（或理想弹塑性）材料的构件，而钢筋混凝土原理则是以由钢筋和混凝土两种材料组成的非匀质、非连续、非弹性的构件为研究对象。

其次，与弹性力学、材料力学一样，钢筋混凝土计算原理也可以通过几何、物理和平衡关系来建立基本方程，但在每一种关系的具体内容上要考虑钢筋混凝土的性能特点。

由于钢筋混凝土构件是两种材料组成的复合材料构件，两种材料在数量和强度上的配比是决定其力学性能的主要因素。

如果钢筋和混凝土在面积上的比例和材料强度搭配超过了一定的界限，则会引起构件受力性能的改变，这是钢筋混凝土构件区别于单一材料构件的基本而又具有实际意义的问题。

另外，由于混凝土材料物理力学性能的复杂性，没有非常完善的强度理论，其中的强度和变形规律，在很大程度上依赖于实验分析。

因此在学习时，要重视对构件的实验研究，了解反映试验中规律性现象的结构和构件受力性能，掌握受力分析中所采用的基本假定和实验依据，在学习和运用计算公式时特别注意其适用范围和限制条件，同时在实用中注意结合具体情况，灵活运用。

（2）学习本课程，要注意培养对多种因素进行综合分析的能力。

本课程要解决的不仅是材料的强度和变形的计算问题，主要还是结构和构件的设计，如结构方案、结构选型、材料选择和配筋构造等。

结构设计是一个综合性的问题需要考虑多方面的因素。

设计时，同一构件在给定荷载作用下，可以有不同的截面形式、尺寸、配筋方式和数量等。

因此，实际中往往需要通过试算、调整，同时进行适用、材料、造价、施工的可行性等各项指标的综合分析比较，才能作出合理的选择。

　　（3）在学习本课程时，对规范的运用是一个非常重要的问题。

规范是多年来混凝土结构方面的科学技术水平、理论计算方法和工程实践经验的总结，以及对国际上有关标准的先进成果吸收。

在学习中要力求熟悉它，在设计中灵活运用它，在实践中进一步验证它。

只有对规范条文的概念和实质有正确的理解，才能确切地应用其内容，充分发挥设计者的主动性、创造性。

　　本课程有着较强的实践性，一方面要通过课堂学习、习题、作业来掌握结构设计所必需的理论知识，通过课程设计和毕业设计等实践性教学环节学会运用这些知识来正确地进行结构设计，和解决工程中的技术问题；

另一方面要通过现场参观来了解实际工程的结构布置、配筋构造、预应力的施工工艺等，以积累感性知识，增加工程经验。

第二章钢筋混凝土材料的力学性能

1．《规范》规定钢筋混凝土结构（包括预应力钢筋混凝土结构）中的钢筋有哪几种，其等级如何？

答：

《规范》规定钢筋混凝土结构（包括预应力钢筋混凝土结构）中的钢筋有以下几种：

（1）热轧钢筋：

是低碳钢、普通低合金钢在高温状态下轧制而成，包括光圆钢筋和带肋钢筋。

等级分为HPB235级，HRB335级，HRB400级，HRB500级。

（2）余热处理钢筋：

热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部自身余热完成回火处理所得成品钢筋。

钢筋混凝土中常用RRB400级。

（3）热处理钢筋：

是将热轧钢筋在通过加热、淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。

热处理后钢筋强度能得到较大幅度的提高，而塑性降低并不多。

常用的有三种，分别是40Si2Mn，48Si2Mn，45Si2Cr。

（4）冷轧带肋钢筋：

采用强度较低、塑性较好的普通低碳钢或低合金钢热轧圆盘条作为母材，经冷轧减径后其表面形成二面或三面有月牙肋的钢筋，根据其力学指标的高低，分为LL550，LL650，LL800三种。

《规范》规定预应力混凝土结构中用的钢丝按外形有下列几类：

（1）光面钢丝（消除应力钢丝）：

用高碳镇定钢轧制成圆盘后经过多道冷拔，并进行应力消除矫直回火处理而成。

（2）刻痕钢丝：

在光面钢丝的表面上进行机械刻痕处理，以增加与混凝土的粘结能力。

（3）螺旋肋钢丝：

是用普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条作为母材，经冷轧减径在其表面形成二面或三面有月牙肋的钢丝。

（4）钢绞线：

是由多根高强钢丝捻制在一起，并经低温回火处理清除内应力后制成。

可分为2股、3股、7股3种。

2．上述种类钢筋的受力和变形有何特点？

在上述钢筋种类中，热轧钢筋为软钢，其应力-应变曲线有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率比较大；

冷轧带肋钢筋、热处理钢筋、光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋形钢丝及钢绞线均为硬钢，它们的应力-应变曲线没有明显的屈服点，伸长率小，质地硬脆。

从各级热轧钢筋和光面钢丝的应力-应变曲线中可以看出：

随着钢材强度的提高其塑性性能降低，HPB235级钢筋有较好的塑性，但强度较低，碳素钢丝虽强度很高，但塑性较差。

3．钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋按《规范》规定如何选用？

《规范》规定，钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋，应按下列规定选用：

普通钢筋，即钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋，宜采用HRB400级和HRB335级钢筋，也可采HPB235级钢筋和RRB400级钢筋，以HRB400级钢筋作为主导钢筋。

预应力钢筋宜采用预应力钢铰线、高强钢丝，也可采用热处理钢筋。

HRB400和HRB335级钢筋是指国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499-1998中的HRB400和HRB335级钢筋；

HPB235级钢筋是指《钢筋混凝土用热轧光面钢筋》GB13013中的Q235级钢筋；

RRB400级钢筋是指国家标准《钢筋混凝土用余热处理钢筋》GB13014中的KL400级钢筋；

预应力钢丝系指国家标准《预应力混凝土用钢丝》GB/T5223中的三面刻痕钢丝、螺旋肋钢丝以及光面并经消除应力的高强度圆形钢丝。

4．钢筋强度标准值是如何取值的？

为什么？

钢筋强度标准值应具有不小于95%的保证率。

对于热轧钢筋的强度标准值是根据屈服强度确定，用fyk表示。

因为构件中的钢筋应力达到屈服点后，将产生很大的塑性变形，使钢筋混凝土构件出现很大变形和不可闭合的裂缝，以至不能使用。

对预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋等没有明显屈服点的钢筋强度标准值是根据国家标准极限抗拉强度σb确定的，采用钢筋应力为0.85σb的点作为条件屈服点。

5．钢筋的塑性通常用哪两个指标来衡量？

它们对钢筋的塑性有和影响？

钢筋的塑性通常用伸长率和冷弯性能两个指标来衡量。

钢筋拉断后的伸长值与原长的比值称为伸长率，伸长率越大塑性越好；

冷弯是将直径为d的钢筋绕直径为D的弯芯弯曲到规定的角度而无裂纹及起层现象，则表示合格。

弯芯的直径D越小，弯转角越大，说明钢筋的塑性越好。

6．钢筋应力-应变曲线数学模型常用的有哪几种？

各有何特点和适用？

其数学表达式如何？

．钢筋应力-应变曲线数学模型常用的有：

双直线、三折线和双斜线三种。

（1）双直线（完全弹塑性模型）

将钢筋的应力-应变曲线简化为两根直线，该模型不计屈服强度的上限和由于应变硬化阶段增加的应力，如图题-6。

图中OB段为完全弹性阶段，B点为用于设计的屈服下限，相应的应力及应变为fy和εy，弹性模量为Es，即为OB段的斜率；

BC为完全塑性阶段，C点为应力强化的起点，对应的应变为εy，h。

过C点后，认为钢筋变形过大不能正常使用。

此模型适用于流幅较长的低强度钢筋。

其数学表达式为：

当εs≤εy时，σs=Esεs，（Es=fy/εy）

当εy≤εs≤εs,h时，σs=fy

Es—为钢筋弹性模量，见教材附表10。

（2）三折线（完全弹塑性加硬化模型）

对于屈服后立即发生应变硬化（应力强化）的钢材，上述双直线的应力-应变模型对钢材弹性阶段以后的钢筋应力估计太低，要正确地估计高出屈服台阶应变以后的应力，可以采用三折线模型，将钢筋的应力应变关系分为弹性阶段、塑性阶段和硬化阶段，如图题-6b。

在最后阶段钢筋受拉应力达到极限值fs，u，相应的应变为εs，u，这时认为钢筋破坏，该模型应用于流幅较短的软钢，其数学表达式如下：

当εy≤εs≤εs,h时，σs=fy

当εs,h≤εs≤εs,u时，fs=fy+（εs-εs,h）tgθ'

可取tgθ'

=Es'

=0.01Es。

（3）双斜线（弹塑性模型）

对于没有明显流幅的高强钢筋或钢丝的应力应变曲线的模型可采用双斜线，表示钢