《混凝土结构设计原理》自学指导书Word格式文档下载.docx
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3．钢筋冷加工的方法有哪几种?
冷拉和冷拔后钢筋的力学性能有何变化?
4.什么是钢筋和混凝土之间的粘结力?
影响钢筋和混凝土粘结强度的主要因素有哪些?
为保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力要采取哪些措施?
第3章按近似概率理论的极限状态设计法
在以后各章中，将要讨论混凝土结构各种基本构件以及楼盖、单层厂房、多层框架等结构的设计计算。
这些构件和结构的型式虽然不同，但其设计计算都采用共同的方法一概率极限状态设计法。
因此，在讨论具体的构件和结构设计之前，先介绍概率极限状态设计法。
学习本章时，应抓住下面几个主要问题：
（1）了解结构上的作用、作用效应、结构抗力、正态分布曲线、结构的可靠度、结构的可靠概率和失效概率、结构的可靠指标和材料的设计参数的基本概念；
（2）了解荷载的分类、荷载的代表值、荷载分项系数和荷载设计值的概念及其确定方法，
（3）了解极限状态的定义及分类；
（4）掌握按承载能力极限状态和按正常使用极限状态进行混凝土结构设计计算的方法。
（1）结构设计是解决如何处理结构上的作用、作用效应、结构抗力三者的关系。
由于结构上的作用、作用效应和结构抗力都是随机变量，为简化起见，假定它们服从正态分布，用概率论和数理统计方法进行分析。
要理解和掌握这个分析方法，要了解结构可靠度、结构的可靠概率和失效概率、结构的可靠指标以及材料的强度标准值和设计值等概念。
（2）结构设计离不开荷载，荷载分恒载和活荷载，活荷载有标准值、组合值、准永久值等多个代表值，不同的代表值适用于不同的设计场合。
（3）整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足安全性、适用性或耐久性等功能要求时，这一特定状态称为结构已达到该功能的极限状态。
结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两种。
在这两种极限状态中，一般情况下，超过承载能力极限状态所造成的后果比超过正常使用极限状态更严重。
因此，设计混凝土结构构件时，必须进行承载力（包括压屈失稳）计算；
在必要时尚应进行结构的倾覆和滑移验算。
处于地震区的结构尚应进行结构构件抗震的承载力计算。
对于使用上需要控制变形和裂缝的结构构件，还需要进行变形和裂缝的验算。
（4）承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算公式是以概率理论为基础，采用荷载标准值、材料强度标准值以及结构重要性系数、荷载分项系数、材料分项系数、可变荷载的组合系数等多个系数表示。
由于承载能力极限状态所考察的是结构构件的破坏阶段，而正常使用极限状态考察的是结构构件的使用阶段，同时，承载力问题一般比变形、裂缝问题更重要，因此，按承载能力极限状态计算和按正常使用极限状态计算二者在各系数的取值上有所不同。
1．结构的极限状态2．荷载的设计值3．结构的可靠性
4．活荷载的准永久值5．结构上的作用6．荷载的组合值
7．结构可靠性8．活荷载的频遇值
9．试说明荷载标准值与设计值之间的关系，荷载分项系数如何取值?
第四章受弯构件的正截面受弯承载力
本章的重点是：
（1）了解配筋率对受弯构件破坏特征的影响，以及适筋受弯构件在各个工作阶段的受力特点；
（2）掌握单筋矩形截面、双筋矩形截面和T形截面正截面承载力的计算方法；
（3）熟悉受弯构件正截面的构造要求。
（1）钢筋混凝土梁由于配筋率不同，有超筋梁、少筋梁和适筋梁三种破坏形态，其中超筋梁和少筋梁在设计中不能采用。
（2）适筋梁的破坏经历三个阶段。
第1阶段末Ia为受弯构件抗裂度的计算依据；
第Ⅱ阶段是一般钢筋混凝土受弯构件的使用阶段，是裂缝宽度和变形的计算依据；
第Ⅱ阶段末Ⅲa是受弯构件正截面承载力的计算依据。
（3）计算受弯构件正截面承载力时，混凝土的压应力图形以等效矩形应力图形代替。
混凝土的弯曲抗压强度设计值fcm是等效矩形应力图形中的换算强度，不是材料本身的力学指标。
（4）受弯构件分为单筋矩形截面、双筋矩形截面和T形截面。
三种截面的截面选择和截面校核的方法及步骤见各框图所示。
（5）在绘制施工图时，钢筋直径、净距、保护层、锚固长度等应符合《规范》有关构造规定。
1．超筋梁2．少筋梁3．配筋率4．双筋矩形截面梁
5．界限破坏
6．在什么情况下可采用双筋截面梁，双筋梁的基本计算公式为什么要有适用条件?
的双筋梁出现在什么情况下，这时应当如何计算?
计算题
P864.34.5
第五章受弯构件的斜截面承载力
本章介绍受弯构件斜截面承载力的计算和构造问题。
重点是：
（1）斜截面破坏的主要形态，影响斜截面抗剪承载力的主要因素，
（2）无腹筋梁和有腹筋梁斜截面受剪承载力的计算公式及适用条件，防止斜压破坏和斜拉破坏的措施；
（3）受弯承载力图（材料图）的作法，弯起钢筋的弯起位置和纵向受力钢筋的截断位置；
（4）纵向受力钢筋伸入支座的锚固要求和箍筋构造要求；
（5）伸臂梁配筋图的绘制方法。
（1）斜裂缝出现前，钢筋混凝土梁可视为匀质弹性材料梁，剪弯段的应力可甩材料力学方法分析；
斜裂缝的出现将引起截面应力重新分布，材料力学方法则不再适用。
（2）随着梁的剪跨比和配箍率的变化，梁沿斜截面可发生斜拉破坏、剪压破坏和斜压破坏等主要破坏形态，这几种破坏都是脆性破坏。
（3）影响斜截面受剪承载力的主要因素有剪跨比、混凝土强度等级、配箍率及箍筋强度、纵筋配筋率等；
计算公式是以主要影响参数为变量，以试验统计为基础，以满足目标可靠指标的试验偏下线为根据建立起来的。
（4）斜截面受剪承载力的计算公式是以剪压破坏的受力特征为依据建立的，因此应采取相应构造措施防止斜压破坏和斜拉破坏的发生，即截面尺寸应有保证，箍筋的最大间距、最小直径及配箍率应满足构造要求。
（5）斜截面承截力包括斜截面受剪承载力和斜截面受弯承载力两方面。
不仅要满足计算要求，而且应采取必要的构造措施来保证。
弯起钢筋的弯起位置、纵筋的截断位置以及有关纵筋的锚固要求、箍筋的构造要求等，在设计中均应予以考虑和重视。
1、试述剪跨比的概念及其对斜截面破坏的影响。
2、试述梁斜截面受剪破坏的三种形态及其破坏特征。
3、影响斜截面受剪性能的主要因素有哪些?
4、写出矩形、T形、I形粱在不同荷载情况下斜截面受剪承载力计算公式。
5、计算梁斜截面受剪承载力时应取那些计算截面?
6、什么是材料抵抗弯矩图?
如何绘制?
为什么要绘制?
7、为了保证梁斜截面受弯承载力，对纵筋的弯起、锚固、截断以及箍筋的间距，有什么构造要求?
P1225.35.65.7
第六章受压构件的截面承载力
（1）轴心受压构件的受力特点，配有普通箍筋的轴心受压构件的承载力计算；
（2）偏心受压构件的分类和破坏特征，纵向弯曲对偏心受压构件的影响；
（3）矩形截面（非对称配筋和对称配筋）及I形截面（对称配筋）偏心受压构件正截面承载力的计算和构造；
（4）偏心受压构件的斜截面受剪承载力计算。
矩形截面偏心受压构件的破坏特征、截面设计计算和构造、截面承载力复核是本章重点。
本章的难点是小偏心受压构件的计算。
把握住该情形下混凝土受压区的变化特点、钢筋应力
、附加偏心距ea的计算方法以及运用内力平衡条件，是解决这一难点的关键。
小结
（1）配有普通箍筋的轴心受压短柱，钢筋和混凝土的共同工作可直到破坏为止，同样可用材料力学的方法分析混凝土和钢筋的应力，但应考虑混凝土塑性变形的影响；
构件破坏时，混凝土达到极限压应变
，应力达到轴心抗压强度，纵向钢筋应力达到抗压屈服强度（低强度钢筋）或达到0．002Es（高强度钢筋，实际强度高于0．002Es时）。
配有螺旋箍筋的柱，由于螺旋箍筋对混凝土的约束而可以提高柱的承载力。
（2）轴心受压构件由于纵向弯曲的影响将降低构件的承载力，因而在计算长柱时引入“稳定系数”
，短柱的
＝1．0。
（3）根据偏心距的大小和配筋情况，偏心受压构件可分为大偏心受压和小偏心受压两种状态。
其界限破坏状态与适筋和超筋梁的界限完全相同。
当
时，构件处于大偏心受压状态（含界限状态）；
时，构件为小偏心受压状态。
（4）在大偏心受压承载力极限状态时，受拉钢筋和受压钢筋都达到屈服（当
时
不屈服），混凝土压应力图形与适筋梁相同，据此建立的两个平衡方程是进行截面选择和承载力校核的依据。
（5）在小偏心受压承载力极限状态下，离纵向力较近一侧钢筋受压屈服，混凝土被压碎，但离纵向力较远一侧的钢筋无论受拉和受压都不会屈服，混凝土压应力图形也比较复杂。
在小偏心受压计算中，引入
与
的线性关系式以及“附加偏心距ea”是解决上述问题的关键，并使小偏心受压的计算与大偏心受压的计算公式相协调。
（6）由于纵向弯曲的影响将降低长柱的承载力，因此当
时，引进“偏心距增大系数
”以考虑其影响（
时，取
＝1），
值随
及
的增加而增大。
（7）非对称配筋的截面选择，需要根据偏心距的大小判断大小偏心受压情形：
时，按大偏心受压计算；
时，按小偏心受压计算。
而对称配筋的截面选择，则可按
的大小直接判斯。
（8）偏心受压构件的受压承载力不仅取决于截面尺寸和材料强度等，还取决于内力N和M的组合，因此截面的承载力校核是在给定e0的条件下进行的。
在利用承载力公式解联立方程时，应首先解出
。
（9）偏心受压斜截面抗剪计算，与受弯构件矩形截面独立梁受集中荷载的抗剪公式有密切联系。
轴向压力的存在对抗剪有利。
1、轴心受压普通箍筋拄与螺旋箍筋柱的正截面受压承载力计算有何不同?
2、简述偏心受压短柱的破坏形态?
偏心受压构件如何分类?
3、长柱的正截面受压破坏与短柱的破坏有何异同?
什么是偏心受压长柱的二阶弯矩?
4、怎样区分大、小偏心受压破坏的界限?
5、怎样进行不对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面受压承载力的设计与计算?
6、对称配筋矩形截面偏心受压构件大、小偏心受压破坏的界限如何区分?
7、怎样进行对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力的设计与计算?
8、什么是构件偏心受压正截面承载力的相关曲线?
9、矩形截面大、小偏心受压破坏有何本质区别?
在截面设计时如何判别?
在截面复核时如何判别?
10、附加偏心距、计算偏心距和初始偏心距的物理意义是什么？
计算题：
P1796.3、6.4、6.6
第七章受拉构件的截面承载力
（1）轴心受拉构件的受力特点和承载力计算；
（2）轴心受拉构件的配筋构造；
（3）偏心受拉构件的分类及受力特征，矩形截面偏心受拉构件正截面承载力的计算；
（4）偏心受拉构件的斜截面受剪承载力计算。
（1）钢筋混凝土轴心受拉构件开裂前的应力可采用换算截面、利用材料力学公式进行分析；
在混凝土进入弹塑性阶段后，由于塑性变形的影响，截面应力会发生重分布现象。
开裂截面处裂缝贯通整个截面，该处拉力全部由钢筋承担。
开裂前后的钢筋应力发生突变。
（2）在进行轴心受力构件的承载力计算时，除满足计算公式要求外，尚需符合有关构造要求，配筋不应小于最小配筋百分率，也不应超过最大配筋百分率的规定。
（3）钢筋混凝土偏心受拉构件也分为两种情形：
当偏心拉力作用在As和
之间（即
）时，为小偏心受拉；
当拉力作用在As和
之外（即
）时为大偏心受拉。
（4）小偏心受拉的受力特点类似于轴心受拉构件，破坏时拉力全部由钢筋承受；
大偏心受拉的受力特点类似于受弯构件或大偏心受压构件，破坏时截面有混凝土受压区存在。
（5）偏心受拉的斜截面抗剪计算，与受弯构件矩形截面独立梁受集中荷载的抗剪公式有密切联系。
轴向拉力的存在将降低抗剪承载力。
第八章受扭构件的扭曲截面承载力
（1）矩形截面纯扭构件的受力性能和承载力计算方法；
（2）剪扭相关性及矩形截面剪扭构件承载力计算方法；
（3）矩形截面弯扭和弯剪扭构件承载力计算方法；
（4）T形和I形截面弯剪扭构件承载力计算原则；
（5）受扭构件的构造要求。
（1）素混凝土纯扭构件在扭矩作用下，首先在主拉应力最大的长边中点开裂，随即发生突然性的脆性破坏。
构件的开裂扭矩一般就是破坏扭矩。
破坏时构件三面开裂一边混凝土被压碎，破坏面为一个空间扭曲面。
构件的实际抗扭承载力介于弹性分析与塑性分析结果之间。
（2）配置抗扭钢筋的纯扭构件，在开裂前其受力性能与素混凝土构件没有明显的差别，但开裂后不立即破坏，而是逐渐形成多条呈45°
左右的螺旋裂缝。
裂缝处由抗扭钢筋继续承担拉力，并与裂缝间混凝土斜压杆共同构成空间桁架抗扭机构。
配置抗扭钢筋对提高构件的抗扭承载力有很大作用，但对构件开裂扭矩的影响则很小。
（3）钢筋混凝土纯扭构件的破坏可归纳为4种类型：
少筋破坏、适筋破坏、部分超配筋破坏和完全超配筋破坏。
其中少筋破坏和完全超配筋破坏均为明显的脆性破坏，设计中应当避免。
为了使抗扭纵筋和箍筋相互匹配，有效地发挥抗扭作用，应使两者的强度比
＝0.6～1.7，最佳配合比为1.2左右。
（4）矩形截面纯扭构件的抗扭承载力计算公式（6—8），是根据大量适筋和部分超配筋构件的试验实测数据分析建立起来的经验公式。
它综合考虑了混凝土和抗扭钢筋两部分的抗扭作用，反映了各主要因素的影响。
（5）无腹筋剪扭构件的承载力相关关系符号1／4圆弧的变化规律。
《规范》对剪扭构件的承载力计算采用“考虑部分相关的计算方案”，并以受弯构件斜截面抗剪承载力公式和纯扭构件抗扭承载力公式为基础，只对公式中的混凝土作用项考虑剪扭相互影响进行修正。
对抗扭承载力公式中的混凝土作用项乘以系数
，对抗剪承载力公式中的混凝土作用项则乘以（1.5－
）。
在推导系数
时，近似地采用三折线相关曲线代替1／4圆弧曲线。
（6）弯扭构件的弯扭相关规律比较复杂，它与M/T、
、h/b以及
等许多因素有关。
以
为2~3的构件为例，可能出现三种破坏类型，分别称为“弯型破坏”、“扭型破坏”和“弯扭型破坏”。
其弯扭承载力的相关性可定性地由三段曲线表示。
由于较准确地考虑弯扭相关性进行设计将使计算相当复杂，《规范》建议对弯扭构件采用简便实用的“叠加法”进行计算。
（7）对工程中最常见的有弯矩、剪力和扭矩同时作用的构件，《规范》建议其箍筋数量由考虑剪扭相关性的抗剪和抗扭计算结果进行叠加，而纵筋的数量则由抗弯和抗扭计算的结果进行叠加。
（8）T形和I形截面弯剪扭构件的计算原则与矩形截面弯剪扭构件相同，但剪力只由腹板承受，扭矩按腹板、受压翼缘、受拉翼缘的相对抗扭塑性抵抗矩分配。
（9）受扭构件承载力的计算公式有其相应的适用条件。
为防止出现“完全超配筋”脆性破坏，构件应符合截面限制条件；
为了防止“少筋破坏”则应满足有关的最小配筋率要求。
当符合一定条件时，可简化计算步骤。
此外，受扭构件还必须满足有关的构造要求。
1、纵向钢筋与箍筋的配筋强度比的含意是什么?
起什么作用?
有什么限制?
2、在剪扭构件承栽力计算中如符合下列条件，说明了什么?
3、我国规范受扭承载力计算公式中的
的物理意义是什么?
其表达式表示了什么关系?
此表达式的取值考虑了哪些因素?
第九章钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性
（1）了解钢筋混凝土结构构件荷载裂缝与变形裂缝形成的原因及相应的预防措施；
（2）了解钢筋混凝土构件荷载裂缝宽度（以下简称裂缝宽度）和变形验算的目的和条件；
（3）深入理解钢筋混凝土构件荷载裂缝出现和开展的过程，发裂后钢筋和混凝土应变分布规律，裂缝宽度和截面抗弯刚度随荷载大小及其持续作用时间变化的特性，
（4）掌握钢筋混凝土构件荷载裂缝宽度和受弯构件挠度的计算方法。
（1）裂缝和变形验算的目的是保证构件进入正常使用极限状态的概率足够小，以满足适用性和耐久性的要求。
与承载力极限状态的要求相比，这一验算的重要性位居第二。
故可按荷载短期效应组合计算的内力进行验算，但要考虑荷载长期效应组合的影响。
（2）钢筋混凝土结构构件除荷载裂缝外，还存在不少变形裂缝，如温度收缩裂缝、碳化锈蚀膨胀裂缝等，对此应引起重视。
应从结构构造（如设置伸缩缝、足够的混凝土保护层厚度）和施工质量（如保证混凝土的密实性和良好的养护）等方面采取措施，避免出现各种有害的非荷载裂缝。
（3）由于混凝土的非均质性及其抗拉强度的离散性，荷载裂缝的出现和开展均带有随机性，裂缝的间距和宽度则具有不均匀性。
但在裂缝出现的过程中存在裂缝基本稳定的阶段，随着荷载的增加，裂缝不会无限加密，因而有平均裂缝间距、宽度以及最大裂缝宽度，在裂缝宽度计算中引入荷载短期效应裂缝扩大系数。
（4）构件截面抗弯刚度不仅随弯矩增大而减小，同时也随荷载持续作用而减小。
前者是混凝土裂缝的出现和开展以及存在塑性变形的结果；
后者则是受压区混凝土收缩、徐变以及受拉区混凝土的松弛和钢筋与混凝土之间粘结滑移徐变使钢筋应变增加的缘故。
因此，在裂缝宽度计算中引入荷载长期效应裂缝扩大系数；
在挠度计算中引入短期刚度和长期刚度的概念。
（5）系数
是在裂缝宽度和挠度计算中描述裂缝之间钢筋应变（应力）分布不均匀性的参数，其物理意义是反映裂缝之间的混凝土协助钢筋抗拉工作的程度。
当截面尺寸、配筋及材料级别一定时，它主要与内力大小有关，其值在0.4～1.0之间变化。
它愈小（钢筋应变愈不均匀），裂缝之间的混凝土协助钢筋抗拉的作用愈大；
反之则愈小。
（6）提高构件截面刚度的有效措施是增加截面高度；
减小裂缝宽度的有效措施是增加用钢量和采用直径较细的钢筋。
因此，在设计中常用控制跨高比来满足变形要求；
用控制钢筋的应力和直径来满足裂缝宽度的要求。
（7）对于钢筋和混凝土均采用较高强度等级且负荷较大的大跨度简支和悬臂构件，往往需要按计算控制构件的挠度。
此时，可根据最小刚度原则（即假定同号弯矩区段各截面抗弯刚度均近似等于该段内弯矩最大处的截面抗弯刚度）按结构力学的公式进行计算。
1、何谓“最小刚度原则”?
2、简述参数
的物理意义
3、简述配筋率对受弯构件正截面承载力、挠度和裂缝宽度的影响。
三者不能同时满足时采取什么措施?
4、何谓混凝土构件截面的延性?
第十章预应力混凝土构件
预应力混凝土构件是不同于钢筋混凝土构件的另一种类型的构件。
本章要求：
1．了解预应力混凝土的基本概念；
2．熟练掌握预应力混凝土轴心受拉构件的设计计算方法；
3．了解先张法预应力混凝土受弯构件与钢筋混凝土受弯构件在受力特点、设计计算方面的联系和区别。
掌握先张法预应力混凝土受弯构件的设计计算方法；
4．熟悉预应力混凝土构件的构造要求；
5．了解部分预应力混凝土与无粘结预应力混凝土的基本概念。
本章的难点是：
预应力混凝土构件中预应力钢筋的应力损失及由此引起的各阶段应力变化。
由于引起预应力损失的因素较多，各种预应力损失出现的时刻和延续的时间各不相同，先张法构件和张法构件在同一应力阶段上发生的预应力损失也不尽相同，因而增加了计算的复杂性。
1、对混凝土构件施加预应力，是克服这种构件自重大、易开裂的最有效途径之一。
由于预应力混凝土结构具有许多显著的优点，因此在实际工程中，应尽可能地推广使用预应力混凝土构件。
2、预应力损失是预应力结构中特有的现象。
预应力混凝土构件中，引起预应力损失的因素较多，不同预应力损失出现的时刻和延续的时间受许多因素制约，给计算工作增添了复杂性。
深刻认识预应力损失现象，把握其变化规律，对于了解预应力混凝土构件的设计计算都是十分有益的。
3、在施工阶段，预应力混凝土构件的计算分析是基于材料力学的分析方法，先张法构件和后张法构件采用不同的截面几何特征，在使用阶段，直到构件开裂前，材料力学的方法仍适用于预应力混凝土构件的分析，且先张法构件和后张法构件都采用换算截面进行。
4、预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析是预应力混凝土受弯构件应力分析的基础，预应力混凝土构件的承载力计算和正常使用极限状态的验算都与钢筋混凝土构件有密切联系。
5、和钢筋混凝土构件相比，预应力混凝土构件的计算较麻烦，构造较复杂，施工制作要求一定的机械设备与技术条件，给预应力混凝土构件的广泛使用带来一定的限制，其改进与完善尚有待进一步研究。
1、什么是张拉控制应力?
为何不能取得太高，也不能取得太低?
2、预应力损失有哪些?
是由什么原因产生的?
如何减少各项预应力的损失值？
3、预应力损失值为什么要分第一批和第二批损失?
先张法和后张法各项预应力损失是怎样组合的?
第十二章楼盖
1．对于现浇整体式单向板肋形楼盖，要求熟练掌握其内力按弹性理论及考虑塑性内力重分布的计算方法；
建立折算荷载、塑性铰、内力重分布、弯矩调幅等概念；
深入理解连续梁、板截面设计特点及配筋构造要求。
2．对于现浇双向板肋形楼盖，要求了解其静力工作特点；
掌握内力按弹性理论计算的近似方法，熟悉这种楼盖结构截面设计和构造要求。
3．了解几种常用楼梯结构的受力特点、应用场合及其内力计算和配筋构造的要点。
4．了解雨篷梁的设计内容，特别是对整体倾覆验算的要求。
1、楼面、屋盖、楼梯等梁板结构设计的步骤是：
（一）结构选型和布置；
（--）结构计算（包括定简图、算荷载、内力分析、组合及截面配筋计算等）；
（三）绘制结构施工图（包括结构布置、构件模板及配筋图）。
上述步骤，不仅适用于梁板结构，也适用于其他结构设计。
2、结构的选型和布置对其可靠性和经济性有重要意义。
因此，应熟悉各种结构，如现浇单向板肋形楼盖、双向板肋形楼盖、井式楼盖、无
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