高等混凝土Word格式.docx
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步骤四选择水灰比。
混凝土强度与灰水比（即水灰比的倒数）、胶凝材料的水硬活
性等因素存在一定的关系。
步骤五：
计算水泥用量。
水灰比与用水量一经确定，水泥用量就可计算而得。
如计算
所得水泥用量小于按照耐久性要求规定的最小水泥用量时，应按照耐久性要求取值。
步骤六：
选择砂率。
砂率根据粗骨料品种、最大粒径、水灰比和砂于的细度模数，按
照经验选取。
步骤七：
按照质量法或体积法计算粗细骨料用量。
新拌及早龄期混凝土的性能
（1）新拌混凝土的性能与影响因素
A:
混凝土拌合物的工作性
混凝土拌台物必须具有良好的工作性，才能便于施工和制得密实而均匀的硬化混凝
土从而保证混凝土的质量。
混凝土的工作性是一个含义广泛的名词，用以表示混凝土拌
合物浇筑、捣实和抹面时的性质，包括流动性、黏聚性和保水性三方面的涵义。
流动性：
反映混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣作用下能够流动并均匀密
实地充满模型的性能。
流动性的太小主要取决于用水量或胶凝材料浆体量的多少。
流动性
的大小反映混凝土拌合物的稀稠程度，直接影响混凝土浇筑与捣实施工的难易和混凝土
质量。
b:
黏聚性：
反映混凝土拌台物的抗离析性能。
这种性能的高低，主要取决于胶凝
材料砂浆用量的多少或配合比是否适当。
c:
保水性：
指混凝土拌合物保持水分不易析出的能力。
B:
影响混凝土拌台物工作性的因素
a:
用水量和胶凝材料浆量
骨科品种与品质
砂率砂率是指细骨料含量（重量）占骨料总量的百分数。
三：
早龄期混凝土的性能
（1）混凝土浇筑后的性能
离析：
如果混凝土拌合物过于于硬，浆体量过少或黏度过低，骨科级配不良，则拌台
物中的粗颗粒与细颗粒容易分离。
混凝土拌合物离析将导致硬化后的混凝土产生蜂窝、麻
面等缺陷，影响混凝土的力学性能和耐久性。
泌水:
混凝土拌台物如果较稀，在浇筑和捣实后，凝结以前，混凝土表面会出现一层
水或浮浆（外分层）。
塑性沉降：
处于塑性阶段的混凝土拌台物由于泌水而产生整体沉降。
靠近顶部的混凝
土拌合物在沉降过程中，若受到钢筋的阻碍，可能产生塑性沉降裂缝。
这种裂缝一般在靠
近表面的钢筋上方发生。
d:
塑性收缩：
混凝土浇筑后或多或少会有泌水。
如果混凝土表面的泌水速率小于水分蒸
发速率，表层混凝土将失水干燥，产生局部收缩。
此时混凝土还未凝结硬化，不具有抵抗
收缩的能力，存易产生塑忤收缩裂缝。
（2）混凝土凝结后的性能
混凝土加水拌和后一段时间开始凝结硬化。
由于各种因素的影响，混凝土的凝结时间
与所用水泥的凝结时间并不存在确定的关系。
混凝土的凝结时间被人为地分为初凝时间和
终凝时间。
仞凝时间大致相当于混凝土拌台物不能再正常地浇筑和捣实的时间，终凝时间
大致相当于混凝土的强度开始明显增长的时间
四：
混凝土的力学性能
（1）混凝土的抗压强度
立方体抗压强度b:
圆柱体抗压强度
棱柱体抗压强度
（2）影响混凝土抗压强度的因素
胶凝材料性质与水胶比；
胶凝材料性质和水灰比是影响混凝土抗压强度的最主要因素。
因为棍凝土的强度主要取决于硬化胶凝材料浆体的强度及其与骨料问的粘结力。
骨料
骨料本身的强度一般都比水泥石的强度高（轻骨料除外），混凝土受力破坏时，破坏
区域主要在硬化胶凝材料浆体和过渡区，所以骨料强度不直接影响混凝土的强度。
但若骨
料经风化等作用而强度降低时，则用其配制的混凝土强度也降低。
养护
为了获得质量良好的混凝土，混凝土成型后必须进行适当的养护以保证胶凝材料水化
过程的正常进行。
养护过程需要控制的参数为时问、温度和湿度。
（3）混凝土的抗拉强度和弹性模量等
五：
混凝土的变形
混凝土在凝结硬化过程和不同使用阶段都会出现变形，混凝土的变形包括化学收
缩、干缩湿胀、温度变形、受荷变形等，按变形性质可分为可逆变形与不可逆变形、弹性
变形与塑性变形。
（1）化学收缩与自身收缩
由于水泥水化产物的体积小于反应前物质的总体积，从而使混凝土出现体积收缩，这
种收缩称为化学收缩，是不可逆变形。
其收缩值随混凝土龄期的增加而增加，大致与时间
的对数成正比。
（2）温度收缩
胶凝材料的水化反应是放热反应。
在混凝土水化硬化过程中，混凝土的温度将逐渐升
高，同时向外界散发热量；
当胶凝材料的水化反应进入衰退期后，反应敷热量小于散热
量，混凝土结构的温度逐渐下降，直至与周围环境温度相等。
温升速度和峰值速度、散热
速率和散热量以及降温速率受到混凝土组成、结构尺寸以及环境条件等的影响。
（3）干燥收缩与徐变
混凝土在干燥环境中，困其内部吸附的水分蒸发而引起凝肢体收缩；
毛细管内水分蒸
发后由于毛细管压力增大而出现收缩，这两方面收缩均为干燥收缩。
同时由于长期荷载的作用，混凝土还要发生髓时间而增加的变形，称为徐变。
混凝土的徐变
混凝土的徐变，在加荷早期增加得比较快，然后逐渐减缓
混凝土的收缩
混凝土在空气中硬化时其体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。
收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化而产生的变形。
通常从为混凝土收缩是由混凝土本身的体积收
缩（凝结）和混凝土因失水产生的体积收缩（干缩）所组成。
第3章混凝土受力本构关系
1：
混凝土多轴受力本构关系大致可以划分为以下几类模型：
（1）线弹性本构模型；
（2）非线性弹性本构模型．
（3）经典塑性力学模型；
（4）损伤力学模型。
比较而言，近二十年来逐渐发展起来的弹塑性损伤力学理论能够较为全面地反映混凝
土的各种非线性性质
2经验物理模型——混凝土单轴受力本构关系
（1）单轴受拉
混凝土的抗拉强度和变形是研究混凝土破坏机理的主要依据之一，然而，由于混凝土
抗拉强度低、变形小、破坏突然
在初始受拉阶段，应力应变基本服从接线性增长的关系，在应力达到抗拉强度的40％～60时，变形增长逐渐加快，应力应变关系逐渐偏离线性关系。
呈现非线性的特点。
到达峰值应力^时，相应的应变约为（70～140）×
l0（-6）。
随后，名义应力水平很快下降，形成下降曲线。
当平均应变2极限应变时，可在受拉构件表面观察到细小的横向裂缝，缝宽约为0．04～0．08mm，此时，试件残余应力约为（0．2～0．3）抗拉强度，此后，裂缝迅速延伸、发展，最终裂缝贯穿全截面，试件断为两截。
（2）单轴受压
与单轴受拉类似，混凝土单轴受压的破坏过程同样是试件内部微裂缝、微缺陪开展导致损伤逐步累积的过程。
所不同者，是在这一破坏过程的后期，加入了混凝土塑性变形的影响。
3理论物理模型——混凝土多轴受力本构关系
（1）弹性本构模型
在混凝土工作应力水平较低，内部微裂缝未有较大发展时，可以将其视为线弹性匀质
材料，并采用广义虎克定律表达本构关系
（2）非线性弹性本构模型
应力应变关系随着应力增加，应变按给定非线性规律增长．卸载时，应变沿原路径返回，不留残余变形。
由于这类模型表达简尊，易于理懈，因而在工程中有较为广泛的应用。
A:
非线性弹性本构模型有两种基本形式：
全量式应力
应变关系和增量式应力一应变关系
各向同性全量模型——（）ttosen模型
l979年，（）ttosen提出了一类全量型本构模型这一模型在本质上是各向同性线弹性本构模型的简单推广。
即以多轴应力状态下的割线模量E和泊松比v,代替各向同性线弹性模型中的E和v,
非线性弹性全量式本构模型，一般仅适用于比例、单调加载的情况，不适用于与加载
路径有关问题的分析。
同时，在有限元分析中，要求采用迭代法求解，也增大了计算工作
量。
与之相对应，非线性弹性增量式本构横型，则可以描述非比侧加载与非单调加载现
象，因而更利于反映一般性荷载作用下的混凝土结构行为。
同时，在有限元分析中，采用
增量法求解也更为方便、实用。
正交各向异性增量模型——Danwin—Pecknold模型
4经典塑性力学模型
经典的塑性力学理论主要包括形变理论与增量理论。
形变理论仅适用于简单加载情
况，增量理论则试图描述材料在弹塑性变形过程中应力与应变速度或应变增量之间的关
系。
在混凝土本构关系研究中，主要是增量理论得到了应用。
增量塑性理论包括三方面的基本假定：
屈服条件、强化法则、流动法则与加卸载准则
将他们结合起来，可以导出本构关系。
5随机物理模型——混凝土随机损伤本构关系
上述确定性本构模型，仅仅反映了混凝土受力行为的非线性，并没有匣映混凝土本构关系存在的随机性，为了客观全面地反映混凝土材料的非线性行为，必须研究损伤的细观机理及其随机演化问题。
事实上，对于细观层次损伤的概率性刻画，不仅可以解释损伤赖
以产生和发展的物理机制，也可以给损伤变量的演化一个合理的解释
第4章钢筋与混凝土的粘结
4．1钢筋与混凝土的粘结机理
（1）粘结力的组成
一般认为钢筋与混凝土之间的粘结力由三部分组成。
1）钢筋与混凝士接触面上的化学胶着力
化学胶着力是混凝土中水泥凝胶体与钢筋表面产生的吸附胶着作用。
化肇胶着力一般
很小，只在钢筋与混凝土界面无柑对滑移时才存在。
一旦钢筋和混凝土产生相对滑移，就
失去作用。
2）钢筋与混凝土之间的摩擦力
摩擦力是由于混凝土硬化时的收缩对钢筋产生的握裹挤压作用产生的，挤压力越大，
接触面J二的粗糙程度越太，摩擦力也越大。
3）钢筋与混凝土的机械咬台力
机械咬台力，主要是由于钢筋表面凹凸不平产生的。
对光面钢筋，机械咬合力主要源
于钢筋表面的凹凸不平（如钢筋表面的粗糙，锈蚀等），对变形钢筋则源于钢筋表面凸出的横肋。
（2）粘结机理
1）光圆钢筋粘结机理
光圆钢筋与混凝土之间的粘结力主要来源于摩擦力。
其粘结性能破坏时，钢筋从试件内拔出，拨出的钢筋表面与其周围混凝土有明显的纵向摩擦痕迹。
光面钢筋的粘结破坏属剪划型破坏，光面钢筋与混凝土的粘结较差，表现为粘结强度较低、滑移较大。
2）变形钢筋的粘结性能
变形钢筋与混凝土间的粘结力主要来自机械咬合力。
拔出试验表明，当受荷开始拉力
不大、钢筋与混凝土之间的界面开始受剪时，主要是化学胶着力和摩擦力起作用。
当界面
剪应力逐渐增大，化学胶着力和摩擦力的作用逐渐减小或丧失，机械咬台力逐渐起主导
作用。
（3）影响钢筋与混凝土粘结性能的因数
1）混凝土材料对粘结性能的影响。
主要是混凝土强度，添加剂，还有外加纤维的影响。
2）钢筋对于粘结强度的影响
a）钢筋直径和肋部形状对于粘结强度的影响
钢筋的表面形状对粘结强度有明显影响，变形钢筋的粘结强度比光面钢筋高得多，大
致可高出2～3倍。
故钢筋混凝土结构中宜优先采用变形钢筋。
直径较粗钢筋的粘结强度
比直径较细的钢筋低，因直径加大时相对肋的面积增加不多。
b）纵筋屈服后的性能对于粘结性能的影响
仅根据钢筋在弹性范围内的受力情况，分析钢筋与混凝土阔的枯结性能是不够全面
的。
如在地震怍用下，钢筋的应变很有可能会超过钢筋的屈服点所对应的应变。
钢筋届服
后的软化现象大大降低了力向锚固端传递的速度，对于具有同样屈服平台应变量和应变硬
化的钢筋来说，则屈服应力较低的钢表现出较好的锚固性能。
c）钢筋埋长
d）钢筋锈蚀的影响
（4）钢筋与混凝土间的相互关系对粘结性能的影响
1）箍筋对粘结性能的影响
箍筋对于钢筋周围的混凝土有约束作用，能够在纵向劈裂裂缝出现后对混凝土产生侧
向约束，因而随着钢筋拉力的增大粘结应力有所提高。
2）保护层厚度或纵筋问距对牯结性能的影响
对变形钢筋，当混凝土保护层太薄时，径向裂缝可能发展至构件表面出现纵向劈裂裂
缝。
当钢筋的净间距太小时，其外围混凝土将发生沿钢筋水平处贯穿整个梁宽的水平劈裂
裂缝，使整个混凝土保护层崩落。
因此当保护层厚度较小时，可采用适当地增加一些箍筋
数量来满足粘结强度的要求。
3）浇筑位置对于粘结性能的影响
粘结强度与浇灌混凝土时钢筋所处的位置有关，浇筑位置是指两方面的因素：
一是纵
筋在试件中的位置，二是混凝土在挠筑时纵筋的方向。
4）侧向压力的作用
结构或构件中的钢筋锚固端常承受横向压力的作用，当钢筋的锚固区有侧向压力作用时，粘结强度将提高。
但侧向压力过大，或有侧向拉力时，反而会使混凝土产生沿钢筋的劈裂。
受压钢筋的粘结锚固性能一般比受拉钢筋有利，因为钢筋受压后横向膨胀，被周围混
凝土所约束，提高摩阻抗滑力，粘结强度偏高。
4．2粘结应力一滑移本构关系
（1）粘结-滑移本构关系
在粘结一滑移本构关系研究中，存在两种基本观点，一种认为本构关系与所研究的位
置点无关，另一种则认为率构关系与所研究的位置点有关。
相关研究人员提出多种本构模型
反复荷栽下的粘结滑移性能
4．3反复荷栽下的粘结滑移性能
4。
3。
1重复荷载下的粘结
低周重复荷载下为数不多的加载循环就可以起粘结性能的显著退化，并且粘结退化主要由第一个循环产生。
这是因为在较高的粘结应力水平下混凝土的开裂、挤压变形在第一个循环中已开展的比较充分。
在随后的加载循环中因粘结应力的降低而发展缓慢。
粘结退化的速度及程度与粘结直力水平密切相关，进一步的研究认为加载应力水平是影响低躅重复荷载下铺筋与混凝土粘结退化的重要因素，而劈裂与否是退化是否发散的临界标志。
在高周重复菏载下，粘结退化的一个最显著现象是精移的不断增长。
由粘结疲劳产生
的过大滑移通常是粘结破坏的前导。
牯结疲劳强度与混凝土抗压疲劳强度相当，因此粘结
疲劳实际上由混凝土材料本身的强度疲劳引起。
牯结的退化速率亦与粘结应力水平密切
相关。
4．3．2反复荷载下的粘结
钢筋和混凝土在反复荷载作用下的粘结性能与静载作用下的情况有很大的不同。
牯结
钢筋在拉、压力的反复作用下，表面横肋往复滑移，轮番挤压两侧的混凝土，造成肋前破
损区的积累和斜裂缝的开展，损伤区由加载端向内部延伸内部出现交叉斜裂缝。
沿钢筋表面的粘结力分布也在正、反向摩攘的交替和破损积累的过程中发生相应的变化，使钢筋与混土的粘结性能在荷载的反复作用下显著退化。
在反复荷载作用下，当控制位移水平较小时，首次正向加载的最大粘结应力不会超过劈裂粘结强度·
在循环加载过程中试件表面始终不会产生劈裂裂缝。
反之，当控制位移水平较大时，在第一循环的前半个循环中试件表面就会产生劈裂裂缝，但随着循环次数的增多，劈裂裂缝几乎不冉发展。
第5章建筑结构设计方法
5．1．1容许应力设计法
容许应力法的假定：
（1）弹性假定。
钢筋和混凝土均为掸性材料．其弹性模量E；
及E。
为常量。
应力一应
变关系服从虎克定律。
（2）平截面假定。
变形前的平截面变形后仍保持平面。
（3）假定混凝土为不抗拉材料，即当混凝土为拉仲应变时，其应力为零。
（4）钢筋与周围相接触的混凝土的应变相等。
按容许应力设计时，认为构件在外界作用下，某一截面的最大应力达到或超过材料
的容许应力时，构件即失救
容许应力的缺点是显而易见的，主要有：
（1）钢筋和混凝土并非完全弹性材料。
（2）由于钢筋及混凝土具有塑性变形能力，因而当某一截面的最大应力达到破坏时，
构件未必就引起破坏．采用容许应力法不能充分发挥材料的潜力。
（3）安全系数的确定主要凭借经验，缺乏严格的科学依据。
5．1．2破损阶段设计法
按破损阶段设计与按容许应力法的主要区别在于极限承载力的计算。
在容许应力设计
法中，假定某一截面的最大应力达到容许应力时即告失效；
而在破损阶段设计法中是以整
个截面的内力达到某极限内力时才引起失效。
按破损阶段设计法考虑了钢筋及混凝土的塑性变形性能，可以充分发挥材料的性能，
其极限荷载可直接由实验验证，计算所得的结果给出了一个清晰简明的总安全度概念。
这
些是这一方法的优点，但其缺点在于：
①安全系数的确定仍然依赖经验，且是个定值．
考虑到不同荷载，不同材料，不同结构形式的变异性不同，实际上统一的单一安全系数不
能确切地度量结构的安垒性；
②由于采用丁极眼平衡的理论，对荷载作用下结构的应力分
布及位移变化。
无法作出适当的预计。
5．1．3多系数极限状态设计法
其特点是：
（1）构件的极限状态，不仅包括了承载力的极限状态，而且包括了挠度（变形）及裂
缝宽度的极限状态。
（2）对于承载力的极限状态r不再采用单一的安全系数，而是采用了多系数法
（3）对于材料强度，则由统计后按一定的保证率确定
5．1．4基于可靠性理论的极限状态设计法
5．2结构极限状态的基本概念
5．2．1结构的功能要求
结构的可靠性，是指结构在规定的时问内，在正常的使用条件下完成预定功能的能力。
即：
（1）安全性。
在正常施工和正常使用的条件下，结构应能承受可能出现的各种外界作
用而不发生破坏；
在偶然事件发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性。
所谓外界作用，
包括各类外加荷载，此外还包括外加变形或约束变形，如温度变化、支座移动、收缩、徐
变等。
（2）适用性。
在正常使用条件下，结构应能具有良好的使用功能。
如吊车梁变形过大
则影响运行，水池裂缝便不能蓄水，这些情况虽不引起倒塌．但使结构丧失使用功能。
（3）耐久性。
在正常维护条件下，结构应能在预计的使用年限内满足各项功能要求。
例如在设计基准期内，混凝土老化、钢筋的锈蚀均不应超过一定限度而影响使用功能。
5．2．2结构的极限状态
所谓极限状态是指结构或结构一部分处于失效边缘的一种状态，亦即在这种状态下，结构恰好达到设计所要求的某种功能极限。
国际标准化组织（ISO）及我国《统一标准》把极限状态分为两类：
（1）承载力极限状态。
这种极限状态对应于结构或结构达到最大承载力或不适于继续承载的变形。
具体来说，承载力极限状态有；
1）整体结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；
2）结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包括疲劳破坏），或因过度变形而不适
于继续承载；
3）由于某些截面或构件的破坏而使结构变为机动体系；
4）结构或构件丧失稳定等。
（2）正常使用极限状态。
这种状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规
定限值，例如：
1）影响正常使用或有碍外观的变形；
2）影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝过宽等）I
3）在振动作用下有过大的振幅；
4）不宜有的损伤（如腐蚀等）。
5．3结构可靠度的基本原理与计算方法
5．3．1结构可靠度的基本概念
结构可靠性的规定为：
“结构在规定时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率．称为结构可靠度”
5．3．2结构可靠指标计算——中心点法
（1）两个随机变量服从正态分布
首先，我们从两个随机变量的情况分析起，我们假定：
1）两个随机变量是相互独立的；
2）两个随机变量均服从正态分布，且已知抗力R和平均值，标准差
3）因只有两个随机变量，结构的极限状态方程（功能函数）可表达为：
Z=R—S
（2）两个随机变量均服从对数正态分布
（3）多个正态分布随机变量
5．4近似概率法在设计规范中的应用
5．4．1目标可靠度的确定
5．4.2荷载作用的统计分析
（1）荷载效应S与荷载Q的关系
（2）荷载的分类及概率模型
5．4．3构件抗力的统计分析
目前，我们所说的结构构件抗力，主要指截面的承载力<
如弯矩、剪力、轴力等）。
影响截面抗力的不定性因素很多，归纳起来有三大类：
1）结构材料性能（最主要是强度）的不定性
2）结构构件几何尺寸的不定性；
3）设计时采用的截面抗力计算模式的不定性。
第6章受弯与压弯构件分析原理
6．1受弯与压弯构件分析基本原理
6．1．1基本假定
（1）截面变形服从平截面假定
（2）钢筋与混凝土之间无相对滑移
（3）钢筋与混凝土的应力应变本构关系为已知
（4）不考虑时间（混凝土材龄）和环境温度、湿度等影响
6．1。
2基本公式（见书中公式）
3散值迭代法求解
现以给定轴力N求解截面关系的过程加以说明：
（1）给定一个截面初始曲率
（2j假定一个曲率半径口；
（3）计算截面上各处混凝士和钢船的应变；
（4）根据混凝土和钢筋的应力一应变本构关系，分别求出截面上各处棍凝土和钢筋的应力；
（5）计算截面上混凝土和钢筋的轴向总内力；
（6）修改曲率半径P，重复
（2）～（5），直至截面上的轴向总内力与截面所受轴力
N充分接近，满足一定的精度为止；
（7）计算截面弯矩M，此M即为截面曲率时的弯矩值；
（8）重新回到
（2），计算新的截面曲率。
6．1．4长柱的分析
（1）长柱的特性
长柱的分析是构件正截面承载力计算中一个重要而复杂的问题，钢筋混凝土柱按其长细比的大小可分为长柱和短柱。
长柱的二阶矩对承载力的影响很大，在设计中必须加以考虑。
在设计中比较简单的方法可采用偏心矩增大法，例如我国规范《混凝土结构设计规范》GB50010—2002就是采用这种方法。
（2）长柱的全过程分析
1）长柱的全过程分析的基本假定：
A．柱子截面服从平截面变形；
B-把柱子分成若干段，各段柱子的曲率沿长度方向为线性变化；
c．钢筋的应力应变关系为已知；
D．混凝土的应力应变关系为已知。
2）分析步骤为：
A将柱子分成若干小区段，区段的数量由杆件长度和计算精度要求决定；
B由柱子的弯矩分布，计算每一区段端部截面上的弯矩；
C由前述数值迭代的方法计算各区段端部截面的曲率；
D用典轭架法计算出各区段截面的转角和挠度。
6．2型钢混凝土受弯与压弯构件
6．2．1计算理论
目前，世界各国对型钢混凝土构件正截面受弯承载力的计算，可以归纳为如下三种
方法：
（1）第一种方法——考虑外包混凝土对钢骨刚
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