《混凝土结构设计原理》知识点.docx

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混凝土结构原理知识点汇总

1、混凝土结构基本概念

‌1、掌握混凝土结构种类，了解各类混凝土结构的适用范围。

素混凝土结构:

适用于承载力低的结构

‌钢筋混凝土结构:

适用于一般结构

‌预应力混凝土结构:

适用于变形裂缝控制较高的结构

‌2、混凝土构件中配置钢筋的作用:

①承载力提高②受力性能得到改善③混凝土可以保护钢筋不发生锈蚀。

‌3、钢筋和混凝土两种不同材料共同工作的原因:

①存在粘结力②线性膨胀系数相近③混凝土可以保护钢筋不发生锈蚀。

‌4、钢筋混凝土结构的优缺点。

混凝土结构的优点:

①就地取材②节约钢材③耐久、耐火④可模性好⑤现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的整体性好、刚度大、变形小

混凝土结构的缺点:

①自重大②抗裂性差③性质较脆

2、混凝土结构用材料的性能

2.1钢筋

‌1、热轧钢筋种类及符号：

HPB300-

HRB335（HRBF335）-

HRB400（HRBF400）-

HRB500（HRBF500）-

‌2、热轧钢筋表面与强度的关系:

强度越高的钢筋要求与混凝土的粘结强度越高，提高粘结强度的办法是将钢筋表面轧成有规律的突出花纹，也即带肋钢筋（我国为月牙纹）。

HPB300级钢筋强度低，表面做成光面即可。

‌3、热轧钢筋受拉应力-应变曲线的特点，理解其抗拉强度设计值的取值依据。

热轧钢筋应力-应变特点:

有明显的屈服点和屈服台阶，屈服后尚有较大的强度储备。

全过程分弹性→屈服→强化→破坏四个阶段。

抗拉强度设计值依据:

钢筋下屈服点强度

‌4、衡量热轧钢筋塑性性能的两个指标:

①伸长率伸长率越大，塑性越好。

混凝土结构对钢筋在最大力下的总伸长率有明确要求。

②冷弯性能:

在规定弯心直径D和冷弯角度α下冷弯后钢筋无裂纹、磷落或断裂现象。

‌5、常见的预应力筋:

预应力钢绞线、中高强钢丝和预应力螺纹钢筋。

‌6、中强钢丝、钢绞线的受拉应力-应变曲线特点:

均无明显屈服点和屈服台阶、抗拉强度高。

‌7、条件屈服强度σ0.2

为对应于残余应变为0.2%的应力称为无明显屈服点的条件屈服点。

‌8、混凝土对钢筋性能要求:

①强度高②塑性好③可焊性好④与混凝土的粘结锚固性能好。

2.2混凝土

1、（掌握）混凝土立方体抗压强度：

《规范》规定以边长为150mm的立方体在（20±3）℃的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28d，依照标准实验方法测得的具有95%保证率的抗压强度（以N/mm2）作为混凝土的强度等级，并用符号fcu,k表示，也即混凝土强度等级的数值。

轴心抗压强度：

以150mm×150mm×300mm或150mm×150mm×450mm的棱柱体作为标准试件，养护条件与立方体试件相同，用符号fck表示。

试验量测到的fck比fcu,k值小，轴心抗压强度（棱柱体强度）标准值fck与立方体抗压强度标准值fcu,k之间存在折算关系

总结：

fcu,k>fck>fc>ftk>ft

2、（掌握）试件高宽比越大强度越小；加载速度越快测得的强度越高；当试件承受接触面上不涂润滑剂时，混凝土的横向变形受到摩擦力的约束，形成“箍套”作用，因而强度比不涂时高。

3、（理解）混凝土抗拉强度测试方法:

国内外多采用立方体或圆柱体劈裂试验测定混凝土的抗拉强度，（在立方体或圆柱体上的垫条施加一条压力线荷载，这样试件中间垂直截面除加力点附近很小的范围外，有均匀分布的水平拉应力。

当拉应力达到混凝土的抗拉强度时，试件被劈成两半。

）

4、（掌握）受压混凝土一次短期加载的应力-应变曲线（P20）

第Ⅰ阶段，混凝土变形主要是骨料和水泥结晶体的弹性变形

第Ⅱ阶段，稳定裂缝扩展，临界点B对应的应力可作为长期受压强度的依据

第Ⅲ阶段，弹性应变能始终保持大于裂缝发展所需的能量，形成裂缝快速发展的不稳定状态，直至C点，应力达到最高点fck，峰值应变平均值ε0=0.002

5、（理解）混凝土受压弹性模量与混凝土立方体抗压强度的定性关系（式中fcu为立方体抗压强度设计值，其值为fcu,k除以大于1的材料分项系数）

6、掌握混凝土双法向受力时的强度特点。

压一压：

强度提高

拉一拉：

强度不变

拉一压：

抗拉抗压强度都低

7、了解混凝土在法向应力和剪应力作用下的强度性能。

拉一剪：

抗拉，抗剪强度都低

压一剪：

当σ/≤0.6时，抗剪强度随压应力提高而增大。

当σ/>0.6时，内部裂缝增加，抗剪抗压强度均降低。

8、理解混凝土三向受压时抗压强度提高的原因。

混凝土在三向受压的情况下，其最大主压应力方向的抗压强度取决于侧向压应力的约束程度。

实验证明，随着侧向压应力的增加，微裂缝的发展收到极大的限制，大大的提高了混凝土纵向抗压强度，此时混凝土的变形性能接近理想的弹塑性体。

最高强度值不宜超过单轴抗压强度的5倍。

9、掌握混凝土徐变的定义，掌握影响徐变的主要因素及影响规律。

混凝土在荷载保持不变的情况下，随时间而增长的变形，称为徐变。

①混凝土的组成和配合比是影响徐变的内在因素。

水泥用料越多和水灰比越大，徐变也越大。

骨料越坚硬、弹性模量越高，徐变就越小。

骨料的相对体积越大，徐变越小。

②养护及使用条件下的温湿度是影响徐变的环境因素。

养护时温度高、湿度大、水泥水化作用充分，徐变就小。

③混凝土的应力条件是影响徐变的非常重要因素。

加荷时，混凝土的龄期越长，徐变越小。

混凝土的应力越大，徐变越大。

10、理解混凝土徐变随时间变化的规律。

徐变开始半年内增长较快，以后逐渐减慢，经过一定时间后，徐变趋于稳定。

11、掌握混凝土收缩的定义、随时间的变化规律。

混凝土在空气中结硬时体积减小的现象，称为收缩。

一个月大约可完成1/2的收缩，三个月后增长缓慢，一般两年后趋于稳定。

12、掌握混凝土收缩的主要原因和影响因素。

干燥失水是引起收缩的重要因素。

构件的养护条件、使用环境的温湿度及影响混凝土水分保持的因素，都对收缩有影响。

使用环境的温度越高、湿度越低，收缩越大。

水泥用料越多、水灰比越大，收缩越大。

骨料的级配好、弹性模量大，收缩小。

构件的体积与表面积比值大时，收缩小。

13、理解收缩对混凝土结构的影响。

混凝土具有收缩的性质，而钢筋并没有这种性质，钢筋的存在限制了混凝土的自由收缩，使混凝土受拉、钢筋受压，如果截面的配筋率较高时会导致混凝土开裂。

14、了解混凝土选用的原则。

建筑工程中，钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20，当采用400MPa及以上钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25。

预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。

承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土的强度等级不应低于C30。

2.3钢筋与混凝土的粘结

1、粘结力的定义：

钢筋和混凝土有相对变形（滑移），就会在钢筋和混凝土交界面上，产生沿钢筋轴线方向的相互作用力，这种力称为钢筋和混凝土的粘结力。

粘结应力：

单位面积上的粘结力。

粘结应力主要分布在构件两端，距离端部超过ll后的各个截面上的粘结应力为0

2、理解粘结强度的定义：

粘结破坏时的最大平均粘结应力代表钢筋与混凝土的粘结强度。

3、粘结力的组成：

1:

化学胶结力；2:

摩擦力；3:

机械咬合力；4:

钢筋端部的锚固力。

/4、4、影响钢筋和混凝土之间粘结强度的因素（p29）：

①钢筋的粘结强度均随混凝土的强度提高而提高。

②混凝土保护层厚度c和钢筋之间净距离越大，劈裂抗力越大，因而粘结强度越高。

③横向钢筋限制了纵向裂缝的发展，可使粘结强度提高，因而在钢筋锚固区和搭接长度范围内，加强横向钢筋（如箍筋加密等）可提高混凝土的粘结强度。

④钢筋端部的弯钩、弯折及附加锚固措施（如焊钢筋和焊钢板等）可以提高锚固粘结能力，锚固区内侧向压力的约束对粘结强度也有提高作用。

5、保证钢筋与混凝土粘结强度的措施（p29）

①钢筋之间的距离和混凝土保护层不能太小。

②为了增加局部粘结作用和减小裂缝宽度，在同等钢筋面积的条件下，宜优先采用小直径的变形钢筋。

③为保证钢筋伸入支座的粘结力，应使钢筋伸入支座有足够的的锚固长度，如支座长度不够时，可将钢筋弯折，弯折长度计入锚固长度内，也可在钢筋端部焊短钢筋、短角钢等方法加强钢筋和混凝土的粘结能力。

④钢筋不宜在混凝土的受拉区截断，如必须截断，则应满足在理论上不需要钢筋点和钢筋强度的充分利用点外伸一段长度才能截断。

⑤横向钢筋的存在约束了径向裂缝的发展，使混凝土的粘结强度提高，故在大直径钢筋的搭接和锚固区域内设置横向钢筋（箍筋加密等），可增大该区段的粘结能力。

3、混凝土结构设计方法

3.1结构可靠度

1、

（1）直接作用：

以力的形式作用于结构上，习惯上称为荷载。

例如各类自重、楼面活荷载、风荷载、雪荷载等

（2）间接作用：

以变形的形式作用在结构上。

例如地震、基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩。

2、结构上的作用按时间变异的分类：

可分三类：

（1）永久作用：

在结构使用期间，其值不随时间变化、或变化与平均值相比可以忽略不计、或变化是单调的并能趋于限值的作用，例如结构的自身重力、土压力、预应力等，通常称为永久荷载或恒荷载；

（2）可变作用：

在结构使用期间，其值随时间变化且变化与平均值相比不可忽略的作用，例如楼面活荷载、桥面或路面的行车荷载、风荷载和雪荷载等，通常称为可变荷载或活荷载；

（3）偶然荷载：

在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其量值很大且持续时间很短的作用，例如强烈地震、爆炸、撞击等引起的作用，这种作用多为间接作用，当为直接作用时，通常称为偶然荷载。

3、作用效应的定义：

直接作用或间接作用作用在结构构件上，由此对结构产生内力和变形（如轴力、剪力、弯矩、扭矩及挠度、转角和裂缝等），称为作用效应。

结构抗力的定义：

指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的能力，如构件的承载能力、刚度等。

理解结构抗力和作用效应均为随机变量：

结构抗力：

影响抗力的主要因素有材料性能（强度、变形模量等）、几何参数（构件尺寸等）和计算模式的精确性（抗力计算所采用的基本假设和计算公式不够精确等）。

这些因素都是随机变量，因此由这些因素综合而成的结构抗力也是一个随机变量；作用效应：

也称荷载效应，荷载与荷载效应之间一般近似地按线性关系考虑，二者均为随机变量或随机过程。

4、结构预定功能包括：

①在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用（包括荷载及外加变形或约束变形）；

②在正常使用时保持良好的使用性能，如不发生过大的变形或过宽的裂缝等。

③在正常维护下具有足够的耐久性能，如结构材料的风化、腐蚀和老化不超过一定限度等。

④当发生火灾时，在规定时间内可保持足够的承载力；

⑤当发生爆炸、撞击、认为错误等偶然事件时，结构能保持必需的整体稳固性，不出现与起因不相称的破坏后果，防止出现结构的连续倒塌。

上述要求①、④、⑤项属于结构的安全性。

5、结构可靠性的定义：

安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性；

结构可靠度的定义：

指结构在规定的时间内、在规定的条件下完成预定功能的概率，即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。

6、理解结构安全等级的划分：

为根据房屋的重要性采用不同的可靠度水准，《统一标准》将结构的安全等级分为一级、二级、三级。

重要的房屋为一级，大量的一般房屋为二级，次要的房屋为三级。

3.2荷载和材料强度

1、永久荷载标准值Gk的确定方法：

按结构设计规定的尺寸和《荷载规范》规定的材料重度（或单位面积的自重）平均值确定，一般相当于永久荷载概率分布的平均值。

2、可变荷载标准值Qk：

楼面活荷载是设计基准期内荷载概率分布中具有95%保证率的数值。

风荷载标准值是由建筑物所在地的基本风压乘以高度变化系数、风载体型系数和风振系数确定的。