钢筋砼.docx

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钢筋砼

第一章绪论

砼结构包括素砼、钢筋砼结构及预应力砼。

在钢筋砼受弯构件中，通常是砼承受压力，钢筋承受拉力，钢筋与砼两种材料的强度均得到充分利用，大大提高了构件的承载力。

此外，在受压砼构件中，配置抗压强度较高的钢筋，也可以协助砼承受压力，从而减小构件截面尺寸，改善受压构件的脆性性质。

钢筋和砼是两种性质完全不同的材料，其能有效地共同作用的原因：

1）钢筋和砼之间有着可靠地粘结力，能牢固结合成整体，受力变形一致，不会产生相对滑动。

2）钢筋和砼的温度线膨胀系数大致相同，故当温度变化时，不致产生较大温度应力而破坏两者之间的粘结。

3）钢筋外边有一定厚度的砼保护层，可以防止钢筋锈蚀，从而保证钢筋砼构件的耐久性。

钢筋砼结构的主要优点是：

1）砼中所有材料可以就地取材；

2）耐久性和耐火性比钢结构好；

3）结构整体性较好，有利于抗震；

4）比钢结构节约钢材；

5）可模性好。

第二章钢筋砼材料的力学性能

2.1.1砼

砼强度指标

1、立方体抗压强度【Fcu】：

由于立方体试件的强度比较稳定，我国以其强度值作为砼最基本的强度指标以及评价砼强度等级的标准。

《规范》规定，用边长为150mm的标准立方体试件，在标准养护条件下养护28d在试验机上试压。

《规范》规定的砼强度等级，是按立方体抗压强度标准值（即具有不小于95%保证率）确定的，用符号C表示。

共14个等级：

C15、C20、C25、C30、C40、C50、C60、C65、C70、C75、C80。

字母C后数字表示以N/mm²（MP）为单位的立方强度标准值。

试验过程中，当试件的压力达到极限值时，在竖向压力和水平摩擦力的共同作用下，试块中部外围砼首先发生剥落，形成两个对顶的角锥形破坏面。

试验还表明，砼立方体抗压强度还与试块的尺寸有关，立方体尺寸越小，测得砼抗压强度越高。

2、轴心抗压强度【Fc】：

试验表明：

当棱柱体试件高度h与截面边长b之比为2~4之间时，砼的抗压强度比较稳定，采用棱柱体试件比立方体试件能更好的反映砼实际抗压能力。

因此，我国砼材料试验以150mm×150mm×300mm的试件作为砼轴心抗压强度的标准试件。

注意：

在钢筋砼结构中，计算受弯构件正截面承载力、偏心受拉和受压构件时，采用砼的轴心抗压强度作为计算指标。

3、轴心抗拉强度【Ft】：

《规范》规定，砼轴心抗拉强度：

对棱柱体试件（100mm×100mm×500mm）两端预埋钢筋（每端长度150mm，直径为16mm的变形钢筋），且使钢筋位于试件的轴线上，然后施加拉力，试件破坏时截面的平均拉应力即为砼轴心抗拉强度。

注意：

在钢筋砼结构中，当计算受弯构件斜截面受剪、受扭构件及对某些构件进行开裂验算时会用到砼的轴心抗拉强度。

4、复合应力状态下砼的强度

在钢筋砼结构中，砼很少处于理想的单向应力状态，，而往往多处于轴向力、弯矩、剪力甚至扭矩的多种组合的复合应力状态，如双向应力状态或三向应力状态

注意：

在实际工程中，常常采用横向钢筋约束砼的办法提高砼的抗压强度。

如在柱中采用密排螺旋钢筋，由于这种钢筋有效地约束了砼的横向变形，所以使砼的强度和延性都有较大的提高。

2.1.2砼的变形

砼的变形分为两类：

一、砼的受力变形，包括一次短期加荷的变形，荷载长期作用下的变形等。

二、砼的体积变形，包括砼由于收缩和温度变化产生的变形等。

1、砼在一次短期加荷时的变形性能

1）砼的应力---应变曲线

砼的应力---应变曲线：

在一次单调加载下的受压应力---应变关系是砼最基本的力学性能之一，可以比较全面的反映砼的强度和变形特点，也是确定构件截面上

砼受压区应力分布图形的主要依据。

OA段：

σc约在（0.3~0.4）fc；砼基本处于弹性阶段，应力---应变呈线性关系。

其变形主要是骨料和水泥结晶体的弹性变形，水泥胶凝体的粘性流动以及初始微裂缝变化的影响很小。

AB段：

裂缝稳定发展阶段；砼表现出塑性性质，应变的增加开始大于应力的增加，应力---应变关系偏离直线，曲线逐渐弯曲。

这是由于水泥胶凝体的粘性流动以及砼中微裂缝的发展，新裂缝不断产生的结果。

BC段：

裂缝随荷载的增加迅速发展，塑性变形显著增大；C点的应力达峰值应力，即σc=fc，相当于峰值应力应变为εo，其值在0.0015~0.0025之间波动。

C以后：

试件承载力下降，应变继续增大，最终还会留下残余应力。

注意：

OC段为曲线的上升段，C点以后为下降段。

试验结果证明，随着砼强度的提高，上升段的形状和峰值应变的变化不显著，而下降段的形状有较大差异。

砼的强度越高，下降段的坡度越陡，即应力下降相同幅度时变形愈小，延性愈差。

砼受拉时应力-应变曲线与受压相似，但其峰值时的应力、应变都较受压时的小的多，对应于ft的应变εot很小，计算时取εot=0.00015。

　2）砼的弹性模量、变形模量

①　弹性模量　Ｅｃ　（单位：

ＭＰａ）

　　　通过应力－应变曲线上原点Ｏ

引切线，该切线的斜率为为砼原点切线

模量即弹性模量。

Ｅｃ＝ｔａｎαο

要在砼一次短期加荷的应力－应变曲线上作原点的切线，以求的α０的准确值是不容易的。

我国《规范》规定，砼弹性模量采用棱柱体试件反复加荷的方法确定，即取应力σ=0.5fc反复加载卸载5~10次。

随着加荷卸荷次数的增加，每次卸荷的残余变形越来越小，应力－应变曲线渐趋稳定并基本上接近直线，该直线的斜率即为砼的弹性模量。

大量试验表明，砼的弹性模量与砼立方体抗压强度标准值Fcu，k有关。

②变形模量Ec＇

随着压力的增大，砼的塑性应变发展，初始模量已不能反映这时的应力-应变性质。

连接O点至任一应力为σc处割线的斜率称为该点的割线模量或变形模量。

2、砼在长期荷载下的变形性能0

砼在长期不变荷载作用下，其应变随时间增长的现象称为砼徐变。

徐变有利于结构的内力重分布，减少应力集中及温度应力。

但砼的徐变会使构件变形增大；导致预应力砼预应力损失；增大偏心受压杆的偏心距，降低杆件承载力。

影响徐变的因素：

1）加荷时砼的龄期越早，则徐变越大。

因此，加强养护促使砼尽早硬结，对减小徐变是有效的。

蒸汽养护可使徐变减少20%~35%。

2）持续作用的应力越大，徐变也越大。

3）水灰比大，水泥用量多，徐变大。

4）使用高质量的水泥及强度和弹性模量高、级配较好的骨料，徐变小。

5）砼工作环境相对湿度低则徐变大，高温干燥环境下徐变将显著增大。

3、砼的收缩

砼在空气中凝结硬化时体积减小的现象称为收缩。

试验表明，砼的收缩随时间而增长，一般在半年内可完成收缩量的80%~90%,两年后趋于稳定，最终收缩应变约为2×10<-4>~5×10<-4>。

试验还表明，水泥用量越多、水灰比愈大，则砼收缩愈大；集料的弹性模量大，级配好，砼浇捣越密实则收缩越小。

同时，使用环境湿度越大，收缩越小。

因此，加强砼的早期养护、减小水灰比、减少水泥用量，加强振捣是减少砼收缩的有效措施。

2.1.3砼的选用

《规范》规定：

钢筋砼结构的砼强度等级不宜低于C15；当采用HRB335级钢筋时，砼强度等级不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋及对承受重荷载的构件，砼强度等级不得低于C20。

预应力砼结构的砼强度等级不宜低于C30；当采用预应力钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，砼强度等级不宜低于C40。

第二章：

钢筋砼的设计方法

一、填空:

1、建筑结构可功能（或可靠性）要求：

安全性、适用性、耐久性。

结构安全等级及结构重要性系数划分为：

一级（1.1）、二级（1.0）、三级（0.9）。

结构可靠性——结构在规定的时间，在规定的条件下，完成预定功能的能力称为结构可靠性。

2、作用在结构上的荷载类型：

永久荷载、可变荷载、偶然荷载。

3、荷载代表值有：

荷载标准值（最基本代表值）、可变荷载组合值、可变荷载频遇值、

可变荷载准永久值。

4、荷载标准值——结构在使用期间可能出现的最大荷载值称为荷载标准值。

荷载设计值——荷载的标准值与荷载的分项系数的乘积称为荷载设计值。

材料强度设计值——材料强度标准值与材料分项系数的商称为材料强度设计值。

5、结构功能的两种极限状态：

：

承载能力极限状态（荷载设计值验算）和正常使用极限状态（荷载标准值验算）。

承载能力极限状态——结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形状态称为承载能力极限状态。

正常使用极限状态——结构或构件达到正常使用或耐久性能规定的限值状态称为正常使用极限状态。

6、荷载的分项系数通过可靠性分析和工程经验确定而来。

7、为提高结构或构件的可靠度，结构设计时应从结构重要性系数、荷载分项系数、

材料分项系数三方面给予保证。

8、以恒荷载作用效应为主时，恒荷载的分项系数取1.35；以活荷载作用效应为主时，恒荷载的分项系数取1.2。

二、判断&选择:

1、在进行构件承载力计算时，荷载应取设计值。

------------------------------------（√）

2、在进行构件变形和裂缝宽度验算时荷载应取设计值。

--------------------------

------------------------------------------------------【应取标准值】-------------------------（×）

3、设计基准期不等于结构的使用寿命；但结构使用年限超过设计基准期后，

其可靠度降低。

--------------------------------------------------------------------------（√）

4、荷载的设计值永远比荷载的标准值要大。

-----------------------------------------

-------------------------------【分项系数有可能小于1。

】---------------------------（×）

5、承载力极限状态和正常使用极限状态都应采用荷载设计值进行计算，这样

偏于安全。

-------------【设计值和标准值】-----------------------------------------（×）

6、荷载的组合值是考虑作用结构上的活荷载有两种或两种以上时，多种荷载

同时达到最大值的可能性较小的折减系数。

---------------------------------------（√）

7、恒荷载的存在对结构的作用有利时，其分项系数取得大一些，这样对结构

是安全的。

---------------------------------------------------------------------------------（×）

8、结构的可靠性指标β越小，失效概率Pf就越大；结构的可靠性指标β越大，

失效概率Pf就越小。

-------------------------------------------------------------------（√）

9、

10、不是超出承载能力极限状态的是（B）

A、构件作为刚体失去平衡，如挑梁的倾覆；

B、构件变形过大，超过规范规定的挠度或水平位移限值；

C、墙、柱压曲失稳；

D、地基失稳

分析：

结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形状态称为承载能力极限状态。

①整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如产生倾覆、滑移、漂浮）；

②结构构件或连接因材料强度被超过而破坏或因过度的塑性变形而不适合

继续承载；

③结构变为机动体系（几何可变体系）；

④结构或构件丧失稳定。

11、

12、不是超出正常使用极限状态的是（D）

A、影响正常使用或外观的变形；

B、砼构件的裂缝宽度超过规范规定的限值；

C、影响正常作用的振动；

D、结构构件或连接因过度变形而不适于继续承载。

分析：

结构或构件达到正常使用或耐久性能规定的限值状态称为正常使用极限状态。

1影响正常使用或外观的变形；

2影响正常使用耐久性能的局部破坏（包括裂缝）；

3影响正常使用的振动；

4影响正常使用的其他特定状态。

13、（D）作用不属于永久作用。

A、结构自重B、土压力C、预应力D、温度

14、各种荷载在建筑结构设计时采用荷载的基本代表值是（A）

A、荷载标准值B、荷载准永久值C、荷载的组合值D、荷载的频遇值

15、在荷载的组合时，屋面荷载和雪荷载（B）；积灰荷载和屋面荷载或雪荷载中的较大者（A）。

A、同时考虑B、取二者较大值C、取二者较小值D、二者均不考虑

16、最小刚度原则：

假定同号弯矩区段，各截面抗弯刚度均近似于该段内弯矩最小处的截面抗弯刚度。

第三章：

钢筋砼受弯构件正截面承载力计算

一、填空

1、对受弯构件必须进行正截面承载力（抗弯）、斜截面承载力（抗剪）验算。

2、简支梁中的钢筋主要有架立钢筋、箍筋、纵向受力钢筋、弯起钢筋四种。

3、钢筋砼保护层的厚度与环境、砼强度等级有关。

4、梁截面设计时，采用C25砼,其截面的有效高度h0:

两排钢筋时h0=h-35;两排钢筋时　h0=h-60。

采用C20砼,其截面的有效高度h0:

两排钢筋时h0=h-40;两排钢筋时　h0=h-65。

5、受弯构件正截面的破坏形式：

少筋破坏、适筋破坏、超筋破坏　三种。

6、受弯构件梁的最小配筋率应取　　　　和　　　　　较大者。

7、单筋梁是指　　　　　　　　　　　　　　　的梁。

　　双筋梁是指　　　　　　　　　　　　　　　的梁。

8、单筋矩形截面的适用条件：

　　　　　　、　　　　　　　

9、双筋矩形截面的适用条件：

　　　　　　、　　　　　　　。

10、双筋截面设计时，当As’和As均未知，引入的第三个条件是　　　　　　。

11、钢筋砼矩形截面梁截面受弯承载力复核时，当砼相对受压区高度　　　　　，说明该梁超筋破坏。

二、判断&选择

1、界限相对受压区高度ξ与砼等级无关。

―――――――――――――――　（×）

2、界限相对受压区高度ξ由钢筋的强度等级决定。

―――――――――――　（√）

3、砼保护层的厚度是从受力纵筋外侧算起的。

―――――――――――――　（√）

4、在适筋梁中提高混凝土强度等级对提高受弯构件正截面承载力的作用很大。

---------------------------------------------------------------------提高钢筋强度等级-----（×）

5、在适筋梁中增大梁的截面高度h对提高受弯构件正截面承载力的作用很大。

----------------------------------------------------------------------h愈大，X愈大---------（√）

6、在适筋梁中，其他条件不变的情况下，ρ越大，受弯构件正截面的承载力

越大。

―――――――――――――――――――――――――――――　（√）

7、在钢筋砼梁中，其他条件不变的情况下，ρ越大，受弯构件正截面的承载力

越大。

―――――――――――――――――――――――――――――　（×）

9、只要受压区配置了钢筋，就一定是双筋截面梁。

――――――【架立筋】―　（×）

10、受弯构件各截面必须同时作用有弯矩和剪力。

―――――――――――　（×）

11、砼保护层的厚度是指箍筋的外皮到砼构件边缘的距离。

―――――――　（×）12、单筋矩形截面的配筋率为ρ=As/bh　――――――――【ρ=As/bh0】——　（×）

选择：

1、受弯构件是指（C）

C、截面上有弯矩和剪力作用的构件。

D、截面上有弯矩、剪力、扭矩作用的构件。

2、梁中受力纵筋的保护层厚度主要由（C）决定。

A、纵筋级别B、纵筋的直径大小

C、周围环境和砼的强度等级D、箍筋的直径大小

3、保护层的厚度是指（A）。

A、从受力纵筋的外边缘到砼边缘的距离。

B、箍筋外皮到砼边缘的距离。

C、纵向受力筋合力点到砼外边缘的距离。

D、分布筋外边缘到砼边缘的距离

4、受弯构件正截面承载力计算采用等效矩形应力图形，其确定原则为（A）

A、保证压应力合力的大小和作用点位置不变。

5、界限相对受压区高度，当（D）

A、砼强度等级越高，ξb越大B、砼强度等级越高，ξb越小

C、钢筋等级越高，ξb越大D、钢筋等级越低，ξb越大

/6、钢筋砼受弯构件纵向受拉钢筋屈服与受压砼边缘达到极限压应变同时发生的破坏

属于（C）

A、适筋破坏B、超筋破坏C、界限破坏D、少筋破坏

7、正截面承载力计算中，不考虑受拉砼作用是因为（B）

A、中和轴以下砼全部开裂B、砼抗拉强度低

C、中和轴附近部分受拉砼范围小且产生的力矩很小

D、砼退出工作

8、受弯构件提高砼等级与提高钢筋等级相比，对承载力的影响为（A）

A、提高钢筋等级效果大B、提高砼等级效果大

C、提高砼等级与提高钢筋等级是等效的。

9、钢筋砼矩形截面梁截面受弯承载力复核时，砼相对受压区高度ξ＞ξb

说明（超筋梁）

适筋梁与超筋梁的破坏特征区别：

适筋梁是受拉钢筋先屈服，而后砼被压碎。

超筋梁是受压区砼先被压碎而钢筋未屈服。

10、对于钢筋砼双筋矩形截面梁正截面承载力计算时，当X<2as’时，说明（D）

A、受压钢筋过多B、截面破坏时受压钢筋早已屈服

C、受压钢筋过少D、砼截面尺寸不足

11、对于钢筋砼双筋矩形截面梁正截面承载力计算，要求满足X≥2as’，目的是（A）

A、保证构件截面破坏时受压钢筋能够达到屈服；

B、防止梁发生少筋破坏；

C、减少受拉钢筋用量；

D、充分发挥砼的受压作用。

析：

设计双筋梁时，使用钢量接近最少的方法是X=2as’

三、简答题

1、什么是受弯构件？

受弯构件是指截面上有弯矩和剪力作用的构件。

2、对受弯构件的梁必须进行哪两方面的承载力计算？

正截面承载力计算和斜截面承载力计算。

正截面破坏——破坏截面与构件的纵轴线垂直，由弯矩作用而产生的破坏。

防止：

a、合理的截面尺寸；b、配置一定量的纵向受力钢筋。

斜截面破坏——破坏截面倾斜，由弯矩和剪力共同作用而引起的破坏。

防止：

a、合理的截面尺寸；b、配置一定量的腹筋（箍筋和弯起钢筋）。

3、

4、受弯构件纵向受力钢筋的作用？

要求？

Ⅰ）作用：

单筋梁——在受拉区配置纵向受力筋，承受由弯矩作用而产生的拉力；

双筋梁——在受压区配置纵向受力筋，与砼共同承受压力。

5、

6、箍筋作用？

（1）承受由剪力和弯矩在梁内引起的主拉应力，保证斜截面抗剪强度；

（2）固定受力筋位置，并与其他钢筋组成钢筋骨架；

（3）防止砼外凸，阻止斜裂缝开展；

（4）提高钢筋与砼之间的粘结力。

7、

8、什么叫截面有效高度？

与哪些因素有关？

受拉钢筋合力点到砼受压区边缘的距离称为截面有效高度；用h0表示。

因素：

1）砼保护层厚度；2）纵向受力钢筋的平均直径。

9、砼保护层的作用？

如何取值？

有关因素？

Ⅰ）作用：

为防止钢筋锈蚀和增加钢筋与砼的粘结，梁、板应有的足够的砼保护层。

Ⅱ）取值方法：

受力钢筋外边缘到砼外边缘到砼外边缘的最小距离。

（砼的保护层由纵向受力筋外边缘算起）

Ⅲ）因素：

构件所处环境、砼强度等级及构件的种类。

10、单筋截面梁？

双筋截面梁？

单筋截面梁——仅在截面受拉区配置纵向受力筋的梁。

双筋截面梁——在截面受拉区和受压区均配置纵向受力筋的梁。

11、设计中应如何避免发生超筋破坏和少筋破坏？

1）为防止超筋破坏，应满足：

ξ≤ξb或x≤ξbh0。

2）为防止少筋破坏，应满足：

ρ=As/bh0≥ρmin

适筋梁——受拉钢筋配置适量的梁。

适筋梁截面应力图形：

Ⅰa阶段（弹性工作阶段）——构件抗裂验算；

Ⅱ阶段（带裂缝工作阶段）——裂缝宽度与变形验算；

Ⅲa阶段（屈服阶段）——受弯构件正截面承载力的计算依据。

适筋梁与超筋梁的破坏特征区别：

适筋梁是受拉钢筋先屈服，而后砼被压碎。

超筋梁是受压区砼先被压碎而钢筋未屈服。

19、进行双筋矩形截面梁正截面设计中引进第三个条件是什么？

为充分发挥砼的抗压能力，使总用钢量最小；引进的条件是：

ξ≤ξb。

13、什么叫相对界限受压区高度ξb？

有关因素？

当砼强度等级≤C50时，HPB235，HRB335，HRB400钢筋的ξb值各为多少？

相对界限受压区高度ξb：

指在适筋梁的界限破坏时，等效矩形截面压区砼的界限受压区高度xb与截面有效高度h0的比值；即：

ξb=xb/h0。

有关因素：

ξb不仅与钢筋级别有关，还与砼强度等级有关。

钢筋级别

HPB235

HRB335

HRB400

ξb

0.614

0.550

0.518

补充：

受压区砼的相对高度——受压区砼的高度与截面有效高度的比值；即ξ=x/h0。

界限破坏——当梁的配筋率达到特定的配筋率时，在发生受拉钢筋屈服的同时受压区砼边缘达到极限压应变被压碎，这时的破坏称为界限破坏。

14、单筋矩形受弯构件的配筋率？

1）计算：

受弯构件的配筋率ρ=As/bh0。

2）受弯构件的最小配筋率不小于：

ρmin=0.2%和=0.45ft/fy,取二者中的较大值。

最小配筋率的确定：

根据钢筋砼梁所能承担的极限弯矩Mu，与相同截面素砼梁所能承担的极限弯矩Mcr相等的原则，并考虑温度与收缩应力的影响及设计经验确定。

15、

16、进行受弯构件截面设计时，当ξ≥ξb时采取什么措施解决？

1）增加梁的截面高度；

2）提高砼强度等级；

3）采取双筋截面梁。

17、

18、双筋矩形截面梁承载力基本公式的建立必须满足哪两个条件？

1）ξ≤ξb或x≤ξbh0：

防止超筋破坏；

2）X≥2as’：

保证受压钢筋As’在构件破坏时达到屈服fy’。

20、T形截面梁的分类？

判别？

按受压区高度不同可分为两种类型：

1）第一类T形截面；中和轴在翼缘内，压区砼高度x≤hf’,受压区砼截面为矩形。

2）

第二类T形截面；中和轴进入梁肋部，压区砼高度x>hf’,受压区砼截面为T形。

第四章钢筋砼受弯构件斜截面承载力计算

1、关于材料图的作用，（D）说法不确切。

A、反映材料的充分利用程度。

B、确定纵向钢筋的弯起位置和数量。

C、确定支座负纵向钢筋的截断位置。

D、防止发生斜压破坏。

析：

材料图（即抵抗弯矩图：

梁的各截面所能承受的弯矩图）

越贴近梁的弯矩图，则说明材料的利用程度越高。

2、设计受弯构件时如果出现V>0.25βcfcbh0的情况，应采取的有效措施是（A）

或防止斜压破坏措施（A）

A、加大截面尺寸；B、增加受力纵筋

C、提高砼强度等级；D、增设弯起筋。

1、斜裂缝产生的原因？

受弯构件收到弯矩作用和剪力作用，在弯矩和剪力为主的区段正应力和剪应力共同作用，受拉区产生复合主拉应力，当主拉应力超过砼极限抗拉强度时，将会产生斜裂缝，发生斜截面破坏。

2、钢筋砼受弯构件斜截面破坏的类型？

1）斜压破坏2）剪压破坏3）斜拉破坏

防止方法：

为防止梁沿斜截面破