水工钢筋混凝土结构学复习

钢筋混凝土两种材料结合在一起工作：两者具有良好的粘接力、能协调变形工作、温度线膨胀系数接近。

钢筋混凝土结构分类：

按结构的构造外形分：杆件体系、非杆件体系。

按结构制造方法分：整体式、装配式、装配整体式。

按结构初始应力状态分：普通钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构。

钢筋按化学成分不同分为：碳素钢和普通低合金钢。

    按外形分为：热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋。

钢丝分为：光圆、螺旋肋、刻痕三种。

软钢受拉四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、破坏阶段。

钢筋的塑性的标志：伸长率    可用冷弯试验来检验    P10

屈服强度是软钢的主要强度指标。

硬钢部分：

协定流限：经过加载及卸载后尚存有0.2%永久残余变形时的应力，取极限抗拉强度的85%作为硬钢的条件屈服强度。

试件抗压试验均采用不涂油脂的试件。

通常的加载速度是每秒压应力增加0.2~0.3N/mm2 ，高强混凝土0.5~0.8N/mm2。

规范规定以边长150mm的立方体，在温度为（20±3）℃，相对湿度不小于90%的条件下养护28d，用标准试验方法测得具有95%保证率的立方体抗压强度标准值作为混凝土强度等级。

复合应力状态下的混凝土强度规律：

①、双向受压时，抗压强度比单向受压强度高。

②、双向受拉时，一向抗拉强度基本上与另一向拉应力无关。

③、一向受拉一向受压时，抗压强度随另一向的拉应力增加而降低。

④、三向受压时，一向抗压强度随另两向压应力增加而增加，且极限压应变大大提高。

混凝土的变形有两类：由外荷载作用而产生的变形、由温度和干湿变化引起的体积变形。

混凝土应力—应变曲线：混凝土强度越高、下降段越陡、材料的延性越差。    P19

徐变：混凝土在荷载的长期作用下，应力不变，变形也会随时间的增长而增长的现象。

徐变与塑性变形的不同：

塑性变形主要是混凝土中结合面裂缝的扩展延伸引起的，只有当应力超过了材料的弹性极限后才发生，且不可恢复。

徐变不仅部分可恢复，而且在较小的应力时就能发生。

应力松弛：如果结构受外界约束而无法变形，则结构的应力将随时间的增长而降低的现象。

为什么钢筋不能阻止开裂：因为在裂缝出现前，混凝土的拉应变很小，钢筋的拉应变也很小，钢筋起的作用很小，所以不能防止裂缝的出现。

钢筋混凝土拉拔试验：

①、对光圆钢筋，随拉拔力增加，粘接力的峰值位置由加荷端向内移动，临近破坏时，移至自由端附近。

②、对带肋钢筋，峰值位置始终在加荷端附近

光圆钢筋的粘接力由三部分组成：

①、水泥凝胶体与钢筋表面之间的胶结力。

②、混凝土收缩，将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力。

③、钢筋表面不平整与混凝土之间产生的咬合力。

带肋钢筋粘结力除胶结力与摩擦力外，主要的是钢筋表面突出的横肋对混凝土的挤压力。

锚固长度可根据钢筋应力打到屈服强度时，钢筋才被拔动的条件确定。

钢筋强度越高，直径越粗，混凝土强度越低，则锚固长度要求越长。

接长钢筋的三种方法：绑扎搭接、焊接、机械连接      后两种优先选用

结构的功能要求三方面：安全性、适用性、耐久性。

这三方面的功能要求统称为结构的可靠性。

荷载效应：荷载在结构构件内所引起的内力，变形和裂缝等反应。

结构抗力：结构或结构构件承受荷载效应的能力，指构件截面的承载力、构件的刚度、截面的抗裂度等。

结构的极限状态：结构或构件的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求的此特定状态。

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。

失效：结构的一部分不能满足结构的承载力要求。

失效概率：结构的状态属于失效状态的概率。

结构可靠度：结构在规定时间内，规定条件下，完成预定功能的概率。

荷载代表值：永久荷载或可变荷载的标准值、可变荷载的组合值、频超值、准永久值等。

5个分项系数分别为：结构重要性系数、设计状况系数  、荷载分项系数和、材料分项系数和、结构系数。

5个分项系数分别表示哪方面的要求？如何保证安全？

①、结构重要性系数：反映建筑物的结构构件安全级别不同，要求的目标可靠指标也不同的要求。为保证安全，在计算出的荷载效应值上乘以结构重要性系数。

②、设计状况系数  ：反映结构在施工、安装、运行、检修等不同阶段可能出现的不同结构体系，不同的荷载及不同的环境条件。为保证安全，在计算时应分别考虑不同设计状况的要求。

③、荷载分项系数和：反映结构在实际使用期间，荷载有可能超过规定的荷载标准值，必须考虑这一超载的可能性。为保证安全，在计算时将荷载标准值乘以相应的荷载分项系数。

④、材料分项系数和：反映材料强度的离散型及不可避免的施工误差带来的使材料实际强度值低于材料强度标准值的情况。为保证安全，在计算时将材料强度标准值除以材料分项系数可得材料的强度设计值。

⑤、结构系数：反映上述4个分项系数未能涵盖到的其他因素对结构可靠度的影响。可通过加权平均得出合适的。

荷载效应设计值基本组合：

当永久荷载对结构起不利作用时：

    当永久荷载对结构起有利作用时：

双筋截面：受拉区和受压区都配置有纵向受力钢筋的截面。

板中的钢筋的间距不要过密，最小间距为70mm，即每米板中最多放14根钢筋。

分布钢筋的作用是将面板荷载均匀的传布给受力钢筋。

分布钢筋布置在受力钢筋的内侧，每米板中分布钢筋的截面面积不少于受力钢筋截面积的15%（集中荷载时为25%）。

受弯构件正截面研究基本假定：正截面上应力始终按直线分布。   P58    P59图

正截面的破坏特征？    P60   P61

①、适筋破坏：开始破坏时，裂缝截面的受拉钢筋的应力首先达到屈服强度，发生很大的塑性变形，有一根或几根裂缝迅速扩展并向上延伸，适筋梁破坏前有显著裂缝开展和挠度。

②、超筋破坏：受拉钢筋应力尚未达到屈服强度前，受压混凝土却已达极限压应变而破坏。破坏时裂缝根数较多，裂缝宽度比较细，挠度也比较小。混凝土压坏前无明显预兆，破坏突然发生，对安全不不利。

③、少筋破坏：受拉区混凝土一旦出现裂缝，裂缝截面的钢筋拉应力很快达到屈服强度，并可能经过流幅阶段进入强化阶段，破坏时往往只有一条裂缝，但裂缝很宽，挠度也很大。

界限破坏：受拉钢筋的应力大大屈服强度的同时，受压区混凝土边缘的压应变恰好达到极限压应变而破坏。

单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算简图    P66

为保证为适筋破坏，应满足：     SL中

什么情况下考虑采用双筋截面？

如果截面承受的弯矩很大，而截面尺寸受建筑物设计不能增大，混凝土强度等级又不便提高，以致采用单筋截面已无法满足要求时，就需要在受压区配置受压钢筋来帮助混凝土受压。这种截面就叫双筋截面。

用钢筋来帮助混凝土受压并不经济，但对构件的延性有利。

T形梁由梁肋和位于受压区的翼缘所组成。

T形梁截面构件的配筋计算    P86

影响受弯构件曲率延性的因素：

①、纵向钢筋用量：受拉钢筋配筋率不宜过大，配置受压钢筋可使延性增大。

②、材料强度：混凝土强度提高或钢筋的强度降低时，对延性有利。

③、箍筋用量：箍筋布置越密，直径越粗，约束作用越大，构件延性越大。

裂缝种类：弯剪裂缝、腹剪裂缝。

临界斜裂缝：当荷载加到一定程度时，构件上若干条斜裂缝中总有一条开展得特别宽，并很快向集中荷载作用点处延伸的斜裂缝。这条斜裂缝就是“临界斜裂缝”。

无腹筋梁斜裂缝出现前后梁内应力状态的变化？

①、斜裂缝出现前，梁整个截面均能抵抗外荷载产生的剪力。裂缝出现后，主要是斜截面端部余留截面抵抗剪力，混凝土所承担的剪应力突然增大。

②、斜裂缝出现前，各截面纵向钢筋拉力由该截面的弯矩决定。斜裂缝出现后，裂缝起始截面处钢筋拉力却由裂缝内部截面的弯矩决定，穿过斜裂缝的纵向钢筋的应力突然增大。

③、由于纵筋拉力突然增大，使得斜裂缝更向上开展，受压区面积进一步缩小，受压区混凝土压应力进一步上升。

④、由于纵筋销栓力的作用，混凝土沿纵筋还受到撕裂力。

腹筋在梁内的作用？

①、与斜裂缝相交的腹筋本身承担很大一部分剪力。

②、阻止裂缝开展过宽，延缓斜裂缝向上伸展，保留了更大混凝土余留截面，从而提高混凝土的受剪承载力。

③、有效地减少斜裂缝的开展宽度，提高了斜裂缝上的骨料咬合力。

④、箍筋可纵向钢筋的竖向位移，有效阻止了混凝土沿纵筋的撕裂，从而提高了纵筋的销栓力。

无腹筋梁的受剪破坏形态：斜拉破坏、剪压破坏、斜压破坏。

影响钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力的主要因素：剪跨比、混凝土强度、纵筋配筋率及其强度、腹筋配筋率及其强度、截面形状及尺寸、加载方式、结构类型等。

为何对构件截面进行？

抵抗弯矩图：各截面实际能抵抗的弯矩图形。    P119  图4-27要求

腰筋作用：防止由于温度变形及混凝土收缩等原因使梁中部产生竖向裂缝。

架立钢筋作用：使纵向受力钢筋和箍筋绑扎成骨架。

稳定系数：表示长柱承载力较短柱降低的程度。是长柱承载力与短柱承载力的比值。

偏心受压构件破坏特征：

①、受拉破坏（大偏心受压破坏）：受拉钢筋的应力先达到屈服强度，按后压应力区混凝土被压碎。

②、受压破坏（小偏心受压破坏）：

a、当偏心距很小时：截面全部受压，靠近轴向压力一侧混凝土先被压碎，受压钢筋达抗压强度，另一侧混凝土和钢筋应力均未能达到抗压强度。

b、当偏心距稍大时：小部分受拉，破坏发生在受压一侧，受压一侧混凝土的应变达到极限压应变，并发生纵向裂缝。

c、当偏心距较大时：破坏仍由受压区混凝土被压碎开始，破坏时受拉钢筋达不到屈服强度。

偏心受压计算配筋思路：

对称配筋：构造简单、施工方便。

非对称配筋：比较经济，施工不方便。

对于同为偏心较大的情况，如内力组合中弯矩M相同，则轴向压力N越小越危险；当N值相同时，M值越大越危险。

对于同为偏心较小的情况，如内力组合中弯矩M相同，则轴向压力N越大越危险；当N值相同时，M越大越危险。

当轴向拉力N在和之间时，为小偏心受拉。

小偏心受拉构件的计算     P165   公式

轴心受拉构件抗裂验算及例题     P194

裂缝宽度计算理论：半经验半理式和数理统计公式

半经验半理式分为：粘接滑移理论、无滑移理论、综合理论

①、粘接滑移理论：认为裂缝的开展是由于钢筋和混凝土之间不再保持变形协调而出现相对滑移造成的。影响裂缝宽度的因素除了钢筋应力外，主要是钢筋直径d与配筋率的比值。

②、无滑移理论：假定裂缝开展后，混凝土截面在局部范围内不再保持平面，而钢筋与混凝土之间的粘接力并不破坏，相对滑动可忽略不计，裂缝宽度在钢筋表面处为零。裂缝宽度与混凝土保护层厚度c有关。 

③、综合理论：将上述两种理论相结合，既考虑了保护层厚对裂缝宽度的影响，也考虑了钢筋可能出现的滑移。

钢筋混凝土构件最大裂缝宽度计算公式：

   各参数对的影响     P213

荷载长期作用下，挠度持续增加的原因：混凝土的徐变和收缩。

若挠度验算不能满足要求，则构件的截面抗弯刚度不足。

增加截面尺寸、增加配筋量、提高混凝土强度等级、选用合理的截面都可以提高构件的刚度。合理而有效地措施是增大界面的高度。短期刚度与高度成3次方关系。 

混凝土结构耐久性：结构在指定的工作环境中，正常使用和维护条件下，随时间变化而仍能满足预订功能要求的能力。

单向板荷载几乎沿短跨传递。

计算简图的提取：将整体式结构分解为板、次梁、主梁分别进行计算。

P238    支座简化

多跨连续梁活载最不利布置方式：

①、求某跨跨中最大正弯矩时，活载在本跨布置，然后隔跨布置。

②、求某跨跨中最小弯矩时，活载不在本跨布置，在其临跨布置，然后再隔跨布置。

③、求某支座截面的最大负弯矩时，活载在该支座左右两跨布置，然后再隔跨布置。

④、求某支座截面的最大剪力时，活载的布置与求该支座最大负弯矩时的布置相同。

塑性铰与理想铰的不同之处：

①、理想铰不能传递弯矩，而塑性铰能承担相当于该截面极限承载力的弯矩。

②、理想铰可以在两个方向自由转动，而塑性铰却是单向铰，不能反向转动，只是在作用下沿弯矩作用方向作有限的转动。

③、理想铰集中于一点，塑性铰不是集中于一点而是一个塑性铰区。

弯矩调幅法：如果支座截面的极限弯矩指定得比较低，则塑性铰就出现得较早，为满足力平衡条件，跨中截面极限弯矩就必须调整得比较高。反之，如果支座截面的极限弯矩指定得比较高，则跨中截面弯矩就可调整得低一些。这种按照设计需要调整控制界面弯矩的方法就叫弯矩调幅法。

连续板的配筋形式有两种：弯起式、分离式。

附加钢筋采用的两种形式：箍筋和吊筋。