长安大学结构设计原理总复习.docx

精选优质文档-倾情为你奉上结构设计原理 复习参考总论结构设计原理主要讨论土木基础工程施工中各种工程结构的基本构件的受力性能，计算方法和构造设计原理，它是学习和掌握桥梁工程和其他道路人工构造物设计的基础。构件的4种基本受力：受弯构件（梁和板），受压构件，受拉构件和受扭构件。 根据所使用的建筑材料种类，常用的构件一般可分为：1） 混凝土结构 以混凝土为主的制作的结构，包括素混凝土结构，钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。2） 钢结构 以钢材为主制作的结构3） 圬工结构 以圬工砌体为主制作的结构，是砖结构，石结构和混凝土砌体结构的总称。4） 木结构 以木材为主制作的结构0.1各种工程结构的特点：1）钢筋混凝土结构 钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料组成的。钢筋是一种抗拉性能很好的材料；混凝土材料具有较高的抗压强度，而抗拉强度很低。根据构件受力的情况，合理的配置钢筋可形成承载能力较高，刚度较大的结构构件。2）预应力混凝土结构 预应力混凝土结构是为解决钢筋混凝土结构在使用阶段容易开裂问题而发展起来的结构。它采用的是高强度钢筋和高强度混凝土材料，并采用相应钢筋张拉施工工艺在结构构件中建立预加应力的结构。 由于预应力混凝土结构采用了高强度材料和预应力工艺，节省了材料，减少了构件截面尺寸，减轻了构件自重，因而预应力混凝土构件比钢筋混凝土构件轻巧，特别适用于建造由恒载控制设计的大跨径桥梁。3）圬工结构 圬工结构是人类社会使用最早的结构。它是用胶结材料将砖，天然石料等块材按一定规则砌筑而成整体的结构，其特点是材料易于取材。当块材使用天然石料时，则具有良好的耐久性。但是，圬工结构的自重一般较大，施工中机械化程度较低。5） 钢结构钢结构一般是由钢厂轧制的型钢或钢板通过焊接或螺栓等连接组成的结构。钢结构由于钢材的强度很高，构件所需的截面积很少，故钢结构和其他结构相比，尽管其容重很大，却是自重很轻的结构。钢材的组织均匀，最接近于各向同性体，弹性模量很高，是理想的弹塑性材料，故钢结构工作性很高。钢结构的基本构件可以在工厂中加工制作，机械化程度较高，同时已预制的构件可以在施工现场较快的装配连接，故施工率较高。第一篇 钢筋混凝土结构第一章 钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能1.1 钢筋混凝土结构的基本概念钢筋混凝土：钢筋混凝土是由受配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土制成的结构。钢筋和混凝土能共同工作的原因：1） 混凝土和钢筋之间有着良好的粘结力，使两者能可靠的结合成一个整体，在荷载的作用下能够很好的共同变形，完成其结构功能。2） 钢筋和混凝土的温度线膨胀系数也较为接近，钢筋为（1.2×105），混凝土为（1.0×1051.5×105），因此，当温度变化时，不至产生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结。3） 包围在钢筋外面的混凝土，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，保证了钢筋与混凝土的共同作用。钢筋混凝土的一些优点：1） 在钢筋混凝土结构中，混凝土强度是随时间而不断增长的，同时，钢筋被混凝土所包裹而不致锈蚀，所以，钢筋混凝土结构的耐久性是较好的。钢筋混凝土结构的刚度较大，在使用荷载作用下的变形较小，故可有效的用于对变形有要求的建筑中。2） 钢筋混凝土结构既可以整体现浇也可以预制装配，并且可以根据需要浇注成各种构件形状和尺寸。3） 钢筋混凝土结构所使用的原材料中，沙，石所占的比例较大，而沙，石易于就地取材，故可以降低成本。钢筋混凝土结构存在的一些缺点：钢筋混凝土构件的截面尺寸一般较相应的钢结构大，因而自重较大，这对于大跨度结构是不利的;抗裂性较差，在正常使用时往往是带裂缝工作；施工受气候条件影响较大；修补或拆除较困难。1.2 混凝土钢筋混凝土是由钢筋和混凝土这两种力学性能不同的材料所组成。1.2.1混凝土的强度1）混凝土立方体抗压强度混凝土的立方体抗压强度是按规定的标准试件和标准试验方法得到的混凝土基本代表值。我国取用的标准试件为边长相等的混凝土立方体。这种试件的制作和试验均比较简单，而且离散性较好。我国国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准规定以每边边长为150mm的立方体为标准试件，在20±2的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以Mpa为单位）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号Fcu表示。按这样的规定，就可以排除不同的制作方法，养护环境等因素对混凝土立方体强度的影响。4）复合应力状态下的混凝土强度 在钢筋混凝土结构中，构件通常受到轴力，弯矩，剪力及扭矩等不同组合情况的作用，因此，混凝土更多的是处于三向受力状态。在复合应力状态下，混凝土的强度有明显的变化。双向应力状态下混凝土强度变化特点：1） 当双向受压时，一向的混凝土强度随着另一向压应力的增加而增加，12约等于2或0.5时，其强度比单向抗压强度增加约为25%左右，而在12=1时，其强度增加仅为16%左右。2） 当双向受拉时，无论应力比值12如何，实测破坏强度基本不变，双向受拉的混凝土抗拉强度均接近于单向抗拉强度。3） 当一向受拉，一向受压时，混凝土的强度均低于单向受力（压或拉）的强度。1.2.2混凝土的变形 混凝土的变形可以分为两类，一类是在荷载作用下的受力变形，如单调短周期加载的变形以及多次重复加载的变形；另一类与受力无关，称为体积变形，如混凝土的收缩以及温度变化引起的变形。1） 混凝土在单调，短期加载作用下的变形性能影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素：混凝土强度，应变速率，测试技术和试验条件。2） 混凝土在长期荷载作用下的变形性能徐变：在荷载的作用下，混凝土的变形将随时间的增加而增加，亦即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种现象称为混凝土的徐变。 影响徐变的主要因素：1） 混凝土在长期荷载作用下产生的应力大小：当压应力小于0.5fc时，徐变大致与应力成正比，各条徐变曲线的间距差不多是相等的，称为线性徐变。当压应力介于（0.5-0.8）fc之间时，徐变的增长较应力的增长为快，这种情况称为非线性徐变。当压应力0.8fc时，混凝土的非线性徐变往往是不收敛的。2） 加荷时混凝土的龄期。加荷时混凝土龄期越短，则徐变越大。3） 混凝土的组成成分和配合比。4） 养护及使用条件下的温度与湿度。温度越高，湿度越大，水泥水化作用就约充分，徐变就越小。混凝土的使用环境温度越高，徐变越大；环境的相对湿度越低，徐变也越大，因此高温干燥环境将使徐变显著增大。3） 混凝土的收缩定义：在混凝土凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减小的现象称为收缩。原因：引起混凝土收缩的原因，主要是硬化初期水泥在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要原因是混凝土内自由水分蒸发引起的干缩。 混凝土的组成和配比是影响混凝土收缩的重要因素。由于干燥失水是引起收缩的重要原因，混凝土的最终收缩量还和构件的体表有关，这个比值决定着混凝土中水分蒸发的速度。1.3钢筋1.3.1 钢筋的强度与变形 钢筋的力学性能有强度和变形（包括弹性变形和塑性变形）等。书P15，图1.4.2粘结机理分析 光圆钢筋与混凝土的粘结作用主要由三部分组成：（1）混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶着力；（2）钢筋和混凝土接触面上的摩擦力；（3）钢筋表面粗糙不平产生的机械咬合力。1.4.3 影响粘结强度的因素影响钢筋与混凝土之间粘结强度的因素很多，其中主要为 混凝土强度，浇注位置，保护层厚度及钢筋净间距等。复习思考与习题1-1 配置在混凝土梁截面受拉区钢筋的作用是什么？ 混凝土是一种人造石料，其抗压能力很强，而抗拉能力很弱，对于素混凝土梁，它的承载能力是由混凝土的抗拉强度控制的，而受压混凝土的抗压强度远未被充分利用。若在梁的受拉区配置适量的纵向受拉钢筋，构成钢筋混凝土梁，在承受略大的荷载时，梁的受拉区混凝土仍会出现裂缝，在出现裂缝的截面处，受拉区混凝土虽退出工作，但配置在受拉区的钢筋将承担几乎全部的拉力，直至手拉钢筋的应力达到屈服强度，继而截面受压区的混凝土也被压碎，梁才破坏。因此混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度都能得到充分的利用，钢筋混凝土梁的承载能力可较素混凝土梁提高很多。1-2试解释一下名词：混凝土立方体抗压强度；混凝土轴心抗压强度；混凝土抗拉强度；混凝土劈裂抗拉强度。1） 混凝土立方体抗压强度：我国国家标准普通混凝土力学性能试验方法标准规定以每边边长为150mm的立方体为标准试件，在20±2的温度和相对湿度在95%以上的潮湿空气中养护28天，依照标准制作方法和试验方法测得的抗压强度值（以Mpa为单位）作为混凝土的立方体抗压强度，用符号Fcu表示。2） 混凝土轴心抗压强度：按照与立方体试件相同条件下制作的和试验方法所得的棱柱体试件的抗压强度值，称为混凝土轴心抗压强度，用fc表示。3） 混凝土抗拉强度：混凝土轴心受拉试件可采用在两端预埋钢筋的混凝土棱柱体，试验时用试验机的夹具夹紧试件两端外伸的钢筋施加拉力，破坏时试件在没有钢筋的中部拉断，其平均拉应力即为混凝土的轴心抗拉强度。4） 混凝土劈裂抗拉强度：按照规定，采用150mm立方体作为标准试件进行混凝土劈裂抗拉强度测定，按照规定的试验方法操作，则混凝土劈裂抗拉强度fts按下式计算：fts=2FA，式中，fts-混凝土劈裂抗拉强度；F-劈裂破坏荷载；A-试件劈裂面面积。1-3混凝土轴心受压的应力-应变曲线有何特点？影响混凝土轴心受压应力-应变曲线有哪几个因素？1）完整的混凝土轴心受压应力应变曲线由上升段下降段和收敛段三个阶段组成。上升段：当压应力0.3fc左右时，应力-应变关系接近直线变化，混凝土处于弹性工作阶段，在压应力0.3fc后，随着压力的增大，应力-应变关系越来越偏离直线，任一点的应变可分为弹性应变ce和塑性应变cp两部分，当应力达到0.8fc左右后，混凝土塑性变形显著增大，内部裂缝不断延伸扩展，并有几条贯通，应力-应变曲线斜率急剧减小，如果不继续加载，裂缝也会发展，即内部裂缝处于非稳定发展阶段。当应力达到最大应力=fc时，应力应变曲线的斜率已接近于水平，试件表面出现不连续的可见裂缝。下降段：到达峰值应力点之后，混凝土的强度并不完全消失，随着应力的减小（卸载），应变仍然增加，曲线下降坡度较陡，混凝土表面裂缝逐渐贯通。收敛段：在反弯点之后，应力下降的速率减慢，趋于稳定的残余应力，表面纵向裂缝把混凝土棱柱体分成若干个小柱，外载力由裂缝处的摩擦咬合力及小柱体的残余强度所承受。2）影响混凝土轴心受压应力应变曲线的主要因素是：（1）混凝土的强度；（2）应变速率；（3）测试技术和试验条件。14 什么叫混凝土的徐变？影响混凝土徐变有哪些主要原因？ 徐变：在荷载的作用下，混凝土的变形将随时间的增加而增加，亦即在应力不变的情况下，混凝土的应变随时间继续增长，这种现象称为混凝土的徐变。 影响徐变的主要因素：5） 混凝土在长期荷载作用下产生的应力大小：当压应力小于0.5fc时，徐变大致与应力成正比，各条徐变曲线的间距差不多是相等的，称为线性徐变。当压应力介于（0.5-0.8）fc之间时，徐变的增长较应力的增长为快，这种情况称为非线性徐变。当压应力0.8fc时，混凝土的非线性徐变往往是不收敛的。6） 加荷时混凝土的龄期。加荷时混凝土龄期越短，则徐变越大。7） 混凝土的组成成分和配合比。8） 养护及使用条件下的温度与湿度。温度越高，湿度越大，水泥水化作用就约充分，徐变就越小。混凝土的使用环境温度越高，徐变越大；环境的相对湿度越低，徐变也越大，因此高温干燥环境将使徐变显著增大。1-5 混凝土的徐变和收缩变形都是随时间而增长的变形，两者有何不同之处？两者产生的原因不同：徐变的主要原因是在荷载的长期作用下，混凝土胶体中的水分逐渐压出，水泥石逐渐发生粘性流动，微细空隙逐渐闭合，结晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生等各种因素的综合结果； 引起收缩的主要原因，主要是硬化初期水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要原因是混凝土内自由水分蒸发引起的干缩。影响徐变和收缩的原因不同：影响徐变的主要因素有 混凝土在长期荷载作用下产生的应力的大小；加荷时混凝土的龄期，混凝土的组成成分和配合比；养护及使用条件下的温度与湿度。而影响混凝土收缩的主要原因是：混凝土的组成和配比；干燥失水；构件的体表。1-6 什么是钢筋和混凝土之间粘结应力和粘结强度？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？粘结应力：能承受由于变形差（相对位移）沿钢筋与混凝土接触面上产生的剪应力，通常把这种剪应力称为粘结应力。粘结强度：在实际工程中，通常以拔出试验中粘结失效（钢筋被拔出或混凝土被劈裂）时的最大平均粘结应力作为钢筋和混凝土的粘结强度。为保证钢筋和混凝土之间有足够的粘结力，可采用的措施有：使用高强度的混凝土，合理的安排浇注位置，提高保护层的厚度及保持合理的钢筋净间距等。第2章 结构按极限状态法则设计计算的原则2.1 概率极限状态设计法的基本概念2.1.1 结构的可靠性与可靠度什么是结构的可靠度？ 结构的可靠度的定义，是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。结构的极限状态的分类：国际上一般将结构的极限状态分为以下三类：1 承载能力极限状态：这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形或变位的状态。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：（1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡，如滑动，倾覆等；（2）结构构件或连接处因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不能继续承载；（3）机构转变为机动体系；（4）结构或结构构件丧失稳定，如柱的压屈失稳等。2 正常使用极限状态：这种极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项限值的状态。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：（1）影响正常使用或外观的变形；（2）影响正常使用或耐久性能的局部破坏；（3）影响正常使用的振动；（4）影响正常使用的其他特定状态。3 破坏-安全 极限状态：这种极限又称为条件极限状态。超过这种极限状态而导致的破坏，是指允许结构物发生局部破坏，而对已发生局部破坏结构的其余部分，应该具有适当的可靠度，能继续承受降低了的设计荷载。2.1.3结构的实效概率与可靠指标何谓作用：作用是指使结构产生内力，变形，应力和应边的所有原因，它分为直接作用和间接作用两种。2.2 我国公路桥涵设计规范的计算原则 2.2.1 三种设计状况1）持久状况：桥涵建成后承受自重，车辆荷载等作用持续时间很长的状况。2）短暂状况：指桥涵施工过程中承受临时性作用（或荷载）的状况。3）偶然状况：在桥涵使用中偶然出现的状况。偶然状况是指桥梁可能遇到的地震等作用的状况。2.4. 作用，作用的代表值和作用效应组合2.4.1公路桥涵结构上的作用分类结构上的作用按其随时间的变异性和出现的可能性分为三类。1） 永久作用（恒载） 在结构使用期间，其量值不随时间变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。2） 可变作用 在结构的使用期间，其量值随时间的变化，但其变化值与平均值相比较不可忽略的作用。3） 偶然作用 在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。复习思考与习题2-1 桥梁结构的功能包括哪几个方面的内容？何谓结构的可靠性？第3章 受弯构件正截面承载能力计算受弯构件设计时应满足的两个要求：1） 由于弯矩M的作用，构件可能沿某个正截面（与梁的纵轴线或板的中面正交的面）发生破坏，故需要进行正截面承载力计算。2） 由于弯矩M和剪力V的共同作用，构件可能沿剪压区段内的某个斜截面发生破坏，故还需要进行斜截面承载力计算。3.1 受弯构件的截面形式与构造3.1.2受弯构件的钢筋构造在梁（板）的受拉区配置纵向受拉钢筋，此种构件称为单筋受弯构件；如果同时在截面受压区也配置受力刚劲，则此种构件称为双筋受弯构件。配筋率：截面上配置钢筋的多少，通常用配筋率来衡量，所谓的配筋率是指所配置的刚劲截面面积与规定的混凝土截面面积的比值（化为百分数来表达）。对于矩形截面和T形截面，其受拉钢筋的配筋率=As/bh0，其中：As-截面纵向受拉钢筋全部截面积；b-矩形截面宽度或T形截面梁肋宽度；h0-界面的有效宽度，h0=h-as，这里h为截面高度，as为纵向受拉钢筋全都截面的重心至受拉边缘的距离。梁的钢筋：梁内的钢筋有纵向受拉钢筋（主钢筋），弯起钢筋或斜筋，箍筋，架立钢筋和水平纵向钢筋等。梁内的钢筋常常采用骨架形式，一般分为绑扎钢筋骨架和焊接钢筋骨架两种形式。3.2 受弯构件正截面受力全过程和破坏形态3.2.1 试验研究 1）受弯构件正截面工作的三个阶段 这三个阶段是：第1阶段，梁没有裂缝；第2阶段，梁带有裂缝工作；第3阶段，裂缝急剧开展，纵向受力钢筋应力维持在屈服强度不变。3.2.2 受弯构件正截面破坏形态 钢筋混凝土受弯构件的两种破坏形式：一种是塑性破坏（延性破坏），指的是结构或构件在破坏前有明显变形或其他征兆；另一种是脆性破坏，指的是结构或构件在破坏前无明显变形或其他征兆。根据实验研究，钢筋混凝土受弯构件的破坏性质与配筋率，钢筋强度等级，混凝土强度等因素有关。1） 适筋梁破坏-塑性破坏梁的受拉区钢筋首先达到屈服强度，其应力保持不变而应变显著的增大，直到受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变时，受压区出现纵向水平裂缝，随之因混凝土的压碎而破坏。这种梁破坏前，梁的裂缝急剧开展，挠度较大，梁截面产生较大的塑性变形，因而有明显的破坏预兆，属于塑性破坏。2） 超筋梁破坏-脆性破坏当梁截面配筋率增大，钢筋应力增加缓慢，受压区混凝土应力有较快的增长，越大，则纵向钢筋屈服时的弯矩My月趋梁破坏时的弯矩Mu，这意味着第三阶段缩短。当增大到使My=Mu时，受拉钢筋屈服与受压区混凝土压碎几乎同时发生，这种破坏称为平衡破坏或界限破坏，相应的值被称为最大配筋率max。3） 少筋破坏-脆性破坏当梁的配筋率很小，梁受拉区混凝土开裂后，钢筋应力趋近于屈服强度，即开裂弯矩Mcr趋近于受拉区钢筋屈服时的弯矩My，这意味着第二阶段的缩短，当减小到使Mcr=MY时，裂缝一旦出现，钢筋应力立即达到屈服强度，这时的配筋率称为最小配筋率。3.2 受弯构件正截面承载力计算的基本原则3.3.1 基本假定1）平截面假定：在各级荷载的作用下，截面上的应变保持为直线分布，则截面上的任意点的应变与该点到中和轴的距离成正比。2）不考虑混凝土的抗拉强度：在裂缝截面处，受拉区的混凝土已大部分退出工作，但在靠近中和轴附近，仍有一部分的混凝土承担拉应力。由于其拉应力较小，且内力偶臂也不太长，因此，所承担的内力矩是不大的，在计算中可忽略不计。3）材料应力应变物理关系 （1）混凝土受压时的应力-应变关系；（2）钢筋的应力-应变曲线。3.3.3相对界限受压区高度b： 什么是b：当钢筋混凝土梁的受拉区钢筋达到屈服应变y而开始屈服时，受压区混凝土边缘也同时达到其极限压应变cu而破坏，此时被称为界限破坏。 根据给定的cu和平截面假定可以做出如书P53图3-18，所示截面应变分布的直线ab，这就是梁截面发生界限破坏的应力分布。受压区高度为Xb=bh0，b被称为相对界限混凝土受压区高度。3.4 单筋矩形截面受弯构件3.4.2 计算方法 钢筋混凝土受弯构件的正截面计算，一般仅需对构件的控制截面进行。 控制截面：所谓控制截面，在等截面受弯构件中是指弯矩组合设计值最大的截面。1） 截面设计截面设计是指根据截面上的弯矩组合设计值，选定材料，确定截面尺寸和配筋的计算。已知弯矩计算值M，混凝土和钢筋材料的级别，截面尺寸b×h，求钢筋截面积As。（1） 假设钢筋截面重心到截面受拉边缘距离as，在一类环境下，对于绑扎钢筋骨架的梁，可假设as40mm（布置一层钢筋时）或65mm（布置双层钢筋时）。对于板，一般可根据板厚假设AS为25mm或35mm,。这样可得到有效高度h0。（2） 由式0MdMucdbx(h0-x/2)解一元二次方程求的受压区高度x，并满足xbh0.（3） 由式cdbx=sdAs可直接求得所需的钢筋面积。（4） 选择钢筋直径并进行截面上布置后，得到实际配筋面积As，as及h0。实际配筋率应满足min。3.5 双筋矩形截面受弯构件单筋矩形截面适筋梁的最大承载能力： 3.5.1受压钢筋的应力3.6 T型截面受弯构件板的有效宽度：在设计计算中，为了便于计算，根据等效受力原则，把与梁肋共同工作的翼板宽度限制在一定的范围内，称为受压翼板的有效宽度bf。在bf宽度范围内的翼板可以认为是全部参与工作，并假定其压应力是全部参与工作，并假定其压应力是均匀分布的。公路桥规规定T型截面梁（内梁）的受压翼板有效宽度bf用下列三者中的最小值：（1） 简支梁计算跨径的1/3。对连续梁各中间跨正弯矩区段，取该计算跨径的0.2倍；边跨正弯矩区段，取该计算跨径的0.27倍；各中间支点负弯矩区段，则取该支点相邻两跨计算跨径之和的0.07倍。（2） 相邻两梁的平均间距。（3） B+2bh+12bf,当Hh1/3时，取（b+6H+ bf）。此处，b,bh，hh和bf分别见书P67，图3-33。复习思考与习题3-1试比较图3-4和图3-5，说明钢筋混凝土板与钢筋混凝土梁钢筋布置的特点。对于板：单向板内主钢筋沿板的跨度方向（短边方向）布置在板的受拉区，钢筋数量由计算确定。受力主钢筋的直径不宜小于10mm（行车道板）或8mm（人行道板）。近梁肋处的板的内主钢筋，可在沿板高中心轴线的（1/41/6）计算跨径处按（30-45）弯起，但通过支撑而不弯起的主钢筋，每米板宽内不应少于3根，并不少于主钢筋面积的1/4.在简支板的跨中和连续板的指点处，板内主钢筋间距不大于200mm。对于梁：梁内的钢筋有纵向受拉钢筋（主钢筋），弯起钢筋或斜钢筋，箍筋，架立钢筋和水平纵向钢筋等。梁内的钢筋常常采用骨架形式，一般分为绑扎钢筋骨架和焊接钢筋骨架两种形式。梁内纵向受拉钢筋的数量由计算确定。钢筋的最小混凝土保护层厚度应不小于钢筋的公称直径。3-2 什么叫受弯构件纵向受拉钢筋的配筋率？配筋率的表达式中，ho的含义是什么？ 截面上配置钢筋的多少，通常用配筋率来表示，所谓配筋率，是指所配置的钢筋截面面积与规定的混凝土截面面积的比值（化为百分数表达）。 ho-截面的有效高度，ho=h-as，这里的h为截面高度，as为纵向受拉钢筋全部截面的重心至受拉边缘的距离。3-3为什么钢筋要有足够的混凝土保护层厚度？钢筋的最小混凝土保护层厚度的选择应考虑哪些因素？ 钢筋的最小混凝土保护层厚度应不小于刚劲的公称直径，且应符合表1-8的规定值。例如，当桥梁处于1类环境条件时，钢筋混凝土主梁内主钢筋（钢筋公称直径为d），与梁的底面的混凝土保护层厚度，布置距梁侧面最近的主钢筋与梁侧面的混凝土保护层c应不下于钢筋的公称直径d和30mm,。当受拉区主筋的混凝土保护层厚度大于50mm时，应在保护层内设置直径不小于6mm，间距不大于10mm的钢筋网。3-5 钢筋混凝土适筋梁正截面受力全过程可划分为几个阶段？各阶段的受力主要特点是什么？可分为三个阶段：第阶段：梁混凝土全截面工作，混凝土的压应力和拉应力基本上都呈三角形分布。纵向钢筋受拉应力。混凝土处于弹性工作阶段，即应力与应变成正比。第阶段末：混凝土受压区的应力基本上仍是三角形分布。但由于受拉区混凝土塑性变形的发展，拉应变增长较快，根据混凝土受拉时的应力-应变曲线，拉区混凝土的应力图形为曲线形。这时，受拉边缘混凝土的拉应变临近极限拉应变，拉应力达到混凝土抗拉强度，表示裂缝即将出现，梁截面上作用的弯矩用Mcr表示。第阶段：荷载作用弯矩到达Mcr后，在梁混凝土抗拉强度最弱截面上出现了第一批裂缝。这时，在有裂缝的截面上，拉区混凝土退出工作，把它原承担的拉力转给了刚劲，发生了明显的应力重分布，钢筋的拉应力随荷载的增加而增加；混凝土的压应力不再是三角形分布，而形成微曲的曲线形，中和轴位置向上移动。第阶段末：钢筋拉应变达到屈服时的应变值，表示钢筋应力达到其屈服强度，第阶段结束。第阶段：在这个阶段里，钢筋的拉应变增长很快，但钢筋的拉应力一般仍维持在屈服强度不变（对具有明显流幅的钢筋）。这时，裂缝急剧开展，中和轴持续上升，混凝土受压区不断缩小，压应力也不断增加，压应力图成为明显的丰满曲线形。第阶段末：这时，截面受压上边缘的混凝土压应变达到其极限压应变值，压应力图呈明显曲线形，并且最大压应力已不在上边缘而是在距上边缘稍下处，这都是混凝土受压时的应力-应变图所决定的。在第阶段末，压区混凝土的抗压强度耗尽，在临界裂缝两侧的一定区段内，压区混凝土出现纵向水平裂缝，即随着混凝土的被压碎，梁破坏，在这个阶段，纵向钢筋的拉应力仍维持在屈服强度。3-6什么叫钢筋混凝土少筋梁，适筋梁和超筋梁？各自有什么样的破坏形态？为什么把少筋梁和超筋梁都称为脆性破坏？少筋梁：配筋率少于所需要的一种钢筋混凝土梁；适筋梁：配筋率合适的钢筋混凝土梁；超筋梁：配筋率大于所需要的钢筋混凝土梁。破坏形态：适筋梁的破坏：梁的受拉区钢筋首先达到屈服强度，其应力保持不变而应变显著增大，直到受压区边缘混凝土的应变达到极限压应变时，受压区出现纵向水平裂缝，随之因混凝土的压碎而破坏。这种梁破坏前，梁的裂缝急剧开展，挠度较大，梁截面产生较大的塑性变形，因而有明显的破坏预兆，属于塑性破坏。超筋梁破坏：当梁截面配筋率增大，钢筋应力增加缓慢，受压区混凝土应力有较快增长，越大，则纵向钢筋屈服时的弯矩My越趋近于梁破坏时的弯矩Mu，这意味着第阶段缩短。当增大到使My=Mu时，受拉钢筋屈服与受压区混凝土压碎几乎同时发生，这种破坏称为平衡破坏或界限破坏，相应的值被称为最大配筋率max。少筋破坏：当梁的配筋率很小，梁受拉区混凝土开裂后，钢筋应力趋近于屈服强度，即开裂弯矩Mcr趋近于受拉区钢筋屈服时的弯矩My，这意味着第阶段的缩短，当减少到使Mcr=My时，裂缝一旦出现，钢筋应力立即达到屈服强度，这时的配筋率称为最小配筋率。 梁中实际配筋率小于min时，梁受拉区混凝土一开裂，受拉钢筋到达屈服点，并迅速经历整个流幅而进入强化阶段，梁仅出现一条集中裂缝，不仅宽度较大，而且沿梁高延伸很高，此时受压区混凝土还未压坏，而裂缝宽度已经很宽，挠度过大，钢筋甚至被拉断。由于破坏很突然故属于脆性破坏。第4章 受弯构件正截面承载力计算4.1.2 无腹钢筋简支梁斜截面破坏形态试验表明，随着剪跨比m的变化，无腹筋简支梁沿斜截面破坏的主要形态有以下三种：1）斜拉破坏；2）剪压破坏；3）斜压破坏。4.2影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素1）剪跨比：剪跨比m是影响受弯构件截面破坏形态和抗剪能力的主要因素。剪跨比m实质上反映了梁内正应力与剪应力的相对比值。4.5 全梁承载能力校核与构造要求4）箍筋的构造要求： （1）钢筋混凝土梁应设置直径不小于8mm且不小于1/4主钢筋的直径的箍筋。箍筋的最小配筋率，R235钢筋时，（sv）min=0.18%，HRB335钢筋时，（sv）min=0.12%。 （2）箍筋的间距 箍筋的间距（指沿构件纵轴方向箍筋轴线之间的距离）不应大于梁高的1/2且不大于400mm；当所箍钢筋为按受力需要的纵向受压钢筋时，应不大于受压钢筋直径的15倍，且不应大于400mm。 支座中心向跨径方向长度不小于一倍梁高范围内，箍筋间距不宜大于100mm。 复习思考与习题4-1 钢筋混凝土受弯构件沿斜截面破坏的形态有几种？各在什么情况下发生？钢筋混凝土受弯构件沿斜截面破坏的形态有1）斜拉破坏；2）剪压破坏；3）斜压破坏。发生的情况：斜拉破坏：这种破坏发生突然，破坏荷载等于或略高于主要斜裂缝出现时的荷载，破坏面较整齐，无混凝土压碎现象。这种破坏往往发生于剪跨比较大（m>3）时。剪压破坏：随着荷载的增大，梁的剪弯区段内陆续出现几条斜裂缝，其中一条发展为临界裂缝。多见于剪跨比为1m3的情况中。斜压破坏：当剪跨比较小（m1）时，首先是荷载作用点和支座之间出现一条斜裂缝，然后出现若干条大体相平行的斜裂缝，梁腹被分割成若干个倾斜的小柱体。随着荷载的增大，梁腹发生类似混凝土支柱体被压坏的情况，破坏时斜裂缝多而密，但没有主裂缝，称为斜压破坏。4-2 影响混凝土受弯构件斜截面抗弯能力的主要因素有哪些？ 试验表明，影响有腹筋梁斜截面抗剪能力的主要因素有 剪跨比，混凝土强度，纵向受拉钢筋的配筋率和箍筋数量及强度等。4-3 钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯承载力基本公式的适用范围是什么？公式上，下限值物理意义是什么？上限值-截面最小尺寸当梁的截面尺寸较小而剪力较大时，就可能产生较大的主压应力，使梁发生斜压破话（或梁肋板压坏）。这种梁的抗剪承载力取决于混凝土的抗压强度及梁的截面尺寸，不能用增加腹筋数量数量来提高抗剪能力。下限值-按构造要求配置刚劲钢筋混凝土梁出现斜裂缝后，斜裂缝处原来由混凝土承受的拉力全部传给箍筋承担，使箍筋的拉压应力突然增大。如果配置的箍筋数量过少，则斜裂缝一出现，箍筋应力很快达到其屈服强度，不能有效的抑制斜裂缝的发展，甚至箍筋被拉断而导致斜拉破坏。当梁内配置一定数量的箍筋，其间距又不过大，能保证与斜裂缝相交时，即可防止发生斜拉破坏。4-5 试解释以下术语：剪跨比；配筋率；剪压破坏；斜截面投影长度；充分利用点；不需要点；弯矩包络图；抵抗弯矩图。 剪跨比：剪跨比m是影响受弯构件截面破坏形态和抗剪能力的主要因素。剪跨比m实质上反映了梁内正应力与剪应力的相对比值。配筋率：截面上配置钢筋的多少，通常用配筋率来衡量，所谓的配筋率是指所配置的钢筋截面面积与规定的混凝土截面面积的比值（化为百分数来表达）。对于矩形截面和T形截面，其受拉钢筋的配筋率=As/bh0，其中：As-截面纵向受拉钢筋全部截面积；b-矩形截面宽度或T形截面梁肋宽度；h0-界面的有效宽度，h0=h-as，这里h为截面高度，as为纵向受拉钢筋全都截面的重心至受拉边缘的距离。 剪压破坏：随着荷载的增大，梁的剪弯区段内陆续出现几条斜裂缝，其中一条发展为临界裂缝。临界斜裂缝出现后，梁承受的荷载还能继续增加，而斜裂缝伸展至荷载垫板下，直到斜裂缝顶端（剪压区）的混凝土在正应力x，剪应力y的共同作用下被压酥而破坏。破坏处可见到很多平行的斜向短裂缝和混凝土碎渣。这种破坏称为剪压破坏。多见于剪跨比为1m3的情况中。斜截面投影长度：充分利用点：不需要点：弯矩包络图：抵抗弯矩图：4-6钢筋混凝土抗剪承载力复合时，如何选择复合截面？ 公路桥规规定，在进行钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪承载力复合时，其复合位置应按照下列规定选取：1） 距支座中心h/2（梁高的一半）处的截面：2） 受拉区弯起钢筋弯起处的截面，以及锚于受拉区的纵向钢筋开始不受外力处的截面。3） 箍筋数量或检举有改变处的截面。4） 梁的肋板宽度改变处的截面。4-7试述纵向钢筋在支座处锚固有哪些规定？ 为了防止钢筋被拔出而破坏，公路桥规规定：1） 在钢筋混凝土梁的支点处，应至少有两根且不少于总数的1/5的下层受拉主钢筋通过。2） 底层两外侧之间不向上弯曲的受拉主钢筋，伸出支点截面以外的长度应不小于10d,（R235钢筋应带半圆钩）；对环氧树脂涂层钢筋应不小于12.5d，d为受拉主筋直径。4-8 钢筋混凝土连续梁斜截面破坏有哪些特点？在剪跨比适中的连续梁中，当荷载增大到一定程度时，将首先在正，负弯矩较大的区段内出现垂直裂缝。随着荷载的增大，在反弯点两侧将分别出现一条弯剪斜裂缝，并可能成为最终发生剪切破坏的临界斜裂缝。这两条斜裂缝几乎互相平行，风别指向支座和荷载作用点。当斜裂缝和纵向钢筋相交后，斜裂缝处纵筋所受的拉力显著增大，而相距不远的反弯点截面的纵筋拉应力却很小，在这个梁区段中纵筋拉应力的变化梯度很大，而纵筋拉力差主要靠混凝土和钢筋之间的粘结力传递到混凝土上，因拉力差过大，故沿纵向钢筋水平位置的混凝土表面上出现一些断断续续的针脚状斜向裂缝（一般称为粘结裂缝）。随着荷载进一步增大，粘结裂缝分别逐步延伸到支座和荷载点附近。在接近破坏时，这些粘结裂缝互相贯通而形成较长的撕裂裂缝，并且这些粘结裂缝最后分别穿过反弯点延伸到支座截面或荷载作用点截面。由于粘结裂缝伸过反弯点截面，反弯点将不再是纵筋受拉和受压的分界点，无论是梁上部纵筋还是下部纵筋，在邻近内支点的剪跨段内都将基本上是受拉的。其原因是纵筋和混凝土之间粘结裂缝的充分发展，使纵筋外侧原先受压的混凝土保护层不再受压。试验研究表明，由于粘结裂缝充分发展而发生的应力重分布，使得连续梁的抗剪承载能力低于相同广义剪跨比的简支梁。第6章 轴心受压构件的正截面承载力计算6.1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件6.1.1 破坏形态 按照构件的长细比不同，轴心受压构件可分为短柱和长柱两种。6.1.2 稳定性系数 钢筋混凝土轴心受压构件计算中，考虑构件长细比增大的附件效应使构件承载力降低的计算系数 称为轴心受压构件的稳定系数，用符号表示。 稳定性系数就是长柱失稳破坏时的临界承载力力Pl与短柱压坏时的轴心力Ps的比值，表示长柱承载力降低的程度。 稳定性系数主要与构件的长细比有关，混凝土强度等级及配筋率对其影响较小。6.1.4 构造要求 1）混凝土 轴心受压构件的正截面承载力主要由混凝土来提供，故一般多采用C25C40级混凝土2）截面尺寸轴心受压构件截面尺寸不宜过小，应长细比越大，值越小，承载力降低很多，不能充分利用材料强度。构件截面尺寸不宜小于250mm。3）纵向钢筋 纵向受力钢筋一般采用R235级，HRB335级和HRB400级等热轧钢筋。纵向受力钢筋的直径应不小于12mm,。在构件截面上，纵向受力钢筋至少应有4根并且在截面每一角偶处必须布置一根。 纵向受力钢筋的净距不应小于50mm，也不应大于350mm；对水平浇注混凝土预制构件，其纵向钢筋的最小净距采用受弯构件的规定要求。4）箍筋普通箍筋柱中的箍筋必须做成封闭式，箍筋直径应不小于纵向钢筋直径的1/4，且不小于8mm。箍筋的间距应不大于纵向受力钢筋直径的15倍，且不大于构件截面的较小尺寸（圆形截面采用0.8倍直径）并不大于400mm。在纵向钢筋搭接范围内，箍筋的间距应不大于纵向钢筋直径的10倍且不大于200mm。当纵向钢筋截面积超过混凝土