混凝土及砌体结构-复习要点.pdf
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1、 1 混凝土及砌体结构复习要点 第一章 绪论 1。配筋的主要作用:提高结构和构件的承载能力及变形能力 2.配筋的基本要求:钢筋与混凝土两者变形一致;钢筋的位置和数量等也必须正确。3。砌体结构的主要特点:主要用于受压的结构和构件;砌体结构的尺寸应与块体尺寸相匹配;砌体结构除了满足承载力要求外,还要满足耐久性的要求;受力性能的离散性比较大;整体性比较差,对抗震不利。第二章 混凝土及砌体结构设计方法概述 一、结构上的作用 1.作用的定义:施加在结构上的集中力或分布力,或引起结构外加变形或约束变形的原因。作用包括:直接作用(直接作用在结构上的力)和间接作用(使结构产生外加变形或约束变形,但不是直接以力
2、的形式出现的)2.作用的分类:按时间的变异,分为永久作用、可变作用、偶然作用.永久作用:在设计基准期内量值不随时间变化的作用,或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用.可变作用:在设计基准期内量值随时间变化的作用,或其变化与平均值相比不可以忽略不计的作用.偶然作用:在设计基准期内不一定出现,而一旦出现其量值很大且持续时间较短的作用。二、两类极限状态 1。建筑结构的功能()(安全性、适用性、耐久性)(1)能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种作用;(2)在正常使用时有良好的工作性能;(3)在正常维护下具有足够的耐久性;(4)在偶然事件,例如罕遇地震等发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性,即结
3、构只产生局部损坏而不发生连续倒塌。结构的可靠性:结构在设计使用年限内,在规定的条件下,完成预定功能的能力。结构的设计使用年限:指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按预定目的使用的年限.普通房屋和构筑物的设计使用年限为 50 年。建筑结构的安全等级分为三级。2。两类极限状态(结构的可靠性用结构的极限状态来判断)2(1)极限状态:整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足某一功能要求.(2)分类:承载能力极限状态(与安全性对应)和正常使用极限状态(与适用性和耐久性对应).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时的状态。结构构件或连接因材料强度被超过而破坏,或
4、因过度的塑性变形而不适于继续承载;结构转变为机动体系;结构或构件丧失稳定;整个结构或构件的一部分失去平衡(如倾覆、滑移)。正常使用极限状态:结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。影响正常使用或外观的过大变形;影响适用性或耐久性的局部损坏;影响正常使用的振动;达到影响正常使用的特定状态。3.荷载效应与结构抗力(1)荷载效应(S):荷载引起的结构或构件的内力、应力、变形、裂缝等。荷载分项系数为荷载的设计值与荷载的标准值的比值。KGGG,KQQQ,一般4.12.1QG,(2)结构抗力(R):结构或构件承受荷载效应的能力。(与材料强度、截面的几何参数有关)材料分项系数为材料强度的标准值
5、与材料强度的设计值的比值。cckcff,ssksff 第三章 混凝土结构材料的物理力学性能 一、钢筋 光圆钢筋:HPB235 表面形状 带肋钢筋:HRB335、HRB400、RRB400 有明显屈服点的钢筋:四个阶段(弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、破坏 力学性能 阶段),屈服强度 是主要的强度指标。没有明显屈服点的钢筋:在承载力计算时,取“条件屈服强度”(0。85b)混凝土结构对钢筋性能的要求:强度、塑性、可焊性、与混凝土的粘结。3 二、混凝土 立方体抗压强度(fcu,k):用 150mm150mm150mm 的立方体试件作为标准试件,在温度为(203),相对湿度在 90%以上的潮湿空气中养护
6、 28d,按照标准试验方法加压到破坏,所测得的具有 95%保证率的抗压强度.(fcu,k为确定 1.强度 混凝土强度等级的依据)轴心抗压强度(fc):由 150mm150mm300mm 的棱柱体标准试件经标准养护后用标准试验方法测得的.(fck=0。67 fcu,k)轴心抗拉强度(ft):相当于 fcu,k的 1/81/17,fcu,k越大,这个比值越低.复合应力下的强度:三向受压时,可以使轴心抗压强度与轴心受压变形能力都得到提高.双向受力时,(双向受压:一向抗压强度随另一向压应力的增加而增加;双向受拉:混凝土的抗拉强度与单向受拉的基本一样;一向受拉一向受压:混凝土的抗拉强度随另一向压应力的增
7、加而降低,混凝土的抗压强度随另一向拉应力的增加而降低)受力变形:(弹性模量:通过曲线上的原点 O 引切线,此切线的斜率即为弹性模 2.变形 量。反映材料抵抗弹性变形的能力)体积变形(温度和干湿变化引起的):收缩和徐变等。(1)徐变:混凝土的应力不变,应变随时间而增长的现象。线性徐变:当应力较小时,徐变变形与应力成正比;非线性徐变:当混凝土应力较大时,徐变变形与应力不成正比,徐变比应力增长更快。影响因素:应力越大,徐变越大;初始加载时混凝土的龄期愈小,徐变愈大;水灰比大、水泥用量大,徐变大;骨料愈坚硬、弹性模量高,徐变小;温度愈高、湿度愈低,徐变愈大;尺寸大小,尺寸大的构件,徐变减小。对结构的影
8、响:会使构件变形增加,会导致预应力混凝土的预应力损失等.(2)收缩:混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。4 影响因素:水泥用量愈多、水灰比愈大,收缩愈大;骨料的弹性模量大、级配好、密实度大、混凝土振捣愈密实,收缩愈小;使用环境温、湿度大时,收缩小;构件的体积与表面积的比值大时,收缩小。对结构的影响:会使构件产生表面的或内部的收缩裂缝,会导致预应力混凝土的预应力损失等.措施:加强养护,减少水灰比,减少水泥用量,采用弹性模量大的骨料,加强振捣等。三、钢筋与混凝土的粘结 1.粘结的定义及组成(1)定义:钢筋与其周围混凝土之间的相互作用。(包括沿钢筋长度的粘结和钢筋端部的粘结)(2)组成:胶着力、摩擦
9、力、机械咬合力。变形钢筋的粘结力最主要的是机械咬合力。2。保证可靠粘结的构造措施 钢筋的锚固长度以拉伸锚固长度为基本锚固长度.任何情况下,纵向受拉钢筋的锚固长度不应小于 250mm.变形钢筋及焊接骨架中的光圆钢筋、轴心受压构件中的光圆钢筋可不做弯钩.第四章 受弯构件的正截面受弯承载力 一、梁、板的一般构造 1。截面形式与尺寸 板:厚度与跨度、荷载有关,以 10mm 为模数 梁:宽度一般为 100,120,150,(180),200,(220),250,300,以下级差为 50mm;高度一般为 250,300,800mm,级差为 50mm,800 以上级差为 100mm。h/b=2.02。5(矩
10、形),h/b=2。53。0(T 形)2。材料的选择与构造(1)钢筋:梁(纵向受力钢筋:常用 HRB335,直径 12,14,16,18,20,22;箍筋:常用 HPB235 5 或 HRB335,直径 6,8,10);板(纵向受拉钢筋:常用 HPB235、HRB335,直径 6,8,10,12;分布钢筋:常用 HPB235,直径 6,8)(2)混凝土:常用 C20,C25,C30.混凝土保护层厚度(C):纵向受力钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离。作用:减少混凝土开裂后纵向钢筋的锈蚀;在火灾等情况下,使钢筋的温度上升减缓;使纵向钢筋与混凝土有较好的粘结。环境为一类,混凝土强度等级为 C25C45
11、,混凝土保护层最小厚度,梁为 25mm,板为15mm。钢筋净距:受拉区25mm 且d;受压区30mm 且1.5d。二、梁的正截面受弯承载力 1.适筋梁正截面受弯的三个受力阶段 两个转折点:受拉区混凝土开裂点,纵向受拉钢筋开始屈服的点.(1)弹性阶段():a 是受弯构件正截面抗裂验算的依据。特点:受拉区混凝土没有开裂;受压区混凝土的压应力图形是直线,受拉区混凝土的拉应力图形在第阶段前期是直线,后期是曲线;弯矩与截面曲率基本上是直线关系。(2)带裂缝工作阶段():是裂缝宽度与变形验算的依据。特点:在裂缝截面处,受拉区大部分混凝土退出工作,拉力由纵向受拉钢筋承担,但钢筋没有屈服;受压区混凝土已有塑性
12、变形,但不充分,压应力图形为只有上升段的曲线,最大压应力在受压区边缘;弯矩与截面曲率是曲线关系,截面曲率与挠度的增长加快了。(3)破坏阶段():a 是正截面受弯承载力计算的依据.特点:受拉区绝大部分混凝土退出工作,钢筋屈服;受压区混凝土的压应力图形为有上升段与下降段的曲线,最大压应力不在受压区边缘,而在边缘的内侧,最终受压区混凝土被压碎使截面破坏;弯矩与截面曲率为接近水平的曲线关系。2.正截面受弯破坏形态 6(1)适筋截面破坏形态:钢筋先屈服,混凝土后压碎。(延性破坏)min0hh,且b(2)超筋截面破坏形态:混凝土先压碎,钢筋不屈服。(脆性破坏)b(3)少筋截面破坏形态:一裂就坏。(脆性破坏
13、)min0hh 2.正截面承载力计算(1)计算假定:截面应变保持平面;不考虑混凝土的抗拉强度;混凝土受压的应力与应变关系,如图 1;纵向钢筋的应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积,但其绝对值不应大于其强度设计值,极限应变为 0。01(如图 2)。图 1 混凝土应力应变计算曲线 图 2 钢筋应力应变计算曲线(2)等效矩形应力图形的条件:两图形的面积相等,即压应力的合力 C 的大小不变;图形的形心位置相同,即压应力合力 C 至中和轴的距离不变。(3)相对界限受压区高度(b):与混凝土及钢筋强度 0bhxb:界限受压区计算高度与截面有效高度的比值。相对受压区高度0hx:受压区计算高度与截面有效高度的
14、比值。最小配筋率的确定原则:由素混凝土截面计算得的受弯承载力(即开裂弯矩crM)与相应 7 的钢筋混凝土截面按a 阶段计算得到的受弯承载力uM相等.ytff45.0%,2.0maxmin(4)T 形截面判别条件:第一类 T 形截面,计算中和轴在翼缘内(xhf),1ffcsyhbfAf或)2(01fffchhhbfM;第二类 T 形截面,计算中和轴在肋部(xhf),1ffcsyhbfAf或)2(01fffchhhbfM.第五章 受弯构件的斜截面承载力 一、斜截面受剪承载力(由计算保证)(1)三种主要破坏形态及其特征 斜拉破坏(3(且箍筋过少)):斜裂缝一旦出现就迅速延伸到集中荷载作用点处,使梁沿
15、斜向拉裂成两部分而突然破坏。脆性破坏。由最小配筋率来防止。剪压破坏(31(箍筋适量)):弯剪斜裂缝出现后,荷载有较大的增长;随着荷载的增大,出现临界斜裂缝,最后临界斜裂缝上端集中于荷载作用点附近,混凝土被压碎而造成破坏。脆性破坏。由斜截面受剪承载力计算来防止。斜压破坏(1(箍筋过多或梁腹过薄)):在荷载作用点与支座间的梁腹部出现若干条大体平行的腹剪斜裂缝,随着荷载增加,梁腹部被这些斜裂缝分割成若干个斜向受压的“短柱体,最后它们沿斜向受压破坏.脆性破坏.由截面限制条件来防止。(2)影响斜截面受剪承载力的主要因素:剪跨比、混凝土强度等级、纵向受拉钢筋配筋率、腹筋(箍筋和弯起钢筋)。剪跨比:剪跨 a
16、 与梁截面有效高度 h0的比值.(剪跨 a:计算截面至支座截面或节点边缘的距离)(3)计算截面:从支座边缘开始的截面;从弯起钢筋弯起点处开始的斜截面;箍筋直径或间距改变处的斜截面;肋宽改变处的斜截面。二、斜截面受弯承载力(由构造保证)1.抵抗弯矩图:将各个正截面的 Mu 值连接起来就构成 Mu 图。(表示的是构件每一正截面 8 的受弯承载力设计值的大小)2。纵筋的弯起:弯起点应在该钢筋充分利用截面以外,0。5h0;弯终点到支座边或到前一排弯起钢筋弯起点之间的距离,都不应大于箍筋的最大间距。第六章 受扭构件扭曲截面的受扭承载力 一、素混凝土纯扭构件 受力状态:三面开裂、一面受压;破坏面:空间扭曲
17、面;破坏类型:脆性破坏 二、钢筋混凝土纯扭构件 1。受扭钢筋型式:螺旋筋(很少);沿构件纵轴方向不知封闭的受扭箍筋和受扭纵筋,两者必须同时设置。2.破坏形态:适筋破坏:纵向钢筋和箍筋配置适当;少筋破坏:纵筋和箍筋配置过少或其中之一配置过少时;部分超筋破坏:纵筋和箍筋不匹配置,两者相差比率较大;超筋破坏:纵筋和箍筋两者都配置过多时。三、受扭承载力计算 1。开裂扭矩:ttWfT7.0cr(tW:受扭构件的截面抗扭塑性抵抗矩)2.变角空间桁架机理:纵筋为桁架的弦杆,箍筋为桁架的竖腹杆,裂缝间混凝土为桁架的斜腹杆,整个杆件如同一个空间桁架。混凝土斜腹杆与构件纵轴间的夹角不是定值,而是在 3060之间变
18、化。基本假定:忽略核心混凝土对抗扭的作用及钢筋的销栓作用;纵筋和箍筋只承受轴向拉力,分别为桁架的弦杆和腹杆;混凝土腹杆只承受轴向压力,其倾角为.受扭承载力计算公式:受扭的纵向钢筋与箍筋的配筋强度比。7.16.0,表明抗扭纵筋和抗扭箍筋的数量配置合适,构件破坏时,两者都能达到其抗拉屈服强度。t:受扭承载力降低系数,15.0t 3.公式:035.0bhfVt或)1/(875.00bhfVt,可仅按受弯构件的正截面受弯承载力和纯扭构 9 件的受扭承载力分别计算;ttWfT175.0,可仅按受弯构件的正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力分别计算。ttfWTbhV7.00,可不进行构件受剪承载力计算,仅按
19、构造要求配置箍筋和纵向钢筋。第七章 受压构件的截面承载力 轴心受压构件:纵向压力作用线与构件纵向形心轴线重合的受压构件;偏心受压构件:当纵向压力作用线与构件的截面形心轴不重合,或在构件截面上同时作用有纵向压力和弯矩时。一、构造要求 1。材料的强度等级:宜用强度等级较高的混凝土(C20,C25,C30),不宜用高强度钢筋。2。截面尺寸:方形和矩形柱的截面尺寸不宜小于 250250,尺寸800mm,取 50mm 的倍数,尺寸800mm,取 100mm 的倍数。3。纵向钢筋配筋率:全部纵向钢筋不小于 0.6;一侧纵向钢筋不小于 0.2;全部纵向钢筋不宜大于 5%。二、轴心受压构件正截面受压承载力计算
20、 1.轴心受压柱内纵筋的作用:提高正截面受压承载力;改善破坏时的脆性,即提高变形能力;防止因偶然偏心而突然破坏;减小混凝土的徐变变形.箍筋的作用:防止纵筋的压曲,并与纵筋组成能站立的钢筋骨架.2.轴心受压柱的分类:根据长细比分为长柱和短柱。(短柱:矩形截面柱 l0/b8,圆形截面柱 l0/d7,任意截面柱 l0/i28)3.稳定系数:反映长柱比短柱的正截面受压承载力的降低。4。正截面受压承载力计算:)(9.0sycuAfAfN(3%,A 取 AAC,AAs)5.螺旋筋和焊接环筋的作用:可以使核心混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土的抗压强度和变形能力,从而间接提高了轴心受压柱的受压承载力和变形
21、能力,螺旋筋和焊接 10 环筋也可称为“间接纵向钢筋或“间接钢筋”。三、偏心受压构件正截面受压承载力计算 1。偏心受压柱的破坏有材料破坏(l0/h30)和失稳破坏(l0/h30)。2。偏心受压短柱的正截面破坏形态(*)(1)大偏心受压破坏(受拉破坏)b 产生条件:轴心压力 N 的相对偏心距 e0/h0较大、且离 N 较远一侧的纵筋 As 配置不太多时.破坏特征:破坏始于离偏心轴向压力较远一侧的纵向钢筋受拉屈服;离偏心轴向压力较近一侧的纵向钢筋受压屈服,受压区边缘混凝土被压碎。延性破坏。(2)小偏心受压破坏(受压破坏)b 产生条件:轴心压力 N 的相对偏心距 e0/h0很小,或者虽然 e0/h0
22、不是太小,但离 N 较远侧的纵筋 As 配置很多时。破坏特征:破坏始于靠近 N 一侧的受压区边缘混凝土压应变达到其极限压应变值,混凝土被压碎;靠近 N 一侧的纵筋 As达到抗压强度;远离 N 一侧的纵筋 As 可能受压也可能受拉,但都不屈服;脆性破坏.3。Nu和 Mu的关系:大偏心受压破坏时,Nu随 Mu的减小而减小,随 Mu的增大而增大,界限破坏时的 Mu为最大.小偏心受压破坏时,Nu随 Mu的增大而减小。4.轴向压力的作用:轴向压力的存在能延缓斜裂缝的出现和开展,使截面保留有较大的混凝土剪压区面积,因而使受剪承载力得以提高。第八章 受拉构件承载力的计算 一、轴心受拉构件 1.破坏形态:在混
23、凝土开裂前,由钢筋和混凝土共同承受拉力,横向裂缝出现后,在开裂截面全部外力都由纵筋承受,当全部纵筋都达到抗拉屈服强度时,横向裂缝开展很大,构件破坏.11 2.承载力计算公式:Nu=fyAs(受拉纵筋的最小配筋率取 0.2%和 0。45ft/fy的较大值)二、偏心受拉构件 1.分类:根据纵向拉力 N 作用位置的不同,分为大偏心受拉构件和小偏心受拉构件。大偏心受拉构件(e0h/2as):纵向拉力 N 作用在钢筋 As合力点与钢筋 As合力点之外.小偏心受拉构件(e0h/2as):纵向拉力 N 作用在钢筋 As合力点与钢筋 As合力点之间。2.破坏形态:大偏心受拉构件:构件破坏时,靠近 N 一侧的受
24、拉纵筋达到抗拉屈服强度设计值,另一侧的受压纵筋达到抗压强度设计值,受压区边缘混凝土达到极限压应变值而被压碎.小偏心受拉构件:截面上没有受压区,临近破坏时,裂缝贯通整个截面,拉力完全由纵筋承担,不考虑混凝土的受拉作用。3.轴心拉力的作用:轴心拉力的存在,使斜裂缝提前出现,有时甚至会使斜裂缝贯穿整个截面,使截面的受剪承载力比无纵向拉力时降低,降低程度几乎与 N 成正比.第九章 变形、裂缝与耐久性 一、截面弯曲刚度 1。定义:使截面产生单位转角需施加的弯矩值.(体现了截面抵抗弯曲变形的能力)EIMlSf20或20lSf,EIM(EI:截面弯曲刚度)截面弯曲刚度:MB tan,M 小,大,B 大;M
25、大,小,B 小。刚度是纯弯区段内的平均截面弯曲刚度。二、受弯构件的挠度验算 最小刚度原则:在简支梁全跨长范围内,可都按弯矩最大处的截面弯曲刚度,用工程力学方法中不考虑剪切变形影响的公式来计算挠度。当构件上存在正负弯矩时,可分别取 12 弯矩区段内maxM处截面的最小刚度计算挠度。公式:fBlMSfk20,skqkBMMMB)1(B:长期刚度,荷载长期作用下刚度会降低,降低原因:受压混凝土的徐变,使cm增大;裂缝件受拉混凝土的应力松弛,钢筋与混凝土的滑移徐变,使受拉混凝土不断退出工作,导致sm增大;混凝土的收缩变形)kM:荷载效应的标准组合值;qM:荷载效应的准永久组合值;:挠度增大系数;sB:
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