钢筋混凝土结构1.docx

第五讲 钢筋混凝土结构(1)【内容提要】1.材料性能：钢筋、混凝土；2基本设计原则：结构功能、极限状态及其设计表达式、可靠度；3承载能力极限状态计算：受弯构件、受扭构件、受压构件、受拉构件、冲切、局压、疲劳；4正常使用极限状态验算：抗裂、裂缝、挠度；5预应力混凝土：轴拉构件、受弯构件；【重点、难点】承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算2混凝土的变形混凝土的变形可分为在荷载下的受力变形和与受力无关的体积变形。它涉及混凝土在单调、短期加荷作用下的变形性能、混凝土在重复荷载下的变形性能、混凝土在荷载长期作用下的变形性能以及混凝土自身的收缩和膨胀。(三)粘结1粘结力的组成粘结力是指钢筋和混凝土接触界面上沿钢筋纵向的抗剪能力，也就是分布在界面上的纵向剪应力。而锚固则是通过在钢筋一定长度上粘结应力的积累、或某种构造措施，将钢筋“锚固”在混凝土中，保证钢筋和混凝土的共同工作，使两种材料正常、充分的发挥作用。钢筋与混凝土的粘结锚固作用所包含的内容有：1混凝土凝结时，水泥胶的化学作用，使钢筋和混凝土在接触面上产生的胶结力；2由于混凝土凝结、收缩，握裹住钢筋，在发生相互滑动时产生的摩阻力；3钢筋表面粗糙不平或变形钢筋凸起的肋纹与混凝土的咬合力；4当采用锚固措施后所造成的机械锚固力等。2粘结力的破坏机理及影响粘结强度的因素(1)粘结力的破坏机理1)光面钢筋的粘结破坏光面钢筋与混凝土之间的粘结力主要由胶结力形成，根据试验资料，光面钢筋的粘结强度为1.53.5 。新轧制的光面钢筋，粘结强度只有0.4 。若光面钢筋表面有微锈，只要表面凹凸达到0.1mm，借助于摩阻力和咬合力的作用，粘结强度可增至1.4 (但浮锈无粘结效果，2)必须清除)。外表光滑的冷加工钢丝，其粘结强度较光面钢筋还要低约30。光面钢筋粘结强度低、滑移量大，其破坏形态可认为是钢筋与混凝土相对滑移产生的，或钢筋从混凝土中被拔出的剪切破坏，其破坏面就是钢筋与混凝土的接触表面。为了提高光面钢筋的抗滑移性能，须在光面钢筋的端部附加弯钩或弯转、弯折以加强锚固。3)变形钢筋的粘结破坏 由于表面轧有肋纹，能与混凝土犬牙相错紧结合，其粘结力和摩阻力的作用自是有所增加，但主要还是机械咬合发挥的作用最大，往往占粘结力一半以上的份额。根据试验，变形钢筋的粘结强度能高出光圆钢筋23倍，我国螺纹钢筋的粘结强度为2560 N/mm2。(2)影响粘结强度的因素1)混凝土的质量 水泥性能好、骨料强度高、配比得当、振捣密实、养护良好的混凝土对粘结力和锚固非常有利。2)钢筋的形式 使用变形钢筋比使用光面钢筋对粘结力要有利得多。3)钢筋保护层厚度 钢筋的混凝土保护层不能过薄；另外，钢筋的净间距不能过小。就粘结力的要求而言，为了保证粘结锚固性能可靠，应取保护层厚度C钢筋的直径d，以防止发生劈裂裂缝。4)横向钢筋对粘结力的影响 横向钢筋可以延缓内裂缝和劈裂裂缝的发展，提高粘结强度。设置箍筋可将纵向钢筋的抗滑移能力提高25，使用焊接骨架或焊接网则提高得更多。5)钢筋锚固区有横向压力时对粘结力的影响 此时混凝土横向变形受到约束，摩阻力增大，抵抗抗滑好，有利于粘结强度。6)反复荷载对粘结力的影响 结构和构件承受反复荷载对粘结力不利。反复荷载所产生的应力愈多，则粘结力遭受的损害愈严重。二、基本设计原则我国规范规定，对建筑物和构筑物作结构设计时，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。(一)结构功能建筑结构必须满足下述各项功能要求：1安全性。要求结构能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；而且，在偶然事件发生时及发生后，结构仍应能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。2适用性。要求结构在正常使用时具有良好的工作性能。3耐久性。要求结构在正常维护的条件下具有足够的耐久性。(二)极限状态及其设计表达式1结构的极限状态若整个结构或结构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，那么，这个特定状态就称为该功能的极限状态。极限状态可分为两类。(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。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)整个结构或构件的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆等)；2)结构构件或连接因材料强度被超过而破坏(包括疲劳破坏)，或因过度的塑性变形而不适于继续承载；3)结构转变为机动体系；4)结构或结构构件丧失稳定(如压屈等)。(2)正常使用极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认定超过了正常极限状态：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损坏(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。2设计表达式对于结构的极限状态，我国采用了以基本变量的标准值并考虑各种分项系数的使用设计表达式的形式。表达式中的各项分项系数都是以其统计特性，按结构可靠度概率分析为基础确定的，它们的作用与可靠度指标是同等的。(1)承载能力极限状态设计表达式对于承载能力极限状态，应考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。当按基本组合进行构件的强度设计时，其表达式为(四)受拉构件1轴心受拉构件(1)受力过程和破坏特征轴心受拉构件从加载开始到破坏为止，其受力过程可分为三个不同阶段。1)第阶段：从加载到混凝土开裂前，属于第1阶段。此时，钢筋和混凝土共同承受拉力。应力与应变大致成正比。拉力荷载N值和截面平均拉应变 值之间基本上呈线性关系，见图6-5-7a中的OA段。2)第阶段：混凝土开裂后至钢筋屈服前，属于第阶段。首先在截面最薄弱处产生第一条裂缝，随着荷载的增加，先后在一些截面上出现裂缝，逐渐形成图6-5-7b()中所示的裂缝分布形式。此时，在裂缝处的混凝土不再承受拉力，所有拉力均由钢筋来承担。在相同的拉力增量作用下，平均拉应变增量加大，反映在图6-5-7a中的AB段斜率比第阶段的OA段的斜率要小。3)第阶段：当拉力值接近屈服荷载 时，受拉钢筋开始屈服。对于真正的轴心受拉构件，所有钢筋应当同时屈服。实际上，由于受到钢筋材料的不均匀性、钢筋位置的误差等各种因素的影响，各钢筋的屈服有一个先后出现的过程。在此过程中，荷载稍有增加，裂缝迅速扩展。当钢筋全部达到屈服时，(即荷载达到屈服荷载Ny时)裂缝开展很大，可认为构件达到了破坏状态。见图6-5-7的C点。四、正常使用极限状悉计算(一)裂缝宽度验算【例题1】对于无明显屈服点的钢筋，其强度标准值取值的依据是下列哪种?( )(A)最大应变对应的应力 (B)极限抗拉强度(C)0.9倍极限强度 (D)条件屈服强度答案：(D)解析：无明显屈服点的钢筋，其强度标准值取其条件屈服强度。【例题6】大偏心受压构件随N和M的变化，会发生下列哪种情况?( )(A)M不变时，N越大越危险(B)M不变时，N越小越危险(C)N不变时，M越小越危险(D)(A)和(C)答案：(A) 解析：大偏心受压构件当M不变时，N越大越危险。【例题7】控制混凝土构件因碳化引起的沿钢筋走向的裂缝的最有效措施是( )。(A)提高混凝土强度等级 (B)减小钢筋直径(C)增加钢筋截面面积 (D)选用足够的钢筋保护层厚度答案：(D)解析：选用足够的钢筋保护层厚度可防止混凝土构件的碳化，因此水和氧气就不能使钢筋锈蚀，钢筋和混凝土间的粘接强度就不会降低，可防止沿钢筋走向的裂缝的发生。【例题8】下列表达哪项为错误?( )(A)规范验算的裂缝宽度是指钢筋水平处构件侧表面的裂缝宽度(B)受拉钢筋应变不均匀系数愈大，表明混凝土参加工作程度愈小(C)钢筋混凝土梁采用高等级混凝土时，承载力提高有限，对裂缝宽度和刚度的影响也很有限(D)钢筋混凝土等截面受弯构件，其截面刚度不随荷载变化，但沿构件长度变化答案：(D)解析：钢筋混凝土等截面受弯构件，其截面刚度不随荷载变化，但沿构件高度变化。故答案(D)不正确。【例题9】梁中钢筋的混凝土保护层厚度是指( )。(A)箍筋外表面至梁表面的距离(B)主筋外表面至梁表面的距离(C)主筋截面形心至梁表面的距离(D)主筋内表面至梁表面的距离答案：(B)解析：梁中钢筋的混凝土保护层厚度是指主筋外表面至梁表面的距离。【例题10】混凝土平面楼盖按结构型式分类，主要可分为下列哪类?( )(A)单(双)向板肋形楼盖、井式楼盖、密肋楼盖和无梁楼盖(B)钢筋混凝土楼盖、钢和钢筋混凝土组合楼盖、木楼盖(C)预应力楼盖、非预应力楼盖、部分预应力楼盖(D)现浇楼盖、装配式楼盖、装配整体式楼盖答案：(A)解析：混凝土平面楼盖按结构型式分类，主要可分为单(双)向板肋形楼盖、井式楼盖、密肋楼盖和无梁楼盖。