土木工程钢筋混凝土绪论.doc

一、绪论1混凝土结构包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、钢骨混凝土结构。2钢筋混凝土结构优点:1)合理地利用材料的性能2)耐久性好3)耐火性好4)整体性好 5)刚性好6)可模性好7)就地取材3.钢筋混凝土缺点：1) 自重比大2) 施工比较复杂、工序多3) 抗裂性差4) 补强维修工作比较困难4.混凝土结构发展过程 第一阶段：混凝土和钢筋强度都很低，主要用于建造梁、板、柱、基础等简单构件，套用弹性理论，采用允许设计方法。 第二阶段：强度提高，开始考虑材料的塑性性能，提出极限状态设计方法。 第三阶段：高强度混凝土和高强度钢筋的广泛应用，充分考虑到材料的塑性性能，发展了以概率理论为基础的极限状态设计方法。5.混凝土结构的基本构件包括：受弯构件、受压构件、受扭构件、手拉构件6.构件截面基本受力形态：正截面受力（受拉、受压、受弯），斜截面受力（受剪、受弯），扭曲截面受扭。一、材料的力学性能普通钢筋：热轧碳素钢、普通低合金钢普通钢筋级别：HP300，热轧光面钢筋300级HRB335、HRBF335，即热轧带肋钢筋和细晶粒带肋钢筋335级HRB400、HRBF400，即热轧带肋钢筋和细晶粒带肋钢筋400级RRB400，即余热处理钢筋400级；HRB500，HRBF500，即热轧带肋钢筋和细晶粒带肋钢筋500级小结：钢材的级别决定钢材的强度，随着级别的增加，屈服强度增加，随着钢材含碳量的增大，屈服强度也增大。有明显屈服钢筋 两个强度指标：屈服强度、极限抗拉强度一般取钢筋的屈服强度为强度计算指标（理由：应力基本保持不变，应变增长较大，有较好的延性）阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段无明显屈服钢筋 一个强度指标：极限抗拉强度 在设计中极限抗拉强度不能作为钢筋强度的取值依据，通常取相应于残余应的应力2.0s作为其假定的屈服点，称为条件屈服强度。 为统一，混凝土结构设计规范（GB500102010）取0.2s为极限抗拉强度b的0.85倍，即2.0s=0.85bs.1普通钢筋应力-应变曲线都有明显屈服点，这种钢筋即为低碳钢，亦称软钢。没有明显屈服点的钢丝线、钢丝和预应力螺丝钢，称为硬钢2钢筋的塑性性能确定因素：伸长率（定义：在标距范围内钢筋试件被拉断后的残余变形与原标距之比）、冷弯性能（定义：检验钢筋在弯折加工时或在使用时不致脆断的一种实验方法）3钢筋的冷加工方法：冷拉（定义：在常温条件下，利用有明显屈服点的热轧钢筋，钢筋应力拉到超过屈服点，然后弯曲放松，若再次受拉能获得较高强度的一种加工方法）、冷拔（定义：把钢筋硬从比自身模具还小的地方拔出）、冷轧（定义：热轧钢筋再经过冷轧，表面轧制成不同的形状，其材料内部组织变得更加密实，使钢筋的强度和粘度性能有所提高，但相应的塑性性能有所下降的一种加工方法）4冷拉分类：冷拉强化（卸载之后立即进行拉伸）、时效硬化（卸载之后，隔一段时间进行的拉伸）5冷拔：优点:提高钢筋的抗拉强度。塑性变形指硬制合金拔丝模冷轧分类：冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋。优点：增加钢材的黏结性6材料“疲劳破坏”的原因：由于材料内部有杂质和孔隙等缺陷存在，同时其内部每个晶粒的弹性、强度、受力大小、方向也不相同。钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求强度、塑性、焊接性能、黏结力钢筋和混凝土能在一起使用的主要原因： 1、黏结性好，2、钢筋混凝土的线膨胀系数相似， 3、混凝土包裹钢筋共同工作1.2混凝土组成:水泥、砂、石子、水按一定的比例拌和在一起。混凝土立方体强度：规定以直径150mm，高300mm的圆柱体或边长150mm的立方体为两种标准试件。我国混凝土结构设计规范（GB500102010）规定按标准方法制作、养护的边长为150mm的立体试件，在温度(203)及相对湿度不低于90%的环境里养护28d或设计规定龄期，以每秒0.305N/mm2的速度加载试验，并取具有95%保证率得出的抗压强度值，单位为N/mm2，称为混凝土的立方体抗压强度标准值，以符号表示。混凝土按强度等级分普通混凝土（C50以下）、高强混凝土（60C80）、超高强混凝土（C100以上）混凝土规定强度分14个强度等级：C15，C20，C25C80混凝土的立方体抗压强度有关因素：试验方法、尺寸大小、试件的龄期和养护条件、试件的加载速度规定强度等级相同边长分别为200mm、150mm、100mm的立方体试件，其强度换算系数分别取1.05、1.00、0.95。提高抗拉强度的办法：使骨料级配均匀和增加混凝土的密实性测定混凝土抗拉强度的方法：直接抗拉试验法、劈裂抗拉实验法混凝土的变形分类；一类为由于荷载作用产生的受力变形、另一类是由于混凝土的收缩和温度变化等产生的体积变形弹性模量是计算钢筋混凝土构件的应力分布、变形、预应力混凝土构件的预压应力、超静定结构的内力及温度变化、支座沉降产生的内力的重要参数。弹性模量是表示材料变形的能力，是发生单位弹性应变时所需的应力，是表示应力与应变关系的力学指标混凝土在经过一次加载和卸载循环后，将有一部分塑性变形不能恢复。混凝土的徐变：这种混凝土在某一不变荷载的长期作用下，其应变随时间而增长的现象。影响徐变的因素：水泥品种、水泥含量、水灰比、骨料性质和含量、灰浆率、外加剂、掺和料、加荷时混凝土的龄期、应力水平和持荷时间、环境温度和湿度、构件的形状和尺寸。各种影响因素可分为内在因素、环境影响、应力条件引起徐变的原因：首先是混凝土中的水泥凝胶体在荷载作用下产生黏性流动，将其受到的压力逐步传给骨料和水化后结晶二者形成应力重分布而造成徐变变形；另一原因是由于混凝土内部微裂缝在长期荷载作用下不断发展和增长，从而导致应变的增加。水灰比越大，徐变越大；环境温度越高，相对湿度越小，徐变越大；体积大，徐变小。混凝土的收缩：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象17凝缩：水与水泥的水化作用，形成新的水泥结晶体，这种晶体化合物较原材料体积缩小，因而引起混凝土的体积的收缩（也是引起混凝土收缩的原因）18干缩：混凝土内自有水分的蒸发而引起的收缩现象混凝土收缩因素：1、水泥强度高、水泥用量多，水灰比大，则收缩量大；2、骨料粒径大，混凝土级配好、弹性模量大、混凝土越密实，则收缩量越小；3、体表比越小，收缩量越大；4、混凝土在使用和结硬过程中，周围环境的湿度小，温度高，混凝土中的水分蒸发较快，则收缩量大；5、当混凝土在蒸汽护养条件下，由于高温高湿的条件，大大促进了水和水泥的水化反应，缩短了其结硬时间，因此其收缩量减小；6、当混凝土在在较高的气温条件下浇筑时，其表面水分容易蒸发而出现过大的收缩变形和过早的开裂，因此，应注意对混凝土的早期养护。钢筋和混凝土之间的黏结力1)类型：机械咬合力、胶结力、摩擦力2)混凝土中的黏结应力按作用性质分：弯曲黏结应力、局部黏结应力3)黏结应力的测定实验：钢筋拔出试验、钢筋压入试验。4)影响黏结力的因素：混凝土的强度、保护层厚度及钢筋间距、横向钢筋、钢筋表面和外形特征、锚固长度、受力情况。二、混凝土的结构设计方法l结构要求：安全性、耐久性、适用性（也是结构的可靠性）l结构设计是实现可靠性与经济性的最佳平衡 可靠性：在规定时间内，在规定条件下，建筑结构能够完成预定功能的性能l可靠度:在规定时间内，在规定条件下，建筑结构能完成预定功能的概率l根据功能要求结构极限状态分：承载能力极限状态（安全性保证）、正常使用极限状态（适用性、耐久性保证）l结构的设计年限：设计规定的结构或构件不需要进行大修即可按预定目的使用的年限。一般建筑结构的设计使用年限为50年。l结构的设计基准期:为确定可变作用等取值而选用的时间参数。规定建筑结构的设计基准期为50年。2.2结构的作用、作用效应和结构抗力2.1.1结构的作用和环境影响作用：施加在结构上的集中力或分布力（直接作用，也称荷载）和引起结构外加变形或约束变形的原因（间接作用）。n分类：按形式分：直接作用、间接作用；按时间分：永久作用、可变作用、偶然作用、按空间分:固定作用、自由作用、按结构的反应特点：静态作用、动态作用；按有无限值：有界作用、无界作用n结构抗力：工作状态可以用作用效应S和结构抗力R的关系表示：平衡方程：Z=R-S=G(R,S)RS,结构处于可靠状态；Rbx时，属于小偏心受压破坏。 14钢筋混凝土柱的长细比对纵向弯曲的影响很大，根据长细比不同，柱可分短柱（材料破坏）、长驻（材料破坏）、细长柱（失稳破坏）。15不对称性配筋偏心受压构件，其破坏性质与偏心距和截面配筋有关。5.受拉构件正截面承载力1当轴向力作用于钢筋与之间时，为小偏心受拉构件；当轴向力作用于钢筋与范围以外时，为大偏心受拉构件。6.受弯和偏心受力构件斜截面承载力1)箍筋和弯起钢筋统称为腹筋2)有箍筋、弯起钢筋、纵筋的梁称为有腹钢筋；无箍筋及弯起钢筋仅设臵纵筋的梁称为无腹筋梁3)梁分为有腹钢筋、无腹钢筋。4)裂缝形式：弯剪斜裂缝、腹剪斜裂缝5)防止弯曲的方法就是放臵箍筋和弯起钢筋，即腹筋。6)剪力传递机构：梁机构、拱机构7)剪跨（s）：集中荷载作用点至支座的距离。8)无腹筋梁的剪切破坏形式：斜压破坏（1,或3或12）【脆性破坏】、剪压破坏（13或4l12）【慢脆性破坏】9)承载力大小比较：；破坏性质的大小：斜拉剪压斜压10)无腹筋梁的受剪承载力影响因素:剪跨比，混凝土强度，纵筋配筋率，荷载形式（集中荷载、分布荷载），加载方式（直接加载、间接加载），结构类型（简支梁、连续梁）及截面形状。11)剪跨比是影响集中荷载作用下的无腹筋梁抗剪强度的主要因素。12)随混凝土强度的提高，受剪承载力随混凝土强度增加而提高的程度减小。13)有腹筋梁的受力模型：拱形桁架14)箍筋对梁抗剪性能的影响是多方面，其主要作用有：A、箍筋直接负担了斜载面上的部分剪力，使压力混凝土的剪应力集中得到缓解；B、箍筋限制了斜裂缝的开展，提高了裂缝面上的骨料咬合力；C、箍筋限制了沿纵筋劈裂缝的开展，增强了纵筋的销栓作用；D：箍筋参与了斜截面抗弯，使斜裂缝出现后纵筋应力s的增量减少。15)有腹钢筋梁破坏形态不仅与剪跨比有关，还与配箍率sv有关。7.受扭构件扭曲截面承载力1.结构构件除承受弯矩、剪力、轴向压力和拉力外，受扭也是一种基本受力形式。2.受扭构件分类：平衡扭转、约束扭转。3.规范建议的受扭构件承载力公式是针对平衡扭转的情况，而约束扭转经调整近似按此计算。4.无腹筋构件：加载初期，截面剪应力分布符合弹性分析，最大剪应力发生在截面长边中点附近，与纵轴成45角。扭矩增大后，剪应力随之增加，当主拉应力达到混凝土抗拉强度后，就在垂直于主拉应力方向产生裂缝，开裂从截面长边中点开始，并迅速向相邻两边延伸，形成三面开裂、一面受压空间扭曲破坏面。破坏是突然的，属于脆性破坏，构件极限扭矩等于或大于开裂扭矩。5.混凝土材料具有弹塑性性能，既非完全弹性，也不是理想塑性。表示截面受扭塑性抵抗矩8.钢筋混凝土构件裂缝与变形的验算影响裂缝宽度的因素：钢筋应力是影响裂缝宽度的主要因素；钢筋的直径、外形；混凝土的保护层厚度；配筋率等也是较重要的因素。控制荷载裂缝的措施：在普通钢筋混凝土结构中，不宜采用高强钢筋；采用带肋钢筋是减小裂缝宽度的一种有力措施；混凝土保护层越厚，裂缝宽度越大；适当增加钢筋面积；解决荷载裂缝最有效的方法是采用预应力混凝土结构，它使构件不发生荷载裂缝或减小裂缝宽度。在荷载长期作用下，构件的曲率增长，刚度降低，挠度增加。规范规定：在等截面构件中，可假定同号弯矩区段内刚度相等，并按该区段内最大弯矩处的刚度计算，这就是挠度计算中“最小刚度原则”。分析短期刚度的计算公式可知：增大刚度的最有效措施是增加截面高度。9、钢筋混凝土平面楼盖1)楼盖是建筑结构中重要的组成部分，混凝土楼盖在整个房屋的材料用量和造价方面所占的比例相当大，因此合理选择楼盖的形式，正确地进行设计计算，将对整个楼屋的使用和技术经济指标具有一定的影响。2)梁、板内力的计算方法：按弹性理论计算；按塑性理论计算。3)楼盖类型：按施工方法分：现浇式楼盖、装配式楼盖、装配整体式楼盖。按愈加应力分：刚筋混凝土楼盖；预应力钢筋混凝土楼盖。按结构形式分：肋梁楼盖、井式楼盖、密肋楼盖、无梁楼盖。4)现浇式楼盖：优点：整体性好，刚度大，防水性好和抗震性强，并能适应于房间的平面形状、设备管道、荷载或施工条件比较特殊的情况；缺点：费工、费模板、工期长、施工季节的限制。适用于建筑平面布臵不规则的楼面。5)装配式楼盖：优点：采用混凝土预制构件，便于工业化生产，在多层民用建筑和多层工业厂房中得到广泛应用；缺点：整体性、防水性和抗震性较差，不便于开设孔洞，故对于高层建筑、有防震设防要求的建筑以及使用上要求防水和开设孔洞的楼面，均不宜采用。6)装配整体式楼盖：优点：整体性比装配式好，比现浇式节省模板和支撑；缺点：需要进行混凝土的二次浇筑，有时还需增加焊接工作量，故对施工进度和造价都带来一些不利影响。7)肋梁楼盖特点：用钢量低、楼板上留洞方便，但支模较复杂。8)无梁楼盖：其传力途径是荷载由板砖至柱或墙。结构高度小，净空大，支模简单，但用钢量大，常用于仓库、商店等。9)单向板：在荷载作用下，只在一个方向弯曲或者主要在一个方向弯曲的板10)双板梁：在荷载作用下，在两个方向弯曲，且不能忽视任一方向弯曲的板。11)单双向板的判断原则：两对边支承的板和单边嵌固的悬臂梁，因按单向板计算；四边支撑板计算规定：当长边与短边长度之比大于或等于3，可按沿短边方向受力的单向板计算；当长边与短边长度之比小于或等于2，应按双向板计算；当长边与短边之比介于2和3之间时，宜按双向板计算，当按沿短边方向受力的单项板计算，应沿长边方向布臵足够数量的构造钢筋。12)在肋梁楼盖中，结构布臵包括柱网、承重墙、梁格和板的布臵。13)柱网额布臵：通常次梁的经济跨度取46m，主梁的经济跨度取58m为宜。14)梁格的布臵：常用的次梁间距即办的经济跨度为1.72.7m。15)梁格及柱网布臵方法：应力求简单、规整、统一，以减少构件类型，便于设计和施工。16)荷载分类：恒荷载、活荷载17)恒荷载：包括结构自重、构造层自重和固定设备等。活荷载：包括人群、堆料和临时设备等，对于屋盖还有雪荷载和积灰荷载。18)楼梯的分类：按施工方法分：整体式楼梯和装配式楼梯。按梯段结构形式分：板式楼梯和梁式楼梯。板式楼梯和梁式楼梯时最常见的现浇楼梯。19)板式楼梯组成：梯段板、休息平台、平台梁。板式楼梯优点：表面平整、施工支模较方便，外观比较轻巧。缺点：斜板较厚，当梯段板跨度大于3m时，不够经济。20)梁式楼梯组成:踏板梁、斜梁、平台板、平台梁。优点：当梯段跨度大于3m时宜采用梁式楼梯较为经济。缺点：施工支模比板式楼梯复杂。21)解决混凝土裂缝问题办法：在构件承受荷载之前预先对受拉区的混凝土施加压力，使构件产生压缩变形和预压应力，当荷载作用使构件产生拉应力时，首先要抵消混凝土截面的预压应力，随着荷载的增加逐渐使混凝土受拉并进而出现裂缝，这就推迟裂缝的出现也相应的减小了裂缝宽度22)预应力混凝土特点：提高构件的抗裂性、耐久性、增加构件的刚度；节约材料、减轻自重、降低造价；构件标准化、工厂化生产程度高。23)预应力混凝土缺点：构件制作复杂，施工工序多，对材料的质量和制作水平要求高，需要有复杂的张拉和锚固设备，构件制作周期长，计算复杂。24)预应力的施工方法:先张法和后张法。25)先张法：在浇注混凝土之前先张拉预应力钢筋的方法；后张法：构件成型，混凝土结硬后，在构件上张拉钢筋的方法。备注：预应力的传达问题：后张法中自身为模具，钢筋的形成的回弹力通过锚具传给混凝土的。先张法中通过构件端部钢筋和混凝土之间的黏结力建立起来的。26)预应力混凝土的材料：混凝土和钢筋。27)张拉控制应力值：千斤顶油压表控制的总张拉力除以钢筋截面面积所得的应力值，用cons表示。28)预应力损失值ls：预应力损失定义：预应力混凝土构件在制作过程中，由于张拉工艺和材料等性特征，钢筋中的张拉控制应力值将随时间的延续而逐渐降低，我们把降低的这部分应力称为预应力损失。29)预应力的损失：张拉段锚具变形和钢筋内缩；预应力钢筋与孔道壁之间和在转向装臵处的摩擦；混凝土加热养护时，受张拉的钢筋和承受拉力设备之间的温差；钢筋应力松弛；混凝土收缩、徐变引起的受拉区和受压区预应力钢筋的应力损失值；螺旋预应力配筋对环形构件混凝土的局部挤压。30)减小各项预应力损失的措施：选择变形小的锚具，尽量少用垫板，先张法构件增加台座长度，以减小锚具变形和钢筋回缩损失值；采用两端张拉，孔道长度减小一半，可减小一半；采用两阶段升温护养；采用超张拉；减小水泥用量，减小水灰比，提高混凝土的密实度，加强养护。