混凝土结构知识点总结

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'混凝土结构知识点总结'
1 绪 论 Introduction1.1 混凝土结构的一般概念和特点 以混凝土材料为主,并根据需要配置钢筋、预应力筋、钢骨、 钢管等,作为主要承重材料的结构,均可称为混凝土结构 (Concrete Structure)。 二、钢筋与混凝土共同工作的条件 ⑴ 钢筋与混凝土之间存在良好的粘结力(Bond),在 荷载作用下,保证两种材料变形协调(Same Deformation under load),共同受力; ⑵ 钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数 (Temperature linear expanding index)(钢材为1.2×10-5, 混凝土为(1.0~1.5)×10-5),因此当温度变化时,两种材料 不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。⑶ 包围在钢筋外面的混凝土,起着保护钢筋免遭锈蚀的作用,保证了钢筋和混凝土的共同作用。 混凝土结构的优点: ⑴ 材料利用合理:钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发 挥,结构承载力与刚度比例合适,基本无局部稳定问题,单 位应力价格低,对于一般工程结构,经济指标优于钢结构。 ⑵ 可模性好:混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸,适 用于各种形状复杂的结构,如空间薄壳、箱形结构等。 ⑶ 耐久性和耐火性较好,维护费用低:钢筋有混凝土的保护 层,不易产生锈蚀,而混凝土的强度随时间而增长;混凝土 是不良热导体,30mm厚混凝土保护层可耐火2小时,使钢筋 不致因升温过快而丧失强度。⑷ 现浇混凝土结构的整体性好,且通过合适的配筋,可获得较好的延性,适用于抗震、抗爆结构;同时防振性和防辐射性能较好,适用于防护结构。⑸ 刚度大、阻尼大,有利于结构的变形控制。⑹ 易于就地取材:混凝土所用的大量砂、石,易于就地取材,近年来,已有利用工业废料来制造人工骨料,或作为水泥的外加成分,改善混凝土的性能。混凝土结构的缺点:⑴ 自重大:不适用于大跨、高层结构。⑵ 抗裂性差:普通RC结构,在正常使用阶段往往带裂缝工作, 环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性;也限制了 普通RC用于大跨结构,高强钢筋无法应用。⑶ 承载力有限:在重载结构和高层建筑底部结构,构件尺寸太 大,减小使用空间。⑷ 施工复杂,工序多(支模、绑钢筋、浇筑、养护),工期长, 施 工 受 季 节 、 天 气 的 影 响 较 大 。 钢模、飞模、滑模等, 泵送、早强、商品、高性能、免振自密实混凝土等⑸ 混凝土结构一旦破坏,其修复、加固、补强比较困难。 混凝土结构加固技术不断得到发展,如最近研究开发的采用碳 纤维布加固混凝土结构技术,快速简便。 1.3 结构的功能和极限状态简述 1.3.1、建筑结构的功能 安全性 ◎ 如(M≤Mu); ◎ 整体稳定性 适用性 ◎ 如(f ≤[ f ]; wmax≤[ wmax] ) ◎ 结构在正常使用期间,具有良好的工作性能。 耐久性 ◎ 结构在正常使用和正常维护条件下,应具有足够的耐久 性,完好使用到设计使用年限。 1.3.2 结构的极限状态 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计指 定的要求,该状态称为该功能的极限状态。 结构能够满足功能要求而良好地工作,则称结构是“可靠”的或 “有效”的。反之,则结构为“不可靠”或“失效”。区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”。第一章 绪论 1.承载能力极限状态: 超过该极限状态,结构就不能满足预定的安全性功能 要求。例如: Ø结构或构件达到最大承载力(包括因疲劳而破坏) Ø结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡(如倾覆、滑 移) Ø结构塑性变形过大而不适于继续使用 Ø结构形成几何可变体系(超静定结构中出现足够多塑性 铰) Ø结构或构件丧失稳定(如细长受压构件的压曲失稳) 1.3 结构的功能和极限状态简述第一章 绪论 2.正常使用极限状态 超过该极限状态,结构就不能满足预定的适用性和 耐久性的功能要求。例如: Ø 过大的变形、侧移(影响非结构构件、不安全感、不 能正常使用(吊车)等); Ø 过大的裂缝(钢筋锈蚀、不安全感、漏水等); Ø 过大的振动(不舒适); Ø 其他不满足正常使用要求。 进行结构设计时,结构或构件按承载能力极限状态 进行计算后,还应该按正常使用极限状态进行验算。 即:设计的结构或构件在满足承载能力极限状态的 同时也要满足正常使用极限状态。 1.3 结构的功能和极限状态简述第一章 绪论 荷载和材料强度 结构上的作用 ◎直接作用:荷载 ◎间接作用:混凝土的收缩、温度变化、基础的差异沉降、 地震等 Ø作用在结构上并使结构产生内力(如弯矩、剪力、轴向力、 扭矩等)、变形、裂缝等作用称为作用效应或荷载效应。 Ø荷载和荷载效应之间通常按某种关系相联系。 9 1.3 结构的功能和极限状态简述第一章 绪论 荷载的分类 结构上的荷载,按其作用时间的长短和性质, 可分为三类: (1)永久荷载G 在结构设计使用年限内,其值 不随时间而变化,或其变化与平均值相比可以忽略不计, 或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。 (2)可变荷载Q 在结构设计基准期内其值随时 间而变化,其变化与平均值不可忽略的荷载。 (3)偶然荷载Q 在结构设计基准期内不一定出 现,但一旦出现其值很大且作用时间很短的荷载。 1.3 结构的功能和极限状态简述第一章 绪论 p 荷载的标准值和设计值 荷载的基本代表值——荷载的标准值 l 验算变形和裂缝宽度——荷载的标准值 l 计算截面承载力——荷载的设计值 荷载设计值=荷载标准值×荷载分项系数 ?g — — 永 久荷载(恒荷载)分项系数,一般取1.2;对 永久荷载效应控制的组合一般取1.35;当永久荷载 效应对结构有利时取1.0。 ?Q ——可变荷载(活荷载)分项系数,一般取1.4。 1.3 结构的功能和极限状态简述第一章 绪论 p 内力的标准值和设计值 按荷载标准值计算得到的内力——内力的标准值 按荷载设计值计算得到的内力——内力的设计值 p 材料强度的标准值和设计值 l 验算变形和裂缝宽度——材料强度的标准值 l 计算截面承载力——材料强度的设计值 材料强度标准值 材料强度设计值= 材料强度分项系数 1.3 结构的功能和极限状态简述第二章 钢筋和混凝土材料的力学性能2.1 混凝土(Concrete)一、混凝土的强度(Strength of concrete)Ø1、混凝土强度等级( Strength Grade )混凝土的强度等级是用立方体抗压强度来划分的混凝土强度等级:边长150mm立方体标准试件,在标准条件下[20±3℃,≥90%湿度(Degree of humidity)]养护(curing)28天,用标准试验方法(加载速度0.15~0.3N/mm2/sec,两端不涂润滑剂(lubricant))测得的具有95%保证率的立方体抗压强度(Cube 2Strength),用符号C表示。 C30:fcu,k=30N/mm 2. 影响立方体抗压强度的因素试验方法:涂润滑剂,受压时没有“套箍”作用,测得的抗压强度低;尺寸影响:尺寸越大,强度越低;(尺寸效应)加荷速度:速度越快,强度越高;龄期:龄期越长,强度越高。 Ø3、轴心抗压强度Axial Compressive Strength 轴心抗压强度采用棱柱体试件(Prism sample)测定,用符号fc表示,它比较接近实际构件中混凝土的受压情况。棱柱体试件高宽比一般为h/b=2~3(?),我国通常取150mm×150mm ×300mm 的棱柱体试件,也常用100×100×300试件。 对于同一混凝土,棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。 Ø4、轴心抗拉强度Axial Tensile Strength 由于轴心受拉试验对中困难,也常常采用立方体或圆柱体劈拉 试验测定混凝土的抗拉强度(Splitting Strength )第二章 钢筋和混凝土的材料性能 2、混凝土的弹性模量 Modulus of Elasticity ? ? ? ?el ?pl ’’ ’’ Ec = tan ? Ec= tan ? ’ ’ ? Ec = tan ? ? ? 原点切线模量 割线模量 切线模量 Initial Modulus Secant Modulus Tangent Modulus ? d? ? Ec? el d E ? E? ? ? ?n E Ec?? ? c c c ? d? ? ?0 ? ? d 弹性系数n (coefficient of elasticity) 随应力增大而减小 n =1~0.5 2.1 混凝土(二)、荷载长期作用下混凝土的变形性能1、混凝土的徐变
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