混凝土结构设计原理自学指导书

《混凝土结构设计原理》自学指导书

北京交通大学土建学院朱尔玉

第2章混凝土结构材料的物理力学性能提要钢筋和混凝土的力学性能，是钢筋混凝土和预应力混凝土结构构件计算的基础。

学习本章时应掌握：

(1)不同类型钢筋的应力—应变曲线及其区别，钢筋的强度、变形、弹性模量，钢筋的品种和级别；

(2)钢筋的冷加工方法及冷拉、冷拔钢筋的性能：

(3)混凝土结构对钢筋性能的要求，钢筋的选用原则；

(4)混凝土的强度等级，影响混凝土强度和变形的因素，混凝土的各类强度指标，混凝土的变形模量；

(5)混凝土的徐变和收缩现象及其对结构的影响；

(6)保证钢筋和混凝土粘结力的构造措施。

小结

(1)有明显屈服点的钢筋(软钢)和无明显屈服点的钢筋(硬钢)的应力—应变曲线不同。屈服强度是软钢强度设计值的依据。对于硬钢，则取条件屈服强度作为强度设计值的依据。

(2)为了节约钢材，常用冷拉或冷拔来提高热轧钢筋的强度。冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，冷拔可以同时提高抗拉强度和抗压强度。

(3) I、Ⅱ、Ⅲ级热轧钢筋通常用于钢筋混凝土结构；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级冷拉钢筋及甲级冷拔低碳钢丝、高强钢丝、钢铰线、热处理钢筋等，用作预应力钢筋。用于混凝土结构中的钢筋应满足强度、塑性、可焊性、与混凝土有可靠粘结等多方面要求。

(4)混凝土立方体抗压强度指标作为评定混凝土强度等级的标准，我国规定采用150mm边长的立方体作为标准试块。混凝土轴心抗压强度是结构混凝土最

基本的强度指标，混凝土轴心抗拉强度及局部抗压强度等，都和轴心抗压强度有一定的关系。对于不同的结构构件，应选择不同强度等级的混凝土。

(5)混凝土的徐变和收缩对钢筋混凝土和预应力混凝土结构构件性能有重要影响。虽然影响徐变和收缩的因素基本相同，但它们之间具有本质的区别。混凝土在重复荷载作用下的变形性能与一次短期荷载作用下的变形不同。

(6)钢筋和混凝土之间的粘结力是二者能共同工作的主要原因，应当采取各种必要的措施加以保证。

思考题

1．混凝土的徐变

2．混凝土强度标准值

3．钢筋冷加工的方法有哪几种? 冷拉和冷拔后钢筋的力学性能有何变化?

4.什么是钢筋和混凝土之间的粘结力? 影响钢筋和混凝土粘结强度的主要因素有哪些? 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?

第3章按近似概率理论的极限状态设计法

提要

在以后各章中，将要讨论混凝土结构各种基本构件以及楼盖、单层厂房、多层框架等结构的设计计算。这些构件和结构的型式虽然不同，但其设计计算都采用共同的方法一概率极限状态设计法。因此，在讨论具体的构件和结构设计之前，先介绍概率极限状态设计法。

学习本章时，应抓住下面几个主要问题：

(1)了解结构上的作用、作用效应、结构抗力、正态分布曲线、结构的可靠度、结构的可靠概率和失效概率、结构的可靠指标和材料的设计参数的基本概念；

(2)了解荷载的分类、荷载的代表值、荷载分项系数和荷载设计值的概念及其确定方法，

(3)了解极限状态的定义及分类；

(4)掌握按承载能力极限状态和按正常使用极限状态进行混凝土结构设计计算的方法。

小结

(1)结构设计是解决如何处理结构上的作用、作用效应、结构抗力三者的关系。由于结构上的作用、作用效应和结构抗力都是随机变量，为简化起见，假定它们服从正态分布，用概率论和数理统计方法进行分析。要理解和掌握这个分析方法，要了解结构可靠度、结构的可靠概率和失效概率、结构的可靠指标以及材料的强度标准值和设计值等概念。

(2)结构设计离不开荷载，荷载分恒载和活荷载，活荷载有标准值、组合值、准永久值等多个代表值，不同的代表值适用于不同的设计场合。

(3)整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足安全性、适用性或耐久性等功能要求时，这一特定状态称为结构已达到该功能的极限状态。结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两种。在这两种极限状态中，一般情况下，超过承载能力极限状态所造成的后果比超过正常使用极限状态更严重。因此，设计混凝土结构构件时，必须进行承载力(包括压屈失稳)计算；在必要时尚应进行结构的倾覆和滑移验算。处于地震区的结构尚应进行结构构件抗震的承载力计算。对于使用上需要控制变形和裂缝的结构构件，还需要进行变形和裂缝的验算。

(4)承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算公式是以概率理论为基础，采用荷载标准值、材料强度标准值以及结构重要性系数、荷载分项系数、材料分项系数、可变荷载的组合系数等多个系数表示。由于承载能力极限状态所考察的是结构构件的破坏阶段，而正常使用极限状态考察的是结构构件的使用阶段，同时，承载力问题一般比变形、裂缝问题更重要，因此，按承载能力极限状态计算和按正常使用极限状态计算二者在各系数的取值上有所不同。

思考题

1．结构的极限状态 2．荷载的设计值 3．结构的可靠性

4．活荷载的准永久值 5．结构上的作用 6．荷载的组合值7．结构可靠性8．活荷载的频遇值

9．试说明荷载标准值与设计值之间的关系，荷载分项系数如何取值?第四章

受弯构件的正截面受弯承载力

提要

本章的重点是：

(1)了解配筋率对受弯构件破坏特征的影响，以及适筋受弯构件在各个工作阶段的受力特点；

(2)掌握单筋矩形截面、双筋矩形截面和T 形截面正截面承载力的计算方法；

(3)熟悉受弯构件正截面的构造要求。

小 结

(1)钢筋混凝土梁由于配筋率不同，有超筋梁、少筋梁和适筋梁三种破坏形态，其中超筋梁和少筋梁在设计中不能采用。

(2)适筋梁的破坏经历三个阶段。第1阶段末I a 为受弯构件抗裂度的计算

依据；第Ⅱ阶段是一般钢筋混凝土受弯构件的使用阶段，是裂缝宽度和变形的计算依据；第Ⅱ阶段末Ⅲa 是受弯构件正截面承载力的计算依据。

(3)计算受弯构件正截面承载力时，混凝土的压应力图形以等效矩形应力图形代替。混凝土的弯曲抗压强度设计值f cm 是等效矩形应力图形中的换算强度，

不是材料本身的力学指标。

(4)受弯构件分为单筋矩形截面、双筋矩形截面和T 形截面。三种截面的截面选择和截面校核的方法及步骤见各框图所示。

(5)在绘制施工图时，钢筋直径、净距、保护层、锚固长度等应符合《规范》有关构造规定。

思考题

1．超筋梁 2．少筋梁 3．配筋率 4．双筋矩形截面梁5．界限破坏

6．在什么情况下可采用双筋截面梁，双筋梁的基本计算公式为什么要有适用条件? ''2,2x a x a ≥<的双筋梁出现在什么情况下，这时应当如何计算?

计算题

P86

第五章 受弯构件的斜截面承载力

提 要

本章介绍受弯构件斜截面承载力的计算和构造问题。重点是：